[发明专利]动态调节硅基波导光栅啁啾量的结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过引进可调温度啁啾量来动态调节硅基波导光栅啁啾量的结构，属于集成光电子学领域。

背景技术

在高速光通信网络中,光纤的群速度色散会限制传输信号的最大比特率和传输距离，比如在没有色散补偿的情况下，10Gb/s的非归零码(NRZ)信号最长的传输距离不能超过60公里。因此，高速光通信网络中需要对长距离传输信号进行群速度色散补偿。由于啁啾光纤光栅具有结构紧凑和损耗低等优势，是目前光通信系统最广泛采用的色散补偿器。由于高速光信号在光通信系统中的传输距离会存在变化或距离一定时，光纤的外部温度和机械应力存在波动，导致高速光信号的群速度色散值不是一个恒定值，因此啁啾光纤光栅的群速度色散补偿量也应该可调。啁啾光纤光栅的色散补偿量取决于其啁啾量，改变啁啾光纤光栅的啁啾量，即可改变其群速度色散补偿量。在啁啾光纤光栅中，常用方法是沿着啁啾光纤光栅长度方向引进一个应力梯度或者温度梯度，通过改变引进的应力啁啾或者温度啁啾来改变啁啾光纤光栅的啁啾量。

近几年，集成光电技术发展迅速，器件尺寸越来越小，芯片集成度越来越高。绝缘体上硅材料由于波导层与外包层的高折射率差，具有很强的光束缚能力，易于制作亚微米级的低损耗光波导；且加工工艺与微电子集成电路工艺兼容，便于实现光电混合集成，使之成为光电集成芯片最具竞争力的材料之一。许多基于绝缘体上硅波导无源及有源集成光电器件已经被提出并实现，如光开关、光分路器、光调制器和光延迟线等，也包括集成啁啾波导光栅。如德国Ivano Giuntoni等人在2011年的ECOC(欧洲光通信会议)上发表论文“Integrated Dispersion Compensator Based on SOI Tapered Gratings”实现了硅基集成的啁啾波导光栅，其色散补偿值达到了500ps/nm；同样是Ivano Giuntoni等人在2013年PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS上发表论文“Integrated Dispersion Compensator Based on Apodized SOI Bragg Gratings”，通过在2011年提出的啁啾波导光栅上进行变迹优化，对30Gbaud的DQPSK信号进行色散补偿达到480ps/nm。但是上述的啁啾波导光栅的色散补偿值均为固定值，不能实现群速度色散补偿量的动态可调，因此会限制其在很多场景中的应用。

对于如何实现硅基啁啾波导光栅色散补偿量的动态可调，经对现有的技术文献检索发现，目前相关的研究很少，仅BJ Eggleton等人在2001年经美国专利局授权的专利“Optical grating devices with adjustable chirp”中提到在集成的波导光栅旁边加入一个电阻值沿着波导光栅位置变化的热电阻，该热电阻可以是薄膜或者其他结构。当热电阻上通入电流后，热电阻会产生热量。由于热电阻的电阻值随着波导光栅的位置而变化，因此不同位置处的热电阻发热量不一样，从而不同位置处的波导光栅升高温度不一样，引进一个温度啁啾。改变注入的电流值可以动态调节温度啁啾量，从而调节波导光栅啁啾量。这种方法需要在啁啾波导光栅旁设计一个电阻值沿着波导光栅变化的薄膜或者其他结构，因此工艺难度较高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种动态调节硅基波导光栅啁啾量的结构，可应用于可调色散补偿和带宽可调滤波器等领域。它通过设计不同位置处的硅基啁啾波导光栅与集成热电阻热源的距离不同，在热电阻产生热量相同的情况下，导致不同位置处硅基啁啾波导光栅升高温度不同，从而在硅基波导光栅上引进一个温度啁啾，改变原有硅基波导光栅的啁啾量；通过调节注入热电阻的电流值，能够动态地调节引进的温度啁啾量，动态地调节硅基波导光栅的总啁啾量，该发明具有结构简单、调节方便以及与微电子集成电路工艺完全兼容等优势。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种动态调节硅基波导光栅啁啾量的结构，其特点在于，包括由下至上依次连接的衬底、限制层、波导层、上包层和电极层；

所述的波导层采用脊型结构，其中，内脊宽度、内脊高度和外脊高度均满足光单模传输条件，由内脊中间的硅波导、两旁的硅锯齿与上包层缝隙相间形成啁啾波导光栅，在该啁啾波导光栅的两侧为重掺杂区域，重掺杂区域的边缘和啁啾波导光栅的边缘的间距沿啁啾波导光栅长度方向呈一定的函数关系；

在所述的上包层内设有通孔，该通孔的一端与所述的重掺杂区域相连，另一端淀积电极形成电极层，用以与外部电源的正极和负极相连。