【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成光学器件领域，特别是涉及一种基于应力光学效应的光移相器结构。
技术介绍
1、现有的光移相方式一般为热移相、电光移相和基于应力光学的移相。其中，热移相是目前最为常见的低速移相方法，但也有非常明显的缺点。首先，常用的包层材料导热系数低，加热和冷却时间较长，通常需要几十微秒，这使得热调制的频率在10khz级。再者，薄膜加热器的热量会在芯片中横向和纵向扩展，因此相邻波导器件间存在热串扰，且热串扰问题也会限制芯片上的元件密度。最后，热调制器的功耗大。同时，电光移相器一般调制长度长、体积大，如基于铌酸锂的移相器一般在1cm级别，不易实现高密度、低成本集成；而基于聚合物或载流子注入的电光移相器一般有比较大的损耗。
2、目前，基于应力光学的移相器作为热移相器和电光移相器的替代方案。已有技术的应力光学移相器在波导芯层的相位调控效率仍较低，因此需要较高的电压驱动，且这种结构也存在很强的横向串扰的问题。虽然高次谐波体声波(high-overtone bulkacoustic)谐振的调制方式可以降低横向串扰，但这仅在特定的调制频率下有效。因此应力光学移相器在集成光学中的应用仍然有比较大的局限，从而限制了光芯片在光开关、光学相阵激光雷达(opa-lidar)、光子计算、光量子计算等领域的应用。
3、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。>
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于应力光学效应的光移相器结构，用于解决现有技术中基于应力光学效应的光移相器结构损耗较大及横向串扰较大的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于应力光学效应的光移相器结构，所述光移相器结构包括：波导层结构，所述波导层结构包括相位调制区；移相元件，设置于所述波导层结构的所述相位调制区上；沟槽隔离区，设置于所述相位调制区的外周缘，用于将所述相位调制区与所述沟槽隔离区以外的外围区域隔离，以限制所述移相元件所产生的应力向所述外围区域的传导。
3、可选地，所述光移相器结构还包括一衬底，所述波导层结构形成于所述衬底上，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述波导层结构的包层内部，或者，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述衬底内部。
4、可选地，所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽或为多个间断的沟槽。
5、可选地，所述沟槽隔离区的俯视形状依据所述移相元件的形状进行设定，所述沟槽隔离区的俯视形状包括弯曲长条形、多边形及不规则形中的一种或多种的组合，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部包括圆角、平角或尖角中的一种或多种的组合。
6、可选地，所述沟槽隔离区的截面形状包括矩形、u形、v形、梯形、台阶形、曲面形及不规则形中的一种。
7、可选地，所述沟槽隔离区的与所述移相元件的距离为0～2毫米之间。
8、可选地，所述波导层结构还包括与所述相位调制区相连的输入波导和输出波导，所述沟槽隔离区具有供所述输入波导和所述输出波导引出的开口。
9、可选地，所述波导层结构包括包层和位于所述包层内的至少一个光波导芯层。
10、可选地，所述光波导芯层包括条形波导、脊型波导、横向排列的多个条形波导、横向排布的多个脊型波导、纵向排布的多个条形波导、纵向排布的多个脊形波导、横向排布的多个条形/脊形波导与纵向排布的多个条形/脊形波导的组合中的一种。。
11、可选地，所述波导层结构包括下包层、上包层和光波导芯层，所述光波导芯层自所述下包层的顶面嵌入所述下包层内部，或者，所述光波导芯层自所述上包层的底面嵌入所述上包层内部。
12、可选地，所述光波导芯层的材料包括电介质材料及半导体材料中的一种或两种组合，所述电介质材料包括氮化硅、掺杂或未掺杂二氧化硅和氮氧化硅中的一种或两种以上的组合，所述半导体材料包括硅、化合物半导体、碳化硅及锗化硅中的一种或两种以上的组合，所述包层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种或两种的组合。
13、可选地，所述移相元件包括下电极层、压电层和上电极层，所述下电极层和所述上电极层的材料包括金属材料、导电金属化合物及导电有机材料中的一种或两种以上的组合，所述金属材料包括铝、金、铂、铜及钼中的一种，所述导电金属化合物包括铬化镍及氧化铟锡中的一种，所述导电有机材料包括聚3，4-乙烯二氧噻吩及聚3，4-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐的复合物中的一种；所述压电层的材料包括压电陶瓷材料、压电聚合物基材料及压电复合材料中的一种，所述压电陶瓷材料包括钛酸锆铅、钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂、钽酸锂及氧化锌中的一种，所述压电聚合物基材料包括聚偏氟乙烯及其共聚物、全氟离子膜、碳纳米管、纤维素及其衍生物中的一种，所述压电复合材料包括钛酸锆铅与聚二甲基硅氧烷的复合材料、钛酸锆铅与氧化锌的复合材料及纤维素与钛酸钡的复合材料中的一种。
