【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光子集成芯片的，更具體地，涉及一種色散補償環形反射器及制備方法。
技術介紹
1、大多數分子鍵(如c-o、n-h、c-h等)的特征吸收峰集中在中紅外波段，因此中紅外波段在分子吸收光譜傳感領域具有重要的應用價值。通過將光學系統芯片化，不僅可以使系統更加緊湊和可靠，還能夠顯著降低功耗和光學損耗。在中紅外波段實現片上傳感系統的集成，具有廣闊的應用前景，涵蓋便攜光譜儀、軍事領域和生物檢測等多個方向。
2、片上光譜傳感系統的核心是寬光譜范圍的光源?；诜蔷€性效應生成的光頻梳因其寬光譜的優點，特別是在雙光頻梳傳感應用中，展現出巨大的潛力。因此，高效產生中紅外光頻梳成為當前研究的熱點之一。根據已有研究成果，無論是高效的kerr光頻梳、超連續譜，還是量子級聯激光光頻梳，其諧振腔內均需要滿足小而平坦的負群速度色散這一關鍵條件。然而，由于腔內色散往往無法滿足這一要求，必須引入額外的色散補償機制。因此，研究能夠實現光頻梳色散補償的器件，具有重要的科學意義和實際價值。
3、色散補償可以通過以下幾種方法實現：(1)調節光波導的幾何結構：通過改變波導的幾何尺寸(如寬度)來調整色散特性。但對于給定晶圓，其波導厚度已固定，僅能通過調節波導寬度進行色散補償，調節能力有限。(2)啁啾布拉格光柵：通過改變光柵寬度或設計特定的工作波長實現色散補償。然而，此方法需要引入精細的光柵結構，對加工工藝要求較高，增加了制造復雜性和成本。(3)耦合波導：通過激發特定的耦合模式來實現色散補償。此方法設計簡單、高效，且適用于多種材料平臺，具備良好的
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服現有技術耦合波導難以與其他器件實現片上集成的不足，提供一種色散補償環形反射器及制備方法，可適配于多種材料平臺，與其他器件具有良好的集成性。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：
3、提供一種色散補償環形反射器，包括襯底、設于襯底上的硅波導芯層、以及布置于硅波導芯層上的第一1×2多模干涉儀、第一彎曲錐形波導、第二彎曲錐形波導、第一模式轉換器、第二模式轉換器和第一耦合波導；所述第一1×2多模干涉儀的第一端和第二端分別設置一個端口和兩個端口，第一端的端口通過第一單模波導連接至入射出射波導截面，所述入射出射波導截面為同一截面；第二端的兩個端口分別通過所述第一彎曲錐形波導、所述第二彎曲錐形波導連接至所述第一模式轉換器、所述第二模式轉換器的輸入端，所述第一模式轉換器與所述第二模式轉換器的輸出端通過所述第一耦合波導相連。
4、本專利技術的一種色散補償環形反射器，第一1×2多模干涉儀用于實現50:50的光功率分束與合束；輸入至第一1×2多模干涉儀的光被均分為兩束后，分別通過所述第一模式轉換器和所述第二模式轉換器將基模激發轉換為特定耦合模式；兩束光在所述第一耦合波導中實現色散補償功能后，再分別通過所述第二模式轉換器所述第一模式轉換器將特定耦合模式轉換回基模，并在所述第一1×2多模干涉儀中合束，最后從所述第一1x2多模干涉儀的第一端口輸出，完成色散補償和光學反饋功能。本專利技術提供的一種色散補償環形反射器，兼具色散補償與光學反饋功能，設計簡潔，有效降低工藝要求；耦合波導結構通用，可適配于多種材料平臺(如硅基、氮化硅基、鈮酸鋰等)，擴展了本專利技術在不同片上光子集成系統中的應用范圍；與其他器件具有良好集成性，本專利技術的結構設計支持與其他光子器件(如多模干涉儀、光源等)的片上集成，克服了傳統耦合波導難以集成的局限性，適用于緊湊型片上光子系統。
5、進一步地，所述第一模式轉換器和所述第二模式轉換器分別將第一彎曲錐形波導和第二彎曲錐形波導中的基模轉換為第一耦合波導中的特定耦合模式，所述特定耦合模式具有特定色散值用于色散補償。通過上述第一模式轉換器和第二模式轉換器，可激發特定耦合模式以實現色散補償功能。第一耦合波導長度選擇由具體應用決定。
