偏振分束旋轉(zhuǎn)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)器件領(lǐng)域，特別是涉及一種偏振分束旋轉(zhuǎn)器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)信息傳輸、處理速度要求的不斷提高和多核計(jì)算時(shí)代的來臨，基于金屬的電互連將會(huì)由于過熱、延遲、電子干擾等缺陷成為發(fā)展瓶頸。而采用光互連來取代電互連，可以有效解決這一難題。在光互連的具體實(shí)施方案中，硅基光互連以其無可比擬的成本和技術(shù)優(yōu)勢成為首選。硅基光互連既能發(fā)揮光互連速度快、帶寬大、抗干擾、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，又能充分利用微電子工藝成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等優(yōu)勢，其發(fā)展必將推動(dòng)新一代高性能計(jì)算機(jī)、光通信系統(tǒng)的發(fā)展，有著廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0003]在過去，硅基光互連的研宄重點(diǎn)主要是在硅基上實(shí)現(xiàn)各種光功能性器件，如硅基電泵浦激光器、電光調(diào)制器、光電探測器、波分復(fù)用器件及模分復(fù)用器件等。除了片上光互連之外，其他形式的光互連不可避免地需要和外部世界連接。在現(xiàn)階段的技術(shù)背景下，往往采用光纖作為對(duì)外連接媒介。但是，一方面，光纖中的偏振態(tài)是隨機(jī)的；另一方面，SOI波導(dǎo)有著比傳統(tǒng)集成光波導(dǎo)(如二氧化硅波導(dǎo))大得多的材料折射率差，使得TE和TM模式的有效折射率差別很大，造成器件性能對(duì)偏振態(tài)極其敏感。因此，如果不妥善解決器件性能偏振敏感的問題，硅基光子學(xué)將只能局限于不與外界連接的研宄狀態(tài)，無法像傳統(tǒng)集成光學(xué)那樣可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的器件回路或者器件網(wǎng)絡(luò)，更加無法實(shí)現(xiàn)光互連替代電互連的目標(biāo)。目前一種解決方案是針對(duì)每種器件專門設(shè)計(jì)其偏振不敏感的結(jié)構(gòu)，但是，在偏振不敏感優(yōu)化尺寸下的器件一般情況下都不是性能最佳的，而且這些器件往往需要特殊的器件結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的工藝控制，效果很難保證；另一個(gè)解決方案是采用方形波導(dǎo)，但此方案需要精確控制尺寸，在工藝上很難實(shí)現(xiàn)，而且遇到耦合、彎曲等構(gòu)型時(shí)依然是偏振敏感的。
[0004]一種更加有效的方案是采用極化分集機(jī)制。從光纖耦合進(jìn)入芯片的任意偏振的光可以看成是TE和TM模式的線性疊加，這兩個(gè)正交的分量在經(jīng)過一個(gè)偏振分束旋轉(zhuǎn)器(I X 2端口)后，TE模式保持不變，而TM模式將轉(zhuǎn)化為TE模式，并從相鄰的端口輸出。這兩個(gè)TE模式的光分別經(jīng)過兩個(gè)工作于TE模式的硅基功能器件，實(shí)現(xiàn)各種功能和信號(hào)處理。輸出的光再通過相反的過程將偏振態(tài)重新組合起來，在輸出端由另外一根光纖接收。在這樣的機(jī)制下面，功能性器件全部工作于TE模式，外界偏振態(tài)不影響內(nèi)部工作，因此極大地降低了對(duì)功能器件的設(shè)計(jì)要求，顯著地提高硅基光子器件在光互連、光通信等領(lǐng)域的可行性和應(yīng)用前景。
