[發(fā)明專利]一種基于微納隔離結(jié)構(gòu)的高密度低串?dāng)_波導(dǎo)陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011078336.1
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112180506B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮吉軍;劉海鵬;孫福領(lǐng);曾和平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31312
• 代理人: 梁劍

本發(fā)明提出一種基于微納隔離結(jié)構(gòu)的高密度低串?dāng)_波導(dǎo)陣列，包括基底以及基于硅波導(dǎo)的芯層；芯層包括兩個相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的硅寬波導(dǎo)和兩個硅周期光柵；兩個硅寬波導(dǎo)布置于基底上，相鄰的兩個硅寬波導(dǎo)之間設(shè)有兩個不同參數(shù)結(jié)構(gòu)的硅周期光柵。通過中間光柵結(jié)構(gòu)，使得不同波導(dǎo)之間光的相位失配，達(dá)到抑制耦合的作用，從而提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、透射率高且串?dāng)_低的波導(dǎo)陣列。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微納隔離結(jié)構(gòu)的高密度低串?dāng)_波導(dǎo)陣列。

背景技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，現(xiàn)代光子技術(shù)的發(fā)展對器件的集成性、片上器件密度、功能、性能等要求越來越高。同時，絕緣體上硅(SOI)材料作為光集成研究的熱點(diǎn)材料具有導(dǎo)光特性好，對光的限制作用強(qiáng)并且與標(biāo)準(zhǔn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝完全兼容等優(yōu)點(diǎn)而被選用。

芯片規(guī)模的光學(xué)相控陣可以實(shí)現(xiàn)小型光束控制和激光雷達(dá)，用于無人飛行器、精密機(jī)器人和自由空間光通信。由于這些應(yīng)用需要廣角光束控制以及輸出光束的高光功率，自然的設(shè)計選擇是將陣列發(fā)射器間隔在半波長間距，這在射頻相控陣中很常見。然而，與射頻相控陣不同，光學(xué)相控陣受到視場(即角度控制)和波束形成效率(即輸出光束中的光功率)之間的權(quán)衡限制。這種折衷之所以存在是因?yàn)楣鈱W(xué)相控陣依靠波導(dǎo)作為發(fā)射源，當(dāng)放置在距離其模式尺寸很近的地方時，會受到強(qiáng)烈的串?dāng)_。激光雷達(dá)中的大部分光學(xué)天線是直接蝕刻在陣列波導(dǎo)上的二階光柵，這使得發(fā)射效率非常低，而且由于旁瓣和光柵瓣的存在，使得大部分光能不能充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、透射率高且串?dāng)_低的波導(dǎo)陣列。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于微納隔離結(jié)構(gòu)的高密度低串?dāng)_波導(dǎo)陣列，包括基底以及基于硅波導(dǎo)的芯層；

所述芯層包括多個相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的硅寬波導(dǎo)和多個硅周期光柵；多個所述硅寬波導(dǎo)等間距布置于所述基底上，相鄰的兩個所述硅寬波導(dǎo)之間設(shè)有兩個不同參數(shù)結(jié)構(gòu)的硅周期光柵。

優(yōu)選的，基于所述基層的表面還布置一層二氧化硅包層，所述二氧化硅包層包裹住所述芯層。

優(yōu)選的，所述基底包括硅基襯底和二氧化硅緩沖層，所述二氧化硅緩沖層設(shè)于所述硅基襯底表面，所述芯層設(shè)于所述二氧化硅緩沖層表面。

優(yōu)選的，所述硅寬波導(dǎo)由600μm-1mm長的直波導(dǎo)組成，寬度為0.5μm以基本保持單模條件，相鄰的所述硅寬波導(dǎo)之間的間隙為1μm。

優(yōu)選的，相鄰的所述硅寬波導(dǎo)之間的兩個所述硅周期光柵，其中一個所述硅周期光柵的周期為0.3～0.4μm，占空比為0.3～0.4，寬度為0.12μm，光柵數(shù)目為1500～2000；

另一個所述硅周期光柵的周期為0.3～0.4μm，占空比為0.5～0.8，寬度為0.12μm，光柵數(shù)目為1500～2000；

兩個所述硅周期光柵之間間距為0.1μm；位于左側(cè)的所述硅周期光柵距離左側(cè)所述硅寬波導(dǎo)間距為0.1μm，位于右側(cè)的所述硅周期光柵距離右側(cè)所述硅寬波導(dǎo)間距為0.06μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢之處在于：

1、本發(fā)明的波導(dǎo)陣列基于SOI制作，可與CMOS技術(shù)結(jié)合，工藝成熟，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊且加工簡單，制作容差大，產(chǎn)品良率高。

2、本發(fā)明的器件可在毫米級傳輸長度上，波導(dǎo)間距達(dá)到1μm范圍，也有抑制串?dāng)_的功能。這避免了在毫米級傳輸長度上，密集輸出波導(dǎo)之間的耦合現(xiàn)象，對于實(shí)際應(yīng)用有意義。

3、本發(fā)明的波導(dǎo)陣列可實(shí)現(xiàn)在1550nm光波段降低波導(dǎo)間串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)高透過率，低插入損耗，在光相控陣領(lǐng)域具有重要的實(shí)用價值；并且本發(fā)明在波長為1520-1600nm范圍內(nèi)，依舊保持較低的插入損耗和串?dāng)_，帶寬達(dá)到80nm。