[發(fā)明專利]一種單向磁化半導(dǎo)體波導(dǎo)集成多模干涉磁光隔離器

有效

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• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105549154B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 畢磊;稅科弋;鄧龍江
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 張楊

本發(fā)明屬于集成光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種單向磁化半導(dǎo)體波導(dǎo)集成多模干涉磁光隔離器。該隔離器由依次連接的單模波導(dǎo)單元、多模波導(dǎo)單元和單模波導(dǎo)單元組成，且光波沿其傳輸，隔離器各波導(dǎo)單元所有波導(dǎo)均采用同一片SOI基片作為底層。各波導(dǎo)單元由至少一個對應(yīng)的波導(dǎo)構(gòu)成。多模波導(dǎo)單元中：第一多模波導(dǎo)從上到下依次為低折射率層、磁光薄膜層、半導(dǎo)體波導(dǎo)薄膜層和低折射率層；第二多模波導(dǎo)從上到下依次為低折射率層、半導(dǎo)體波導(dǎo)薄膜層、磁光薄膜層、半導(dǎo)體波導(dǎo)薄膜結(jié)構(gòu)層和低折射率層。通過使多模干涉波導(dǎo)的寬度和單模波導(dǎo)一致，實現(xiàn)模式呈縱向分布。本發(fā)明實現(xiàn)了單向磁化下的MMI光隔離器結(jié)構(gòu)，簡化了磁場施加方法，使器件容易制備和封裝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種單向磁化半導(dǎo)體波導(dǎo)集成多模干涉磁光隔離器。

背景技術(shù)

隨著通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對傳輸帶寬日益增大的需求，光通信和光互連技術(shù)逐漸向高集成度,高帶寬,低能耗方向發(fā)展。為提高系統(tǒng)傳輸帶寬和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，光路中后向散射和反射已成為一個必須解決的重要問題。各種原因產(chǎn)生的后向傳輸光會對光源以及放大器等光學(xué)元器件的穩(wěn)定工作產(chǎn)生不利影響。由此出現(xiàn)了一種只允許光線沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔詿o源器件——光隔離器。

目前在光通信中廣泛使用的光隔離器為分立器件,器件尺寸大,成本高，封裝困難。隨著集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，日益需要將光隔離器實現(xiàn)單片集成，以減小器件尺寸，提高集成度和可靠性，并降低成本。基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)磁光非互易性的光隔離器具有兼容性好,無源,成本低等特點,是集成光學(xué)系統(tǒng)研究的核心器件。

目前已報道的磁光波導(dǎo)隔離器,按其工作原理的不同主要可分為三種(1)模式轉(zhuǎn)換型,這類器件需通過模式匹配，實現(xiàn)TE和TM模式的非互易轉(zhuǎn)換,主要問題是制作容差小；(2)非互易損耗型,這類器件需要利用高損耗磁光金屬,器件損耗高；(3)非互易相移(NRPS)型,利用基于半導(dǎo)體和磁光材料多層薄膜波導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)的相位傳輸非互易性，實現(xiàn)光隔離，具有工藝容差高，器件設(shè)計靈活等優(yōu)點。

多模干涉(MMI)磁光隔離器是上述非互易相移(NRPS)型磁光隔離器中的一種，它利用模式間非互易相移的不同實現(xiàn)光隔離，具有以下優(yōu)點:無須精確的相位匹配,結(jié)構(gòu)緊湊,制作工藝簡單。目前已提出的MMI磁光隔離器的問題主要在(1)器件結(jié)構(gòu)基于GGG基片上外延的磁光薄膜材料，不能實現(xiàn)半導(dǎo)體集成。(2)已提出的半導(dǎo)體集成MMI磁光隔離器需要多方向磁化磁光材料，難以實現(xiàn)磁場的集成或封裝，制備困難。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述存在問題或不足，為實現(xiàn)尺寸小，磁場易于施加，器件易于封裝和制備的需求。本發(fā)明提供了一種單向磁化半導(dǎo)體波導(dǎo)集成多模干涉磁光隔離器，該隔離器是基于半導(dǎo)體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和磁光薄膜材料的多模干涉型光隔離器。

上述單向磁化半導(dǎo)體波導(dǎo)集成多模干涉磁光隔離器由依次連接的單模波導(dǎo)單元、多模波導(dǎo)單元和單模波導(dǎo)單元組成，且隔離器各波導(dǎo)單元所有波導(dǎo)均采用同一片SOI基片作為底層，即低折射率層。隔離器的外加磁場方向垂直于光波導(dǎo)中光傳播方向。多模波導(dǎo)的寬度和單模波導(dǎo)一致。

單模波導(dǎo)單元，由至少一個單模波導(dǎo)構(gòu)成。單模波導(dǎo)從上到下依次為：厚度2um-3um的低折射率層、厚度400nm-700nm的半導(dǎo)體波導(dǎo)薄膜層和厚度2um-3um的低折射率層，結(jié)構(gòu)支持單模光傳輸。波導(dǎo)最下層的低折射率層寬度不小于500nm，其他各層的寬度為500nm。

多模波導(dǎo)單元由至少一個第一多模波導(dǎo)和/或第二多模波導(dǎo)構(gòu)成。

第一多模波導(dǎo)從上到下依次為：厚度2um-3um的低折射率層、厚度200-350nm的磁光薄膜層、厚度400nm-600nm的半導(dǎo)體波導(dǎo)薄膜層和厚度2um-3um的低折射率層，且在垂直于薄膜表面方向上存在兩個或以上的模式傳播。波導(dǎo)最下層的低折射率層寬度不小于500nm，其他各層的寬度為500nm。