[0005]上述極化分集機(jī)制的核心器件是偏振分束旋轉(zhuǎn)器。在這個(gè)器件中需要實(shí)現(xiàn)由TM模式到TE模式的轉(zhuǎn)換，就必須將這兩個(gè)原本正交的模式變成混合模式，這一點(diǎn)可以通過非對(duì)稱的波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。一種最簡單的方式是采取空氣上包層，因?yàn)榇藭r(shí)上包層(空氣)和下包層(二氧化硅)的材料不一致，使得波導(dǎo)橫截面的對(duì)稱性被打破。雖然制作這樣的器件工藝步驟較少，但是因?yàn)闆]有上包層，器件易被氧化、還會(huì)吸收空氣中的水分，使器件變得不穩(wěn)定。而且對(duì)基于CMOS工藝的大規(guī)模硅基光電集成來說，必須要求有二氧化硅上包層。空氣上包層的器件無法和諸如調(diào)制器、濾波器這樣的器件進(jìn)行集成。因此找到具有二氧化硅上包層的非對(duì)稱波導(dǎo)，并實(shí)現(xiàn)具有二氧化硅上包層的偏振分束旋轉(zhuǎn)器，是目前業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種偏振分束旋轉(zhuǎn)器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)具有二氧化硅上包層的偏振分束旋轉(zhuǎn)器的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種偏振分束旋轉(zhuǎn)器，所述偏振分束旋轉(zhuǎn)器至少包括:
[0008]形成在SOI材料的頂層硅中的波導(dǎo)，所述波導(dǎo)至少包括順次連接的單模輸入波導(dǎo)、雙刻蝕波導(dǎo)和非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)；
[0009]所述雙刻蝕波導(dǎo)，包括一端與所述單模輸入波導(dǎo)尾端相連接的第一刻蝕區(qū)和位于所述第一刻蝕區(qū)兩側(cè)的第二刻蝕區(qū)，所述第一刻蝕區(qū)的高度大于所述第二刻蝕區(qū)的高度；
[0010]所述非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)，包括根波導(dǎo)、第一分支波導(dǎo)和第二分支波導(dǎo)，所述根波導(dǎo)與所述第一刻蝕區(qū)的尾端相連，第一 Y分支波導(dǎo)的寬度大于第二 Y分支波導(dǎo)的寬度。
[0011]優(yōu)選地，所述單模輸入波導(dǎo)為長條狀。
[0012]優(yōu)選地，所述雙刻蝕波導(dǎo)包括第一雙刻蝕波導(dǎo)和第二雙刻蝕波導(dǎo)；
[0013]所述第一刻蝕區(qū)的寬度線性遞增；
[0014]所述單模輸入波導(dǎo)至所述第一雙刻蝕波導(dǎo)和第二雙刻蝕波導(dǎo)交界處之間的所述第二刻蝕區(qū)的寬度線性遞增，所述第一雙刻蝕波導(dǎo)和第二雙刻蝕波導(dǎo)交界處至所述非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)之間的第二刻蝕區(qū)寬度漸減。
[0015]優(yōu)選地，所述第二刻蝕區(qū)的波導(dǎo)厚度為50nm?150nm，位于與所述單模輸入波導(dǎo)相連的一端的所述第二刻蝕區(qū)的寬度與所述單模輸入波導(dǎo)的寬度相同，所述單模輸入波導(dǎo)的寬度為350nm?650nm ;位于所述第一雙刻蝕波導(dǎo)和所述第二雙刻蝕波導(dǎo)交界處的所述第二刻蝕區(qū)的寬度為200nm?100nm ;位于所述第一雙刻蝕波導(dǎo)和第二雙刻蝕波導(dǎo)交界處的所述第一刻蝕區(qū)的寬度比所述單模輸入波導(dǎo)的寬度大50nm?200nm。
[0016]優(yōu)選地，位于所述非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)處的第二刻蝕區(qū)的寬度為Onm?50nm，位于所述非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)處的第一刻蝕區(qū)的寬度比位于所述第一雙刻蝕波導(dǎo)和第二雙刻蝕波導(dǎo)交界處的所述第一刻蝕區(qū)的寬度大500nm。
[0017]優(yōu)選地，進(jìn)入所述偏振分束旋轉(zhuǎn)器的光的波長范圍為1.25 ym?1.75 μm。
