[發明專利]一種高后向受激布里淵散射增益的微納結構片上光聲波導

有效

• 申請號: 201910546910.2
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110261957B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 路元剛;周朗;馬海霞;劉友文;徐鋒;左敦穩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10;G02B6/122
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明提供了一種高后向受激布里淵散射增益的微納結構片上光聲波導，波導包括由硫化亞砷材料構成的波導芯，硅包覆層及二氧化硅襯底；波導芯制備在二氧化硅襯底上；波導芯的材料為硫化亞砷，剖面為矩形；在波導芯中心從上至下有一矩形通孔，通孔中為空氣；硅包覆層在外部將波導芯與通孔上、下側以及波導芯的左、右側對稱包覆，使波導芯中心形成一充滿空氣的矩形通孔。本發明通過在硫化亞砷材料上、下側，左、右側對稱包覆硅包覆層，并在硫化亞砷材料中央開設一從上至下充滿空氣的矩形通孔，加強了微納結構中特殊的光輻射壓力、同時調控聲模式位移場分布，有效提高了基于硫化亞砷?硅復合材料二氧化硅片上微納結構的后向受激布里淵散射增益。

技術領域

本發明屬于非線性光學和微納光子學技術領域，具體涉及一種高后向受激布里淵散射增益的微納結構片上光聲波導。

背景技術

隨著社會向高度信息化、智能化發展，下一代光電系統對光電子器件的小型化、集成化要求越來越高。近年來隨著現代微納加工工藝及測試手段的迅速發展，制作并表征特征尺寸在微米甚至納米量級的光學結構及器件已成為可能，相應光學研究也進入微納光子學領域。

受激布里淵散射(stimulated Brillouin scattering，SBS)是一種光和聲波互相作用的非線性散射過程。該效應在許多領域得到應用，例如超窄帶寬激光、傳感、慢光和快光、微波信號處理等。不同于傳統系統中的SBS，微納尺度下的SBS由于其聲光耦合作用獲得極具增加而能夠產生極大的SBS增益。自2000年英國Bath大學P.Daniese等人首次觀察到光子晶體光纖(photonic crystal fiber，PCF)亞波長級別固體石英玻璃芯中的SBS、并且實驗結果表明布里淵散射受到納米尺度微結構的強烈影響以來，微納尺度下的SBS效應開始受到較多關注。

絕緣襯底上的硅(Silicon on insulator，SOI)技術由于集成度高、成本低、穩定性好、非線性光學現象顯著，成為了集成光電子系統設計中的熱門技術。然而，由于在硅中激發的聲波會泄露到二氧化硅絕緣襯底中，不利于布里淵散射效應的產生，故SOI技術不利于進行高受激布里淵增益的光器件設計，這一問題的存在限制了基于SOI技術的布里淵激光器、梳狀光源、基于慢光和快光的可調延遲、硅平臺上的微波光子信號處理的光子集成等器件的實現。因此，如何克服現有技術的不足，獲得基于SOI的高SBS增益，尤其是后向SBS(Backward SBS，BSBS)增益系統設計方案，是微納結構片上光聲波導設計需要解決的問題。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種高后向受激布里淵散射增益的微納結構片上光聲波導結構。該波導的結構為基于硫化亞砷-硅復合材料的二氧化硅片上槽波導結構，結合SOI，具有穩定性好、集成度高，能夠激發高BSBS增益的特點。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種高后向受激布里淵散射增益的微納結構片上光聲波導，該波導包括由硫化亞砷材料構成的波導芯，硅包覆層及二氧化硅襯底；波導芯制備在二氧化硅襯底上；波導芯的材料為硫化亞砷，剖面為矩形；在波導芯中心從上至下開設有一矩形通孔，矩形通孔中為空氣；硅包覆層在外部將波導芯與矩形通孔的上、下側以及波導芯左、右側對稱包覆，使波導芯中心形成一充滿空氣的矩形通孔；硫化亞砷波導芯四個側面硅包覆層的厚度，即上、下側以及左、右側硅包覆層的厚度，分別定義為上、下側和左、右側包覆層厚度；上、下側硅包覆層厚度均小于左、右側包覆層厚度。左、右側硅包覆層將光場限制在了波導芯部分，上、下側硅包覆層起到調控聲場分布位置作用，充滿空氣的矩形通孔加大了硫化亞砷-空氣槽界面的光輻射壓力，起到增強BSBS增益的作用。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

波導芯為矩形，寬度為180nm，高度為340nm。