基于狭缝结构的硅光波导偏振分离器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于狭缝结构的硅光波导偏振分离器。包括输入结构，两根狭缝波导结构的分支臂和输出结构；三个结构依次相连，两根狭缝波导结构的分支臂的狭缝两侧以及输入结构中两根狭缝波导结构的分支臂之间的狭缝两侧的波导均为硅波导，狭缝中沉积二氧化硅，并以二氧化硅作为上包层。两根分支臂的宽度不对称。输入波导通过第一组模斑转换结构与分支臂前端相连。分支臂后端通过第二组模斑转换结构与输出波导相连。通过调节狭缝宽度和狭缝两侧的波导的宽度，不借助任何外加有源调制手段，实现偏振分离功能。本结构兼容于ＣＭＯＳ加工工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光通信器件，特别是涉及一种基于狭缝结构的硅光波导偏 振分离器。
技术介绍
光波导偏振分离器是现代集成光学及光通信系统的重要器件之一，特别应 用于辅助单一偏振模式的器件的工作。光波通过偏振分离器后，仅允许横电模(TE)或横磁模(TM)传输，而其他模式全部截止。目前已实现的偏振分离器 包括金属包层偏振分离器、双折射偏振分离器等等。但是金属包层的结构会导 致很大的插入损耗；而双折射结构比较复杂且器件长度较长，通常在毫米量级。硅材料(主要是SOI材料)作为40多年来迅速发展的微电子技术的支柱材 料，近年来在集成光子技术中引起越来越多的关注。它的应用领域包括光互连、 光通信、光传感等诸多方面。由于可与标准的CMOS工艺相兼容，具有非常广 阔的市场前景。且成本低廉，便于实现单片集成与片间互连。但作为集成光子 技术的新兴材料，对它的研究在很多方面还很不成熟。基于硅材料实现较小尺寸的偏振分离功能将具有比较大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于狭缝结构的硅光波导偏振分离器。由狭缝 波导结构构成分支臂，通过调节狭缝的宽度和狭缝两侧硅波导的宽度，不借助 任何外加有源调制手段，实现了偏振分离功能，且器件长度较小。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的本专利技术包括输入结构、左半支 狭缝波导结构的分支臂、右半支狭缝波导结构的分支臂、左半支输出结构和右 半支输出结构，输入结构的左输出端经左半支狭缝波导结构的分支臂与左半支 输出结构相连，输入结构的右输出端经右半支狭缝波导结构的分支臂与右半支 输出结构相连，两根狭缝波导结构的分支臂呈Y型分叉结构；左半支狭缝波导 结构的分支臂的狭缝宽度小于右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝宽度，左半 支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导和左半支狭缝波导结构的分支臂的 狭缝内侧的波导宽度相等，右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导宽 度大于右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导宽度。所述左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导、左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导、右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导和右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导均为硅波导；左半支狭缝波 导结构的分支臂的狭缝、右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝、以及输入结构 的第一组模斑转换结构中两根狭缝波导结构的分支臂之间的狭缝中沉积二氧化 硅，并以二氧化硅作为上包层。所述输入结构，由输入波导和第一组模斑转换结构构成。所述左半支输出结构由左半支第二组模斑转换结构和输出波导构成；右半支输出结构由右半支第二组模斑转换结构和输出波导构成。所述输入结构中的第一组模斑转换结构为三狭缝结构或双狭缝分支结构。 所述左半支第二组模斑转换结构和右半支第二组模斑转换结构均为单狭缝结构。本专利技术具有的有益效果是本专利技术引入狭缝结构后，由于可以在多个维度上灵活调节狭缝宽度、狭缝两 侧波导宽度，从而任意影响光场分布，极大的改进了偏振分离效果。狭缝造成 的光场能量集中有利于在较短器件长度内完成模式切换。为实现基于硅基的较小尺寸的波导偏振分离器提供了一种新的方案。整个结构兼容于CMOS加工工艺，不使用任何有源调制手段，制作简单，便于单片集成。附图说明图l是本专利技术的结构示意图。图2是图1的A-A'的结构剖面图。图3是图1的B-B'的结构剖面图。图4是图1的C-C'的结构剖面图。图5是图1的D-D'的结构剖面图。图6是由三狭缝结构组成的第一组模斑转换结构示意图。 图7是由双狭缝分支结构组成的第一组模斑转换结构示意图。 图8是由单狭缝结构组成的左半支第二组模斑转换结构示意图。 图9是由单狭缝结构组成的右半支第二组模斑转换结构示意图。 