專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成光學(xué)器件，特別涉及一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
集成光學(xué)技術(shù)是光學(xué)器件集成化發(fā)展的重要方向。在集成光學(xué)技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)高效的光路反射，簡(jiǎn)單的端面反射需要制作高反膜，制作復(fù)雜，甚至常常無(wú)法實(shí)現(xiàn)；布拉格光柵是最常用的反射結(jié)構(gòu)，存在的問(wèn)題是光柵的制作有特殊要求，光柵的頻率選擇不具有可調(diào)性；環(huán)鏡也是常用結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是制作上與一般波導(dǎo)結(jié)構(gòu)采用同一工藝，沒(méi)有特殊要求，但在一定應(yīng)用場(chǎng)合，無(wú)法應(yīng)用于波長(zhǎng)的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)的選擇。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)微環(huán)設(shè)置可調(diào)諧結(jié)構(gòu)，利用波導(dǎo)材料的熱光效應(yīng)等，可以實(shí)現(xiàn)選擇波長(zhǎng)的可調(diào)諧功能。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明包括兩條輸入波導(dǎo)，一個(gè)1X2或2X2的分束稱(chēng)合結(jié)構(gòu)，閉環(huán)形狀光微環(huán)，兩條平行直波導(dǎo)；分束耦合結(jié)構(gòu)的一端接兩條輸入波導(dǎo)，分束耦合結(jié)構(gòu)的另一端接兩條平行直波導(dǎo)，閉環(huán)形狀光微環(huán)放置在兩條平行直波導(dǎo)之間，并與其相耦合，閉環(huán)形狀光微環(huán)和兩條平行直波導(dǎo)三者位于同一平面。所述的分束耦合結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)的I X 2 Y分支結(jié)構(gòu)。所述的分束耦合結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)的X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)。所述的分束耦合結(jié)構(gòu)采用定向耦合器結(jié)構(gòu)。所述的分束耦合結(jié)構(gòu)采用2X2多模干涉耦合器(MMI)結(jié)構(gòu)。所述的閉環(huán)形狀光微環(huán)上設(shè)置對(duì)稱(chēng)分布的、能實(shí)現(xiàn)環(huán)鏡的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能的加熱電極。所述的兩條平行直波導(dǎo)的末端再連接一個(gè)2X I或2X2的分束耦合結(jié)構(gòu)和兩條輸出波導(dǎo)，構(gòu)成微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。所述的兩條平行直波導(dǎo)的末端再連接一個(gè)2X I或2X2的分束稱(chēng)合結(jié)構(gòu)和兩條輸出波導(dǎo)，閉環(huán)形狀光微環(huán)上設(shè)置對(duì)稱(chēng)分布的、能實(shí)現(xiàn)環(huán)鏡的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能的加熱電極，構(gòu)成微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)可調(diào)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有的有益效果是
與環(huán)鏡結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明中的微環(huán)輔助環(huán)鏡結(jié)構(gòu)利用微環(huán)特性，在保證了反射功能的同時(shí)，具備了良好的波長(zhǎng)(或頻率)選擇功能，進(jìn)一步地，結(jié)合微環(huán)的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能，可以有較大的波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍，能作為一種實(shí)用的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)運(yùn)用于光電集成芯片中，如作為可調(diào)諧器件激光器的外腔、可調(diào)諧振濾波器、光調(diào)制器等。與傳統(tǒng)的布拉格光柵相比，一方面具有良好的工藝兼容性，另一方面增加了波長(zhǎng)(或頻率)可調(diào)功能。


圖I是本發(fā)明一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I的第一種實(shí)施例圖。圖3是圖I的第一種實(shí)施例圖。圖4是圖I的第二種實(shí)施例圖。圖5是圖I的第三種實(shí)施例圖。圖6是圖I的第四種實(shí)施例圖。 圖7是一種帶輸出端的微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)圖。圖8是一種帶輸出端的微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)可調(diào)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)圖。圖中1、6.兩條輸入波導(dǎo)，2、11.分束I禹合結(jié)構(gòu)，3、4.兩條平行的直波導(dǎo),5.任意閉環(huán)形狀光微環(huán)，7、8.加熱電極，9、10.