[發明專利]一種基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器

有效

• 申請號: 202110543228.5
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113253537B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 胡國華;孫耀輝;汪冬宇;鄧春雨;孫彧;惲斌峰;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02F1/225
• 分類號: G02F1/225;G02F1/21
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，包括SiO₂包層（5），其特征在于：所述SiO₂包層（5）內部設有水平設置的波導層，所述的波導層由Si材料制備；

所述波導層包括：一個定向耦合器（1）、兩根長度不等的干涉臂（2）和一個多模干涉耦合器（3），所述定向耦合器（1）、干涉臂（2）和多模干涉耦合器（3）依次級聯構成馬赫-曾德爾干涉儀；

所述定向耦合器（1）輸入端的上端口Input A為微分器的輸入端，多模干涉耦合器（3）的輸出端口Output為微分器的輸出端；在所述定向耦合器（1）耦合區域正上方設有熱電極（4），其寬度覆蓋整個耦合區域及周圍部分區域；所述熱電極（4）與定向耦合器（1）中間有SiO₂作為緩沖層（5）；

在所述熱電極（4）兩端施加變化電壓以實現定向耦合器（1）部分輸出的光功率的比例變化，以調整微分器最終輸出的微分階數；

在無調制條件下，從定向耦合器（1）輸出的透過端口port A與耦合端口port B的工作波長處的光功率比應小于1:1，以保證無調制條件下微分階數小于1。

2.根據權利要求1所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述定向耦合器（1）包括兩個輸入直波導（1-1）、四個彎曲波導（1-2）、兩個耦合直波導（1-3）以及從脊型波導向條形波導過渡的過渡波導（1-4），所述的兩個耦合直波導（1-3）構成有間距的耦合區C1。

3.根據權利要求2所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述定向耦合器（1）的耦合間距依據調制系統的調制效率進行調整，若調制系統對于波導折射率調制水平較低，即可實現的折射率變化范圍較小，則縮小定向耦合器（1）的耦合間距以提高分光比對于折射率變化的靈敏度。

4.根據權利要求1所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述干涉臂（2）為條形波導，包括八個半徑15μm的四分之一環波導（2-1），以及用于調節光程差的干涉臂直波導（2-2）。

5.根據權利要求1所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述兩根干涉臂（2）的長度差由對于微分器的工作波長的需求決定，即確定了微分器的工作波長之后，設計兩根干涉臂（2）的長度差使得在工作波長處的光經干涉臂（2）后實現反相。

6.根據權利要求1所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述多模干涉耦合器（3）包括三個直波導（3-1）、三個用于減小傳播損耗的Taper型波導（3-2）以及多模干涉腔（3-3）。

7.根據權利要求2或6所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述定向耦合器（1）的輸出端上臂與干涉臂（2）的輸入端上臂通過過渡波導（1-4）相連，所述定向耦合器（1）的輸出端下臂與干涉臂（2）的輸入端下臂通過過渡波導（1-4）相連；所述干涉臂（2）的輸出端上臂與多模干涉耦合器（3）的輸入端上臂通過Taper型波導（3-2）相連，所述干涉臂（2）的輸出端下臂與多模干涉耦合器（3）的輸入端下臂通過Taper型波導（3-2）相連。

8.根據權利要求1所述的基于SOI材料制備的馬赫-曾德爾干涉儀型可調分數階光場微分器，其特征在于：所述波導層厚度為220nm，所述定向耦合器（1）為脊型波導，刻蝕深度為150nm；所述干涉臂（2）及多模干涉耦合器（3）為條形波導，波導截面尺寸為500nm×220nm。