基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，包括硅襯底、四層二氧化硅緩沖層、三層波導(dǎo)、可調(diào)光柵型微環(huán)諧振器、覆蓋層以及壓電材料，壓電材料位于光柵上方，波導(dǎo)包括一根輸入波導(dǎo)，六根輸出波導(dǎo)，關(guān)于微環(huán)上下對(duì)稱的兩根輸出波導(dǎo)傳輸同一種波長(zhǎng)，且功率相同，三組輸出波導(dǎo)共傳輸三種波長(zhǎng)。本發(fā)明專利技術(shù)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)波分和功分功能，且可通過調(diào)節(jié)壓電材料改變光柵參數(shù)，進(jìn)而提高輸出特性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，屬于集成光子器件領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
光功分器是連接光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元的核心之一。其制作技術(shù)主要有兩種：熔融拉錐型光纖功分器和平面波導(dǎo)（PLC）型光功分器。PLC型光功分器利用半導(dǎo)體工藝制備，具有結(jié)構(gòu)緊湊，可批量制作，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。其中基于硅上二氧化硅（SOS）工藝的PLC型光功分器是首先被應(yīng)用于光通信、傳感系統(tǒng)的PLC器件；并且具有熱穩(wěn)定、低非線性、高帶寬、集成度高、成本低等特點(diǎn)。光波分器也是連接光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元的核心之一。現(xiàn)有的基于微環(huán)的波分器多為一環(huán)一路，即一個(gè)微環(huán)分出一個(gè)波長(zhǎng)，然后用多個(gè)隔開的微環(huán)分出不同的波長(zhǎng)，由于是在一條直輸入波導(dǎo)上并聯(lián)這么多微環(huán)，所以器件往往比較長(zhǎng)，使得成本增加。現(xiàn)有的可調(diào)PLC型波分器的輸出特性往往是固定的，且邊模抑制能力不強(qiáng)，使得輸出特性不是很好。在光通信中，波分器和功分器往往一起使用，但是現(xiàn)有的功分器和波分器都是各自作為一個(gè)獨(dú)立的器件工作的，導(dǎo)致器件整體體積增大，成本增加。同時(shí)，現(xiàn)有的波分器的消光比等特性不是很理想。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，可以實(shí)現(xiàn)輸出特性優(yōu)良、邊模抑制能力強(qiáng)、消光比高、功率平均分配、調(diào)制功率低、高度集成且可靠性高。本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供一種基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，包括硅襯底、生長(zhǎng)在硅襯底上方的緩沖層、生長(zhǎng)在緩沖層上方的波導(dǎo)層、生長(zhǎng)在波導(dǎo)層外表面的覆蓋層；波導(dǎo)層分為上中下三層，其中，上層包括第一至第三輸出波導(dǎo)，中層包括輸入波導(dǎo)、微環(huán)諧振器，下層包括第四至第六輸出波導(dǎo)；第一至第六輸出波導(dǎo)分為三組，分別為第一和第四輸出波導(dǎo)、第二和第五輸出波導(dǎo)、第三和第六輸出波導(dǎo)；微環(huán)諧振器上刻蝕有四個(gè)光柵結(jié)構(gòu)，輸入波導(dǎo)以及三組輸出波導(dǎo)分別位于每?jī)蓚€(gè)光柵結(jié)構(gòu)之間，且每組輸出波導(dǎo)中的兩個(gè)輸出波導(dǎo)關(guān)于微環(huán)諧振器上下對(duì)稱；通過微環(huán)諧振器在中層實(shí)現(xiàn)濾波，每組對(duì)稱的輸出波導(dǎo)與微環(huán)諧振器通過倏逝場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)功分。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，緩沖層為二氧化硅緩沖層。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，在光柵結(jié)構(gòu)的上方設(shè)置一層壓電材料，在壓電材料的上方設(shè)置附屬電極，構(gòu)成可調(diào)光柵。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，上述壓電材料為聚偏氟乙烯薄膜。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，每組對(duì)稱的輸出波導(dǎo)傳輸同一種波長(zhǎng)且功率相同。