[發(fā)明專利]基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)的微環(huán)諧振器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210086692.0
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114355507A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹悅鑫;梁佳琦;呂昕雨;丁穎智;許馨如;李悅;張大明
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10;G02B6/136;G02B6/293
• 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

一種基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)的微環(huán)諧振器及其制備方法，屬于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)集成芯片制備技術(shù)領(lǐng)域。從下至上由Si襯底、SiO₂下包層、條形聚合物芯層和聚合物平板層組成；條形聚合物芯層由微環(huán)諧振部分和耦合部分組成；微環(huán)諧振部分由第一彎曲波導(dǎo)、第一直波導(dǎo)、第二彎曲波導(dǎo)和第二直波導(dǎo)順次連接組成，為跑道型微環(huán)結(jié)構(gòu)；耦合部分由輸入直波導(dǎo)、第三直波導(dǎo)和輸出直波導(dǎo)順次連接組成，第二直波導(dǎo)和第三直波導(dǎo)構(gòu)成定向耦合器。本發(fā)明的微環(huán)諧振器具有損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、制備工藝簡單、成本低等優(yōu)點，在光網(wǎng)絡(luò)中可以用于制備開關(guān)、濾波器、調(diào)制器，在傳感領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)溫度、折射率、生物傳感等傳感功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)集成芯片制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)的微環(huán)諧振器及其制備方法。

背景技術(shù)

為了滿足人們?nèi)粘Ｉ钪袑π畔鬟f容量的需求，以光為媒介的通信方式在通信系統(tǒng)中，起到了越來越大作用。在平板光波導(dǎo)(Planar Lightwave Circuit,PLC)器件的研究中，根據(jù)芯層材料的不同主要分為二氧化硅基PLC、磷化銦PLC和聚合物PLC三大類，其中聚合物PLC具有著較大的熱光系數(shù)(-1.86×10^-4K^-1)，制備工藝簡單，成本極低等優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用在平板光波導(dǎo)器件當中，特別是可變光衰減器、光開關(guān)、可調(diào)諧濾波器等有源平板光波導(dǎo)器件。

通常，制備聚合物PLC的工藝為在接觸式曝光之后，濕法刻蝕形成芯層，再旋涂聚合物包層，通過加熱固化退火的過程，實現(xiàn)芯層包層的緊密接觸，制備波導(dǎo)器件。然而聚合物芯層、包層中存在相同的溶劑，這會使得在加熱固化的過程中，會使得芯層、包層互溶，從而使得端面?zhèn)缺诓欢钢保緦幼兊脠A潤，引入光斑模式的變化，輕則產(chǎn)生額外的損耗，重則導(dǎo)致器件功能失效。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出了一種基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)的微環(huán)諧振器及其制備方法。本發(fā)明首先在二氧化硅下包層中通過電感耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma,ICP)刻蝕的方法刻蝕出一個凹槽，再在凹槽和二氧化硅下包層上旋涂聚合物，形成倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由于凹槽結(jié)構(gòu)是二氧化硅材料，不會與芯層聚合物發(fā)生反應(yīng)，所以形成的芯層波導(dǎo)側(cè)壁陡直、光滑，形成的器件損耗也隨之降低。

本發(fā)明所述的基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波導(dǎo)的微環(huán)諧振器，從下至上由Si襯底(1)、SiO₂下包層(2)、條形聚合物芯層(3)和聚合物平板層(4)組成；條形聚合物芯層(3)被包覆在SiO₂下包層(2)之中，聚合物芯層(3)的上表面與SiO₂下包層(2)的上表面位于同一平面；條形聚合物芯層(3)由微環(huán)諧振部分(100)和耦合部分組成；其中，微環(huán)諧振部分(100)由第一彎曲波導(dǎo)(101)、第一直波導(dǎo)(102)、第二彎曲波導(dǎo)(103)和第二直波導(dǎo)(104)順次連接組成，為跑道型微環(huán)結(jié)構(gòu)；耦合部分由輸入直波導(dǎo)(201)、第三直波導(dǎo)(202)和輸出直波導(dǎo)(203)順次連接組成，第二直波導(dǎo)(104)和第三直波導(dǎo)(202)構(gòu)成定向耦合器(200)；第二彎曲波導(dǎo)(103)的輸入端與第二直波導(dǎo)(104)的輸出端連接，第二彎曲波導(dǎo)(103)的輸出端連接第一直波導(dǎo)(102)的輸入端，第一直波導(dǎo)(102)的輸出端連接第一彎曲波導(dǎo)(101)的輸入端，第一彎曲波導(dǎo)(101)的輸出端連接第二直波導(dǎo)(104)的輸入端；寬譜光源輸出的光信號耦合進入輸入直波導(dǎo)(201)，經(jīng)過定向耦合器(200)的耦合作用分成兩束光，一部分光耦合進入第二直波導(dǎo)(104)，從而進入微環(huán)諧振部分(100)，另一部分光從輸出直波導(dǎo)(203)輸出；耦合進入微環(huán)諧振部分(100)的光，其中滿足微環(huán)諧振條件的波長的光(在微環(huán)諧振部分(100)傳輸一周相位的改變?yōu)?π的整數(shù)倍的光)將在環(huán)中傳輸，不再通過定向耦合器(200)耦合進入第三直波導(dǎo)(202)；而不滿足微環(huán)諧振條件的波長的光，將通過定向耦合器(200)耦合進入第三直波導(dǎo)(202)，相同波長的光強度線性疊加后從輸出直波導(dǎo)(203)中輸出。