6、進一步地，所述第一模式轉換器和所述第二模式轉換器均包括第一多模波導和第三彎曲錐形波導，所述第一多模波導和所述第三彎曲錐形波導間隔設置，用于實現基模向第一耦合波導中特定耦合模式的模式轉換。
7、進一步地，所述第一耦合波導包括第二單模波導和第二多模波導，所述第二單模波導與所述第二多模波導間隔設置，所述第二多模波導的兩端分別與兩個第一多模波導輸出端連接，所述第二單模波導的兩端分別與兩個第三彎曲錐形波導的輸出端連接。
8、進一步地，所述第二單模波導中的基模與第二多模波導中的高階模耦合形成特定耦合模式，所述特定耦合模式包括對稱模和反對稱模，兩者具有相反的色散補償值；所述第一耦合波導工作在弱相位匹配區。第一耦合波導可用于基模(如te0)與特定高階模(如te1、te2、te3……)之間的耦合，以實現色散補償；第一模式轉換器和第二模式轉換器可設計為激發第一耦合波導中的對稱?；蚍磳ΨQ模，具體通過調節模式轉換器中的第三錐形單模波導的寬度變化實現。第一耦合波導的工作波長設計在相位匹配區域臨近的弱耦合區域，以降低單模波導與多模波導之間的功率交換，以避免耦合模式間的跳變、減小單模波導輸入的功率耦合至多模波導中。
9、進一步地，所述第一多模波導的寬度值大于所述第三彎曲錐形波導的寬度值，所述第三彎曲錐形波導輸入端的寬度值小于第三彎曲錐形波導輸出端的寬度值；所述第二單模波導的寬度值與所述第三彎曲錐形波導輸出端的寬度值相等。
10、進一步地，所述第二多模波導的寬度值與所述第一多模波導的寬度值相等；所述第二多模波導的寬度值大于第二單模波導的寬度值。
11、進一步地，所述第一多模波導與所述第三彎曲錐形波導之間的間距值為l1，所述第二單模波導和所述第二多模波導之間的間距值為l2，l1與l2相等。
12、進一步地，通過調整l1和l2的大小，調整所述色散補償值的大小。色散補償值可以通過在加工時調整第一耦合波導波導間距、第一模式轉換器、第二模式轉換器的波導間距靈活調諧；第一耦合波導長度選擇根據具體色散補償應用決定。
13、進一步地，所述第一耦合波導為跑道型結構。
14、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
15、本專利技術的一種色散補償環形反射器，具有高效的色散補償能力，對加工工藝要求低，具備較強的制造可行性和批量生產潛力；耦合波導結構設計通用，可適配于多種材料平臺，擴展了在不同片上光子集成系統中的應用范圍；本專利技術提供的器件支持與其他光子器件的片上集成，具有良好集成性，克服了傳統耦合波導難以集成的局限性，適用于緊湊型片上光子系統。本專利技術提供的器件還具有靈活的調諧能力，通過調整耦合波導的間距或工作波長，可實現色散補償強度的靈活調節，從而適應不同的應用需求。
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1.一種色散補償環形反射器，其特征在于，包括襯底、設于襯底上的硅波導芯層、以及布置于硅波導芯層上的第一1×2多模干涉儀(1)、第一彎曲錐形波導(2)、第二彎曲錐形波導(3)、第一模式轉換器(4)、第二模式轉換器(5)和第一耦合波導(6)；所述第一1×2多模干涉儀(1)的第一端和第二端分別設置一個端口和兩個端口，第一端的端口通過第一單模波導(7)連接至入射出射波導截面，所述入射出射波導截面為同一截面；第二端的兩個端口分別通過所述第一彎曲錐形波導(2)、所述第二彎曲錐形波導(3)連接至所述第一模式轉換器(4)、所述第二模式轉換器(5)的輸入端，所述第一模式轉換器(4)與所述第二模式轉換器(5)的輸出端通過所述第一耦合波導(6)相連。
2.根據權利要求1所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一模式轉換器(4)和所述第二模式轉換器(5)分別將第一彎曲錐形波導(2)和第二彎曲錐形波導(3)中的基模轉換為第一耦合波導(6)中的特定耦合模式，所述特定耦合模式具有特定色散值用于色散補償。
3.根據權利要求2所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一模式轉換器(4