本專利技術(shù)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1）本專利技術(shù)同時(shí)具有功分和波分功能：利用微環(huán)諧振原理，在一層平面波導(dǎo)上實(shí)現(xiàn)濾波，再通過倏逝波耦合，在濾波層、濾波層上方的波導(dǎo)層和濾波層下方的波導(dǎo)層三層中的波導(dǎo)上實(shí)現(xiàn)功分，即采用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性使得一種波長(zhǎng)能夠分出光功率相同的兩路；2）本專利技術(shù)噪聲降低、輸出特性提高：將光柵結(jié)構(gòu)融合到微環(huán)諧振器中，利用光柵結(jié)構(gòu)的特性可以改善普通微環(huán)的濾波特性，因?yàn)楣鈻拍軌驅(qū)⒉恍枰牟ㄩL(zhǎng)反射回輸入波導(dǎo)，進(jìn)而抑制噪聲，提高消光比，改善輸出特性；3）本專利技術(shù)集成度高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低：將功分器和波分器的功能集中在一起，同時(shí)采用了立體集成結(jié)構(gòu),即將輸入波導(dǎo)和微環(huán)諧振腔放在同一平面上作為濾波層，濾波層上下方的兩個(gè)波導(dǎo)層中的輸出波導(dǎo)與濾波層中的微環(huán)諧振腔通過倏逝場(chǎng)耦合，實(shí)現(xiàn)三層波導(dǎo)傳輸信號(hào)，成倍增加了輸出波導(dǎo)的數(shù)量，增大了空間的利用率，使得一個(gè)微環(huán)諧振腔能實(shí)現(xiàn)六路輸出，大大減小了器件長(zhǎng)度，節(jié)省了材料，降低了成本；4）本專利技術(shù)調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)便高效：利用壓電材料的逆壓電特性來改變光柵參數(shù)，由于逆壓電效應(yīng)，壓電材料會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，對(duì)其周圍材料產(chǎn)生應(yīng)力作用，一方面，由于材料的折射率與施加在材料上的力有關(guān)，該應(yīng)力會(huì)改變光柵材料的折射率；另一方面，壓電材料體積膨脹會(huì)壓縮光柵高度；光柵材料折射率和光柵高度是決定光柵特性的兩個(gè)重要參數(shù)，改變這兩個(gè)參數(shù)就可以改變光柵反射波長(zhǎng)，抑制不同波長(zhǎng)噪聲。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例的光柵結(jié)構(gòu)局部放大圖。圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例的右視圖。圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例的左視圖。圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例的俯視圖。其中，1-微環(huán)諧振器；2-輸入波導(dǎo)；3-第一輸出波導(dǎo)；4-第二輸出波導(dǎo)；5-第三輸出波導(dǎo)；6-第四輸出波導(dǎo)；7-第五輸出波導(dǎo)；8-第六輸出波導(dǎo)；9-光柵結(jié)構(gòu)；10-壓電材料；11-附屬電極；12-覆蓋層；13-波導(dǎo)層的上層；14-波導(dǎo)層的中層；15-波導(dǎo)層的下層；16-緩沖層；17-硅襯底。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：本專利技術(shù)提供一種基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，如圖1、3、4和5所示，包括硅襯底、生長(zhǎng)在硅襯底上方的緩沖層、生長(zhǎng)在緩沖層上方的波導(dǎo)層、生長(zhǎng)在波導(dǎo)層外表面的覆蓋層。波導(dǎo)層分為上中下三層，其中，上層包括第一至第三輸出波導(dǎo)，中層包括輸入波導(dǎo)、微環(huán)諧振器，下層包括第四至第六輸出波導(dǎo)。第一、第四輸出波導(dǎo)關(guān)于微環(huán)諧振器上下對(duì)稱，第二、第五輸出波導(dǎo)關(guān)于微環(huán)諧振器上下對(duì)稱，第三、第六輸出波導(dǎo)關(guān)于微環(huán)諧振器上下對(duì)稱。微環(huán)諧振器上刻蝕有四個(gè)光柵結(jié)構(gòu)，輸入波導(dǎo)以及三組對(duì)稱的輸出波導(dǎo)分別位于每?jī)蓚€(gè)光柵結(jié)構(gòu)之間。第一至第六輸出波導(dǎo)與微環(huán)諧振器之間的垂直距離均為1μm，第一至第六輸出波導(dǎo)、微環(huán)諧振器的橫截面積均為3×3μm，微環(huán)諧振器的直徑為15μm。如圖2所示，在光柵結(jié)構(gòu)的上方設(shè)置一層壓電材料，在壓電材料的上方設(shè)置附屬電極，構(gòu)成可調(diào)光柵。