[发明专利]一种波导结构

说明书

技术领域

本发明属于导波光学和集成光学领域，尤其涉及应用于硅基波导微腔超宽带光频梳的一种同时实现温度自补偿和低平坦色散的波导结构。

背景技术

在片上光互连中使用波分复用技术是光互连在能耗和传输容量方面真正能超越电互连的关键所在。光源器件是实现波分复用片上互连亟待解决的核心瓶颈问题，可以采用硅基微腔光频梳作为光源，产生多个间距固定、波长稳定的输出。微腔光频梳的产生需要低反常色散、色散平坦的波导结构，而且热光效应引起的折射率的改变，会使腔谐振频率产生漂移，影响光频梳的产生。传统的波导难以兼顾低色散与色散平坦的特点，特别是不能在保证色散特性的前提下实现温度自补偿，因此，需要一种同时实现温度自补偿和低平坦色散的波导结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种波导结构，能同时实现波导折射率温度漂移自补偿和低平坦色散。

(二)技术方案

本发明提供一种波导结构，其至下而上依次叠置有衬底层、下条形层、狭缝层以及上条形层，其中，该下条形层、该狭缝层以及该上条形层的宽度相等，该下条形层及该上条形层采用正热光系数材料，该狭缝层采用负热光系数材料。

(三)有益效果

1、本发明提供的波导结构通过设定各层的尺寸，从而调控光场限制因子，使波导的有效折射率对温度的一阶导数接近零，从而实现波导折射率温度漂移自补偿。

2、本发明提供的波导结构采用的是条形/狭缝混合波导结构，由于条形波导模式和狭缝波导模式的有效折射率随波长变化曲线的斜率不同，当在某一波长，这两种波导模式的有效折射率相互接近时，产生模式耦合，但是这两条折射率曲线并不交叉，而是相互排斥并交换各自的折射率-波长变化斜率，同时由于条形波导和狭缝波导的耦合作用，各自的模式并不能单独存在，而是形成了对称模和反对称模。反对称模的色散是反常色散，对称模的色散是正常色散。在短波长，光场主要分布在条形波导区，形成条形波导模式，随着波长的增加，狭缝区所占光场比例逐渐增大，光场模式是狭缝波导模式。这种模式转换，会产生一个额外的凹状色散，补偿已经存在凸状色散，使色散变平坦，同时，通过优化波导结构，实现低色散的特点。

附图说明

图1为现有技术中的条形波导结构示意图。

图2为本发明实施例提供的波导结构示意图。

图3为本发明实施例提供的波导结构与现有技术中条形波导结构的有效折射率随温度的变化曲线。

图4为本发明实施例提供的波导结构与现有技术中条形波导结构的色散曲线。

具体实施方式

本发明提供一种波导结构，其至下而上依次叠置有衬底层、下条形层、狭缝层以及上条形层，其中，下条形层、该狭缝层以及该上条形层的宽度相等，该下条形层及该上条形层采用正热光系数材料，该狭缝层采用负热光系数材料。通过设定各层的材料及尺寸，达到同时实现波导折射率温度漂移自补偿和低平坦色散的目的。

在一种实施方式中，波导结构还包括一个外包层，其包裹在衬底层、下条形层、狭缝层以及上条形层的四周，其中，外包层可以是空气或二氧化硅(SiO₂)。

在一种实施方式中，下条形层、狭缝层以及所述上条形层的宽度均为1194nm～1236nm，在具体的实施例中，可取1200nm。

在一种实施方式中，衬底层的材料为二氧化硅(SiO₂)，且衬底层的厚度为2000nm～4000nm，在具体的实施例中，可取2000nm。

在一种实施方式中，正热光系数材料为氮化硅(Si₃N₄)。

在一种实施方式中，下条形层的厚度为1000nm～1058nm，在具体的实施例中，可取1030nm。

在一种实施方式中，上条形层的厚度为564nm～654nm，在具体的实施例中，可取590nm。

在一种实施方式中，负热光系数材料为聚氨酯丙烯酸酯(PUA)。

在一种实施方式中，狭缝层的厚度为129nm～138nm，在具体的实施例中，可取138nm。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。