[發明專利]一種帶有偏移和溝槽的S形彎曲波導

在審

• 申請號: 202110690109.2
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113311538A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 尚玉玲;郭文杰;何翔;李春泉;王佳奇;趙雅敏;周謹卓;謝文強
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/125
• 分類號: G02B6/125
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種帶有偏移和溝槽的S彎曲波導結構，其包括輸入直波導、兩段曲率相反且半徑相同的彎曲波導、輸出直波導、各波導連接處的偏移和填充有低折射率介質的溝槽。其特征是所述帶有偏移和溝槽的S彎曲光波導結構在S形波導中輸入直波導和第一段彎曲波導段連接處、曲率相反半徑相同的彎曲波導段連接處和第二彎曲波導段與輸出直波導段連接處分別引入一定的偏移，在兩個彎曲弧段外側分別加入兩個形狀相同的溝槽，溝槽內填充空氣，波導芯寬一致，波導芯層和包層折射率存在較小差值。具有較小折射率差的S形波導在較小彎曲半徑下會產生顯著的彎曲損耗，通過引入合適尺寸的偏移和溝槽可以相應得減少S彎曲波導中存在的過渡損耗和輻射損耗，從而達到S形彎曲波導的低損耗傳輸。本發明有利于實現光互連中緊湊尺寸和低損耗的光路設計。

技術領域

本發明涉及光波導器件，光互連單元，光通信技術領域，特別涉及一種低損耗S形彎曲波導。

背景技術

相比傳統銅基電互連，光互連在電磁干擾、帶寬可擴展性、功耗和系統密度等方面具有出色的性能，形成復雜板上光互連的關鍵彎曲波導元件包括L彎曲、V彎曲、U彎曲及S彎曲等。其中，S形彎曲波導在板上或芯片間不同位置模塊或器件的連接及互連中起到至關重要的作用。用于波導結構制備的材料主要有Si/SiO₂，SiN/SiO₂和聚合物等。波導芯層與包層的折射率差對波導的彎曲損耗有很大影響。高折射率差材料系統如Si/SiO₂，SiN/SiO₂等能夠實現全內反射以將光限制在波導中，在幾微米左右彎曲半徑下可實現低損耗傳輸，但高折射率差波導受波導側壁粗糙度影響大，傳播損耗與側壁粗糙度的三次方成正比，且模式失配和對準靈敏度會導致光纖與波導間產生較大的耦合損耗。相比之下，低折射率差材料如聚合物，其芯層與包層的折射率差異很小，使得波導與光纖邊界條件相似，能夠提供低的傳輸損耗和低的波導-光纖耦合損耗，且聚合物波導具有出色的靈活性和方便的集成特性，是一種有吸引力的光鏈路傳輸介質，被廣泛應用于波導器件及互連結構的設計與制備。

低折射率差聚合物S形彎曲波導廣泛用于光電路中不同位置波導器件或互連單元的連接。在厘米級彎曲半徑下，低折射率差聚合物S形彎曲波導可以達到低損耗傳輸的要求，較大尺寸結構不利于緊湊光路設計和高密度互連。為實現緊湊、高密度光互連中不同位置器件或互連單元之間高性能光通信，降低低折射率差S形彎曲波導的彎曲損耗至關重要。目前，尚未研究如何降低低折射率差聚合物S形彎曲波導的彎曲損耗。因此，有必要提出如何在較小彎曲半徑下實現低折射率差S彎曲波導低損耗傳輸的方法。

發明內容

為了解決上述問題, 本發明提出一種帶有偏移和溝槽的S彎曲波導結構，其包括輸入直波導、兩段曲率相反且半徑相同的彎曲波導、輸出直波導、各波導連接處的偏移和填充有空氣的溝槽。其特征是所述帶有偏移和溝槽的S彎曲光波導結構在S形波導中輸入直波導和第一段彎曲波導段連接處、曲率相反半徑相同的彎曲波導段連接處和第二彎曲波導段與輸出直波導段連接處分別引入一定的偏移，在兩個彎曲弧段外側分別加入兩個形狀相同的溝槽，溝槽內填充空氣介質，波導芯寬一致，波導芯層和包層折射率存在較小差值。

按上述方案，所述的低折射率差聚合物S形彎曲波導，其特征在于所述 的S形彎曲波導損耗滿足如下線性關系式：

其中BendingLoss表示S形波導的總彎曲損耗，P_in表示S形彎曲波導輸入直波 導端口處輸入的功率,P_out表示S形彎曲波導輸出直波導端口處輸出的功率。

按上述方案，所述的帶有偏移和溝槽的S形彎曲波導，其特征在于所述的帶有偏移和溝槽的S形彎曲波導輸出直波導的功率比其輸入直波導的功率要小。

所述的帶有偏移和溝槽的S形彎曲波導，其特征在于波導芯層與包層的折射率差為0.01，溝槽內空氣介質折射率為1.0。

所述的帶有偏移和溝槽的S形彎曲波導，其特征在于波導寬度為5μm。