[發明專利]一種磷化銦基光學混頻器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910315599.0
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110297289B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 陸子晴;韓勤;葉焓;王帥;肖峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/126;G02B6/14;G02B6/136;G02B6/138
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種磷化銦基光學混頻器，包括：

一外延片器件層，形成于一磷化銦襯底之上，用于實現混頻；

一二氧化硅上包層，形成于所述外延片器件層之上，用于保護外延片器件層，并提高外延片器件層穩定性；以及

一金屬薄膜，形成于所述二氧化硅上包層之上，用于控制偏振；

其中，所述外延片器件層包括通過直波導依次連接的：

一模斑轉換器，將帶有相位信息的信號光耦合進入所述外延片器件層；

一1×2多模干涉耦合器，將由所述模斑轉換器耦合進入所述外延片器件層的帶有相位信息的信號光均分成兩束功率和相位相等的光；

一第一偏振轉換器，將由所述1×2多模干涉耦合器均分的兩束功率和相位相等的光中其中一束光的偏振態極化旋轉90°；

一第二偏振轉換器，將由所述1×2多模干涉耦合器均分的兩束功率和相位相等的光中，經過一段直波導后的其中另一束光的偏振態極化旋轉90°；

一2×2多模干涉耦合器，將由所述第一偏振轉換器和所述第二偏振轉換器旋轉后的兩束信號光耦合輸出TE和TM兩種模式信號光；

一第三偏振轉換器，將由所述2×2多模干涉耦合器輸出的TM模式信號光的偏振態極化旋轉90°變為TE模式的信號光；

一波導型偏振器，對由所述2×2多模干涉耦合器輸出的TE模式信號光以及由所述第三偏振轉換器旋轉后的TE模式信號光進行TE模式信號光的過濾，以濾除殘余TM模式信號光；以及

一4×4多模干涉耦合器，將由所述波導型偏振器過濾后的TE模式信號光與TE模式本振光進行多模干涉，完成對TE模式輸入信號的混頻。

2.根據權利要求1所述的磷化銦基光學混頻器，其特征在于，所述1×2多模干涉耦合器的干涉區長度L＝3L_π/8；所述2×2多模干涉耦合器的干涉區長度為L＝L_π/2；所述4×4多模干涉耦合器的干涉區長度為L＝3L_π/4；其中L_π為拍長，L_π＝4n_rw_e²/3λ₀，式中，n_r為多模干涉區對應模式下的有效折射率；w_e為對應模式下的有效寬度，λ₀為器件的工作波長。

3.根據權利要求1所述的磷化銦基光學混頻器，其特征在于，所述第一偏振轉換器與第二偏振轉換器之間的距離L滿足L＝π/(2(β_TE-β_TM))，其中，β_TE為TE模式的傳播常數，β_TM為TM模式的傳播常數。

4.根據權利要求1所述的磷化銦基光學混頻器，其特征在于，所述二氧化硅上包層厚度為1μm-3μm。

5.根據權利要求1所述的磷化銦基光學混頻器，其特征在于，所述金屬薄膜位于所述第三偏振轉換器與4×4多模干涉耦合器之間的直波導上方，采用的材料是Ag、Au、Cu或Al，厚度為100nm-200nm。

6.一種制備權利要求1至5中任一項所述的磷化銦基光學混頻器的方法，包括：

步驟1：在磷化銦襯底上制備外延片器件層；

步驟2：在外延片器件層之上形成二氧化硅上包層；以及

步驟3：在二氧化硅上包層之上形成金屬薄膜；其中，所述在磷化銦襯底上制備外延片器件層，具體包括：

在磷化銦襯底上，通過光刻、刻蝕和腐蝕工藝制備得到一外延片器件層，所述外延片器件層包括由直波導依次連接的模斑轉換器、1×2多模干涉耦合器、第一偏振轉換器、第二偏振轉換器、2×2多模干涉耦合器、第三偏振轉換器和4×4多模干涉耦合器；其中，刻蝕工藝的刻蝕厚度為4μm-5μm。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述第一偏振轉換器、第二偏振轉換器與第三偏振轉換器是通過直波導一側的傾斜側壁實現的，所述傾斜側壁通過溴-甲醇溶液濕法腐蝕得到，傾斜側壁的傾角為50°-60°。

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟3中，所述金屬薄膜生長于第三偏振轉換器與4×4多模干涉耦合器之間的直波導上方的二氧化硅上包層之上，與第三偏振轉換器與4×4多模干涉耦合器之間的直波導形成波導型偏振器。