[發(fā)明專利]平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110439035.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN102436028A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋齊望;孫麥可
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋齊望;孫麥可
• 主分類號(hào): G02B6/122
• 分類號(hào): G02B6/122;G02B6/136
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬(wàn)林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光波導(dǎo)領(lǐng)域，具體地，涉及一種平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

自從1969年貝爾實(shí)驗(yàn)室首次提出光集成的概念至今，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，光集成技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是近十年來(lái)，光通信向高速率、大容量的方向發(fā)展，對(duì)于光集成器件的需求亦越來(lái)越迫切。

平面光波導(dǎo)技術(shù)作為光集成的核心技術(shù)，其生產(chǎn)出的器件體積小、集成度高、可靠性好。大部分集成光學(xué)器件，如光調(diào)制器、光開關(guān)、光功率分配器、光耦合器、波分復(fù)用器、光濾波器、偏振分束器、微透鏡等等,?都是以平面光波導(dǎo)技術(shù)為基礎(chǔ)的波導(dǎo)型器件。為了將這些平面光波導(dǎo)器件應(yīng)用于光通信系統(tǒng)，則必須考慮如何將平面光波導(dǎo)器件與光纖進(jìn)行有效地耦合，而耦合效率的高低直接影響到各種光集成器件的性能。

一個(gè)理想的耦合應(yīng)該是效率高，能獲得盡可能大的出纖功率，以利于擴(kuò)展系統(tǒng)的傳輸距離和提高系統(tǒng)的信噪比；也要做到反射小，能盡可能減少耦合反射光對(duì)集成光學(xué)器件工作特性的影響。如果光纖與波導(dǎo)之間是理想的對(duì)準(zhǔn)，耦合的總插入損耗就包括菲涅耳反射（兩端面多次反射）損耗、傳輸損耗和光纖與波導(dǎo)間的模場(chǎng)失配損耗。菲涅耳反射損耗一般可以通過(guò)使用折射率匹配液或在波導(dǎo)端面鍍上一層抗反射層而消減。在總插入損耗中，模場(chǎng)失配損耗是個(gè)主要因素，因?yàn)椴▽?dǎo)與光纖中光能的轉(zhuǎn)移是通過(guò)波導(dǎo)模場(chǎng)和光纖中模場(chǎng)的匹配來(lái)完成的。

眾所周知，單模光纖中模場(chǎng)呈高斯分布，且光纖是圓對(duì)稱，而在一般的集成光學(xué)器件中，光波導(dǎo)通常情況下是矩形的，而且在絕大多情況下折射率的分布也與光纖的折射率分布不同，所以其模場(chǎng)分布在大小和形狀上都不能與光纖中的模場(chǎng)相匹配。特別是為了將光波導(dǎo)器件尺寸減小時(shí)，其光波導(dǎo)芯層折射率n1和包層折射率n2的折射率差δn?（δn=(n1-n2)/n1）將增大，以至于遠(yuǎn)大于通用光纖的芯/包折射率差，引起模場(chǎng)失配。因此，必須設(shè)法改變光波導(dǎo)或是光纖的截面形狀和大小，改變光波導(dǎo)和光纖中的模場(chǎng)分布，從而提高光波導(dǎo)與光纖間的耦合效率。

隨著光通信向高速率、大容量、長(zhǎng)距離方向發(fā)展，人們對(duì)各種集成光學(xué)器件與光纖的耦合要求也越來(lái)越高。為此，人們開始嘗試改變光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，研制各種“模式轉(zhuǎn)換器”。

綜上所述，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺陷：現(xiàn)有的平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合損耗高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及其制作方法，以實(shí)現(xiàn)耦合損耗低且制作簡(jiǎn)單、易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括錐形段波導(dǎo)和恒徑段波導(dǎo)，所述錐形段波導(dǎo)與波導(dǎo)器件相連，其波導(dǎo)芯橫截面為錐形，寬度沿光纖到波導(dǎo)器方向逐漸減小，由N個(gè)波導(dǎo)芯組成，且沿著光纖到光波導(dǎo)方向，波導(dǎo)芯長(zhǎng)度逐漸增加，各波導(dǎo)芯間的間隙長(zhǎng)度逐漸減小，波導(dǎo)芯四周充滿包層材料；

所述恒徑段波導(dǎo)與光纖相連，由M個(gè)具有相同長(zhǎng)度的波導(dǎo)芯組成，各個(gè)波導(dǎo)芯間的間隙長(zhǎng)度相同，波導(dǎo)芯四周均充滿包層材料。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述N至少為3個(gè)，所述M為4-15個(gè)。

同時(shí)本發(fā)明還提供了一種平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

選用二氧化硅或硅作為襯底，在襯底上生長(zhǎng)下包層和波導(dǎo)芯層，該波導(dǎo)芯層中摻雜有二氧化硅，使波導(dǎo)芯層折射率略高于襯底；

在上述波導(dǎo)芯層上使用光刻的方法形成具有一定波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光刻膠；

將多余的摻雜波導(dǎo)芯層腐蝕掉；

將多余的光刻膠去除；

在下包層上形成一層能完全覆蓋波導(dǎo)芯層的折射率與下包層相同的上包層。

本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)改變波導(dǎo)芯在寬度和長(zhǎng)度方向的截面形狀和大小，借此來(lái)改變波導(dǎo)中光束的模場(chǎng)分布，有效地降低了波導(dǎo)與光纖間的耦合損耗，提高了產(chǎn)品性能，此外，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造相對(duì)簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的平面光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；