14、可选地，所述移相元件的俯视形状根据目标控制的波导层结构的形状变化，所述波导层结构的光波导芯层的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种，所述移相元件的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种。
15、可选地，所述波导层结构包括微环谐振结构的输入波导和微环波导，所述输入波导为直波导，所述微环波导为闭合圆环波导，所述输入波导与所述微环波导之间具有耦合区。
16、可选地，所述沟槽隔离区在所述耦合区具有供所述输入波导与所述微环波导耦合的开口。
17、可选地，所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆形，所述缺口对应于所述耦合区设置。
18、可选地，所述微环波导内还设置有所述沟槽隔离区，所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆环形，所述缺口对应于所述耦合区设置。本专利技术还提供一种集成光学器件，所述集成光学器件包含如上任意一项方案所述的基于应力光学效应的光移相器结构。
19、可选地，所述集成光学器件包括光开关装置、基于集成光学相控阵的激光雷达装置、光子计算装置和光量子计算装置中的一种。
20、如上所述，本专利技术的基于应力光学效应的光移相器结构，具有以下有益效果：
21、本专利技术提供了一种基于应力光学效应的光移相器结构，通过在相位调制区外周沿相位调制区边缘刻蚀出沟槽隔离区，每条沟槽隔离区底部深入至波导层结构的下包层或衬底内部，以将位于相位调制区内的波导器件和相位调制区以外的外围区域的器件分割成独立区域，从而限制移相元件所产生的应力向所述外围区域的传导。本专利技术的光移相器结构可以将应力光学效应集中于相位调制区内，可更有效地诱发目标光波导芯层中的折射率变化，这使得其能够在较低的驱动电压和/或较短的相互作用长度内诱发光信号中相位的变化，即提高光学应力的作用效率和速率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于，所述光移相器结构包括：
2.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：还包括一衬底，所述波导层结构形成于所述衬底上，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述波导层结构的包层内部，或者，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述衬底内部。
3.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽或为多个间断的沟槽。
4.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的俯视形状依据所述移相元件的形状进行设定，所述沟槽隔离区的俯视形状包括弯曲长条形、多边形及不规则形中的一种或多种的组合，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部包括圆角、平角或尖角中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的截面形状包括矩形、U形、V形、梯形、台阶形、曲面形及不规则形中的一种。
6.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特
7.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构还包括与所述相位调制区相连的输入波导和输出波导，所述沟槽隔离区具有供所述输入波导和所述输出波导引出的开口。
8.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括包层和位于所述包层内的至少一个光波导芯层。
9.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述光波导芯层包括条形波导、脊型波导、横向排列的多个条形波导、横向排布的多个脊型波导、纵向排布的多个条形波导、纵向排布的多个脊形波导、横向排布的多个条形/脊形波导与纵向排布的多个条形/脊形波导的组合中的一种。
10.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括下包层、上包层和光波导芯层，所述光波导芯层自所述下包层的顶面嵌入所述下包层内部，或者，所述光波导芯层自所述上包层的底面嵌入所述上包层内部。
11.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述光波导芯层的材料包括电介质材料及半导体材料中的一种或两种组合，所述电介质材料包括氮化硅、掺杂或未掺杂二氧化硅和氮氧化硅中的一种或两种以上的组合，所述半导体材料包括硅、化合物半导体、碳化硅及锗化硅中的一种或两种以上的组合，所述包层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种或两种的组合。
