偏振分束器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種偏振分束器，所述偏振分束器至少包括：形成在SOI材料的頂層硅上的波導，所述波導至少包括第一級Y分支波導、第二級Y分支波導、第三級Y分支波導，以及模式轉化器；所述第二級Y分支波導包括第三分支波導和第四分支波導；其中，所述模式轉化器連接第一級Y分支波導的根波導和第二級Y分支波導的根波導；所述第四分支波導連接所述第三級Y分支波導的根波導；所述第一級Y分支波導的根波導的寬度S1的取值范圍為S1>1μm。本實用新型提供的偏振分束器具有幾百納米的工作帶寬和較為簡單的加工工藝。
【專利說明】偏振分束器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種光學器件領域，特別是涉及一種偏振分束器。

【背景技術】
[0002] 隨著人們對信息傳輸、處理速度要求的不斷提高和多核計算時代的來臨，基于金 屬的電互連將會由于過熱、延遲、電子干擾等缺陷成為發(fā)展瓶頸。而采用光互連來取代電互 連，可以有效解決這一難題。在光互連的具體實施方案中，硅基光互連以其無可比擬的成本 和技術優(yōu)勢成為首選。硅基光互連既能發(fā)揮光互連速度快、帶寬大、抗干擾、功耗低等優(yōu)點， 又能充分利用微電子工藝成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等優(yōu)勢，其發(fā)展必將推動 新一代高性能計算機、光通信系統(tǒng)的發(fā)展，有著廣闊的市場應用前景。
[0003] 在過去，硅基光互連的研究重點主要是在硅基上實現各種光功能性器件，如硅基 電泵浦激光器、電光調制器、光電探測器、波分復用器件及模分復用器件等。除了片上光互 連之外，其他形式的光互連不可避免地需要和外部世界連接。在現階段的技術背景下，往往 米用光纖作為對外連接媒介。但是，一方面，光纖中的偏振態(tài)是隨機的；另一方面，SOI波導 有著比傳統(tǒng)集成光波導（如二氧化硅波導）大得多的材料折射率差，使得TE和TM模式的 有效折射率差別很大，造成器件性能對偏振態(tài)極其敏感。因此，如果不妥善解決器件性能 偏振敏感的問題，硅基光子學將只能局限于不與外界連接的研究狀態(tài)，無法像傳統(tǒng)集成光 學那樣可以實現更加復雜的器件回路或者器件網絡，更加無法實現光互連替代電互連的目 標。目前一種解決方案是針對每種器件專門設計其偏振不敏感的結構，但是，在偏振不敏感 優(yōu)化尺寸下的器件一般情況下都不是性能最佳的，而且這些器件往往需要特殊的器件結構 和復雜的工藝控制，效果很難保證；另一個解決方案是采用方形波導，但此方案需要精確控 制尺寸，在工藝上很難實現，而且遇到耦合、彎曲等構型時依然是偏振敏感的。
[0004] 一種更加有效的方案是采用極化分集機制。從光纖耦合進入芯片的任意偏振的光 可以看成是TE和TM模式的線性疊加，這兩個正交的分量在經過一個偏振分束器（1 X 2端 口）后，分別在不同的端口輸出。而后續(xù)再經過一個偏振旋轉器后，可以轉化為同樣的TE 模式。然后這兩路光分別經過兩個工作于TE模式的硅基功能器件，實現各種功能和信號處 理。輸出的光再通過相反的過程將偏振態(tài)重新組合起來，在輸出端由另外一根光纖接收。在 這樣的機制下面，功能性器件全部工作于TE模式，外界偏振態(tài)不影響內部工作，因此極大 地降低了對功能器件的設計要求，顯著地提高硅基光子器件在光互連、光通信等領域的可 行性和應用前景。
[0005] 上述極化分集機制的核心器件是偏振分束器。基于定向耦合器、多模干涉耦合器 和馬赫-增德爾干涉儀的硅基偏振分束器已經于近期在理論和實驗上被證明，但是這些器 件通常對波導寬度和長度有很嚴格的限制，使得器件對工藝要求很高，而且波長敏感。而基 于模式演化效應的偏振分束器的帶寬較大，但是它的工藝比較復雜。
[0006] 目前硅光子業(yè)界關注的一個熱點是100Gb/S相干光通信收發(fā)器，該模塊要求偏振 分束器具有很大的帶寬、穩(wěn)定的工藝容差和CMOS工藝兼容的加工流程。 實用新型內容
