[實用新型]嵌入式耦合光學環形腔器件

無效

• 申請號: 200720114760.0
• 申請日: 2007-09-11
• 公開（公告）號: CN201116937Y
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 戴道鋅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/24
• 分類號: G02B6/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本實用新型涉及平面光波導集成器件領域，特別是涉及一種嵌入式耦合光學環形腔器件。

背景技術

光學環形腔器件是一種在光子信號處理領域有著非常重要地位和意義的光子器件。光學環形腔器件通常包括一個環形腔(如微諧振環或微盤)、以及一條或兩條耦合光波導。為了使之具有較大的自由頻譜范圍，須減小整個環形腔周長。因此，應該采用強限制光波導形成具有小彎曲半徑的環形腔，例如，基于SOI(Silicon-on-insulator，絕緣體上的硅)納米光波導環形腔(Little?et.a1.″Ultra-compact?Si/SiO.sub.2?micro-ring?resonator?channel?dropping?filter″，IEEEPhoton.Tech.Lett.，vo1.10，pp.549-551，1998)。在傳統的光學環形腔器件結構中，有兩種耦合方式。

其一是“橫向耦合”，如圖1所示。這種耦合方式的具體結構是：耦合光波導1與環形腔光波導2位于襯底隔離層3之上，在同一平面，這種結構中，環形腔與耦合波導之間通常有很狹窄的縫隙4。而環形腔器件性能與此縫隙大小緊密相關，因此在制作過程中，必須對此進行非常精確的控制，這無疑增加了工藝制作的難度。此外，在“橫向耦合”方式中，環形腔與耦合光波導采用的是相同的材料及相同橫截面形狀。例如，為了獲得小彎曲半徑，環形腔光波導2可采用硅納米光波導。此時，耦合光波導也為硅納米線，則與光纖的耦合損耗過大。

其二是“垂直耦合”，如圖2所示。這種方式是高度方向上不同薄膜層內分別形成耦合光波導1、環形腔光波導2，環形腔光波導2在低折射率的隔離層5之上，耦合光波導1在低折射率的隔離層5和襯底隔離層3之間。采用“垂直耦合”方式，基本上解決了“橫向耦合”存在的問題。例如，避免了制作狹窄縫隙的困難，可以采用不同橫截面形狀與材料分別設計環形腔及耦合波導。但是，最大的問題在于其工藝比較復雜，需要多次薄膜沉積、光刻、刻蝕以及表面平整化。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種低耦合損耗的嵌入式耦合光學環形腔器件。

本實用新型的嵌入式耦合光學環形腔器件，包括襯底隔離層、環形腔光波導和耦合光波導，其特征是耦合光波導和環形腔光波導共用襯底隔離層，在環形腔光波導與耦合光波導的耦合區域內環形腔光波導嵌入于耦合光波導之中。

上述的耦合光波導可以是平行布置，也可以是不平行布置。

為了獲得與光纖的高效率耦合，同時實現彎曲半徑很小的環形腔光波導，本實用新型的進一步特征是，耦合光波導的橫截面大于環形腔光波導的橫截面，耦合光波導的折射率小于環形腔光波導的折射率。

本實用新型的有益效果是：

嵌入式的耦合光學環形腔器件，由于耦合光波導和環形腔光波導共用襯底隔離層，簡化了器件在高度方向的膜層結構，僅需襯底隔離層、環形腔光波導芯層和耦合光波導芯層。其制作工藝比傳統的“垂直耦合”環形腔器件更為簡便。可實現彎曲半徑很小的環形腔，同時可提高與光纖的耦合效率，即可實現低損耗。通過改變耦合光波導、環形腔光波導參數可實現耦合系數的大范圍調節，從而實現不同器件性能以滿足不同需求。

附圖說明

圖1是“橫向耦合”光學環形腔器件；

圖2是“垂直耦合”光學環形腔器件；

圖3是本實用新型的嵌入式耦合光學環形腔器件的三維視圖；

圖4是圖3嵌入式耦合光學環形腔器件的俯視圖；

圖5是圖4的A-A截面；

圖6是圖5的B-B截面。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本實用新型。

參照圖3～圖6，本實用新型的嵌入式耦合光學環形腔器件，包括耦合光波導1、環形腔光波導2和襯底隔離層3。耦合光波導1和環形腔光波導2共用襯底隔離層3，在環形腔光波導2與耦合光波導1的耦合區域內環形腔光波導2嵌入于耦合光波導1之中。

通過改變耦合光波導1和環形腔光波導2的中心間距4(見圖6)，可以獲得不同的環形腔光波導2與耦合光波導1之間的耦合系數。

通過改變環形腔光波導2的彎曲半徑5(見圖6)，可以獲得不同的環形腔光波導2與耦合光波導1之間的耦合系數。

通過改變耦合光波導1與環形腔光波導2的橫截面以及折射率等光波導參數，可以獲得不同的環形腔光波導2與耦合光波導1之間的耦合系數。

由于本實用新型不需要特殊工藝，因而可用于多種材料、不同的橫截面結構，具有很好的實用前景。

下面給出一個制備實施例。環形腔采用硅納米線光波導，其橫截面為500nm×250nm，彎曲半徑為3μm。可直接采用SOI(Silicon-on-insulator，絕緣體上的硅)基片，則僅需一次光刻和一次干法刻蝕即可獲得襯底隔離層上的硅納米線環形腔光波導，其折射率約為3.455。而耦合光波導可采用SU-8膠(折射率為1.572)。將SU-8膠旋涂覆蓋于已經制作好的硅納米線環形腔光波導之上，再采用一次光刻之后即可獲得將硅納米線環形腔光波導嵌入其中的耦合光波導，其橫截面為1.5μm×1.5μm。