[發(fā)明專利]基于TCO材料的非對(duì)稱合解波芯片功率調(diào)節(jié)單元

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211004279.1
• 申請(qǐng)日: 2022-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN115407453A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫小菡;蔣衛(wèi)鋒;桂桑;遲榮華;王雷;李現(xiàn)勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京曦光信息科技研究院有限公司;無錫市德科立光電子技術(shù)股份有限公司;東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/12
• 分類號(hào): G02B6/12;G02B6/125
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發(fā)明公開基于TCO材料的非對(duì)稱合解波芯片功率調(diào)節(jié)單元，屬于光學(xué)元件、系統(tǒng)或儀器的技術(shù)領(lǐng)域。該功率調(diào)節(jié)單元基于透明導(dǎo)電氧化物材料制成，包括波導(dǎo)層、透明導(dǎo)電氧化物材料層、氧化物層、金屬層，形成等離子體金屬氧化物半導(dǎo)體效應(yīng)，通過外加電壓實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱合解波芯片透過率動(dòng)態(tài)可調(diào)。本發(fā)明結(jié)合閉環(huán)反饋系統(tǒng)，可根據(jù)波長(zhǎng)不同，實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱合解波芯片透過率的智能調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)各路輸出波導(dǎo)輸出功率的大小，使得非對(duì)稱合解波芯片的工作波長(zhǎng)可以覆蓋光通信系統(tǒng)中的全波段，實(shí)現(xiàn)全波段能量非均勻波分功能的非對(duì)稱合解波芯片性能穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開基于TCO(Transparent Conducting Oxide，透明導(dǎo)電氧化物)材料的非對(duì)稱合解波芯片功率調(diào)節(jié)單元，涉及光通信和集成光電子器件技術(shù)，屬于光學(xué)元件、系統(tǒng)或儀器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著5G、大數(shù)據(jù)、視頻直播、人工智能的蓬勃發(fā)展，接入網(wǎng)和承載網(wǎng)的數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的接入網(wǎng)傳輸設(shè)備面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。目前流行的做法是將過去用于骨干網(wǎng)的傳輸設(shè)備應(yīng)用到接入網(wǎng)和承載網(wǎng)，即“相干下沉”，該方案的主要問題是成本高、技術(shù)難度大、易受雷電干擾。為有效增加光纖利用率，將傳統(tǒng)工作于C波段的波分復(fù)用（WavelengthDivision Multiplexing，WDM）技術(shù)的工作波段進(jìn)一步拓展，可極大增加系統(tǒng)容量。

為有效拓展工作波段，需要研究對(duì)應(yīng)的合解波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)覆蓋O+E+S+C+L波段。由于光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄔ贠+E+S+C+L波段的傳輸損耗不均勻，需要研究非對(duì)稱合解波技術(shù)和器件。傳統(tǒng)的薄膜型合解波單元和跳片可實(shí)現(xiàn)一定波段內(nèi)的非對(duì)稱合解波，但是該方案需要尺寸較大的薄膜器件，另外需要結(jié)合跳片使用，導(dǎo)致整體穩(wěn)定性一般，性能需要進(jìn)一步提升。而且，目前報(bào)道的非對(duì)稱合解波器件無法實(shí)現(xiàn)每個(gè)波長(zhǎng)輸出功率的動(dòng)態(tài)可調(diào)，大大限制了系統(tǒng)的靈活性和可重構(gòu)程度。

為得到輸出波長(zhǎng)透過率可調(diào)的智能非對(duì)稱合解波芯片，需要提出新型工作機(jī)理、新材料和新結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)波長(zhǎng)特性的精細(xì)可調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全波段非均勻輸出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供基于TCO材料的非對(duì)稱合解波芯片功率調(diào)節(jié)單元，引入透明導(dǎo)電氧化物材料，構(gòu)建等離子體金屬氧化物半導(dǎo)體（MetalOxide Semiconductor，MOS）效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱合解波芯片全波段非均勻輸出且動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)工作波長(zhǎng)輸出功率的發(fā)明目的，解決薄膜型非對(duì)稱合解波芯片尺寸大、穩(wěn)定性差以及不可動(dòng)態(tài)調(diào)整各工作波長(zhǎng)輸出功率的技術(shù)問題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

基于TCO材料的非對(duì)稱合解波芯片功率調(diào)節(jié)單元，包括：波導(dǎo)層、透明導(dǎo)電氧化物材料層、氧化物層和金屬層，波導(dǎo)層形成在下包層的上表面，透明導(dǎo)電氧化物材料層、氧化物層和金屬層形成在上包層與波導(dǎo)層之間，透明導(dǎo)電氧化物材料層覆蓋波導(dǎo)層的上表面且延伸有用于連接第二TiN金屬電極的表面，氧化物層覆蓋透明導(dǎo)電氧化物材料層的上表面，金屬層覆蓋氧化物層的上表面，透明導(dǎo)電氧化物材料層和金屬層分別通過過孔與上包層上的金屬電極連接；外加電信號(hào)同時(shí)作用于透明導(dǎo)電氧化物材料層和金屬層，實(shí)現(xiàn)MOS效應(yīng)調(diào)節(jié)，從而控制透明導(dǎo)電氧化物材料的折射率虛部大小，通過MOS模式和輸出波導(dǎo)陣列內(nèi)工作模式互作用進(jìn)而動(dòng)態(tài)控制波導(dǎo)陣列內(nèi)部的光功率大小。