[發明專利]一種雜散光吸收器、光芯片及其制作方法

在審

• 申請號: 202010995714.6
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112099136A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 杜炳政;朱曉田;李特爾·布蘭特·埃弗雷特;戴維森·羅伊·理查德;張強;李偉恒;王翔
• 申請（專利權）人: 珠海奇芯光電科技有限公司;西安奇芯光電科技有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發明公開了一種雜散光吸收器、光芯片及其制作方法。本發明基于灰度刻蝕的方式在芯片開設凹槽，凹槽內填充有可將不同波長的雜散光全部吸收的吸收材料，從而構成雜散光吸收器，能夠有效的去除光芯片的不同波長、不同模式、不同角度的雜散光，且工藝步驟簡單，布局靈活且成本低。

技術領域

本發明涉及一種光波導器件，具體涉及一種雜散光吸收器、光芯片及其制作方法。

背景技術

光芯片、光子芯片或集成光波導芯片是5G光通信、光計算等領域的關鍵器件結構之一。激光器、光纖以及光學探測器均可以通過不同種的耦合方式直接與光芯片連接交互。常見的耦合方式如圖1所示，分為兩種：端面耦合和光柵耦合。信號光源從激光器01或者光纖02輸出，并通過光芯片03中的一個輸入波導04進入到光芯片回路05中進行光信號處理，光信號處理完后通過輸出波導06的端口傳輸至光探測器07中。

在光芯片03與激光器01、光纖探測器07交互處理過程中，不可避免的存在兩種耦合損耗：耦合損耗與片上損耗。耦合損耗是由激光器01或光纖02與光芯片03耦合時存在不可避免的光損失，使部分光進入光芯片波導以外的區域產生的。這些進入波導以外區域的部分光被稱作散射光，如圖2所示。同理，片上損耗是光芯片中進行信號處理的光，在芯片各波導內部交互不可避免存在的散射光。

在光芯片上無論哪種損耗的散射光，都不受光波導的限制，可以在芯片中以任意方向傳播。一部分散射光可能進入光學探測器、光芯片監控器中，而這部分未經光學回路處理的散射光(即雜散光)同樣會被光學探測器、光芯片監控器轉化為電信號。那么意味著這些散射光將產生背景噪聲和串擾，并干擾正常處理過的有用光信號的識別率。這些干擾將會降低光學系統的性能和光芯片的性能，導致光學組件和芯片性能和良率的降低。

為解決上述雜散光串擾的問題，目前該領域也提出了一些解決辦法：

中國專利，公開號CN1290354A，名稱為一種集成光學回路雜散光吸收的方法，該專利采用在芯片內設置摻雜區來對雜散光進行吸收，但是該方式在光芯片中設置摻雜區工藝流程復雜，成本較高。

中國專利，公開號CN108037564A，名稱為散射光偏轉器，該專利采用了設置由高折射率和低折射率呈周期性或準周期性結構交替布置在光芯片內的反射單元實現對雜散光進行處理，但是這種方式依然存在以下問題：

1、波長選擇性、模式選擇性以及傳輸方向選擇性是反射單元的天然屬性(具體分析見本段末尾)。而芯片波導回路中散射光的模式和方向是不確定的。因此具有較大帶寬、較多模式和多方向散射的雜散光不可避免的需要多周期的光子晶體結構進行級聯，才能完成散射光轉向或屏蔽。根據文獻【Fink Y.A Dielectric Omnidirectional Reflector[J].Science.1998,282(5394):1679-1682.】記載的計算方法。以一維光子晶體多層膜周期的光子帯隙為例，圖3為一維光子晶體結構圖以及參數，n0、n1、n2分別為介質1、介質2、介質3，3種不同的材料折射率；h1、h2為介質1和介質2的厚度，a＝h1+h2，a為光子晶體周期厚度；波矢為k,與晶體周期排列方向平行的方向為y,與晶體周期排列方向垂直的方向為x,。

圖4中(A)為一維光子晶體結構分別為折射率n0＝1,n1＝2.2,n2＝1.7,厚度比例h2/h1＝2.2/1.7的帶隙圖，圖4中(B)為折射率n0＝1,n1＝4.6,n2＝1.6,厚度比例h2/h1＝1.6/0.8的帶隙圖。圖4中(A)和(B)中反射帶為白色區域，橫軸代表x方向的波矢；縱軸代表的是頻率,單位為(2πc/a)。由于圖4中(A)和(B)的填充材料與填充比例不同，所以帶隙有很大區別，這說明光子晶體反射頻帶(或反射波段)與材料折射率和填充比例(即厚度比例)相關。從縱軸頻率的單位2πc/a可以看出光子晶體反射頻帶(或反射波段)受光子晶體的周期寬度影響。進一步的，在橫軸上不同的ky所對應的反射帶隙也是不同的，表明光子晶體反射頻帶(或反射波段)是與光傳播方向與模式是相關的。