一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器。本發(fā)明包括輸入波導(dǎo)、輸入連接波導(dǎo)、1×2光功分器、第一錐形波導(dǎo)、傳輸臂、第二錐形波導(dǎo)、2×1合波器、輸出連接波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)；輸入光從輸入波導(dǎo)經(jīng)過經(jīng)輸入連接波導(dǎo)與1×2光功分器的一端相連接，1×2光功分器產(chǎn)生干涉，得到兩束1:1的分光；1×2光功分器的一端經(jīng)過第一錐形波導(dǎo)與傳輸臂的一端相連接，傳輸臂的另一端經(jīng)過第二錐形波導(dǎo)與2×1合波器的一端相連接，2×1合波器的另一端經(jīng)過輸出連接波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)相連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、制作方法簡便且波長不敏感的特點，同時聚合物光波導(dǎo)的制作工藝簡單，降低了本發(fā)明中熱光調(diào)制器的工藝難度。
【專利說明】一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]光調(diào)制器是光通信系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵器件?；谄矫婀獠▽?dǎo)結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器由于其結(jié)構(gòu)緊湊，易于與其它器件集成，適合大規(guī)模生產(chǎn)而受到廣泛關(guān)注。光波導(dǎo)調(diào)制器的調(diào)制機理主要是基于光波導(dǎo)的電光效應(yīng)和熱光效應(yīng)。其中熱光調(diào)制器具有制作簡單、成品率高、成本低、易于集成等優(yōu)點。
[0003]二氧化硅是最早被廣泛使用的光波導(dǎo)材料，工藝發(fā)展最成熟，這是因為二氧化硅光波導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖具有非常好的匹配關(guān)系。二氧化硅光波導(dǎo)具有優(yōu)良的光學(xué)特性，傳輸損耗很小，約為0.02dB/cm,因此被認(rèn)為是實現(xiàn)無源光集成器件最具實用前景的技術(shù)途徑之一。但二氧化硅材料由于熱光系數(shù)均非常小，因此基于二氧化硅材料的熱光調(diào)制器器件尺寸非常大，功率非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，結(jié)合二氧化硅光波導(dǎo)的低損耗、熱不敏感優(yōu)勢及聚合物材料的高的熱光系數(shù)，實現(xiàn)熱光調(diào)制的功能。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明包括輸入波導(dǎo)、輸入連接波導(dǎo)、I X2光功分器、第一錐形波導(dǎo)、傳輸臂、第二錐形波導(dǎo)、2X1合波器、輸出連接波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)；
[0007]輸入光從輸入波導(dǎo)經(jīng)過經(jīng)輸入連接波導(dǎo)與I X 2光功分器的一端相連接，I X 2光功分器產(chǎn)生干涉，得到兩束1:1的分光；1X2光功分器的一端經(jīng)過第一錐形波導(dǎo)與傳輸臂的一端相連接，傳輸臂的另一端經(jīng)過第二錐形波導(dǎo)與2X1合波器的一端相連接，2X1合波器的另一端經(jīng)過輸出連接波導(dǎo)與輸出波導(dǎo)相連接。
[0008]具體的輸入光從輸入波導(dǎo)經(jīng)輸入連接波導(dǎo)耦合進入1X2光功分器產(chǎn)生干涉，得到兩束1:1的分光經(jīng)第一錐形波導(dǎo)再耦合到與二氧化硅芯層中心對稱的傳輸臂中；之后，兩條傳輸臂傳播的光由第二錐形波導(dǎo)耦合到2X1合波器中發(fā)生干涉，相干光再由輸出連接波導(dǎo)耦合到輸出波導(dǎo)中輸出。
[0009]所述的輸入波導(dǎo)、輸入連接波導(dǎo)、第一錐形波導(dǎo)、第二錐形波導(dǎo)、輸出連接波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)均為二氧化硅單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的二氧化硅單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括硅基底、二氧化硅下包層、摻鍺二氧化硅芯層、二氧化硅上包層，具體的通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在硅基底上依次沉積二氧化硅下包層和摻鍺二氧化硅芯層；通過光刻對摻鍺二氧化硅芯層形成圖案，并進行電感耦合等離子體增強型干法刻蝕；再利用化學(xué)氣相沉積法沉積二氧化硅上包層。[0011]所述的傳輸臂包括硅基底、二氧化硅下包層、摻鍺二氧化硅層、聚合物芯層、二氧化硅緩沖層、熱電極；具體的通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在硅基底上依次沉積二氧化硅下包層和摻鍺二氧化硅芯層；通過光刻對摻鍺二氧化硅芯層形成圖案，并進行電感耦合等離子體增強型干法刻蝕；在摻鍺二氧化硅芯層刻蝕出窗口形成薄層的摻鍺二氧化硅層，并通過旋涂在窗口中形成聚合物芯層，再利用化學(xué)氣相沉積法沉積二氧化硅緩沖層?’最后在二氧化硅緩沖層上通過濺射形成熱電極。
