[發明專利]一種基于半導體納米線的片上集成自相關儀

有效

• 申請號: 202010554682.6
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111678612B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 童利民;李維嘉;郭欣;鮑慶洋;張建彬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G02F1/377;G02B6/12;G02B6/136
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于半導體納米線的片上集成自相關儀。基片上布置有光柵、傳輸波導、Y分支分束器、耦合波導和半導體納米線；光柵的輸出端經傳輸波導連接到Y分支分束器的集合輸入端，Y分支分束器的兩個分束輸出端分別各自的耦合波導連接到半導體納米線的兩端；信號脈沖光從基片上的光柵耦合進入傳輸波導，經由Y分支分束器分束后沿兩側的耦合波導同時從半導體納米線的兩端耦合進入半導體納米線，產生橫向二次諧波。本發明通過電子束刻蝕的片上集成波導與半導體納米線的光學耦合，實現了對片上脈沖寬度的測量，具有高重復性和可靠性，相較于傳統的自相關儀，具有小型化、易于集成等特點。

技術領域

本發明設計微光學元件、光通訊和硅基單片光電集成等技術領域，更具體地，涉及一種基于片上集成波導與半導體納米線的集成自相關儀。

背景技術

超短光脈沖在光通訊、非線性光纖、光傳感等領域有著廣泛的應用，集成光學的興起使得超短脈沖在集成芯片上也發揮重要作用，而片上自相關儀不僅能夠滿足集成芯片中超短脈沖的測量和分析，而且其小尺寸、低造價、易使用、免維護等優點可大大拓展其在光通訊、非線性光纖、光傳感等領域的應用。一種關鍵的技術是光學自相關測量，即利用脈沖本身測量其脈寬。

目前能夠在集成芯片上實現脈沖自相關測量的方法主要是利用硅探測器的雙光子吸收，結合光子晶體慢光效應實現對脈沖寬度的測量，這種方法需要一排探測器陣列，時間分辨率較差，難以實現高集成度片上自相關測試。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種基于半導體納米線的片上集成自相關儀及制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一、一種基于半導體納米線的片上集成自相關儀：基片上布置有光柵、傳輸波導、Y分支分束器、耦合波導和半導體納米線；光柵的輸出端經傳輸波導連接到Y分支分束器的集合輸入端，Y分支分束器的兩個分束輸出端分別各自的耦合波導連接到半導體納米線的兩端，半導體納米線的兩端和耦合波導緊貼接觸；信號脈沖光從基片上的光柵耦合進入傳輸波導，經由Y分支分束器分束后沿兩側的耦合波導同時從半導體納米線的兩端耦合進入半導體納米線，產生橫向二次諧波。

所述的Y分支分束器、兩根耦合波導和半導體納米線圍成近似水滴形。

所述的光柵、傳輸波導和耦合波導均工作在橫電模式。

所述的Y分支分束器是50:50的1×2耦合器。

所述的光柵、傳輸波導、Y分支分束器和耦合波導，其材料為Si或者SiN，其中傳輸波導和耦合波導為條形波導。

所述的半導體納米線為具有非線性性質的半導體納米線，材料為CdS、CdTe、 CdSe或者ZnO。

所述的信號脈沖光包括可見光到近紅外的波段。

二、一種片上集成自相關儀的制備方法，方法包括以下步驟：

1)首先通過化學氣相沉積方法制備出半導體納米線；

根據設計圖樣刻蝕頂層單晶硅的SOI片作為基片，基片上具有連接的光柵、傳輸波導、Y分支分束器和耦合波導；(除納米線外，基片上的波導，分束器和光柵都是直接刻蝕加工成型的) 。

2)在顯微鏡下利用兩根光纖探針對生長基片上的半導體納米線進行切斷和轉移等微納操作，將半導體納米線放在集成波導芯片的基片上；

3)在顯微鏡下，利用兩根光纖探針推動納米線使納米線的兩端分別與兩條硅波導緊貼，硅波導作為耦合波導；

4)將脈沖光通過光柵耦合進硅波導；

5)最后，利用CCD相機收集橫向半導體納米線的二倍頻信號。