[發明專利]微結構準相位匹配實現多維目標波導光柵和體光柵的制備方法

有效

• 申請號: 201110104875.2
• 申請日: 2011-04-26
• 公開（公告）號: CN102147492A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 施躍春;陳向飛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B6/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

一、技術領域

本發明屬于光電子技術領域，涉及光纖通訊，光子集成，光電傳感以及其他光電信息處理，提出微結構準相位匹配技術（Micro-structure?Quasi-phase-matching?technology，MS-QPM），以及基于該技術，利用取樣結構等效實現任意的二維平面波導布拉格光柵或者三維體光柵的目標光柵形貌，并基于這種設計思路提出多種新型光子器件，包括一種新型的波分復用器和無逆向反射的濾波器，傾斜波導光柵，基于等效重構啁啾技術DFB激光器的0級抑制，以及功分器與定向耦合器。

二、背景技術

隨著網絡化時代的到來，人們對信息的需求與日俱增。近十年來，隨著網絡的不斷演進和巨大的信息傳輸需求，對光纖通信提出了更高的要求，同時也促進了光纖通信技術的發展。尤其是光通訊器件，需要新的理論和性價比更高的器件來支撐光網絡的進一步的發展。而近年來出現的光子集成技術，順應了時代的發展，正開啟著一個全新的光網絡時代。光子集成技術則被認為是光纖通信最前沿、最有前途的領域。在美國硅谷實驗室中，英飛朗（Infinera）公司已經用磷化銦等材料制成大量復雜的光電集成器件，使得光通信成本更低容量更高。在無源光器件中，波導布拉格光柵因為起很好的波長選擇性而被應用于多種光通訊分立器件及光子集成器件中。如平面集成Bragg波導光柵濾波器【1】，可以實現不同波長的光信號的復用/解復用或濾波，波導光柵輔助的光分插復用器件（OADM）【2-3】，以及有傾斜光柵的光波導模式變換器等等【4】。在實際的設計中，往往在一塊光子芯片上要實現不同功能的波導光柵，那么不同功能的光柵形貌也是不一樣的，這就需要不同步驟的單獨刻寫。尤其是如果想在同一片芯片上實現不同光柵方向和周期以及有相移、啁啾甚至是任意的光柵條紋結構等具有精細結構的波導光柵，則傳統的低成本的全息曝光技術幾乎是不可能實現的，所以往往需要利用先進的微加工技術，例如，能夠控制每一條光柵條紋的電子束曝光技術（E-Beam）。但電子束曝光技術高成本、耗時等缺點無疑增加了很多制造難度和工藝成本，而且很難大規模產業化。

為了解決這些實際的問題，首先由陳向飛等人在光纖光柵的制作中找到了一種可靠的解決方法，并將這種技術稱之為“等效重構——啁啾（REC）技術”【5-6】。等效重構-啁啾技術實現了利用微米量級的加工精度來制作具有納米量級的器件。該方法也成功應用于分布反饋（DFB）半導體激光器以及DFB激光器的陣列的設計制造【7-9】，這給光子集成所需的高性能半導體陣列光源制造這一技術瓶頸，提供了很好的解決方案。為了進一步解決平面光子集成中對不同形貌波導光柵的單片集成，降低制造成本，在本發明申請人前期研究基礎上，本發明提出一種微結構準相位匹配技術（MS-QPM）。該技術提供了一種新的波導光柵設計制造方法，也給出了一些波導光柵或者體光柵中新的結構變換特性以及對應的光學特性，比如能在相同的種子光柵結構下，通過取樣手段等效地改變光柵不同的周期，轉動光柵不同的方向。而等效-重構啁啾技術是微結構準相位匹配（MS-QPM）技術在一維情況下的一個特例【5】。該技術在數學表達上和在非線性光學材料中著名的準相位匹配技術（QPM）有類似的描述【10、11】，因此也是準相位匹配技術的一個新的發現和拓展。總而言之，該方法能夠實現僅僅改變大尺度的取樣結構，而種子光柵保持不變的情況下，能實現任意的二維或三維目標光柵條紋形貌。所以只要利用二維或三維的按需要設計的具有微米量級的取樣結構，結合均勻的種子光柵，可以實現任意的物理可實現二維或三維的等效光柵形貌。該結構可以實現各種具有精細結構波導光柵或體光柵的光學特性，但是因為種子光柵是均勻的，改變的僅僅是取樣結構，而取樣的尺度一般在微米量級以上，所以該方法的實現只需要標準的全息曝光技術加上一次傳統的光刻技術，這樣大大緩減了對工藝的要求，同時大幅地增加了產品的成品率。