[發明專利]基于鈮酸鋰的波導陣列及其制造方法

在審

• 申請號: 202011298132.9
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112255724A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 馮吉軍;劉海鵬
• 申請（專利權）人: 蘇州科沃微電子有限公司;上海理工大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 上海灣谷知識產權代理事務所(普通合伙) 31289
• 代理人: 倪繼祖

本發明公開了一種基于鈮酸鋰的波導陣列，包括：硅基襯底；沉積在所述硅基襯底上的二氧化硅緩沖層；位于所述二氧化硅緩沖層上的芯層；位于所述芯層上，并包覆所述芯層的二氧化硅包層；其中，所述芯層包括：左右對稱的兩個鈮酸鋰寬波導、第一鈮酸鋰光柵和第二鈮酸鋰光柵；所述第一鈮酸鋰光柵和第二鈮酸鋰光柵位于兩個所述鈮酸鋰寬波導之間；所述第一鈮酸鋰光柵位于所述第二鈮酸鋰光柵左邊。本發明還公開了基于鈮酸鋰的波導陣列的制造方法。本發明可實現在1550nm光波段抑制波導間串擾，實現高透過率，低插入損耗。

技術領域

本發明涉及基于鈮酸鋰的波導陣列。

背景技術

集成片上光學相控陣(OPA)是光探測和測距(Lidar)的關鍵部件之一，由于其具有固態光束控制的能力，因此在許多應用中(例如，無人駕駛、航空測繪和光通信)使用了OPA。

隨著網絡流量的快速增長，OPA的低光損耗、低驅動電壓和緊湊的空間占用顯得尤為重要。傳統的硅光學相控陣采用熱光調制，能耗大且加工精度要求高。對比，薄膜鈮酸鋰(LN)由于其電光效率高、光損耗小，是實現高性能OPA的最佳材料之一。除此之外，鈮酸鋰材料本身的二階非線性光學系數大，可采用電光調制技術，具有高速、低能耗等特點且材料成本相對較低，因此基于鈮酸鋰材料的集成OPA在高速調制方面有著明顯的優勢。

對于目前的鈮酸鋰光學相控陣，為了實現大角度寬視場光束掃描范圍，相鄰波導間距設置很小，且由于芯層與包層材料對比度低，相鄰波導之間極易發生耦合，串擾大，難以進行獨立相位或振幅控制。然而，將波導間距設置為3-4μm以減輕串擾會使得光束掃描角度范圍受限。因此光束的偏轉角度和相鄰波導間距之間有一個很強的折衷。對于小間距OPA，通過減小傳輸長度來抑制串擾，其尺寸對于商業應用沒有價值。因此，在相鄰波導窄間距、傳輸長度大的前提下，研究低串擾的OPA具有重要價值。

發明內容

本發明的目的在于提供基于鈮酸鋰的波導陣列及其制造方法，可實現在1550nm光波段抑制波導間串擾，實現高透過率，低插入損耗。

實現上述目的的技術方案是：

一種基于鈮酸鋰的波導陣列，包括：

硅基襯底；

沉積在所述硅基襯底上的二氧化硅緩沖層；

位于所述二氧化硅緩沖層上的芯層；以及

位于所述芯層上，并包覆所述芯層的二氧化硅包層；

其中，所述芯層包括：左右對稱的兩個鈮酸鋰寬波導、第一鈮酸鋰光柵和第二鈮酸鋰光柵；

所述第一鈮酸鋰光柵和第二鈮酸鋰光柵位于兩個所述鈮酸鋰寬波導之間；所述第一鈮酸鋰光柵位于所述第二鈮酸鋰光柵左邊。

優選的，所述鈮酸鋰寬波導為直波導，寬度為0.5μm，高度為0.3μm，兩個所述鈮酸鋰寬波導之間間隙為1.46μm。

優選的，所述芯層還包括：位于所述二氧化硅緩沖層上，并位于所述鈮酸鋰寬波導、第一鈮酸鋰光柵和第二鈮酸鋰光柵下方的鈮酸鋰薄膜，該鈮酸鋰薄膜厚度為0.1μm。

優選的，所述第一鈮酸鋰光柵的周期為0.35-0.45μm，占空比為0.85-0.95，寬度為0.24-0.28μm，光柵數目為250，所述第一鈮酸鋰光柵距離左側鈮酸鋰寬波導間距為0-0.05μm；

所述第二鈮酸鋰光柵的周期為0.8-0.9μm，占空比為0.15-0.25，寬度為0.05-0.15μm，光柵數目為150，所述第二鈮酸鋰光柵距離右側鈮酸鋰寬波導間距為0.4-0.45μm；

所述第一鈮酸鋰光柵和第二鈮酸鋰光柵之間的間距為0.14-0.18μm。

優選的，還包括附著在二氧化硅包層上的金屬電極。