[發明專利]非線性狹縫光波導和及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110316133.X
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113093330A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 雷蕾;王永華;何蘇;葉飄飄;董文嬋
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/13
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 方良

本發明公開了一種非線性狹縫光波導及其制備方法和應用。本發明非線性狹縫光波導包括狹縫光波導本體，所述狹縫光波導本體包括單晶硅層，所述單晶硅層上設置有狹縫波導，還包括用于光通過的非線性增強層，且所述非線性增強層覆蓋于設置有所述狹縫波導的表面并填充狹縫。本發明非線性狹縫光波導具有高的非線性效應，這樣能顯著降低對輸入信號功率的要求，提高非線性信號處理的轉換效率和轉換后信號的輸出功率，從而進一步增加信號處理過程的穩定性與靈活性。非線性狹縫光波導制備方法的工藝條件易控，使得制備的非線性增強層質量高和穩定，從而使得制備的非線性狹縫光波導的非線性增強效應穩定，而且效率高。

技術領域

本發明屬于集成光子與硅基光子學技術領域，具體涉及一種非線性狹縫光波導和及其制備方法和應用。

背景技術

在光網絡的節點及終端，基于光學非線性效應的光信號處理及高性能光計算顯得尤為重要。光學非線性器件是實現全光波長轉換、全光碼型轉換、光判決門、全光解復用、全光采樣、2R再生、全光邏輯運算、可重構編程光子計算的關鍵元件。

隨著光通信的快速發展，分立非線性器件(如高非線性光纖)已無法滿足系統高集成度和高性能的需求，非線性光子集成器件的研發亟待突破。只有找到結構簡單、易于集成且具有大容量光信號處理能力的非線性器件，才能提高非線性光信號處理在光網絡節點和全光高性能計算中的可能性。

目前，增強光子集成器件的非線性有三種主流方式：第一，通過特殊結構實現，例如微環、微盤、狹縫波導等，但微腔結構易受環境影響，諧振峰容易漂移，難以與信號波長保持長時間對準；而目前已報道的狹縫波導狹縫寬度通常都在100nm左右，對光場的局域增強作用有限，另一方面，對于已報道的通過非線性聚合物填充狹縫波導來增強器件非線性的方案，所選擇的聚合物非線性克爾系數僅與硅的克爾系數相當，仍無法有效改善器件的非線性；也有研究者通過增加狹縫的數量來增加器件的非線性系數，但四狹縫波導的損耗已高達80dB/cm，且從條形波導耦合至狹縫波導的過程中，模式匹配對工藝精度的要求非常高，難以實用；第二，通過金屬表面等離激元器件實現；第三，通過在波導表面覆蓋二維材料實現，如石墨烯、黑磷等。對于后兩種方案，材料的高損耗和高吸收是阻礙器件非線性效應進一步有效提升的主要因素。

發明內容

本發明的目的是提供一種非線性狹縫光波導及其制備方法，以解決現狹縫波導非線性效果不理想的技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明一方面，提供了一種非線性狹縫光波導。所述非線性狹縫光波導包括狹縫光波導本體，所述狹縫光波導本體包括單晶硅層，所述單晶硅層設置有狹縫波導，還包括用于光通過的非線性增強層，所述非線性增強層覆蓋于設置有所述狹縫波導的表面并填充狹縫。

本發明另一方面，提供了一種非線性狹縫光波導的制備方法。所述非線性狹縫光波導的制備方法包括如下步驟：

提供狹縫光波導本體，所述狹縫光波導本體包括單晶硅層，所述單晶硅層設置有狹縫波導；

將含有用于光通過的非線性增強材料的溶液在設置有所述狹縫波導的所述單晶硅層表面成膜，形成非線性增強層，且使得所述非線性增強層填充在狹縫中并覆蓋所述狹縫波導的表面。

本發明再一方面，提供了本發明非線性狹縫光波導的應用方法。本發明非線性狹縫光波導在光學非線性器件、全光邏輯運算器件、碼型轉換器件、波長轉換器件、解復用器等中的應用。

與現有技術相比，本發明非線性狹縫光波導由于在狹縫波導上覆蓋有非線性增強層，該非線性增強層與狹縫光波導本體能夠起到增效作用，賦予非線性狹縫光波導高的非線性效應，這樣能顯著降低對輸入信號功率的要求，提高非線性信號處理的轉換效率和轉換后信號的輸出功率，從而進一步增加信號處理過程的穩定性與靈活性。