图中1、输入波导，2、第一组模斑转换结构，3、左半支狭缝波导结构的 分支臂，4、右半支狭缝波导结构的分支臂，5、左半支第二组模斑转换结构，6、 右半支第二组模斑转换结构，7、输出波导，8、输入输出硅波导，9、 SOI材料 的二氧化硅缓冲层，10、 SOI材料的硅衬底，11、左半支狭缝波导结构的分支臂 的狭缝外侧的波导，12、左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导，13、左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝，14、右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导，15、右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导，16、右 半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝，17、第一组模斑转换结构中两根狭缝波导 结构的分支臂之间的狭缝，18、输入结构，19、左半支输出结构，20、右半支 输出结构。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。参照图l、图3、图4、图5所示，本专利技术包括输入结构18、左半支狭缝波 导结构的分支臂3、右半支狭缝波导结构的分支臂4、左半支输出结构19和右 半支输出结构20，输入结构18的左输出端经左半支狭缝波导结构的分支臂3与 左半支输出结构19相连，输入结构18的右输出端经右半支狭缝波导结构的分 支臂4与右半支输出结构20相连，两根狭缝波导结构的分支臂呈Y型分叉结构； 左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝13宽度小于右半支狭缝波导结构的分支臂 的狭缝16宽度，左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导11和左半支 狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导12宽度相等，右半支狭缝波导结构的 分支臂的狭缝内侧的波导14宽度大于右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧 的波导15宽度。参照图l、图3、图4、图5所示，所述左半支狭缝波导结构的分支臂的狭 缝外侧的波导ll、左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导12、右半支 狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导14和右半支狭缝波导结构的分支臂的 狭缝外侧的波导15均为硅波导；左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝13、右半 支狭缝波导结构的分支臂的狭缝16、以及输入结构18的第一组模斑转换结构中 两根狭缝波导结构的分支臂之间的狭缝17中沉积二氧化硅，并以二氧化硅作为 上包层。参照图1所示，所述输入结构18，由输入波导1和第一组模斑转换结构2 构成。参照图1所示，所述左半支输出结构19由左半支第二组模斑转换结构5和 输出波导7构成；右半支输出结构20由右半支第二组模斑转换结构6和输出波 导7构成。参照图6、图7所示，所述输入结构18中的第一组模斑转换结构2为三狭 缝结构或双狭缝分支结构。参照图8、图9所示，所述左半支第二组模斑转换结构5和右半支第二组模斑转换结构6均为单狭缝结构参照图l、图2、图3、图4、图5所示，本专利技术是以SOI材料为平台，以 二氧化硅为分支臂狭缝填充物质并作为上包层，通过调节狭缝宽度及狭缝两侧 硅波导宽度实现开关功能的硅光波导偏振分离器。本专利技术中硅波导高度h均为 320纳米，输入波导l、输出波导7宽度Wg均为400纳米。左半支狭缝波导结 构的分支臂3、右半支狭缝波导结构的分支臂4之间夹角为0.3。。左半支狭缝 结构的分支臂的狭缝13的宽度Wsl为80纳米，左半支狭缝结构的分支臂的狭 缝狭缝外侧的波导11的宽度Wlo和左半支狭缝结构的分支臂的狭缝狭缝内侧的 波导12的宽度Wli均为250纳米。右半支狭缝结构的分支臂的狭缝16宽度Wsr 为140纳米，右半支狭缝结构的分支臂的狭缝狭缝内侧的波导14的宽度Wri为 290纳米，右半支狭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于狭缝结构的硅光波导偏振分离器，包括输入结构（１８）、左半支狭缝波导结构的分支臂（３）、右半支狭缝波导结构的分支臂（４）、左半支输出结构（１９）和右半支输出结构（２０），输入结构（１８）的左输出端经左半支狭缝波导结构的分支臂（３）与左半支输出结构（１９）相连，输入结构（１８）的右输出端经右半支狭缝波导结构的分支臂（４）与右半支输出结构（２０）相连，两根狭缝波导结构的分支臂呈Ｙ型分叉结构；其特征在于：左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝（１３）宽度小于右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝（１６）宽度，左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导（１１）和左半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导（１２）宽度相等，右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝内侧的波导（１４）宽度大于右半支狭缝波导结构的分支臂的狭缝外侧的波导（１５）宽度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖司淼，王翔，王帆，郝寅雷，江晓清，王明华，杨建义，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]