[發明專利]一種集成光子芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201210167844.6
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102659070A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 楊樹明;張坤;胡慶杰;李磊;韓楓;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本專利涉及光學、集成光電子學、納米材料、納米加工、納米測量、儀器科學等多學科交叉的前沿研究領域。

背景技術

“Lab-on-a-Chip”技術的誕生和發展使得不同的器件或不同的實驗階段的集成成為可能。相對于傳統的技術來講，該技術具有很明顯的優勢，包括減少了外加的實驗設備、也降低了集成器件與外界接觸的風險，縮短了分析時間、降低了加工成本，同時更容易使用?！癓ab-on-a-Chip”技術由最初的僅僅用于生物醫學領域到目前廣泛應用于不同領域，這對于光學集成的新方法的誕生具有非常重要的引領作用。

基于“Lab-on-a-Chip”技術，目前使用最多的光學集成方法可以分為兩類，即單片集成和混合集成。單片集成在光電子集成電路的制備中是最常用的方法，但是這種方法在實現不同器件的復雜集成中存在局限，這種情況下混合集成相對具有優勢。Now-defunct?Hommelwerke?Sensor?GmbH?(Villigen-Schwennigen，Germany)和Electronics?and?Information?Technology?Laboratory研究開發了最早的的集成芯片并用于了位移測量，1989年Compagnie?des?Senseurs?Optiques實現了產業化。該集成芯片采用混合集成的方法，集成了780nm的激光器、準直透鏡和兩個光探測器。

發明內容

本發明提出一種集成光子芯片，把基于納米線陣列的可調諧激光器、集成波導型光隔離器、基于表面等離子體的光耦合器和光探測器集成在同一光學芯片上。同時提出了芯片的制備和集成方法。具體如下：

1)根據納米表面形貌的測量要求，設計出基于納米線陣列的可調諧激光器的結構、幾何尺寸和加工工藝，研制激光器并采用合適的測試和表征方法對其性能進行測試分析，包括幾何特征的測量及物理性能的測試。

2)研制集成光隔離器、光耦合器和光探測器。

3)集成激光器、光隔離器、光耦合器和光探測器，實現光子芯片。

本發明的有益效果是：

分別把基于納米線陣列的可調諧激光器、集成波導型光隔離器、基于表面等離子體的光耦合器和光探測器制作成為單獨的‘子芯片’。在此基礎上，把這些單獨的‘子芯片’通過混合集成的方法集成到同一‘母芯片’上，形成具有特定功能的集成芯片。

附圖說明

圖1集成光子芯片示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，集成光子芯片由基于納米線陣列的可調諧激光器1、集成波導型光隔離器2、基于表面等離子體的光耦合器3和光探測器4組成。首先把激光器1、光隔離器2、光耦合器3和光探測器4分別集成到單獨的“子芯片”，然后把這些“子芯片”集成到母板5上，形成集成光子芯片。

根據各“子芯片”的尺寸和結構特點以及圖2中的各器件之間的相互關系設計“母芯片”，采用混合集成的方法把不同的“子芯片”集成到“母芯片”上。保證“子芯片”在“母芯片”上的準確定位，并不斷調整“子芯片”之間的位置關系，使光子芯片中的光損耗達到設計指標。

本發明中的光探測器的研制采用已有技術，而對于可調諧激光器、光隔離器和光耦合器的研制提出了新的設計和制備方法：

基于納米線陣列的可調諧激光器1：包括金屬薄膜電極、納米線和絕緣基底；不同波長納米線在絕緣基底上依次均勻排列，納米線的兩端均覆蓋金屬薄膜電極形成正負極，金屬薄膜電極與絕緣基底接觸；在金屬薄膜電極上加電壓，從而使納米線兩端產生激光。

集成波導型光隔離器2：包括硅基底、SiO₂層和SiO₂層上濺射生長的CeYIG磁光薄膜。

基于表面等離子體的3光耦合器：包括基底和波導層，而波導層由半導體薄膜及其上的金屬顆粒共同組成。