[发明专利]基于SOI的外脊布拉格波导光栅

说明书

技术领域

本发明涉及波导光栅，特别涉及一种基于SOI的外脊布拉格波导光栅。

背景技术

布拉格波导光栅是由周期性物理褶皱形成的波导光栅，当一入射光通过布拉格波导光栅时，波长满足布拉格条件(λ＝2n_effΛ，其中n_eff波导的有效折射率，Λ为布拉格波导光栅的周期)的入射光被反射，其他波长的光则不受光栅影响而通过。因此，布拉格波导光栅在滤波器、分布式布拉格反射激光器和波分复用器等各类的光子器件中起到非常重要的作用。基于silicon-on-insulator(简称SOI)平台的谐振结构具有明显的优势，可与标准CMOS工艺兼容，降低成本；并且硅与其氧化层之间的高折射率差，可以用来制作小尺寸、紧凑型光学集成器件。因此，基于SOI平台的布拉格波导光栅越来越受到人们的关注。

由于布拉格波导光栅的广泛应用，各种器件对光栅性能提出了不同的要求：如宽带滤波器，需要强耦合光栅以获得较宽的带宽；又如窄沟道波分复用器，需要弱耦合光栅以实现窄带沟道，并利用切趾对反射谱侧峰进行抑制。因此，光栅的耦合系数需要被精确控制以满足特定带宽的需求，同时光栅反射谱侧峰也应方便地通过切趾进行抑制。目前，有各类硅基布拉格波导光栅结构的报道。典型的光栅位于波导上方，尽管这种结构便于实现强耦合和宽带宽，但通过改变光栅刻蚀幅度来控制耦合系数或通过改变光栅占空比来形成切趾都受到工艺刻蚀精度的限制。利用波导的侧边刻蚀光栅，可通过改变光栅齿的长度方便的形成切趾，但它却很难精确控制耦合系数和带宽。通过调节波导两侧周期性圆柱与波导的距离，可以实现对光栅耦合系数和带宽的精确控制，但其一个很大的缺点是不易获得切趾结构。基于上述原因，一种能精确控制带宽并方便抑制侧峰的硅基布拉格波导光栅设计方案显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于SOI的外脊布拉格波导光栅。通过调节光栅区与脊的距离，实现对光栅反射峰带宽的精确控制；同时，通过改变光栅齿的长度可以方便的实现低侧峰光栅。

本发明采用的技术方案如下：

在衬底氧化硅的一个侧面上设置硅基脊波导，硅基脊波导的一侧为输入端口，另一侧为输出端口。外脊布拉格波导光栅设置在硅基脊波导的一侧或两侧外脊平板区。

所述外脊布拉格波导光栅为均匀外脊布拉格波导光栅或非均匀外脊布拉格波导光栅。

所述均匀外脊布拉格波导光栅为均匀矩形齿分布的外脊布拉格波导光栅或均匀三角形齿分布的外脊布拉格波导光栅。

所述非均匀外脊布拉格波导光栅为高斯变迹外脊布拉格波导光栅或升余弦变迹外脊布拉格波导光栅。

外脊中光场受外脊中布拉格波导光栅微扰，满足布拉格条件的波长发生正向模式与反向模式间的耦合，实现布拉格反射。由光场强度在脊波导中分布可知，外脊中光场强度随着与脊的距离增大而降低。因为光栅耦合系数与光栅微扰处的光场强度成正比，通过改变光栅区与脊的距离，便可对光栅耦合系数进行控制。因为反射峰带宽与耦合系数成正比，所以通过对光栅区与脊的距离的控制，便可实现对反射峰带宽的控制。同时，通过控制外脊布拉格波导光栅齿的长度，可以方便的实现各种变迹光栅，有效抑制反射谱侧峰。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供一种能精确控制光栅反射峰带宽并有效的抑制反射谱侧峰的波导布拉格波导光栅设计方案。它利用光栅区与脊的距离的不同，达到对光栅反射峰带宽的控制，并通过改变光栅齿的长度，方便地抑制光栅侧峰。通过对结构参数的优化，可满足各种带宽及低侧峰光栅的需求。本发明具有结构通俗，工艺简单，设计灵活，功能性强等特点，在光开光、光波分复用网络等方面有广泛的应用前景和应用价值。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是图1中A-A’剖面结构图。

图3是图1第一种实施例的结构示意图。

图4是图1第二种实施例的结构示意图。

图5是图1第三种实施例的结构示意图。

图6是图1第四种实施例的结构示意图。

图7是耦合系数、带宽与光栅区和脊的距离的关系图。

图8是均匀光栅与非均匀光栅反射谱。

图9是图5光栅的透射谱。

图10是图5光栅中光栅区与脊的距离减少后的透射谱。

图中：1、输入端口，2、硅基脊波导，3、衬底氧化硅，4、外脊平板区，5、输出端口，6、均匀矩形齿分布的外脊布拉格波导光栅，7、均匀三角形齿分布的外脊布拉格波导光栅，8、高斯变迹外脊布拉格波导光栅，9、升余弦变迹外脊布拉格波导光栅。

具体实施方式