4.根據權利要求3所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一耦合波導(6)包括第二單模波導(11)和第二多模波導(10)，所述第二單模波導(11)與所述第二多模波導(10)間隔設置，所述第二多模波導(10)的兩端分別與兩個第一多模波導(8)輸出端連接，所述第二單模波導(11)的兩端分別與兩個第三彎曲錐形波導(9)的輸出端連接。
5.根據權利要求4所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第二單模波導(11)中的基模與第二多模波導(10)中的高階模耦合形成特定耦合模式，所述特定耦合模式包括對稱模和反對稱模，兩者具有相反的色散補償值；所述第一耦合波導(6)工作在弱相位匹配區。
6.根據權利要求5所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一多模波導(8)的寬度值大于所述第三彎曲錐形波導(9)的寬度值，所述第三彎曲錐形波導(9)輸入端的寬度值小于第三彎曲錐形波導(9)輸出端的寬度值。
7.根據權利要求5所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第二單模波導(11)的寬度值與所述第三彎曲錐形波導(9)輸出端的寬度值相等；所述第二多模波導(10)的寬度值與所述第一多模波導(8)的寬度值相等；所述第二多模波導(10)的寬度值大于第二單模波導(11)的寬度值。
8.根據權利要求5所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一多模波導(8)與所述第三彎曲錐形波導(9)之間的間距值為L1，所述第二單模波導(11)和所述第二多模波導(10)之間的間距值為L2，L1與L2相等。
9.根據權利要求8所述的色散補償環形反射器，其特征在于，通過調整L1和L2的大小，調整所述色散補償值的大小。
10.根據權利要求1至9任一項所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一耦合波導(6)為跑道型結構。
...【技術特征摘要】
1.一種色散補償環形反射器，其特征在于，包括襯底、設于襯底上的硅波導芯層、以及布置于硅波導芯層上的第一1×2多模干涉儀(1)、第一彎曲錐形波導(2)、第二彎曲錐形波導(3)、第一模式轉換器(4)、第二模式轉換器(5)和第一耦合波導(6)；所述第一1×2多模干涉儀(1)的第一端和第二端分別設置一個端口和兩個端口，第一端的端口通過第一單模波導(7)連接至入射出射波導截面，所述入射出射波導截面為同一截面；第二端的兩個端口分別通過所述第一彎曲錐形波導(2)、所述第二彎曲錐形波導(3)連接至所述第一模式轉換器(4)、所述第二模式轉換器(5)的輸入端，所述第一模式轉換器(4)與所述第二模式轉換器(5)的輸出端通過所述第一耦合波導(6)相連。
2.根據權利要求1所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一模式轉換器(4)和所述第二模式轉換器(5)分別將第一彎曲錐形波導(2)和第二彎曲錐形波導(3)中的基模轉換為第一耦合波導(6)中的特定耦合模式，所述特定耦合模式具有特定色散值用于色散補償。
3.根據權利要求2所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一模式轉換器(4)和所述第二模式轉換器(5)均包括第一多模波導(8)和第三彎曲錐形波導(9)，所述第一多模波導(8)和所述第三彎曲錐形波導(9)間隔設置，用于實現基模向第一耦合波導(6)中特定耦合模式的模式轉換。
4.根據權利要求3所述的色散補償環形反射器，其特征在于，所述第一耦合波導(6)包括第二單模波導(11)和第二多模波導(10)，所述第二單模波導(11)與所述第二多模波導(10)間隔設...
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