[0018]優(yōu)選地，所述第一 Y分支波導(dǎo)的寬度范圍為所述根波導(dǎo)寬度的三分之二到五分之四。
[0019]如上所述，本實(shí)用新型的偏振分束旋轉(zhuǎn)器，具有以下有益效果:
[0020]1、本申請的技術(shù)方案中利用第一刻蝕區(qū)和第二刻蝕區(qū)的高度不同，使得雙刻蝕波導(dǎo)的橫截面上下不對(duì)稱，從而使得在光的傳輸過程中，沿著傳輸方向，位于雙刻蝕波導(dǎo)中的第一雙刻蝕波導(dǎo)中會(huì)存在光的模式混合區(qū)域，即TE和TM的過渡形式。進(jìn)而利用非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)的第一分支波導(dǎo)和第二分支波導(dǎo)的寬度的設(shè)計(jì)，使得最終輸出的光均為TE模式的光。
[0021]2、因?yàn)殡p刻蝕波導(dǎo)的模式轉(zhuǎn)換和非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)的模式分配是寬帶的，可以工作在上百到幾百個(gè)納米的波長范圍內(nèi)。本實(shí)用新型的實(shí)施例中提供的偏振分束旋轉(zhuǎn)器中利用了這兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)的寬帶特性，可以解決傳統(tǒng)偏振分束旋轉(zhuǎn)器帶寬較窄(傳統(tǒng)偏振分束旋轉(zhuǎn)器帶寬通常只有幾十納米)的缺點(diǎn)。
[0022]3、本實(shí)用新型的實(shí)施例中提供的偏振分束旋轉(zhuǎn)器加工工藝比較簡單，本領(lǐng)域技術(shù)人員皆能理解，本實(shí)用新型提供的偏振分束器利用常規(guī)的CMOS工藝就可以實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0023]圖1顯示為本實(shí)用新型的實(shí)施例中提供的偏振分束旋轉(zhuǎn)器的俯視圖的示意圖。
[0024]圖2顯示為圖1中所示的偏振分束旋轉(zhuǎn)器在AA’位置的器件橫截面示意圖。
[0025]圖3顯示為圖1中所示的偏振分束旋轉(zhuǎn)器在BB’位置的器件橫截面示意圖。
[0026]圖4顯示為圖1中所示的偏振分束旋轉(zhuǎn)器在CC’位置的器件橫截面示意圖。
[0027]圖5顯示為圖1中所示的偏振分束旋轉(zhuǎn)器在DD’位置的器件橫截面示意圖。
[0028]圖6顯示為圖1中所示的偏振分束旋轉(zhuǎn)器在DD’位置的器件橫截面示意圖。
[0029]圖7顯示為圖1中所示的偏振分束旋轉(zhuǎn)器在EE’位置的器件橫截面示意圖。
[0030]元件標(biāo)號(hào)說明
[0031]100 單模輸入波導(dǎo)
[0032]101 第二刻蝕區(qū)
[0033]102 第一刻蝕區(qū)
[0034]103 非對(duì)稱Y分支波導(dǎo)
[0035]104 二氧化硅上包層
[0036]105 二氧化硅下包層
[0037]SI二氧化硅上包層厚度
[0038]S2二氧化硅下包層厚度
[0039]Wl寬度
[0040]W2寬度
[0041]W3寬度
[0042]W4寬度
[0043]W5寬度
[0044]LI 長度
[0045]L2 長度
[0046]L3 長度
[0047]L4 長度
[0048]Cl寬度
[0049]C2寬度
[0050]C3寬度
[0051]G間隔寬度
[0052]Hl 厚度
[0053]H2 厚度
【具體實(shí)施方式】
[0054]以下由特定的具體實(shí)施例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0055]請參閱圖1至圖7。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實(shí)用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實(shí)用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實(shí)用新型可實(shí)施的范疇。
[0056]參考圖1至圖7所示，本實(shí)施例中提供的偏振分