一种微环谐振腔制造技术

本公开提供一种微环谐振腔，包括：总线波导以及位于所述总线波导一侧的微环波导，所述微环波导由相对的两段直波导和相对的两段第一弯曲波导顺次连接而成；所述微环波导与所述总线波导之间存在间隙，所述总线波导与所述微环波导的相邻部位构成定向耦合器，在所述总线波导的两端分别设置有光信号的输入端和输出端。相较于现有技术，本申请的微环谐振腔具有更高的Q值及更灵活紧凑的结构，有利于光子系统的小型化，从而提高光学芯片的集成度。从而提高光学芯片的集成度。从而提高光学芯片的集成度。

【技术实现步骤摘要】
一种微环谐振腔


[0001]本公开涉及光学芯片
，具体涉及一种微环谐振腔。

技术介绍

[0002]目前，集成光学芯片技术发展迅速并受到广泛的关注，片上光子器件是指设计制造在光学芯片上的光学器件，片上光子器件的设计成为一个热门研究领域，而微环谐振腔作为一种片上光学系统中常用的基础片上光子器件，广泛应用于滤波、传感等领域。
[0003]微环谐振腔根据结构可分为反射式和透射式两种，传统透射式微环谐振腔主体结构由一条总线波导及一个圆形波导环构成。品质因数即Q值是一个评价谐振腔性能的重要参数。Q值越高，说明微环谐振腔的损耗越小，在滤波、传感等应用中，往往要求微环谐振腔有足够高的Q值，提升微环谐振腔的Q值就需要降低微环单位长度的损耗，在所用材料及工艺水平确定的情况下，谐振腔侧壁的粗糙程度无法有效改进，提升微环谐振腔Q值的一个有效办法是增大谐振腔的横截面积，减少腔内光场与谐振腔侧壁的相互作用，从而降低谐振腔粗糙侧壁对光场造成的散射损耗。然而，在增大谐振腔横截面尺寸的同时，会使谐振腔内的高阶模得到激发，从而增加谐振腔内的模式串扰损耗。
[0004]如何提高微环谐振腔Q值是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本公开的目的是提供一种小尺寸高Q值的微环谐振腔。
[0006]本公开实施例提供一种微环谐振腔，包括：
[0007]总线波导以及位于所述总线波导一侧的微环波导，所述微环波导由相对的两段直波导和相对的两段第一弯曲波导顺次连接而成；
[0008]所述微环波导与所述总线波导之间存在间隙，所述总线波导与所述微环波导的相邻部位构成定向耦合器，在所述总线波导的两端分别设置有光信号的输入端和输出端。
[0009]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述第一弯曲波导由对称的两个第二弯曲波导拼接而成。
[0010]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述第一弯曲波导为90
°
弯曲波导，所述第二弯曲波导为45
°
弯曲波导。
[0011]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述直波导的宽度为第一宽度，所述总线波导的宽度为第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度。
[0012]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述第二弯曲波导为宽度渐变波导，其宽度由第一宽度渐变为第二宽度。
[0013]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述第二弯曲波导的宽度渐变轮廓符合贝塞尔曲线。
[0014]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述总线波导与所述第一弯曲波导最窄处切线平行。
[0015]在一种可能的实现方式中，在本申请提供的上述微环谐振腔中，所述定向耦合器为单模耦合器。
[0016]本公开与现有技术相比的优点在于：
[0017]本公开提供的微环谐振腔，包括总线波导以及位于所述总线波导一侧的微环波导，所述微环波导由相对的两段直波导和相对的两段第一弯曲波导顺次连接而成；所述微环波导与所述总线波导之间存在间隙，所述总线波导与所述微环波导的相邻部位构成定向耦合器，在所述总线波导的两端分别设置有光信号的输入端和输出端。相较于现有技术，本申请的微环谐振腔具有更高的Q值及更灵活紧凑的结构，有利于光子系统的小型化，从而提高光学芯片的集成度。
附图说明
[0018]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0019]图1示出了传统反射式微环谐振腔结构的示意图；
[0020]图2示出了微环谐振腔的谐振输出；
[0021]图3示出了微环谐振腔性能评价参数的示意图；
[0022]图4示出了本公开所提供的一种微环谐振腔的示意图；
[0023]图5示出了本公开所提供的第一弯曲波导220的示意图；
[0024]图6示出了本公开所提供的利用贝塞尔曲线设计第二弯曲波导的示意图；
[0025]附图标记：
[0026]100总线波导；200微环波导；210直波导；220第一弯曲波导；
[0027]221第二弯曲波导；300定向耦合器。
具体实施方式
[0028]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0029]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0030]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
[0031]图1所示为传统反射式微环谐振腔结构。如图1所示，传统反射式微环谐振腔主体结构由一条总线波导及一个圆形波导环构成，总线波导与波导环的相邻部位构成定向耦合
器，光信号从总线波导输入端口进入到结构中，经过定向耦合器后部分光耦合进波导环。
[0032]设波导环周长为L，输入光波长为λ，波导环的有效折射率为n，此时输入波长若能满足：kλ＝nL(k＝1,2,3,
…
)(1)
[0033]则这一波长的光可以在环形腔内发生谐振并被限制在谐振环内，这一波长称为谐振腔的中心谐振波长，而(1)式中的每一个k值都对应一个谐振中心频率，从而在图1所示输出端口观察微环谐振腔的输出频谱特性时会发现在中心谐振波长位置出现如图2所示的下凹谐振峰，图2所示为微环谐振腔的谐振输出。
[0034]品质因数即Q值是一个评价谐振腔性能的重要参数，如图3所示，Q值的定义为谐振腔谐振峰的谐振中心波长与半高全宽之比，Q值越高说明微环谐振腔的损耗越小，在滤波、传感等应用中，往往要求微环谐振腔有足够高的Q值，提升微环谐振腔的Q值就需要降低微环单位长度的损耗，在所用材料及工艺水平确定的情况下，谐振腔侧壁的粗糙程度无法有效改进，提升微环谐振腔Q值的一个有效办法是增大谐振腔的横截面积，减少腔内光场与谐振腔侧壁的相互作用，从而降低谐振腔粗糙侧壁对光场造成的散射损耗。然而，在增大谐振腔横截面尺寸的同时，会使腔内的高阶模得到激发，从而增加腔内的模式串扰损耗，此时就需要合理设计谐振腔的轮廓来抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微环谐振腔，其特征在于，包括：总线波导以及位于所述总线波导一侧的微环波导，所述微环波导由相对的两段直波导和相对的两段第一弯曲波导顺次连接而成；所述微环波导与所述总线波导之间存在间隙，所述总线波导与所述微环波导的相邻部位构成定向耦合器，在所述总线波导的两端分别设置有光信号的输入端和输出端。2.根据权利要求1所述的微环谐振腔，其特征在于，所述第一弯曲波导由对称的两个第二弯曲波导拼接而成。3.根据权利要求2所述的微环谐振腔，其特征在于，所述第一弯曲波导为90
°
弯曲波导，所述第二弯曲波导为45
°

【专利技术属性】
技术研发人员：韩哲，亓岩，王延伟，颜博霞，范元媛，周密，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：