[發(fā)明專利]電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110406571.1
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102393573A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許興勝;高永浩;李成果
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: G02F1/025
• 分類號: G02F1/025;G02F1/361;G02B6/122;G02B6/138
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)非線性、光子晶體共振傳導(dǎo)、波分復(fù)用、光通訊技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息傳輸?shù)囊蟛粩嗵岣撸ǚ謴?fù)用技術(shù)成為了有效提高光纖通信領(lǐng)域信息傳輸效率的最重要的方法之一。同時，波分復(fù)用器件也就在光通訊領(lǐng)域有了極其重要的作用。

由于二維光子晶體可在平面內(nèi)形成光子禁帶，通過制造缺陷，又能形成品質(zhì)極高的上下載濾波器，成為了波分復(fù)用器件基本結(jié)構(gòu)的重要候選。同時，二維光子晶體的共振傳導(dǎo)模的研究也悄然興起。Shanhui?Fan在其文章[Analysis?of?guided?resonances?in?photonic?crystal?slabs]中對二維光子晶體平板的共振傳導(dǎo)模進行了細致的研究與分析，他指出，由于二維光子晶體共振傳導(dǎo)模所具有的特殊性質(zhì)，包括透射率在短波長范圍內(nèi)的從0到100％的快速變化，各傳導(dǎo)共振峰在透射譜上的不同線型，包括對稱的洛倫茲線型以及非對稱的Fano線型等，使其在濾波、提取等領(lǐng)域有獨到的作用。較之使用多層介質(zhì)膜的一維光子晶體結(jié)構(gòu)，使用二維光子晶體平板共振傳導(dǎo)模進行濾波或粗波分復(fù)用，有結(jié)構(gòu)簡單，單層膜即可實現(xiàn)功能的特點。

為實現(xiàn)可調(diào)諧，需要非線性材料。傳統(tǒng)的非線性材料，如非線性晶體等，有諸如非線性系數(shù)低、響應(yīng)速度不高的缺點。近年來，非線性聚合物的研究成為了熱點，有望解決上述問題。美國華盛頓大學(xué)的Dalton教授與日本九州大學(xué)的Yokoyama教授均研制出了非線性系數(shù)高，熱穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度極快的二階非線性聚合物。

所以將二維光子晶體平板共振傳導(dǎo)模與二階非線性聚合物結(jié)合起來實現(xiàn)可調(diào)諧波分復(fù)用器是很有技術(shù)前景的一類器件，這也正是本發(fā)明所提出的關(guān)鍵點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于，提供電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器件及其制作方法，其是在波分復(fù)用應(yīng)用中提供一種工藝相對簡單，分波效率高，可調(diào)諧的波分復(fù)用器。通過使用光子晶體平板共振傳導(dǎo)峰，利用其透過譜與反射譜中的Fano共振線型里較銳的上升、下降沿達到將兩個波長接近的單色光分開的目的。同時利用非線性系數(shù)較高的聚合物材料作為光子晶體淺刻蝕孔的填充物以及平板的覆蓋層，可以在相對較大的波長范圍內(nèi)完成可調(diào)諧的雙路波分復(fù)用。此外，由于光束是在空間中以一定角度入射，所以不需要嚴格的端面耦合。

本發(fā)明提出一種電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器，包括：

一薄金屬透明電極層；

一聚合物層，位于薄金屬透明電極層的下方；

一頂層硅層，該頂層硅層的上面開有光子晶體孔陣列，該頂層硅層位于聚合物層的下方；

一二氧化硅層，為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，位于頂層硅層下面的四周，使二氧化硅層不遮擋光子晶體孔陣列；

一襯底硅層，為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，位于環(huán)狀二氧化硅層的下面。

本發(fā)明還提出一種電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：取一SOI材料，包括一襯底硅層、二氧化硅層和頂層硅層；

步驟2：在SOI材料的頂層硅層上淺刻蝕出光子晶體孔陣列，去除掩模；

步驟3：在SOI材料的頂層硅層上旋涂二階非線性聚合物，置于真空烘箱內(nèi)烘烤，形成聚合物層；

步驟4：使用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或磁控濺射的方法，在聚合物層上制作薄金屬透明電極層；

步驟5：利用頂層硅層與薄金屬透明電極層作為兩個電極，對處于其中的聚合物層進行極化，完成電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器的制作。

本發(fā)明利用了光子晶體平板的傳導(dǎo)共振峰的Fano線型，在達到將兩個波長接近的單色光高效分開的同時避免了使用多層介質(zhì)膜的一維光子晶體結(jié)構(gòu)，簡化了工藝與器件結(jié)構(gòu)。同時使用了具有較高電光系數(shù)的非線性聚合物來作為光子晶體淺刻蝕孔的填充物以及平板的覆蓋層，完成了高效地可調(diào)諧波分復(fù)用。同時信號光束以一定角度入射，避免了嚴格的端面耦合，成本較低且操作方便，有利于實際應(yīng)用。

附圖說明

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明，其中：

圖1為本發(fā)明的電控可調(diào)諧波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。

圖2為本發(fā)明的電控可調(diào)諧波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)仰視示意圖。

圖3為本發(fā)明的電控可調(diào)諧波分復(fù)用器的透射率隨電壓的變化，即調(diào)諧后的情況。

具體實施方式

請參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供了一種工作在光通訊C波段電控可調(diào)諧光子晶體波分復(fù)用器的具體結(jié)構(gòu)，包括：