一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，该偏分复用器包括金红石二氧化钛微环型谐振腔；其中：所述金红石二氧化钛微环型谐振腔的具体结构包括金红石二氧化钛薄膜异质结构、该异质结构上设置两条直线波导，两条直线波导通道之间设置耦合的微环波导；在金红石二氧化钛薄膜异质结构上形成双通道耦合的微环型谐振腔，微环波导与两条直线波导之间存在可调整的耦合距离和耦合长度。与现有技术相比，本发明专利技术实现宽光谱范围的、超高消光比的偏分复用，适用于可见光波和近红外光波的偏分复用器件；实现了基模两种偏振态的低串扰；为偏分复用在透明集成光子芯片以及量子通信等领域的应用提供了可行性。子通信等领域的应用提供了可行性。子通信等领域的应用提供了可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器


[0001]本专利技术涉及透明集成光子芯片以及量子通信等领域，特别涉及一种适用于可见光的、高消光比的偏分复用器的设计。

技术介绍

[0002]随着5G、物联网、人工智能、云计算等新一代信息技术的不断发展，全球通信流量呈指数增长，光通信网络面临巨大压力。当今光通信网络面临两大危机：一是由全球IP流量持续指数增长带来的容量/带宽危机，二是由通信技术日益增长的耗电量带来的能耗危机。光信号的复用技术是实现大带宽、低功耗的应用于数据中心的光收发机的关键。其中，偏分复用对增加通信的信道密度至关重要。目前，大部分集成偏分复用器的工作波段都是在近红外光波段，可见光波段的偏分复用器件却鲜有报道。究其原因，主要是与波长相关的偏分复用机制有关。而可见光波段的偏分复用器在量子通信领域有重要应用价值。例如，在量子通信中发挥重要作用的量子发射机，在红光635
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638nm波段可获得最优的工作性能。因此，对可见光的偏振态的微观调控在量子通信领域有重要的应用价值。
[0003]微环型谐振腔(MRR)是光学平台的基本元件，可作为集成光信号的滤波器和调制器。由于其超高的品质因子和较小的体积，MRR在集成光子芯片和量子信息处理中发挥重要作用。MRR在复用器件上已取得了广泛的应用，很多波分复用和模分复用器件都是基于MRR结构实现的。
[0004]目前大多数的MRR都是基于具有高折射率的硅薄膜制备而成的。然而，由于硅材料对可见光具有较高的光学吸收系数，很难在硅基上实现可见光波段的高Q值MRR。因此SiO2、Si3N4、金刚石、LiNiO3、TiO2、AlN等材料成为制备MRR的目标材料。特别是二氧化钛(TiO2)，由于其具有优异的光学性能，如较高的折射率、较大的能量带隙(3.1
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3.2eV)、低热膨胀系数、负热光系数、较大的克尔非线性系数等，在光电集成器件等领域都具有广阔的应用前景。此外，较好的生物相容性和环境友好性使其可广泛应用于各种环境。二氧化钛晶体包含三种晶相即锐钛矿晶相、金红石晶相和板钛矿晶相，其中金红石晶相的TiO2折射率最大(>2.7)，热稳定性最好，因此基于金红石二氧化钛(r
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TiO2)单晶薄膜的光学微腔在可见光谱中可以获得更高的Q值。然而，由于很难通过传统的外延生长方法制备出SiO2衬底上的r
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TiO2单晶薄膜异质结构，因此现有的二氧化钛光学微腔大多是在非晶结构的TiO2薄膜上制备的。通过离子注入结合铜锡键合的技术手段可以成功制备出SiO2衬底上的r
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TiO2单晶薄膜异质结构，为实现可见光波段高Q值的金红石二氧化钛微环谐振腔提供了可行性。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的技术问题，本专利技术旨在提出一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，基于金红石二氧化钛微环型谐振腔结构实现了可见光的、高消光比的偏分复用器。
[0006]本专利技术利用以下技术方案实现：
[0007]一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，该偏分复用器包括金红石二氧化钛微环型谐振腔；其中：
[0008]所述金红石二氧化钛微环型谐振腔的具体结构包括金红石二氧化钛薄膜异质结构、所述异质结构的金红石二氧化钛薄膜上设置两条直线波导，两条直线波导通道之间设置耦合的微环波导；在金红石二氧化钛薄膜异质结构上形成双通道耦合的微环型谐振腔，微环波导与两条直线波导之间存在可调整的耦合距离和耦合长度，所述直线波导和所述微环波导均采用脊形波导。
