[發明專利]一種多層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器

在審

• 申請號: 202110658968.3
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113406743A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 陳長鳴;岳建;尹悅鑫;王春雪;廉天航;張大明
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/122;G02F1/03;G02F1/01
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種多層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器，屬于光子集成技術領域。電光調制下，由襯底層、包覆層、第三層波導芯層、第二層波導芯層、第一層波導芯層、金屬電極及其連接線、填充金屬的介質孔、N型摻雜區和P型摻雜區組成；熱光調制下，由襯底層、包覆層、第三層波導芯層、第二層波導芯層、第一層波導芯層、金屬電極及其連接線組成。通過采用彎曲波導連接的方式使得第一層波導芯層、第二層波導芯層和第三層波導芯層間設置有信號交互單元，在信號交互單元存在層間定向耦合效果。在電光調制或熱光調制時，層間耦合系數最低，使得入射光保持傳播路徑不變，沿入射端所在層的波導進行傳輸，從而實現三層堆棧光子集成芯片的可重構信號交互功能。

技術領域

本發明屬于光子集成技術領域，具體涉及一種多層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器。

背景技術

隨著云計算、大數據和物聯網信息處理速度的逐年提升，電子集成芯片已經無法完全支持如此高的信息密度和網絡帶寬，采用CMOS工藝制備的光子集成芯片由于具有更強的信息處理能力和更快的數據傳輸速率已受到廣泛關注。隨著全球光纖信息網絡化的迅猛發展，基于光波導集成技術的光子芯片已被廣泛用于高速光通信系統的構建中。目前商用的光子芯片主要以單層平面光波導集成回路構成，這限制了芯片單位尺寸內光信息量的擴容、信道數的拓展和光信號交互的靈活性。而實現多層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器的設計與開發是解決其問題的關鍵。相關技術可實現光子模塊中高速高密度片上光互連的三維集成構想，在超級計算機、光子雷達、光量子通信等領域具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于克服現有單層平面光波導技術的不足，提出了一種多層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器，通過對層間光波導有效折射率的電光及熱光調制效應，利用光波導耦合技術，實現多層間光信號的靈活交互，解決高速高密度片上光互連中可重構三維集成的技術難點。

本發明以三層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器為例，為解決上述難點問題，采用以下技術方案：

如附圖1所示，電光調制下，一種三層堆棧可重構光子集成信號交互耦合器由襯底層1、包覆層2、第三層波導芯層3、第二層波導芯層4、第一層波導芯層5、金屬電極及其連接線6(每個金屬電極及其連接線6均分為兩部分，一部分接外部電源負電極、另一部分接外部電源正電極)、填充金屬的介質孔7(介質孔7用于電極6與N型摻雜區8、P型摻雜區9間的電連接)、N型摻雜區8和P型摻雜區9組成。

在電光調制下，本發明所述耦合器由底層向上排列順序依次為襯底層1、包覆層2、第三層波導芯層3、包覆層2、第二層波導芯層4、包覆層2、第一層波導芯層5、金屬電極及其連接線6，并且第一層波導芯層5、第二層波導芯層4、第三層波導芯層3刻蝕后的空間均由包覆層2填充；第一層波導芯層5、第二層波導芯層4、第三層波導芯層3均為脊型結構，所述的脊型結構的截面如附圖1(b)、1(c)中3、4、5所示，由上、下兩個尺寸不同的長方形波導組合而成，底部長方形波導的寬度為脊型結構的寬度，底部長方形波導的高度為脊型波導的高度，頂部長方形波導的寬度為芯層波導的寬度，底部長方形波導的高度和頂部長方形波導的高度之和為芯層波導的高度。