[0012]所述的摻鍺二氧化硅層、聚合物芯層和熱電極均處于第一錐形波導(dǎo)、第二錐形波導(dǎo)的中心軸上。
[0013]所述的聚合物芯層選用SU8材料。
[0014]輸入光經(jīng)過第一個3dB光功分器將分成兩束等功率光束，并沿兩個傳輸臂傳播，其光強度分別為I1和I2 ;在經(jīng)過傳輸臂時，如果由于熱電極對傳輸臂加熱的熱光效應(yīng)會導(dǎo)致該傳輸臂的波導(dǎo)內(nèi)折射率變化Δη,使兩束光出現(xiàn)相位差A(yù)p，則輸出端口的輸出光強
1ut 為:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于包括輸入波導(dǎo)(I)、輸入連接波導(dǎo)(2)、1X2光功分器(3)、第一錐形波導(dǎo)(4)、傳輸臂(5)、第二錐形波導(dǎo)(6)、2X1合波器(7)、輸出連接波導(dǎo)⑶以及輸出波導(dǎo)(9)； 輸入光從輸入波導(dǎo)1)經(jīng)過經(jīng)輸入連接波導(dǎo)(2)與1X2光功分器(3)的一端相連接，1X 2光功分器(3)產(chǎn)生干涉，得到兩束1:1的分光；1 X 2光功分器(3)的一端經(jīng)過第一錐形波導(dǎo)(4)與傳輸臂(5)的一端相連接，傳輸臂(5)的另一端經(jīng)過第二錐形波導(dǎo)(6)與2X1合波器(7)的一端相連接，2X1合波器(7)的另一端經(jīng)過輸出連接波導(dǎo)(8)與輸出波導(dǎo)(9)相連接； 具體的輸入光從輸入波導(dǎo)(1)經(jīng)輸入連接波導(dǎo)(2)耦合進入1X2光功分器(3)產(chǎn)生干涉，得到兩束1:1的分光經(jīng)第一錐形波導(dǎo)(4)再耦合到與二氧化硅芯層中心對稱的傳輸臂(5)中；之后，兩條傳輸臂(5)傳播的光由第二錐形波導(dǎo)(6)耦合到2X1合波器(7)中發(fā)生干涉，相干光再由輸出連接波導(dǎo)(8)耦合到輸出波導(dǎo)(9)中輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于: 所述的輸入波導(dǎo)(1)、輸入連接波導(dǎo)(2)、第一錐形波導(dǎo)(4)、第二錐形波導(dǎo)(6)、輸出連接波導(dǎo)(8)以及輸出波導(dǎo)(9)均為二氧化硅單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于: 所述的二氧化硅單模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括硅基底(10)、二氧化硅下包層(11)、摻鍺二氧化硅芯層(12)、二氧化硅上包層(13)，具體的通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在硅基底(10)上依次沉積二氧化硅下包層和摻鍺二氧化硅芯層(12);通過光刻對摻鍺二氧化硅芯層(12)形成圖案，并進行電感耦合等離子體增強型干法刻蝕；再利用化學(xué)氣相沉積法沉積二氧化硅上包層。
4.如權(quán)利要求3所述的一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于: 所述的傳輸臂(5)包括硅基底(10)、二氧化硅下包層(11)、摻鍺二氧化硅層(14)、聚合物芯層(15)、二氧化硅緩沖層(16)、熱電極(17);具體的通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積法在硅基底(10)上依次沉積二氧化硅下包層和摻鍺二氧化硅芯層(12);通過光刻對摻鍺二氧化硅芯層(12)形成圖案，并進行電感耦合等離子體增強型干法刻蝕；在摻鍺二氧化硅芯層(12)刻蝕出窗口形成薄層的摻鍺二氧化硅層(14)，并通過旋涂在窗口中形成聚合物芯層(15)，再利用化學(xué)氣相沉積法沉積二氧化硅緩沖層(16);最后在二氧化硅緩沖層(16)上通過濺射形成熱電極(17)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于: 所述的摻鍺二氧化硅層(14)、聚合物芯層(15)和熱電極(17)均處于第一錐形波導(dǎo)(4)、第二錐形波導(dǎo)(6)的中心軸上。
6.如權(quán)利要求4所述的一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于:所述的聚合物芯層選用SU8材料。
7.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅與聚合物混合集成光波導(dǎo)型熱光調(diào)制器，其特征在于: 輸入光經(jīng)過第一個3dB光功分器(3)將分成兩束等功率光束,并沿兩個傳輸臂(5)傳播，其光強度分別為I1和I2 ;在經(jīng)過傳輸臂(5)時,如果由于熱電極對傳輸臂(5)加熱的熱光效應(yīng)會導(dǎo)致該傳輸臂(5)的波導(dǎo)內(nèi)折射率變化Δη，使兩束光出現(xiàn)相位差Δρ，則輸出端
口的輸出光強Itjut為:
【文檔編號】G02F1/01GK103941428SQ201410188411
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】時堯成, 彭偉 申請人:浙江大學(xué)