硅基集成啁啾光栅可调光延迟线制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基集成啁啾光栅可调光延迟线，包括在绝缘体上硅基底上两个重掺杂区域及该两个重掺杂区域之间的本征区的光波导变迹光栅，所述的两个重掺杂区域为p型和n型重掺杂区域或p型和p型重掺杂区域，形成p-i-n结或p-i-p结构形式，所述的光波导变迹光栅是由高折射率差的硅基材料构成，中间为常规硅波导，旁边为硅锯齿和空气缝相间形成的光栅，在所述的p型重掺杂区域和n型重掺杂区上淀积金属电极，用来和外部电路相连以加载电压。通过改变外加电压可以改变光栅的啁啾量，实现对光信号延迟量的动态调节，具有加工简单，调节迅速，可调范围大等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信
的集成器件，特别是一种硅基集成啁啾光栅可调光延迟线。
技术介绍
可调光延迟线是光通信网络、全光信息处理中的重要器件。在光通信网络中，尤其是在光分组交换网中，可调光延迟线能够按系统的需求提供一定的延迟时间来进行包头处理和解决不同用户竞争同一信道的网络冲突问题，从而提高网络节点的吞吐量，降低丢包率；在光信号处理方面，可调光延迟线可以增强主机的通信能力，增加整个系统的性能以及实现高效可重构光学信号处理等。传统的实现可调光延迟线的方法是采用啁啾光纤光栅，通过改变载波光源的波长来改变光信号反射的位置，从而实现对光信号的可调延迟，这种方案需要同步可调的激光源和可调的滤波器，系统比较复杂。用啁啾光纤光栅对特定波长·实现光可调延迟线，可以采用调节温度、应力以及磁场等来改变光纤光栅的折射率，同样使得特定波长的光信号的反射位置的不同来实现可调延迟。这两种啁啾光纤光栅实现可调光延迟线的方案都有所需器件体积大、反应慢、时间分辨率差等缺点。近年来，随着光电子技术和半导体加工工艺的不断发展，硅基光子学的研究在国内外取得引人注目的成就。在硅基上实现可调光延迟线的方案也有很多种，主要包括全通滤波器(APF)、光波导耦合谐振腔(CROW)以及光子晶体光波导(PhCW)等。全通滤波器(APF)和光波导耦合谐振腔(CROW)方案在实现大的可调延迟时需要的面积较大，并且损耗较大；光子晶体光波导(PhCW)虽然需要面积不大，但对加工工艺要求极高，损耗大。因此，利用集成的布拉格光栅在硅基上实现损耗低、体积小、高带宽以及调节速度快的可调延迟线成了最近两年人们研究的重点。经对现有的技术文献检索发现，Ivano Giuntoni等人 2009 年在 OPTICSEXPRESS(Vol. 17，No. 21)上发表的论文 “Tunable Bragg reflectorson silicon-on-insulator rib waveguides”中提出在娃基上通过改变光栅的周期来实现啁啾光栅，通过热光效应改变硅的折射率，从而使得特定波长的光信号反射位置的变化实现可调光延时。2012年，该小组在0PTICSLETTERS(Vol.20，No. 10)上发表的论文“Continuously tunable delay line based on SOI tapered Bragg gratings，，中提出通过在固定的光栅周期中，改变波导宽度来改变波导的有效折射率实现啁啾光栅，利用热光效应实现了固定波长光信号延迟量可调，完成了 25Gb/s的光信号450ps的最大延迟量。综合已报道的方法，在硅基上用光栅来实现可调光延迟，主要是通过精确改变光栅的周期或者波导宽度来实现啁啾光栅。这样对加工工艺的要求很高，因此成本也较高。另外，目前都只是通过热光效应的方法来实现延迟的可调，调节速率较慢。因此，本专利技术提出通过设计p-i-n或者p-i-p结构来动态调节光栅啁啾量以实现光延迟的方案，结构简单，可应用热光效应或者等离子色散效应来进行延迟的调节
