[發(fā)明專利]一種片上集成基于硅基波導(dǎo)的TM0-TM3模序數(shù)轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011022928.1
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112180508B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐銀;朱晨曦;倪屹
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14
• 代理公司: 南京禹為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 劉小莉

本發(fā)明公開了一種片上集成基于硅基波導(dǎo)的TM0?TM3模序數(shù)轉(zhuǎn)換器，其包括單質(zhì)Si材質(zhì)的下包層以及氧化硅材質(zhì)的襯底層和硅基波導(dǎo)層還有將所述硅基波導(dǎo)層包裹起來的氯化硅材質(zhì)的上包層；其通過在硅基波導(dǎo)層上刻蝕六組具有相同刻蝕深度但尺寸不同的矩形刻蝕槽達到了插入損耗低，模階數(shù)轉(zhuǎn)換效率高以及便于制造，尺寸縮小等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的TM0-TM3豎階模序數(shù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，尤其涉及一種片上集成基于硅基波導(dǎo)的TM0-TM3模序數(shù)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

得益于光子集成技術(shù)近年來的飛速發(fā)展，利用絕緣體上硅(SOI)平臺構(gòu)建超緊湊、高性能光子集成器件以及由此形成的大規(guī)模光子集成回路受到了人們的重點關(guān)注。為應(yīng)對片上光互連對大容量、大帶寬、高速率光傳輸?shù)囊螅喾N復(fù)用技術(shù)被開發(fā)，如波分復(fù)用(WDM)、偏振分復(fù)用(PDM)與模分復(fù)用(MDM)等。其中MDM是當(dāng)前以及未來片上光互連系統(tǒng)中增加傳輸信道數(shù)、提升傳輸容量、帶寬與速率的關(guān)鍵技術(shù)。與光纖通信系統(tǒng)中常用的WDM技術(shù)需使用不同波長作為傳輸信道的方式不同，MDM系統(tǒng)中通過復(fù)用不同的模式實現(xiàn)傳輸容量的倍增，因此MDM系統(tǒng)的總傳輸容量與模式通道的數(shù)量密切相關(guān)，若能高效產(chǎn)生多個高階模式并能復(fù)用進MDM系統(tǒng)，則將有效提升MDM系統(tǒng)的傳輸性能，也將進一步推動大容量片上光互連技術(shù)的快速發(fā)展。通過對MDM與WDM系統(tǒng)的對比，可以看出：多模發(fā)生器或多模轉(zhuǎn)換器在MDM系統(tǒng)中的作用和重要性與常用WDM系統(tǒng)中需使用的昂貴多波長激光器相似，都是用于產(chǎn)生多個傳輸信道(模式、波長)。所以，如果MDM系統(tǒng)能夠產(chǎn)生與WDM系統(tǒng)相似的傳輸性能，那么MDM系統(tǒng)將會比WDM系統(tǒng)擁有更顯著的成本優(yōu)勢。因此，為了進一步促進片上MDM技術(shù)的發(fā)展，需要設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)基模與高階模式間相互轉(zhuǎn)換的高效模階數(shù)轉(zhuǎn)換器，這對提升MDM系統(tǒng)的傳輸容量與帶寬大有裨益。

基于SOI平臺，可以將成熟的微電子CMOS工藝應(yīng)用到集成光子學(xué)領(lǐng)域，以大力促進硅基光子集成器件加工制備技術(shù)的進步。如今，硅基條形波導(dǎo)(納米線)已經(jīng)被用于多種有源以及無源光集成器件中，例如：傳感器、光調(diào)制器、耦合器等。目前許多工作于橫電模式的模階數(shù)轉(zhuǎn)換器方案被提出，但是針對橫磁模式的模階數(shù)轉(zhuǎn)換器，特別是橫磁基模與高階橫磁模式之間的轉(zhuǎn)換卻很少有人提及，在實際的模分復(fù)用系統(tǒng)中，橫電模式和橫磁模式都可以作為傳輸信道，具有同等重要的作用。因此若能設(shè)計出尺寸小、帶寬大、插入損耗低、串?dāng)_小、轉(zhuǎn)換效率高的模階數(shù)轉(zhuǎn)換器，則可以有效提升片上模分復(fù)用傳輸?shù)目倐鬏斎萘颗c帶寬。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有模階數(shù)轉(zhuǎn)換器存在的問題，提出了本發(fā)明。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：包括下包層,以及；襯底層，所述襯底層設(shè)置在所述下包層上，以及；硅基波導(dǎo)層，所述硅基波導(dǎo)層設(shè)置在所述襯底層上，所述硅基波導(dǎo)層的兩側(cè)邊分別為第一側(cè)邊以及第二側(cè)邊，在所述硅基波導(dǎo)層的端面上設(shè)置有第一凹槽，所述第一凹槽的一側(cè)邊與所述第一側(cè)邊重合；在所述硅基波導(dǎo)層的表面上還設(shè)置有第二凹槽，所述第二凹槽與所述第一凹槽的同側(cè)側(cè)邊與所述第一側(cè)邊重合；以及，靠近所述第二側(cè)邊處設(shè)置的第三凹槽，沿所述第二側(cè)邊方向設(shè)置在與所述第二凹槽平行的第四凹槽，所述第四凹槽與第三凹槽在沿第二側(cè)邊的方向上位置相互平齊：所述第四凹槽與所述第三凹槽之間還設(shè)置有第五凹槽，所述第五凹槽的其中一側(cè)與所述第四凹槽上靠近第三凹槽一側(cè)的側(cè)邊相接觸，在所述第四凹槽遠離第三凹槽的一側(cè)設(shè)置有第六凹槽，所述第六凹槽與所述第四凹槽相互接觸；以及，上包層，所述上包層設(shè)置在所述硅基波導(dǎo)層上。

作為本發(fā)明所述片上集成基于硅基波導(dǎo)的TM0-TM3模序數(shù)轉(zhuǎn)換器的一種優(yōu)選方案，其中：所述下包層材質(zhì)為單質(zhì)Si材質(zhì)，所述襯底層為氧化硅材質(zhì)，所述硅基波導(dǎo)層的材質(zhì)為單質(zhì)Si材質(zhì)，所述上包層的材質(zhì)為氮化硅材質(zhì)。