集成型光分路器制造技术

一种集成型光分路器，包括：衬底，在衬底上设有下包层，在下包层上设有芯层，芯层由输入波导、锥形波导、第一输出波导及第二输出波导组成，输入波导的输出端与锥形波导的输入端连接，锥形波导的输出端分别与第一输出波导的输入端及第二输出波导的输入端连接，其特征是，在锥形波导上设有沟槽，并且，沟槽位于锥形波导的中轴线上且与锥形波导的输出端相邻。在锥形波导中引入沟槽，提高了模场的匹配度，使集成型光分路器具有功分比均匀、插入损耗低，工作波长范围大的优点，同时器件结构紧凑、加工难度低、器件良品率高，拓展了器件的应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于光通信系统、光计算机系统及光子/光电子集成回路的波导型光分路器，属于集成光学

技术介绍
光分路器是光通信系统、光计算机系统及集成光学器件的基础元件，在功分器和光干涉仪中它们被用作光分路器或者合路器，例如光开关、衰减器、调制器。光分路器主要有熔融拉锥型和平面波导型两种。熔融拉锥型光分路器的生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷 缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏。熔融拉锥型光分路器为分立元件，不易于与其它光子器件实现单片集成。平面波导型光分路器是具有体积小、分路路数多等优点，易与波导型滤波器、激光器、探测器等光子器件实现单片集成。目前，平面波导型光分路器主要采用半导体工艺(光亥IJ、腐蚀、显影)制作，输出分支间的间隙不能完全消除；并且，随着材料的折射率差增大，输出分支之间间隙的相对宽度相应变大，单模波导宽度进一步缩小，而输出分支之间的最小间隙仍保持不变，如此在单模波导中，输出分支间的相对宽度进一步变大。因而对于单模波导，高折射率差材料将导致模式匹配度降低，以至于附加损耗增大，进一步增加加工难度，降低器件的良品率，缩小工作波长范围，不易应用于密集波分复用光网络中。而在Y分支处引入反射镜，可以进一步使功分比均匀，但会带来更大的附加损耗继而增大插入损耗，一般要采用立体工艺，加工难度大。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有结构紧凑、插入损耗低、功分均匀性高且工作波长范围大的集成型光分路器。本专利技术采用如下技术方案—种集成型光分路器，包括衬底，在衬底上设有下包层，在下包层上设有芯层，芯层由输入波导、锥形波导、第一输出波导及第二输出波导组成，输入波导的输出端与锥形波导的输入端连接，锥形波导的输出端分别与第一输出波导的输入端及第二输出波导的输入端连接，其特征是，在锥形波导上设有沟槽，并且，沟槽位于锥形波导的中轴线上且与锥形波导的输出端相邻。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点在锥形波导处引入沟槽(低折射率区)，提高了模场的匹配度，使集成型光分路器具有功分比均匀、插入损耗低，工作波长范围大的优点。相对于在锥形波导处制作棱镜或生长低折射率楔区的光分路器，它的结构紧凑，加工难度低，器件良品率高，拓展了器件的应用领域。附图说明图I是集成型光分路器芯层第一个实例的结构图。图2是锥形波导的结构图。图3是锥形波导的横截面图。图4是锥形波导的纵向截面图。图5是波导的制备工艺流程图。图6是沟槽宽度以及个数与分支输出能量的关系图。 图7是沟槽个数以及分支角度与分支输出能量的关系图。图8是锥形波导输入端在工作波长为I. 55 μ m时的模场分布图。图9是锥形波导输出端在工作波长为I. 55 μ m时的模场分布图。图10是第一输出波导在工作波长为I. 55 μ m时的输出模场分布图。图11是第二输出波导在工作波长为I. 55 μ m时的输出模场分布图。图12是集成型光分路器芯层第二个实例的结构图。图13是集成型光分路器第在工作波长为I. 55 μ m时的光场分布图。图中I.输入波导，2.锥形波导，3.沟槽，4.第一输出波导，5.第二输出波导，6.第一输出波导与第二输出波导之间的角度；I ·衬底，II ·下包层，III.芯层，IV .上包层。具体实施例方式一种集成型光分路器，包括衬底I，在衬底I上设有下包层II，在下包层II上设有芯层III,芯层III由输入波导I、锥形波导2、第一输出波导4及第二输出波导5组成,输入波导I的输出端与锥形波导2的输入端连接，锥形波导2的输出端分别与第一输出波导4的输入端及第二输出波导5的输入端连接，其特征是，在锥形波导2上设有沟槽3，并且，沟槽3位于锥形波导2的中轴线上且与锥形波导2的输出端相邻。