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种硅基集成啁啾光栅可调光延迟线，通过设计P-i-n或者p-i-p结构来实现光栅啁啾调节，以获得可调光延迟的方案。该方案通过设计一个本征区(i区)宽度线性变化的p-i-n或者p-i-p结，将光栅嵌入到结的本征i区，利用相同电压下不同本征区宽度的硅波导的载流子浓度或电阻值不同的性质来实现啁啾光栅，从而通过改变电压的大小实现光延迟的调节。本专利技术的技术解决方案如下一种硅基集成啁啾光栅可调光延迟线，其特点在于，构成包括在绝缘体上硅基底上两个重掺杂区域及该两个重掺杂区域之间的本征区的光波导变迹光栅，所述的两个重掺杂区域为P型和η型重掺杂区域或P型和P型重掺杂区域，形成p-i-n结或p-i-p结构形式，所述的光波导变迹光栅是由高折射率差的硅基材料构成，中间为常规硅波导，旁边为硅锯齿和空气缝相间形成的光栅，在所述的P型重掺杂区域和η型重掺杂区上淀积金属电极，用来和外部电路相连以加载电压。 所述光波导变迹光栅的上包层为氧化硅。所述的光波导变迹光栅，其硅锯齿的宽度从中间向波导两端递减，中间常规硅波导的宽度从中间向波导两端递增，在两端和常规硅波导平滑相连，避免光栅与常规波导耦合时由于突变引起的强反射。所述的SOI光波导光栅，其硅锯齿和中间常规波导的宽度相互匹配，使得光栅每个周期的中心波长为一个定值，以获得最大的反射效率。所述的p-i-n结构形式所述的变迹光栅完全处于本征i区，P型和η型重掺杂区分别处于本征i区的两侧，中间本征i区的宽度沿光栅纵向线性变化，不同宽度的本征区，在相同的电压下，载流子注入的浓度不同，由等离子色散效应导致硅的折射率不同，形成啁啾光栅；所述的p-i-p结构形式变迹光栅完全处于本征i区，两个P型重掺杂区分别处于本征区的两侧，中间本征区的宽度同样沿光栅纵向线性变化，不同宽度的本征区，电阻值不同，在相同的电压下，温度升高不同，由热光效应导致硅的折射率不同，形成啁啾光栅。所述的P型或η型重掺杂区域的掺杂浓度在1018-1021/cm3之间，以形成良好的欧姆接触。所述的P型或η型重掺杂区域离光栅的宽度在几百纳米到几微米之间。与现有的技术相比，本专利技术的优势在于啁啾光栅的形成不是依靠精确地改变光栅的周期或者光栅波导的宽度形成，而是通过将非啁啾光栅嵌入到一个本征区宽度线性变化的P-i-n或者p-i-p结中，加电压后通过等离子体色散效应或者热光效应动态形成啁啾，因此对工艺要求降低，调节迅速，能够实现动态可调集成光延迟线。附图说明图I为本专利技术硅基集成啁啾光栅可调光延迟线结构示意图，其中图(a)为p-i-n的结构示意图，图(b)为p-i-p的结构示意图。图2为本专利技术实施例硅基集成啁啾光栅可调光延迟线光栅波导宽度变化图。图3为本专利技术硅基集成啁啾光栅可调光延迟线在没有加电压时的反射强度谱线和延迟谱线，其中图(a)为反射强度谱线，图(b)为延迟谱线。图4为本专利技术硅基集成啁啾光栅可调光延迟线采用p-i-n结构时不同电压下载流子浓度沿光栅纵向的分布图。图5为本专利技术硅基集成啁啾光栅可调光延迟线采用p-i-n结构时不同电压下的反射强度谱线和延迟谱线，其中图(a)为反射强度谱线，图(b)为延迟谱线。图6为本专利技术硅基集成啁啾光栅可调光延迟线采用p-i-p结构时不同电压下折射率变化沿光栅纵向的分布图。图7为本专利技术硅基集成啁啾光栅可调光延迟线采用p-i-p结构时不同电压下的反射强度谱线和延迟谱线，其中图(a)为反射强度谱线，图(b)为延迟谱线。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。一种硅基集成的可调延迟线，主要包括基于绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator, SOI)光波导的变迹光栅、p型和η型重掺杂区或者ρ型和ρ型重掺杂区以及电极。其特征在于基于SOI光波导的变迹光栅嵌入p-i-n或者p-i-p的本征i区，该本征i区的宽度沿光栅纵向线性变化，P型和η型重掺杂区域与外部电路相连。当采用P-i-n结构时，电极两端加上正向电压，载流子注入到本征i区，本征区的载流子浓度改变，由于等离子色散效应改变了光栅中硅波导的折射率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基集成啁啾光栅可调光延迟线，其特征在于，构成包括在绝缘体上硅基底上两个重掺杂区域及该两个重掺杂区域之间的本征区的光波导变迹光栅，所述的两个重掺杂区域为p型和n型重掺杂区域或p型和p型重掺杂区域，形成p?i?n结或p?i?p结构形式，所述的光波导变迹光栅是由高折射率差的硅基材料构成，中间为常规硅波导，旁边为硅锯齿和空气缝相间形成的光栅，在所述的p型重掺杂区域和n型重掺杂区上淀积金属电极，用来和外部电路相连以加载电压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹志，周林杰，谢静雅，陆梁军，孙晓萌，孙丽丽，李新碗，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：