本專利技術(shù)同時(shí)擁有波分器和功分器兩種器件的功能，縮小了器件體積，降低成本，同時(shí)光柵結(jié)構(gòu)的引進(jìn)則使得噪聲和消光比降低，輸出特性提高。采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)置輸出波導(dǎo)，使得一種波長(zhǎng)能夠分成功率相同的兩路；利用微環(huán)諧振器的原理進(jìn)行濾波，同時(shí)將光柵結(jié)構(gòu)融合到微環(huán)諧振器中，利用光柵結(jié)構(gòu)的特性改善微環(huán)諧振器的濾波特性，因?yàn)楣鈻拍軌驅(qū)⒉恍枰牟ㄩL(zhǎng)反射回輸入波導(dǎo)，進(jìn)而抑制噪聲，提高消光比，改善輸出特性。光信號(hào)通過輸入波導(dǎo)輸入，經(jīng)過微環(huán)諧振器耦合，由第一至第六輸出波導(dǎo)輸出不同波長(zhǎng)，其中，第一、第四傳輸同一種波長(zhǎng)，且功率相同；第二、第五輸出波導(dǎo)傳輸同一種波長(zhǎng)，且功率相同；第三、第六輸出波導(dǎo)傳輸同一種波長(zhǎng)，且功率相同。本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)三層波導(dǎo)傳輸信號(hào)，成倍增加了輸出波導(dǎo)的數(shù)量，增大了空間的利用率，使得一個(gè)微環(huán)能實(shí)現(xiàn)六路輸出，大大減小了器件長(zhǎng)度，節(jié)省了材料，降低了成本。進(jìn)一步地，本專利技術(shù)利用壓電材料的逆壓電特性來改變光柵參數(shù)，如光柵的高度、折射率等，實(shí)現(xiàn)可調(diào)型光柵結(jié)構(gòu)。其具體原理如下：將壓電材料（實(shí)施例中采用聚偏氟乙烯薄膜，PVDF）置于光柵的正上方，通過壓電材料上方設(shè)置的電極來改變壓電材料上的電壓。由于逆壓電效應(yīng)，該材料會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，對(duì)其周圍材料產(chǎn)生應(yīng)力作用，一方面，由于材料的折射率與施加在材料上的力有關(guān)，該應(yīng)力會(huì)改變光柵材料的折射率；另一方面，壓電材料體積膨脹會(huì)壓縮光柵高度。光柵材料折射率和光柵高度是決定光柵特性的兩個(gè)重要參數(shù)，改變這兩個(gè)參數(shù)就可以改變光柵反本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，其特征在于，包括硅襯底、生長(zhǎng)在硅襯底上方的緩沖層、生長(zhǎng)在緩沖層上方的波導(dǎo)層、生長(zhǎng)在波導(dǎo)層外表面的覆蓋層；波導(dǎo)層分為上中下三層，其中，上層包括第一至第三輸出波導(dǎo)，中層包括輸入波導(dǎo)、微環(huán)諧振器，下層包括第四至第六輸出波導(dǎo)；第一至第六輸出波導(dǎo)分為三組，分別為第一和第四輸出波導(dǎo)、第二和第五輸出波導(dǎo)、第三和第六輸出波導(dǎo)；微環(huán)諧振器上刻蝕有四個(gè)光柵結(jié)構(gòu)，輸入波導(dǎo)以及三組輸出波導(dǎo)分別位于每?jī)蓚€(gè)光柵結(jié)構(gòu)之間，且每組輸出波導(dǎo)中的兩個(gè)輸出波導(dǎo)關(guān)于微環(huán)諧振器上下對(duì)稱；通過微環(huán)諧振器在中層實(shí)現(xiàn)濾波，每組對(duì)稱的輸出波導(dǎo)與微環(huán)諧振器通過倏逝場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)功分。

【技術(shù)特征摘要】
1.?基于可調(diào)光柵型微環(huán)的三維集成光功分/波分器，其特征在于，包括硅襯底、生長(zhǎng)在硅襯底上方的緩沖層、生長(zhǎng)在緩沖層上方的波導(dǎo)層、生長(zhǎng)在波導(dǎo)層外表面的覆蓋層；
波導(dǎo)層分為上中下三層，其中，上層包括第一至第三輸出波導(dǎo)，中層包括輸入波導(dǎo)、微環(huán)諧振器，下層包括第四至第六輸出波導(dǎo)；第一至第六輸出波導(dǎo)分為三組，分別為第一和第四輸出波導(dǎo)、第二和第五輸出波導(dǎo)、第三和第六輸出波導(dǎo)；微環(huán)諧振器上刻蝕有四個(gè)光柵結(jié)構(gòu)，輸入波導(dǎo)以及三組輸出波導(dǎo)分別位于每?jī)蓚€(gè)光柵結(jié)構(gòu)之間，且每組輸出波導(dǎo)中的兩個(gè)輸出波導(dǎo)關(guān)于微環(huán)諧振器上下對(duì)稱；通過微環(huán)諧振器在中層實(shí)現(xiàn)濾波，每組對(duì)稱的輸出波導(dǎo)與微環(huán)諧振...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫小菡，呂濤，蔣衛(wèi)鋒，田勇，崔晗，李元，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32