兩條輸出波導(dǎo)，12. Y分支結(jié)構(gòu)，22. X結(jié)結(jié)構(gòu)，32.定向率禹合器結(jié)構(gòu)，42.多模干涉稱(chēng)合器結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明包括兩條輸入波導(dǎo)1、6，一個(gè)1X2或2X2的分束耦合結(jié)構(gòu)2，閉環(huán)形狀光微環(huán)5,兩條平行直波導(dǎo)3、4 ;分束稱(chēng)合結(jié)構(gòu)2的一端接兩條輸入波導(dǎo)1、6，分束耦合結(jié)構(gòu)2的另一端接兩條平行直波導(dǎo)3、4，閉環(huán)形狀光微環(huán)5放置在兩條平行直波導(dǎo)3、4之間，并與其相耦合，閉環(huán)形狀光微環(huán)5和兩條平行直波導(dǎo)3、4三者位于同一平面。如圖2所示，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)2為對(duì)稱(chēng)的I X 2 Y分支結(jié)構(gòu)12。如圖4所示，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)2為對(duì)稱(chēng)的X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)22。如圖5所示，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)2采用定向耦合器結(jié)構(gòu)32。如圖6所示，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)2采用2X2多模干涉耦合器(麗I)結(jié)構(gòu)42。如圖3所示，所述的閉環(huán)形狀光微環(huán)5上設(shè)置對(duì)稱(chēng)分布的、能實(shí)現(xiàn)環(huán)鏡的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能的加熱電極7、8。如圖7所示，所述的兩條平行直波導(dǎo)3、4的末端再連接一個(gè)2X1或2X2的分束耦合結(jié)構(gòu)11和兩條輸出波導(dǎo)9、10，構(gòu)成微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。所述的2X1或2X2的分束耦合結(jié)構(gòu)11可采用2X IY分支結(jié)構(gòu)、對(duì)稱(chēng)X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)或2X2多模干涉耦合器(MMI)結(jié)構(gòu)等。如圖8所示，所述的兩條平行直波導(dǎo)3、4的末端再連接一個(gè)2X I或2X2的分束率禹合結(jié)構(gòu)11和兩條輸出波導(dǎo)9、10,閉環(huán)形狀光微環(huán)5上設(shè)置對(duì)稱(chēng)分布的、能實(shí)現(xiàn)環(huán)鏡的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能的加熱電極7、8，構(gòu)成微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)可調(diào)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。所述的2X I或2X2的分束耦合結(jié)構(gòu)11可采用2X IY分支結(jié)構(gòu)、對(duì)稱(chēng)X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)、定向耦合器結(jié)構(gòu)或2X2多模干涉耦合器(MMI)結(jié)構(gòu)等。本發(fā)明利用平面工藝，采用硅、玻璃、聚合物、鈮酸鋰或III-V等材料制作而成。實(shí)施例I :
如圖2所示，器件采用對(duì)稱(chēng)Y分支結(jié)構(gòu)12作為分束耦合結(jié)構(gòu)。該器件的制作材料為絕緣體上硅(SOI)材料，頂層硅厚220 nm，二氧化硅埋層厚I ii m。采用CMOS工藝，通過(guò)深紫外光刻和硅干法刻蝕，制作出寬度為400nm、深度為180nm的脊型光波導(dǎo)，構(gòu)成圖2所示的器件結(jié)構(gòu)。器件中的光微環(huán)為半徑5 Mffl的光波導(dǎo)圓環(huán)。微環(huán)與兩根平行波導(dǎo)間的間隙為180 nm。Y分支結(jié)構(gòu)采用S形彎曲構(gòu)成,長(zhǎng)度25Mm。在完成硅干法刻蝕后，采用化學(xué)汽相沉積方法覆蓋I U m 二氧化硅層。通過(guò)濺射、光刻和腐蝕，在二氧化硅層上制作出對(duì)應(yīng)于微環(huán)的加熱電極，便可以制作出如圖3所示的具有可調(diào)諧功能的微環(huán)輔助環(huán)鏡。所制作的微環(huán)輔助 環(huán)鏡，工藝上與CMOS兼容，具有99%的反射率，濾波譜的Q值大于1000，波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍30nm。實(shí)施例2
如圖4所示，器件采用對(duì)稱(chēng)X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)22作為分束耦合結(jié)構(gòu)。該器件的制作材料為玻璃。掩埋離子交換技術(shù)，制作出寬度為IOMflK深度為18Mm的掩埋光波導(dǎo)，構(gòu)成圖4所示的器件結(jié)構(gòu)。器件中的光微環(huán)為半徑5_的跑道型光波導(dǎo)閉環(huán)環(huán)路。微環(huán)與兩根平行波導(dǎo)間的間隙為3Mm。X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱(chēng)側(cè)波導(dǎo)寬度分別為8Mm和12Mm，分支角0. I度，對(duì)稱(chēng)側(cè)波導(dǎo)寬度為lOMffl，分支角I度。由此，便完成了具有微環(huán)輔助環(huán)鏡。該環(huán)鏡無(wú)需采用布拉格光柵制作所需要的精細(xì)工藝，具有98%的反射率，濾波譜的Q值大于2000。實(shí)施例3
