[發明專利]一種寬帶溫度不敏感的光波導器件

有效

• 申請號: 201610412018.1
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN107490821B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 張林;何柳青;徐麗娟
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02F1/01
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種寬帶溫度不敏感的光波導器件，包括相互層疊的芯區和包層，所述芯區采用硅，所述包層采用二氧化鈦，所述包層的另一面設有覆蓋層，所述覆蓋層采用正熱光系數的材料，光波導中每層結構的光強限制因子受波長的影響，波長變大后，光在光波導內傳輸的倏逝場變大，相應地在包層中的光強限制因子也變大；因此對應不同的波長，每一層的光強限制因子將發生變化，隨波長的變大，光波導總的熱光系數不再是隨溫度單調的變化，變成類似拋物線變化的曲線，能夠實現寬波長范圍的溫度不敏感。

技術領域

本發明涉及硅基光波導領域，具體地說，涉及一種新型的寬波長范圍溫度不敏感光波導器件。

背景技術

由于硅材料較高的熱光特性，基于SOI絕緣體上硅波導的微型諧振腔在工作時由于高溫帶來的材料折射率改變將影響其諧振特性，導致諧振波長的漂移，為了實現溫度不敏感國內外有很多方法，主要分為有源和無源，有源方法通過加一個反饋型熱電控溫系統來^[1]實現，這種方法將產生額外的功耗，不利于硅基集成；無源方法包括：Guha等人于2010年提出的提出了運用馬赫曾德爾干涉儀減少溫度敏感性方法^[2]進行耦合實現熱補償，這種方法尺寸較大，降低了光波導原有的集成度；通過加一個負熱溫系數的包層材料也可以實現溫度不敏感，由Kobukun等人于1998年首先提出^[3]將負熱溫系數的聚合物PMMA補償硅材料本身的熱光系數，但是考慮到聚合物材料的機械化學不穩定性，不能實現CMOS兼容；二氧化鈦材料也具有負熱光系數，因此也可以用來實現溫度不敏感^[4]，相較于polymer，二氧化鈦材料具有機械穩定性，能夠與COMS兼容。

現有的實現溫度不敏感光波導都是針對單波長來進行尺寸設計，這種設計的缺陷在于無法利用在需要在寬波長范圍內實現精確不易受溫度變化的諧振波長的器件設計中(例如硅基波分復用微環諧振腔等結構)。

[參考文獻]

[1]K Padmaraju，J Chan et al.Thermal stabilization of a microringmodulator using feedback control[J].Optics Express,2012,20(27):27999-8008。

[2]B Guha,M Lipson et al.CMOS-compatible athermal silicon microringresonators[J].Optics Express,2010,18(4):3487-93。

[3]Y.Kokubun,S.Yoneda,and S.Matsuura,Temperature-independent opticalfilter at 1.55μm wavelength using a silica-based athermal waveguide[J],Electron.Lett.34(4),367–369(1998)。

[4]SS Djordjevic,K Shang,B Guan et al.CMOS-compatible,athermalsilicon ring modulators clad with titanium dioxide[J].Optics Express,2013,21(12):13958-13968。

發明內容

為了解決現有的光波導對于寬波長范圍內溫度敏感這一特性，針對現有的通過疊加二氧化鈦做包層材料來實現單波長溫度不敏感的光波導設計方法^[4]，本發明提供一種寬帶溫度不敏感的光波導器件，通過疊加一層正熱光系數材料的方法，實現了寬帶光波導有效折射率和諧振波長隨溫度變化不敏感。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種寬帶溫度不敏感的光波導器件，包括相互層疊的芯區和包層，所述芯區采用硅，所述包層采用二氧化鈦，所述包層的另一面設有覆蓋層，所述覆蓋層采用正熱光系數的材料，整個光波導的熱光系數表達式為：