在本实施例中，在下包层II及芯层III的上表面上设有上包层IV ;沟槽3的数量为f 4条，即沟槽3的数量为1、2、3或4条。图I是本专利技术的第一个实例，由输入波导1，锥形波导2，第一输出波导4与第二输出波导5,沟槽3组成。I. 55 μ m波长的单模光信号从输入波导I输入,经锥形波导2,小部分光损耗，剩余部分耦合到第一输出波导4与第二输出波导5中。根据模式分析理论，在波的传播方向上即z向波导的横向尺寸不变，光波频率固定，即有传播因子exp ，其中ω为圆频率，β为传播常数，由麦克斯韦方程组，得到如下波方程V2 E + ATJ- ￡·,. E =O(I)其中Ktl为自由空间波数，ε r(x, y)描述了波导横截面折射率分布，各向异性介质中L(X，y)为张量形式。跟据波导情况，方程可约化为相应的标量或半矢量方程，从而简化计算。模式分析的任务是对于给定的波导尺寸及一定的光波频率，确定传播常数β值及相应的模式分布。束传播法(BPM)不仅能够处理弱导器件，而且能够处理具有突变折射分布的波导器件，目前已广泛应用于光电子器件光传输的模拟设计中，能够分析器件的光波传输特性，优化结构参数，对模场在器件中的传输演变具有直观可知的优点。BPM能够对导模和辐射模作统一处理，不需要另外讨论分支角大小的影响。而且在一定的条件下，仅利用旁轴近似下的波动方程即可处理广角光传输问题。BPM概念简洁(即直接向前传输)、计算效率高、程序通用性强，是许多商用模拟软件的依据。在弱导近似下，由方程(I)可得单色光的标量亥姆霍兹(Helmholtz)方程权利要求1.一种集成型光分路器，包括衬底(I )，在衬底(I)上设有下包层(II)，在下包层(II)上设有芯层(III)，芯层(III)由输入波导(I)、锥形波导(2)、第一输出波导(4)及第二输出波导(5)组成，输入波导(I)的输出端与锥形波导(2)的输入端连接，锥形波导(2)的输出端分别与第一输出波导(4)的输入端及第二输出波导(5)的输入端连接，其特征是，在锥形波导(2)上设有沟槽(3)，并且，沟槽(3)位于锥形波导(2)的中轴线上且与锥形波导(2)的输出端相邻。2.根据权利要求I所述的集成型光分路器，其特征是，在下包层(II)及芯层(III)的上表面上设有上包层(IV)。3.根据权利要求I或2所述的集成型光分路器，其特征是，沟槽(3)的数量为Γ4条。全文摘要一种集成型光分路器，包括衬底，在衬底上设有下包层，在下包层上设有芯层，芯层由输入波导、锥形波导、第一输出波导及第二输出波导组成，输入波导的输出端与锥形波导的输入端连接，锥形波导的输出端分别与第一输出波导的输入端及第二输出波导的输入端连接，其特征是，在锥形波导上设有沟槽，并且，沟槽位于锥形波导的中轴线上且与锥形波导的输出端相邻。在锥形波导中引入沟槽，提高了模场的匹配度，使集成型光分路器具有功分比均匀、插入损耗低，工作波长范围大的优点，同时器件结构紧凑、加工难度低、器件良品率高，拓展了器件的应用领域。文档编号G02B6/125GK102879859SQ20121029661公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日专利技术者肖金标, 郭平, 许大信, 胥爱民, 鲁仲明 申请人:东南大学, 南京华脉科技有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成型光分路器，包括：衬底（Ⅰ），在衬底（Ⅰ）上设有下包层（Ⅱ），在下包层（Ⅱ）上设有芯层（Ⅲ），芯层（Ⅲ）由输入波导（1）、锥形波导（2）、第一输出波导（4）及第二输出波导（5）组成，输入波导（1）的输出端与锥形波导（2）的输入端连接，锥形波导（2）的输出端分别与第一输出波导（4）的输入端及第二输出波导（5）的输入端连接，其特征是，在锥形波导（2）上设有沟槽（3），并且，沟槽（3）位于锥形波导（2）的中轴线上且与锥形波导（2）的输出端相邻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖金标，郭平，许大信，胥爱民，鲁仲明，
申请(专利权)人：东南大学，南京华脉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：