[發明專利]基于二氧化硅平面光波導的2×2集成光開關及制造方法

在審

• 申請號: 201910156903.1
• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN109738989A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 馮吉軍;孫曉宇;林圣福
• 申請（專利權）人: 蘇州科沃微電子有限公司
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B6/122;G02F1/00;G02F1/01;G02F1/21
• 代理公司: 上海灣谷知識產權代理事務所(普通合伙) 31289
• 代理人: 李曉星

本發明公開了一種基于二氧化硅平面光波導的2×2集成光開關，包括：硅基襯底；覆蓋于所述硅基襯底上的二氧化硅緩沖層；折射率高于所述二氧化硅緩沖層，并鍍在所述二氧化硅緩沖層上的二氧化硅芯層；覆蓋于所述二氧化硅芯層上的二氧化硅上包層。其中，所述二氧化硅芯層的芯層波導為兩個多模干涉儀組成的馬赫?曾德干涉儀，該馬赫?曾德干涉儀的馬赫?曾德干涉臂下埋有用于對波導進行加熱以調制相位的金屬電極。通過調節附加在金屬電極上的電壓可實現光信號在波導輸出端口的切換。具有結構簡單、成本低、高消光比、低偏振相關損耗等優點，在未來高速動態光網中的光路切換節點處具有重要的潛在應用。

技術領域

本發明涉及波導集成光開關，特別涉及基于二氧化硅的平面光波導技術的2×2集成光開關。

背景技術

為了滿足不同類型的數據需求，光通信網中的通信數據數量急劇增加，網絡技術的應用開始受到了網絡設備的延遲以及耗電量的限制。為了滿足在高速率轉換下處理更多信息量的需求，業界提出了動態光路網絡方案。動態光路網絡需通過多端口數的光開關進行快速光路切換。光開關是實現全光交換的核心器件，可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作，可實現動態光路徑管理、光網絡的故障保護、波長動態分配等功能，對提高目前復雜靈活性具有重要的意義，光開關的研究已成為全光通信領域研究的焦點。

近年來，制造成本合理的多端口光開關一直是一個挑戰。基于絕緣體上硅的光開關具有低功耗以及與互補金屬氧化物半導體制造工藝兼容的優點，可以實現低成本，高集成、小尺寸的光學器件，為未來的高速光網絡提供了可行的解決方案。由于Si(n＝3.48)和SiO₂(n＝1.4444)之間的高折射率差作為強約束因子，使硅光器件的結構非常緊湊。但另一方面，這也使得硅光子器件具有偏振依賴性，包括偏振模色散，偏振相關損耗(PDL)和工作波長的偏振依賴性，這是硅光子學中的重大挑戰之一。

目前，基于二氧化硅平面光波電路技術被廣泛研究于各種光學集成器件，由于插入損耗及偏振相關損耗低，無活動部件，可靠性和重復性高，易于連接光纖，耦合效率高，成本低，適合大規模生產，因此如何應用于集成光開關，是本領域技術人員研究的方向。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種基于二氧化硅平面光波導的2×2集成光開關，具有結構簡單、成本低、高消光比、低偏振相關損耗等優點。

本發明的目的之二在于提供一種精確、有效的上述2×2集成光開關的制造方法。

實現上述目的的技術方案是：

本發明之一的一種基于二氧化硅平面光波導的2×2集成光開關，包括：

硅基襯底；

覆蓋于所述硅基襯底上的二氧化硅緩沖層；

折射率高于所述二氧化硅緩沖層，并鍍在所述二氧化硅緩沖層上的二氧化硅芯層；以及

覆蓋于所述二氧化硅芯層上的二氧化硅上包層；

其中，所述二氧化硅芯層的芯層波導為兩個多模干涉儀組成的馬赫-曾德干涉儀，該馬赫-曾德干涉儀的馬赫-曾德干涉臂下埋有用于對波導進行加熱以調制相位的金屬電極。

優選的，所述二氧化硅緩沖層的厚度大于10微米以上，所述二氧化硅上包層的厚度為10微米，折射率均為1.4444；所述二氧化硅芯層的厚度為6微米，折射率為1.4567。

優選的，所述多模干涉儀的干涉區域長度為9473微米，寬度為120微米，厚度為6微米；

所述馬赫-曾德干涉臂的長度為500微米。

優選的，所述多模干涉儀的干涉區域的輸入端口波導與輸出端口波導均為相同錐形波導和第一直波導的組合。