如圖5所示，器件采用定向耦合器結(jié)構(gòu)32作為分束耦合結(jié)構(gòu)。該器件的制作材料為鈮酸鋰。采用鈦擴(kuò)散技術(shù)，制作出寬度為6Mm的擴(kuò)散型光波導(dǎo)，構(gòu)成圖5所示的器件結(jié)構(gòu)。器件中的光微環(huán)為半徑500Mffl的光波導(dǎo)圓環(huán)。微環(huán)與兩根平行波導(dǎo)間的間隙為2Mm。定向耦合器結(jié)構(gòu)波導(dǎo)間隙為3Mm,長(zhǎng)度500Mm。由此，便完成了具有微環(huán)輔助環(huán)鏡。該環(huán)鏡無(wú)需采用布拉格光柵制作所需要的精細(xì)工藝，具有98%的反射率，濾波譜的Q值大于1500。實(shí)施例4
如圖6所示，器件采用多模干涉耦合器(MMI)結(jié)構(gòu)42作為分束耦合結(jié)構(gòu)。該器件的制作材料為聚合物。在石英襯底上，采用旋涂、刻蝕等工藝，制作出寬度和高度均為5Mm的條型光波導(dǎo)，構(gòu)成圖6所不的器件結(jié)構(gòu)。器件中的光微環(huán)為半徑200Mm的光波導(dǎo)圓環(huán)。微環(huán)與兩根平行波導(dǎo)間的間隙為2Mm。多模干涉耦合器(MMI)結(jié)構(gòu)寬度32Mm，長(zhǎng)度lOOMm。由此，便完成了具有微環(huán)輔助環(huán)鏡。該環(huán)鏡無(wú)需采用布拉格光柵制作所需要的精細(xì)工藝，具有98%的反射率，濾波譜的Q值大于2000。
權(quán)利要求
1.一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于包括兩條輸入波導(dǎo)(1、6),—個(gè)1X2或2X2的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)，閉環(huán)形狀光微環(huán)(5)，兩條平行直波導(dǎo)(3、4);分束耦合結(jié)構(gòu)(2)的一端接兩條輸入波導(dǎo)(1、6)，分束耦合結(jié)構(gòu)(2)的另一端接兩條平行直波導(dǎo)(3、4)，閉環(huán)形狀光微環(huán)(5)放置在兩條平行直波導(dǎo)(3、4)之間，并與其相耦合，閉環(huán)形狀光微環(huán)(5)和兩條平行直波導(dǎo)(3、4)三者位于同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)為對(duì)稱(chēng)的1X2 Y分支結(jié)構(gòu)(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)為對(duì)稱(chēng)的X交叉結(jié)結(jié)構(gòu)(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)采用定向耦合器結(jié)構(gòu)(32)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分束耦合結(jié)構(gòu)(2)采用2X2多模干涉耦合器結(jié)構(gòu)(42)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的閉環(huán)形狀光微環(huán)(5)上設(shè)置對(duì)稱(chēng)分布的、能實(shí)現(xiàn)環(huán)鏡的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能的加熱電極(7、8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩條平行直波導(dǎo)(3、4)的末端再連接一個(gè)2 X I或2 X 2的分束耦合結(jié)構(gòu)(11)和兩條輸出波導(dǎo)(9、10)，構(gòu)成微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的兩條平行直波導(dǎo)(3、4)的末端再連接一個(gè)2 X I或2 X 2的分束耦合結(jié)構(gòu)(11)和兩條輸出波導(dǎo)(9、10)，閉環(huán)形狀光微環(huán)(5)上設(shè)置對(duì)稱(chēng)分布的、能實(shí)現(xiàn)環(huán)鏡的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能的加熱電極(7、8)，構(gòu)成微環(huán)輔助的對(duì)稱(chēng)可調(diào)環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微環(huán)輔助的環(huán)鏡結(jié)構(gòu)。包括兩條輸入波導(dǎo)，一個(gè)1×2或2×2的分束耦合結(jié)構(gòu)，閉環(huán)形狀光微環(huán)，兩條平行直波導(dǎo)；分束耦合結(jié)構(gòu)的一端接兩條輸入波導(dǎo)，分束耦合結(jié)構(gòu)的另一端接兩條平行直波導(dǎo)，閉環(huán)形狀光微環(huán)放置在兩條平行直波導(dǎo)之間，并與其相耦合，閉環(huán)形狀光微環(huán)和兩條平行直波導(dǎo)三者位于同一平面。本發(fā)明中利用微環(huán)特性，在保證了反射功能的同時(shí)，具備了良好的波長(zhǎng)(或頻率)選擇功能，結(jié)合微環(huán)的波長(zhǎng)可調(diào)諧功能，可以有較大的波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍，能作為一種實(shí)用的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)運(yùn)用于光電集成芯片中。與傳統(tǒng)的布拉格光柵相比，一方面具有良好的工藝兼容性，另一方面增加了波長(zhǎng)(或頻率)可調(diào)功能。
文檔編號(hào)G02B6/287GK102636841SQ20121012791
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者周強(qiáng), 朱冰青, 楊建義, 楊龍志, 江曉清, 胡挺 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)