[發明專利]一種硅光三維集成光譜儀及其光學芯片的制備方法

在審

• 申請號: 202210070515.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114280724A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 陳曉剛;胡朝陽
• 申請（專利權）人: 蘇州海光芯創光電科技股份有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/122
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 徐會娟

1.一種硅光三維集成光譜儀，其特征在于，所述光譜儀包括由若干三維光學耦合器組成的耦合器陣列以及由若干光電探測器組成的光電探測器陣列；

所述三維光學耦合器包括依次耦合連接的底層硅光芯片和豎直微環，用于將波長與其共振耦合波長匹配的入射光耦合進耦合器中并通過底層硅光芯片的硅光波導傳輸給對應的光電探測器；

所述光電探測器用于實現對入射光光譜的探測。

2.根據權利要求1所述的硅光三維集成光譜儀，其特征在于，所述耦合器陣列中不同三維光學耦合器的共振耦合波長呈漸變設計。

3.根據權利要求2所述的硅光三維集成光譜儀，其特征在于，所述三維光學耦合器的共振耦合波長由所述豎直微環的物理參數和/或結構參數決定。

4.根據權利要求3所述的硅光三維集成光譜儀，其特征在于，所述物理參數包括豎直微環的有效折射率。

5.根據權利要求3所述的硅光三維集成光譜儀，其特征在于，所述結構參數包括豎直微環的半徑或直徑，以及豎直微環的厚度和寬度。

6.根據權利要求1所述的硅光三維集成光譜儀，其特征在于，同一所述三維光學耦合器下的不同傳輸方向的硅光波導通過Y形合波器與對應的光電探測器連接。

7.根據權利要求1所述的硅光三維集成光譜儀，其特征在于，所述三維光學耦合器的具體結構從下到上依次包括：

底層硅光芯片襯底；

底層平整化層以及嵌設于所述底層平整化層內的硅光波導；

與所述硅光波導正交設置的氮化硅豎直微管和其兩端的支撐結構；

所述氮化硅豎直微管內設有所述豎直微環，所述豎直微環與所述硅光波導耦合連接。

8.根據權利要求7所述的硅光三維集成光譜儀光學芯片的制備方法，其特征在于，所述豎直微環與所述硅光波導之間具有間隙。

9.一種硅光三維集成光譜儀光學芯片的制備方法，其特征在于，所述制備方法用于制備如權利要求1-8任一所述光譜儀中的三維光學耦合器；

所述方法的步驟包括：

S1、制備底層硅光集成芯片；所述底層硅光集成芯片包括底層硅光芯片襯底以及硅光波導；

S2、在所述底層硅光集成芯片上旋涂底層平整化層；

S3、在所述底層平整化層上依次制備鍺薄膜犧牲層、雙層氮化硅薄膜層以及用于提供軸向光學限制的硅薄膜層；所述鍺薄膜犧牲層、所述雙層氮化硅薄膜層以及所述硅薄膜層均依次處于所述底層硅光集成芯片的硅光波導正上方；

S4、用化學刻蝕的方式刻蝕掉所述鍺薄膜犧牲層，同時所述雙層氮化硅薄膜層在所述硅薄膜的限制下通過自組織形成氮化硅豎直微管以及其內的豎直微環；

所述硅光波導和所述豎直微環正交。