12.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述移相元件包括下电极层、压电层和上电极层，所述下电极层和所述上电极层的材料包括金属材料、导电金属化合物及导电有机材料中的一种或两种以上的组合，所述金属材料包括铝、金、铂、铜及钼中的一种，所述导电金属化合物包括铬化镍及氧化铟锡中的一种，所述导电有机材料包括聚3，4-乙烯二氧噻吩及聚3，4-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐的复合物中的一种；所述压电层的材料包括压电陶瓷材料、压电聚合物基材料及压电复合材料中的一种，所述压电陶瓷材料包括钛酸锆铅、钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂、钽酸锂及氧化锌中的一种，所述压电聚合物基材料包括聚偏氟乙烯及其共聚物、全氟离子膜、碳纳米管、纤维素及其衍生物中的一种，所述压电复合材料包括钛酸锆铅与聚二甲基硅氧烷的复合材料、钛酸锆铅与氧化锌的复合材料及纤维素与钛酸钡的复合材料中的一种。
13.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述移相元件的俯视形状根据目标控制的波导层结构的形状变化，所述波导层结构的光波导芯层的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种，所述移相元件的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种。
14.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括微环谐振结构的输入波导和微环波导，所述输入波导为直波导，所述微环波导为闭合圆环波导，所述输入波导与所述微环波导之间具有耦合区。
15.根据权利要求14所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区在所述耦合区具有供所述输入波导与所述微环波导耦合的开口。
16.根据权利要求14所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆形，所述缺口对应于所述耦合区设置。
17.根据权利要求14所述的基于应力...
【技术特征摘要】
1.一种基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于，所述光移相器结构包括：
2.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：还包括一衬底，所述波导层结构形成于所述衬底上，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述波导层结构的包层内部，或者，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述衬底内部。
3.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽或为多个间断的沟槽。
4.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的俯视形状依据所述移相元件的形状进行设定，所述沟槽隔离区的俯视形状包括弯曲长条形、多边形及不规则形中的一种或多种的组合，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部包括圆角、平角或尖角中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的截面形状包括矩形、u形、v形、梯形、台阶形、曲面形及不规则形中的一种。
6.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的与所述移相元件的距离为0～2毫米之间。
7.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构还包括与所述相位调制区相连的输入波导和输出波导，所述沟槽隔离区具有供所述输入波导和所述输出波导引出的开口。
8.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括包层和位于所述包层内的至少一个光波导芯层。
9.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述光波导芯层包括条形波导、脊型波导、横向排列的多个条形波导、横向排布的多个脊型波导、纵向排布的多个条形波导、纵向排布的多个脊形波导、横向排布的多个条形/脊形波导与纵向排布的多个条形/脊形波导的组合中的一种。
10.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括下包层、上包层和光波导芯层，所述光波导芯层自所述下包层的顶面嵌入所述下包层内部，或者，所述光波导芯层自所述上包层的底面嵌入所述上包层内部。
11.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述光波导芯层的材料包括电介质材料及半导体材料中的一种或两种组合，所述电介质材料包括氮化硅、掺杂或未掺杂二氧化硅和氮氧化硅中的一种或两种以上的组合，所述半导体材料包括硅、化合物半导体、碳化硅及锗化硅中的一种或两种以上的...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶志超，刘骏秋，贾海燕，
申请(专利权)人：杭州芯傲光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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