[發明專利]一種鈮酸鋰縱模光隔離器

在審

• 申請號: 202110106883.4
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112698518A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 李明軒;趙奕儒;戴雙興;李金野;劉建國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02F1/095
• 分類號: G02F1/095;G02F1/225
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王文思

本發明提供一種鈮酸鋰縱模光隔離器，包括一體成型的第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)、第一耦合器(3)及第二耦合器(4)，第一耦合器(3)及第二耦合器(4)分別形成在第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)的兩端，第一干涉臂(1)、第二干涉臂(2)沿長度方向均至少包括互易波導、非互易波導，其中：第一干涉臂(1)的互易波導與第二干涉臂(2)的互易波導長度不同；非互易波導包括磁光波導和鈮酸鋰波導，磁光波導和鈮酸鋰波導沿高度方向堆疊形成，磁光波導設置于鈮酸鋰波導的上方。本發明具有對反向傳輸縱模光的隔離度高，波導耦合效率高，器件尺寸小，易于集成等特點。

技術領域

本發明涉及微納光電子學集成技術領域，具體涉及一種鈮酸鋰縱模光隔離器。

背景技術

隨著信息時代的發展，為了更好地滿足其“爆炸式增長”的信息傳輸需要，對于光纖通信模塊、鏈路和系統的性能要求也在逐步提升。在光路中，由于種種原因會產生與正向傳輸光方向相反的反射光，例如當光耦合進入光纖時，由于連接器和熔接點的存在，將會在這些端面和點處產生與原傳輸方向相反的反射光。反射波的光子回到器件之中時，其與半導體材料進行二次作用，干擾了發光材料的正常載流子分布，導致光路系統間產生自耦合效應和自激勵效應，造成其他波長和模式光的產生，破壞傳輸穩定性并給器件帶來各種不良影響：對于直調激光器，反射波會給激光帶來啁啾，導致光源信號的劇烈波動，從而導致調制帶寬下降，十分不利于高速信號的長距離傳輸，嚴重時甚至會燒毀激光器；對于光纖放大器，反射波的存在會增加噪聲強度，從而使傳輸信噪比降低；對于模擬信號傳輸系統，本身抗電磁波干擾能力就較差，反射波會嚴重影響通信質量；對于相干光通信系統而言，反射波會增加載波信號的光譜寬度并帶來頻率漂移，使系統無法滿足外差法的條件從而不能正常工作。

光隔離器是使光信號只允許沿一個方向傳播并能阻擋反射光的器件，又叫光單向器，類似于電路中的“二極管”，能夠用來防止光路中由于各種原因產生的反射光給正向傳輸光帶來的不良影響。因此光通信系統需要在這些端口處加入隔離器，這樣能夠有效地穩定系統的正常工作，從而保證信號的傳輸質量。衡量光隔離器性能的指標包括插入損耗、反向隔離度、回波損耗、3dB隔離度帶寬、通帶帶寬、偏振相關損耗、溫度特性等，為了能夠使光隔離器在系統中發揮更好的效果，高反向隔離度、高工作帶寬、高回波損耗、高穩定性和可靠性、低插入損耗等特性是光隔離器的主要發展方向。

鈮酸鋰具有優良的電光系數，當入射光強度較小時，晶體的電極化強度與入射光場強可以用線性關系描述。在強光作用下，介質的電極化強度和入射光場強成冪級數關系，冪級數的高次項不能被忽略，這表示光入射到介質中時會產生新的頻率輻射。基于鈮酸鋰優良的光學特性，可以實現入射光的倍頻、和頻、差頻以及參量振蕩等光學效應。目前，用鈮酸鋰體材料制備的光學器件已經實現了商用，但是這些器件都具有器件尺寸大和集成度低的缺點，迫切需要類似絕緣體上硅薄膜(Silicon on Insulator，SOI)結構的集成光學平臺實現多功能器件的片上集成。

近年來隨著微納光電子學的進步，使光電子器件正朝著小型化、集成化的方向發展，更讓人們看到了光通訊系統在片上集成方面的發展前景，實現光電融合這一目標指日可待。但由于缺乏一種有效且實用的光隔離器的集成方法，目前復雜的有源器件在光子集成芯片上的集成也受到了阻礙。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種鈮酸鋰縱模光隔離器，用于至少部分解決傳統光隔離器反向隔離度低、波導耦合效率低、器件尺寸偏大等技術問題。

(二)技術方案

本發明提供了一種鈮酸鋰縱模光隔離器，包括一體成型的第一干涉臂1、第二干涉臂2、第一耦合器3及第二耦合器4，第一耦合器3及第二耦合器4分別形成在第一干涉臂1、第二干涉臂2的兩端，第一干涉臂1、第二干涉臂2沿長度方向均至少包括互易波導、非互易波導，其中：第一干涉臂1的互易波導與第二干涉臂2的互易波導長度不同；非互易波導包括磁光波導和鈮酸鋰波導，磁光波導和鈮酸鋰波導沿高度方向堆疊形成，磁光波導設置于鈮酸鋰波導的上方。