[0009]所述该微环谐振腔中，两条直线波导与两条直线波导之间耦合的微环波导形成双通道耦合结构，双通道耦合结构形成四个端口，分别是光信号输入端、THROUGH输出端口、DROP输出端口和ADD端口，其中，THROUGH输出端口输出TE0模式偏振态或者TM0模式偏振态，DROP输出端口输出TM0模式偏振态或者TE0模式偏振态。
[0010]所述直线波导和所述微环波导的脊宽W和外脊高h要满足单模光传输条件。
[0011]增加微环波导半径来减少弯曲损耗、增加脊形波导的脊宽W和外脊高h来加大波导结构的有效折射率；减小脊形波导的脊宽W和耦合间距、增加外脊高h和耦合长度来加大直线波导与微环波导之间的耦合效率。
[0012]所述TE0模式光信号的大部分能量分布在所述脊形波导结构的下平面层区域，所述TM0模式的光信号主要分布在所述脊形波导结构的上脊形区域。
[0013]调整所述微环波导与所述直线波导的耦合长度和耦合间距、以及微环的半径，改变TE0模式的光信号和TM0模式的光信号在所述微环波导与所述直线波导之间的耦合效率，使得TE0模式或者TM0模式的光信号从直线波导耦合进微环波导中发生谐振，在所述DROP输出端口输出光信号；抑制TM0模式或者TE0模式的光信号发生耦合谐振，在THROUGH输出端口输出光信号。
[0014]增加所述微环波导与所述直线波导的耦合长度，使得TE0模式的光信号发生过耦合，抑制TE0模式的光信号发生耦合谐振，在THROUGH输出端口输出；调整所述微环波导与所述直线波导的耦合间距，使得TM0模式的光信号发生耦合谐振，在DROP输出端口输出。
[0015]调整所述微环波导与所述直线波导之间的耦合间距，保证TE0模式的光信号发生充分耦合；增加微环波导的半径，从而减小TE0模式光信号在微环波导中的传输损耗，在DROP输出端口输出；抑制TM0模式偏振态的光信号发生耦合谐振，在THROUGH输出端口输出。
[0016]既可实现可见光波的偏分复用，又可实现近红外光波的偏分复用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点和达成的积极技术效果如下：
[0018]1)实现宽光谱范围的、超高消光比的偏分复用，适用于可见光波和近红外光波的偏分复用器件；
[0019]2)实现了基模两种偏振态的低串扰；
[0020]3)为偏分复用在透明集成光子芯片以及量子通信等领域的应用提供了可行性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器结构示意图；
[0022]图2为本专利技术的传输单模光的脊形波导结构横截面示意图；
[0023]图3为本专利技术的传输单模光的条形波导结构横截面示意图；
[0024]图4为本专利技术的两种偏振态(TE0和TM0)在脊形波导结构中的能量分布示意图；
[0025]图5为本专利技术的金红石二氧化钛微环谐振腔的可见光输出光谱示意图；
[0026](a)脊宽W＝0.6微米，外脊高h＝0.24微米，内脊高H＝0.6微米，微环半径是60微米的金红石二氧化钛微环谐振腔的可见光输出光谱示意图，(b)脊宽W＝0.6微米，外脊高h＝0.24微米，内脊高H＝0.6微米，微环半径是20微米的金红石二氧化钛微环谐振腔的可见光输出光谱示意图；
[0027]图6为本专利技术的一种基于双通道耦合的微跑道型谐振腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，其特征在于，该偏分复用器包括金红石二氧化钛微环型谐振腔；其中：所述金红石二氧化钛微环型谐振腔的具体结构包括金红石二氧化钛薄膜异质结构、所述异质结构的金红石二氧化钛薄膜上设置两条直线波导，两条直线波导通道之间设置耦合的微环波导；在金红石二氧化钛薄膜异质结构上形成双通道耦合的微环型谐振腔，微环波导与两条直线波导之间存在可调整的耦合距离和耦合长度，所述直线波导和所述微环波导均采用脊形波导。2.如权利要求1所述的一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，其特征在于，所述该微环谐振腔中，两条直线波导与两条直线波导之间耦合的微环波导形成双通道耦合结构，双通道耦合结构形成四个端口，分别是光信号输入端、THROUGH输出端口、DROP输出端口和ADD端口，其中，THROUGH输出端口输出TE0模式偏振态或TM0模式偏振态，DROP输出端口输出TM0模式偏振态或者TE0模式偏振态。3.如权利要求1所述的一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，其特征在于，所述直线波导和所述微环波导的脊宽W和外脊高h满足单模光传输条件。4.如权利要求3所述的一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，其特征在于，增加微环波导半径来减少弯曲损耗、增加脊形波导的脊宽W和外脊高h来加大波导结构的有效折射率；减小脊形波导的脊宽W和耦合间距、增加外脊高h和耦合长度来加大直线波导与微环波导之间的耦合效率。5.如权利要求2所述的一种基于金红石二氧化钛微环型谐振腔的偏分复用器，其特征在于，所述TE0模式光信号的大...

【专利技术属性】
技术研发人员：马钰洁，郑鑫智，赵晨淅，阮双琛，周沧涛，项炳锡，陈思繁，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：