一種硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，包括硅襯底、覆蓋在硅襯底上表面的二氧化硅層、硅波導(dǎo)層和金屬條層，其中，所述硅波導(dǎo)層的橫截面呈“L”形，其下表面生長或鍵合在二氧化硅層的上表面上，上表面形成一高臺面和一低臺面，金屬條層覆蓋在硅波導(dǎo)層的低臺面上。通過在非對稱硅波導(dǎo)層的低臺面集成金屬條，從而在硅波導(dǎo)層中形成表面等離子體波，增加了兩個偏振模式間的有效折射率差，由于偏振轉(zhuǎn)換的效率與模式有效折射率差成反比，從而大大縮減偏振轉(zhuǎn)換器的長度。
【專利說明】一種硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種利用表面等離子體波提升偏振轉(zhuǎn)換效率的硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)化器，屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光通信是以光波為載波的通信技術(shù)，相比于電纜和無線電等，光通信具有極大的通信帶寬，在多媒體和大數(shù)據(jù)時代的今天具有不可替代的地位。光纖是長距離光信息傳輸?shù)妮d體，而光信號的處理更多的由各類光模塊或光電芯片來完成。為了進(jìn)一步提高光電芯片的集成度，高折射率對比的硅基光波導(dǎo)器件提供了良好的技術(shù)平臺。但這種結(jié)構(gòu)中不同偏振態(tài)的光波傳輸特性不一樣，而光纖中的光波偏振態(tài)是隨機的，這兩者的稱合必然造成相關(guān)器件和系統(tǒng)額外的偏振損耗。研發(fā)光電芯片上高度集成的偏振轉(zhuǎn)換器是解決這一問題的途徑。模式稱合技術(shù)是實現(xiàn)偏振轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)之一。這種技術(shù)依賴于非對稱光波導(dǎo)中兩個模式的耦合形成偏振的轉(zhuǎn)換，然而普通的硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器中兩個耦合模式的有效折射率差太小，造成需要100微米左右的非對稱波導(dǎo)才能實現(xiàn)足夠的偏振轉(zhuǎn)換，不利于光電器件芯片的高度集成化。
[0003]有鑒于此，本發(fā)明人對此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，本案
由此產(chǎn)生。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，通過非對稱的硅波導(dǎo)層的結(jié)構(gòu)，以及覆蓋在硅波導(dǎo)層上的金屬條層，實現(xiàn)兩個偏振模式較大的有效折射率差，從而獲得較高的偏振轉(zhuǎn)換效率。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0006]—種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器,包括娃襯底、覆蓋在娃襯底上表面的二氧化娃層、娃波導(dǎo)層和金屬條層，其中，所述硅波導(dǎo)層的橫截面呈“L”形，其下表面生長或鍵合在二氧化硅層的上表面上，上表面形成一高臺面和一低臺面，金屬條層覆蓋在硅波導(dǎo)層的低臺面上。
[0007]優(yōu)選地，所述硅波導(dǎo)層的寬度為250-600納米(即高臺面和低臺面的寬度之和為250-600納米)，高度為250-600納米，上述硅波導(dǎo)層寬度與高度的選取保證兩個偏振模式不截止。
[0008]優(yōu)選地，金屬條層的金屬條寬度與硅波導(dǎo)層低臺面的寬度一致，在80-250納米之間，金屬條層可以為金、銀、鋁或銅的其中一種，金屬條層厚度為30-100納米。
[0009]優(yōu)選地，上述硅波導(dǎo)層低臺面的高度為100-300納米。
[0010]優(yōu)選地，上述娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器長度為1-10微米。
[0011 ] 上述娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器工作時，該娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器兩端由同高度和寬度的對稱娃基光波導(dǎo)作為輸入與輸出，一個微米導(dǎo)波模式進(jìn)入到上述娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，同時激發(fā)出兩個模式，由于娃波導(dǎo)層的非對稱性，光波在傳輸過程中，上述兩個模式發(fā)生耦合，即發(fā)生偏振的轉(zhuǎn)換。由于硅波導(dǎo)層的低臺面集成金屬條，從而在硅波導(dǎo)層中形成表面等離子體波，增加了兩個偏振模式間的有效折射率差，在傳輸1-10微米后，正好積累了H相位變化，實現(xiàn)了偏振的轉(zhuǎn)化。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:通過在非對稱硅波導(dǎo)層的低臺面集成金屬條，從而在硅波導(dǎo)層中形成表面等離子體波，增加了兩個偏振模式間的有效折射率差，由于偏振轉(zhuǎn)換的效率與模式有效折射率差成反比，從而大大縮減偏振轉(zhuǎn)換器的長度。
[0013]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實施例娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器橫截面不意圖；
[0015]圖2是本實施例娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器的娃波導(dǎo)偏振模式場分布圖；
