[發(fā)明專利]一種非對稱形狀的氮化硅偏振分束器及其制備方法

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• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107765366A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張彥峰;羅世松;劉東寧;孔嘉權(quán);陳鈺杰;余思遠
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學
• 主分類號: G02B6/126
• 分類號: G02B6/126;G02B6/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學器件，更具體地，涉及一種非對稱形狀的氮化硅偏振分束器及其制備方法。

背景技術(shù)

氮化硅被認為是集成光電子器件領(lǐng)域極具潛力的材料，其優(yōu)點有：具有從可見光到中紅外的透明波段，此波段覆蓋1550納米通信波段和810納米波段；具有CMOS加工性，易于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)；傳輸損耗比較低。

集成光學發(fā)展成為量子信息領(lǐng)域操控光的狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)。偏振是光的一個重要特性，偏振分束器是一種用于分開兩束偏振正交的光的重要器件。光纖通信中1550納米和810納米的技術(shù)正在快速發(fā)展，所以量子光學中基于1550納米和810納米的光的應用也可能開拓廣闊的應用。受益于硅基光學的發(fā)展，用于1550納米的集成偏振分束器已經(jīng)得到大量的研究。然而，據(jù)我們所知，目前為止，還沒有人針對面向波長為810納米光的集成氮化硅偏振分束器給出具體的設(shè)計參數(shù)。其原因部分是硅基材料針對810納米波長不透明并存在加工上的問題。

傳統(tǒng)的定向耦合器結(jié)構(gòu)是一個實現(xiàn)超小型偏振分束器的選擇，這種結(jié)構(gòu)的偏振分束器具有設(shè)計和加工簡便的優(yōu)點。但是對稱型的定向耦合器結(jié)構(gòu)的偏振分束器的長度會很長，因為在對稱型的偏振分束器中雙折射效應比較弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于800納米至820納米光波段的偏振分束器，同時為克服對稱型定向耦合器結(jié)構(gòu)的偏振分束器的缺點，提供非對稱型的定向耦合器結(jié)構(gòu)的偏振分束器。

為實現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：

一種非對稱形狀的氮化硅偏振分束器，適用于800納米至820納米光波段，包括不同寬度和厚度的第一氮化硅波導和第二氮化硅波導，第一氮化硅波導、第二氮化硅波導相對設(shè)置。

其中第一氮化硅波導、第二氮化硅波導內(nèi)包括有耦合波導，不同模式（TE模、TM模）的光從同一波導端輸入，通過耦合波導的耦合與模式篩選，使TE模和TM模在不同的波導端輸出，實現(xiàn)模式分束的功能。

優(yōu)選地，所述第一氮化硅波導和第二氮化硅波導的襯底為二氧化硅，覆蓋層為空氣或二氧化硅。

優(yōu)選地，第一氮化硅波導的厚度在297至303納米之間，寬度在425至435納米之間；第二氮化硅波導的厚度在197至203納米之間，寬度在645至655納米之間。

優(yōu)選地，所述第一氮化硅波導和第二氮化硅波導均包括有呈直線狀的耦合波導和與耦合波導兩端連接的彎曲波導，第一氮化硅波導的耦合波導和第二氮化硅波導的耦合波導之間呈平行設(shè)置，耦合波導之間留有間距。光進入耦合波導前有一段彎曲波導，彎曲波導能使光從直波導順利過渡到耦合波導，減少不必要的損耗。

優(yōu)選地，所述第一氮化硅波導和第二氮化硅波導的彎曲波導均呈S狀。

優(yōu)選地，所述第一氮化硅波導的耦合波導和第二氮化硅波導的耦合波導等長，第一氮化硅波導的耦合波導和第二氮化硅波導的耦合波導的長度范圍為40~60微米。

優(yōu)選地，所述第一氮化硅波導的耦合波導和第二氮化硅波導的耦合波導之間的間距為180~210納米。

同時，本發(fā)明還提供了一種以上偏振分束器的制備方法，其具體的方案如下：

S1.在襯底上沉積氮化硅，沉積的氮化硅的厚度與第一氮化硅波導的厚度一致；

S2.利用電子束光刻技術(shù)確定第二氮化硅波導的形狀，使用反應離子刻蝕技術(shù)對氮化硅上與第二氮化硅波導所對應的位置進行刻蝕，刻蝕掉（n-m）厚度的氮化硅，其n、m分別為第一氮化硅波導和第二氮化硅波導的厚度；

S3.運用電子束光刻和反應離子刻蝕技術(shù)，得到第一氮化硅波導和第二氮化硅波導。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的偏振分束器通過合理地選取第一氮化硅波導和第二氮化硅波導的厚度和寬度的數(shù)值，可以使得TM和TE兩種模式的其中一種模式的光在厚度較小的氮化硅波導中截止，并且被截止的光可以完美地滿足相位匹配條件。從厚度較小的氮化硅波導輸入不同模式的光，在厚度較小的氮化硅波導中不會發(fā)生截止的模式的光直接從其末端的彎曲波導輸出，而只有另外一種發(fā)生截止的模式的光可以在兩波段間發(fā)生耦合。耦合波導的長度通過合理的取值，可以使得另外一種模式的光得到最大程度地耦合到厚度較大的氮化硅波導末端的彎曲波導中。這樣，TE模和TM模在不同的波導端輸出，實現(xiàn)模式分束的功能。

附圖說明

圖1為氮化硅偏振分束器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為氮化硅偏振分束器的側(cè)面示意圖。

圖3為氮化硅偏振分束器的制備流程圖。

具體實施方式