[發明專利]一種漸變彎曲波導器件

在審

• 申請號: 202110278389.6
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113050220A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 顏博霞;白謀;亓巖;韓哲;王延偉;范元媛
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/125
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 谷波

本公開提供一種漸變彎曲波導，包括：襯底；位于所述襯底上的U型波導；至少部分覆蓋所述U型波導的包覆層；其中，所述U型波導包括兩段L型波導，以及連接在所述兩段L型波導之間的一段矩形波導，所述L型是指90度歐拉漸變彎曲。本公開提供的漸變彎曲波導器件，不僅能保持良好的單模傳輸特性和超低傳輸損耗，并且尺寸小，可以大大提高光電器件的集成度，從而進一步降低成本，適用于大規模量產。

技術領域

本公開涉及半導體光電技術領域，具體涉及一種漸變彎曲波導器件。

背景技術

隨著人們對信息傳輸、處理速度要求的不斷提高和多核計算時代的來臨，基于金屬的電互連將會由于過熱、延遲、電子干擾等缺陷成為發展瓶頸。而采用光互連來取代電互連，可以有效解決這一難題。在光互連的具體實施方案中，硅基光互連以其無可比擬的成本和技術優勢成為首選。硅基光互連既能發揮光互連速度快、帶寬大、抗干擾、功耗低等優點，又能充分利用微電子工藝成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等優勢，其發展必將推動新一代高性能計算機、數據通信系統的發展，有著廣闊的市場應用前景。

一般的，硅基光互連的核心技術是在硅基上實現各種光功能器件，如硅基激光器、電光調制器、光電探測器、濾波器、波分復用器、耦合器、分光器等。而實現這些功能器件的基本結構是硅基光波導結構，它包含直波導和彎曲波導。彎曲波導能夠連接非共線光學元件，實現光束分離，提高集成度；它也可以作為有源或無源器件結構的一部分來實現自身的特殊功能，例如采用特殊設計的彎曲波導結構可以獲得高Q值、單模和低損耗傳輸的微環諧振腔結構。

在集成光子電路的設計中，彎曲波導處會引起不同模式之間的顯著耦合，具體而言就是在彎曲波導前端的直波導中始僅存在基模，經過彎曲波導傳輸之后，在彎曲波導輸出端通常會激發出高階模式(HOM),彎曲的曲率1/R(彎曲半徑為R)越大，高階模式激發越嚴重。若要得到小尺寸、傳輸損耗小以及單模保持性好的彎曲波導，必須要求彎曲波導是單模傳輸。這得益于單模彎曲波導能夠有效減少散射損耗和避免彎曲處的模間串擾。

目前能實現小尺寸、單模低損耗傳輸的彎曲波導的方法是將光限制在具有高折射率差(High Index Contrast，HIC)的亞微米波導結構中，折射率差越高其波導結構應越小，才能確保單模傳輸。采用亞微米波導實現密集集成會帶來包括偏振依賴性、光纖模式的低耦合效率以及由粗糙引起的散射損耗等問題，此外，亞微米波導器件需要更加先進的制作工藝來解決納米特性產生的加工誤差；也有學者嘗試通過改變彎曲波導寬度來降低傳輸損耗，但其效果并不理想，所獲得的彎曲半徑依然相當大，實際上比直波導寬度大兩個數量級以上，同時還需要特殊的制備工藝(如灰度光刻)，增加了工藝難度。

因此，提供一種具有單模超低損耗傳輸的漸變彎曲波導器件，以解決現有彎曲波導中傳輸損耗大、模式間串擾嚴重等問題實屬必要。

發明內容

本公開的目的是提供一種漸變彎曲波導器件，能夠實現超低的傳輸損耗、尺寸小以及非常低的高階模式激發比。

本公開實施例提供一種漸變彎曲波導器件，包括：

襯底；

位于所述襯底上的U型波導；

至少部分覆蓋所述U型波導的包覆層；

其中，所述U型波導包括兩段L型波導，以及連接在所述兩段L型波導之間的一段矩形波導，所述L型是指90度歐拉漸變彎曲。

根據本公開的一些實施方式中，所述U型波導中的兩段L型波導相互對稱，所述L型波導的兩端分別為漸變初始端和漸變結束端，所述漸變結束端與矩形波導的一端連接。

根據本公開的一些實施方式中，所述L型波導包括兩條曲線，分別為內輪廓曲線和外輪廓曲線，所述外輪廓曲線的曲率半徑是基于歐拉曲線公式得到的；