[0016]圖3是本實施例娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器的另一個娃波導(dǎo)偏振模式場分布圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所不,一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器,包括娃襯底1、覆蓋在娃襯底I上表面的二氧化硅層2、硅波導(dǎo)層3和金屬條層4，其中，所述硅波導(dǎo)層3的橫截面呈“L”形，其下表面生長或鍵合在二氧化娃層2的上表面上,上表面形成一高臺面31和一低臺面32,金屬條層4覆蓋在硅波導(dǎo)層3的低臺面32上。通過在非對稱硅波導(dǎo)層3的低臺面32集成金屬條，從而在硅波導(dǎo)層3中形成表面等離子體波，增加了兩個偏振模式間的有效折射率差，由于偏振轉(zhuǎn)換的效率與模式有效折射率差成反比，從而大大縮減偏振轉(zhuǎn)換器的長度。
[0018]在本實施例中，上述硅波導(dǎo)層3的最大寬度為500納米，最大高度為500納米，其中，高臺面31寬度為300納米，低臺面32寬度為200納米，低臺面32離硅波導(dǎo)層3底面300納米，金屬條層4材料為金，寬度200納米，厚度50納米。整個硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器的長度為2.93微米。
[0019]本實施例工作時，所述硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器兩端由同高度和寬度的對稱硅基光波導(dǎo)作為輸入與輸出，一個水平偏振的1.55微米導(dǎo)波模式進(jìn)入到該娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，同時激發(fā)出圖2和圖3分別顯示的兩個模式，其中圖2示出了本實施例硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器的一個偏振模式場分布，可以看到模式場集中在娃波導(dǎo)層中，并且由于非對稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其模場分布也是非對稱，其模式的有效折射率為2.92。圖3示出了本實施例硅基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器的另一個偏振模式場分布，可以看到模式場集中在硅波導(dǎo)層中，并且由于非對稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其模場分布也是非對稱，其模式的有效折射率為2.39。
[0020]由于波導(dǎo)的非對稱性,光波在傳輸過程中，上述兩個模式發(fā)生稱合,即發(fā)生偏振的轉(zhuǎn)換。由于此波導(dǎo)中兩個模式的有效折射率差Λ η達(dá)到0.53，在傳輸1.46微米距離后，正好積累了 η相位變化，實現(xiàn)了偏振的轉(zhuǎn)化。相比之下，沒有金屬條的光波導(dǎo)兩個模式有效折射率差僅為0.1，因此需要至少7.75微米才能獲得偏振轉(zhuǎn)換。
[0021]波導(dǎo)模式的有效折射率差由數(shù)值算法得到，實用中可以采用專業(yè)商業(yè)軟件。偏振轉(zhuǎn)換效率P正比于Sin2U L/2Lc)，其中Lc= λ/2 Λ η，表示兩個模式積累了 η相位變化?？梢姰?dāng)L=Lc時，偏振轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大。因此對于通信波段1.55微米，根據(jù)此公式可以得到，當(dāng)Λ η=0.53時，Lc=L 46微米，獲得最大偏振轉(zhuǎn)換；當(dāng)Λ η=0.1時，Lc=7.75微米，獲得最大偏振轉(zhuǎn)換。
[0022]上述實施例和圖式并非限定本實用新型的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實用新型的專利范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于:包括娃襯底、覆蓋在娃襯底上表面的二氧化硅層、硅波導(dǎo)層和金屬條層，其中，所述硅波導(dǎo)層的橫截面呈“L”形，其下表面生長或鍵合在二氧化娃層的上表面上，上表面形成一高臺面和一低臺面，金屬條層覆蓋在娃波導(dǎo)層的低臺面上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述娃波導(dǎo)層的寬度為250-600納米，高度為250-600納米。
3.如權(quán)利要求1所述的一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于:金屬條層的金屬條寬度與硅波導(dǎo)層低臺面的寬度一致，在80-250納米之間。
4.如權(quán)利要求3所述的一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器,其特征在于:所述金屬條層為金、銀、鋁或銅的其中一種，金屬條層厚度為30-100納米。
5.如權(quán)利要求1所述的一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于:上述娃波導(dǎo)層低臺面的高度為100-300納米。
6.如權(quán)利要求1所述的一種娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于:上述娃基光波導(dǎo)偏振轉(zhuǎn)換器長度為1-10微米。
【文檔編號】G02B6/14GK203673098SQ201320851302
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】王苗慶 申請人:紹興中科通信設(shè)備有限公司