[0007] 鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種偏振分束器，用 于解決現有技術中偏振分束器所存在的工藝要求高，且?guī)捿^窄的問題。
[0008] 為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種偏振分束器，所述偏振分 束器至少包括：形成在SOI材料的頂層硅上的波導，所述波導至少包括第一級Y分支波導、 第二級Y分支波導、第三級Y分支波導，以及模式轉化器；所述第二級Y分支波導包括第三 分支波導和第四分支波導；
[0009] 其中，所述模式轉化器連接第一級Y分支波導的根波導和第二級Y分支波導的根 波導；所述第四分支波導連接所述第三級Y分支波導的根波導；
[0010] 所述第一級Y分支波導的根波導的寬度S1的取值范圍為S1>1 i! m。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一級Y分支波導包括第一分支波導和第二分支波導，其中，所述第 二分支波導的寬度大于所述第一分支波導的寬度，所述第一分支波導的寬度W1的取值范 圍為 330nm〈Wl〈490nm。
[0012] 優(yōu)選地，所述第一級Y分支波導的長度L1的取值范圍為Ll>100iim。
[0013] 優(yōu)選地，所述第一分支波導和第二分支波導在遠離所述第一級Y分支波導的根波 導的一端之間的距離G1的取值范圍為Gl>2iim。
[0014] 優(yōu)選地，所述第四分支波導的寬度大于所述第三分支波導的寬度，所述第三分支 波導的寬度W3的取值范圍為250nm〈W3〈310nm。
[0015] 優(yōu)選地，所述第二級Y分支波導的長度L3的取值范圍為L3>100 ii m。
[0016] 優(yōu)選地，所述第三分支波導和第四分支波導在遠離所述第一級Y分支波導的根波 導的一端之間的距離G2的取值范圍為G2>2iim。
[0017] 優(yōu)選地，所述第四分支波導的寬度等于所述第三級Y分支波導的根波導的寬度。
[0018] 優(yōu)選地，所述第三級Y分支波導包括第五分支波導和第六分支波導，所述第六 分支波導的寬度大于所述第五分支波導的寬度，所述第五分支波導的寬度W4的范圍為 290nm〈W4〈350nm。
[0019] 優(yōu)選地，所述第五分支波導和第六分支波導遠離所述第三級Y分支波導的根波導 的兩端之間的距離G3為3 ii m>G3>l ii m。
[0020] 優(yōu)選地，所述模式轉化器的兩端的寬度分別與所連接的第一級Y分支波導的根波 導或者第二級Y分支波導的根波導的寬度相同。
[0021] 優(yōu)選地，所述第一級Y分支波導的根波導的寬度S1小于或等于所述第二級Y分支 波導的根波導的寬度S2。
[0022] 優(yōu)選地，所述模式轉化器的長度L2的范圍為0 ii m〈L2〈50 ii m。
[0023] 優(yōu)選地，進入所述偏振分束器的光的波長范圍為1. 25 ii m?1. 75 ii m。
[0024] 如上所述，本實用新型的偏振分束器，具有以下有益效果：
[0025] 1、因為非對稱Y分支波導的模式分配就是寬帶的，可以工作在上百到幾百個納米 的波長范圍內。本實用新型的實施例中提供的偏振分束器中利用了三個非對稱Y分支波導 級聯，利用了非對稱Y分支波導的寬帶特性，解決了傳統(tǒng)偏振分束器帶寬較窄（傳統(tǒng)偏振分 束器帶寬通常只有幾十納米）的缺點。
[0026] 2、本實用新型的實施例中提供的偏振分束器加工工藝比較簡單，本領域技術人員 皆能理解，本實用新型提供的偏振分束器利用常規(guī)的CMOS工藝就可以實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1顯示為本實用新型的實施例中提供的偏振分束器的俯視圖的示意圖。
[0028] 圖2顯示為圖1中所示的偏振分束器在AA'位置的器件橫截面示意圖。
[0029] 圖3顯示為圖1中所示的偏振分束器在BB'位置的器件橫截面示意圖
[0030] 圖4顯示為圖1中所示的偏振分束器在CC'位置的器件橫截面示意圖
[0031] 圖5顯示為圖1中所示的偏振分束器在DD'位置的器件橫截面示意圖
[0032] 圖6顯示為圖1中所示的偏振分束器在EE'位置的器件橫截面示意圖
[0033] 元件標號說明

【權利要求】
1. 一種偏振分束器，其特征在于，所述偏振分束器至少包括：形成在SOI材料的頂層硅 上的波導，所述波導至少包括第一級Y分支波導、第二級Y分支波導、第三級Y分支波導，以 及模式轉化器；所述第二級Y分支波導包括第三分支波導和第四分支波導； 其中，所述模式轉化器連接第一級Y分支波導的根波導和第二級Y分支波導的根波導； 所述第四分支波導連接所述第三級Y分支波導的根波導； 所述第一級Y分支波導的根波導的寬度S1的取值范圍為S1>1 y m。
2. 根據權利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：所述第一級Y分支波導包括第一 分支波導和第二分支波導，其中，所述第二分支波導的寬度大于所述第一分支波導的寬度， 所述第一分支波導的寬度W1的取值范圍為330nm〈Wl〈490nm。
3. 根據權利要求2所述的偏振分束器，其特征在于：所述第一級Y分支波導的長度L1 的取值范圍為Ll>100iim。
4. 根據權利要求2所述的偏振分束器，其特征在于：所述第一分支波導和第二分支波 導在遠離所述第一級Y分支波導的根波導的一端之間的距離G1的取值范圍為Gl>2 y m。
5. 根據權利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：所述第四分支波導的寬度大于所 述第三分支波導的寬度，所述第三分支波導的寬度W3的取值范圍為250nm〈W3〈310nm。
6. 根據權利要求5所述的偏振分束器，其特征在于：所述第二級Y分支波導的長度L3 的取值范圍為L3>100iim。
7. 根據權利要求5所述的偏振分束器，其特征在于：所述第三分支波導和第四分支波 導在遠離所述第一級Y分支波導的根波導的一端之間的距離G2的取值范圍為G2>2 y m。
8. 根據權利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：所述第四分支波導的寬度等于所 述第三級Y分支波導的根波導的寬度。
9. 根據權利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：所述第三級Y分支波導包括第五 分支波導和第六分支波導，所述第六分支波導的寬度大于所述第五分支波導的寬度，所述 第五分支波導的寬度W4的范圍為290nm〈W4〈350nm。
10. 根據權利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：所述第五分支波導和第六分支波 導遠離所述第三級Y分支波導的根波導的兩端之間的距離G3為3 ii m>G3>l ii m。
11. 根據權利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：所述模式轉化器的兩端的寬度分 別與所連接的第一級Y分支波導的根波導或者第二級Y分支波導的根波導的寬度相同。
12. 根據權利要求11所述的偏振分束器，其特征在于：所述第一級Y分支波導的根波 導的寬度S1小于或等于所述第二級Y分支波導的根波導的寬度S2。
13. 根據權利要求11所述的偏振分束器，其特征在于：所述模式轉化器的長度L2的范 圍為 0 ii m〈L2〈50 u m。
【文檔編號】G02B27/28GK204188832SQ201420683913
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權日:2014年11月14日
【發(fā)明者】汪敬, 甘甫烷, 盛振, 武愛民, 仇超, 王曦, 鄒世昌 申請人:江蘇尚飛光電科技有限公司, 中科院南通光電工程中心, 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所