[发明专利]具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法

说明书

一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法，属于集成光波导技术领域。由半悬空硫化砷波导芯层、脊型二氧化硅和硅衬底组成，半悬空硫化砷波导芯层制备在脊型二氧化硅上，而脊型二氧化硅制备在硅衬底上；半悬空硫化砷波导芯层的材料是As₂S₃，横截面是正方形，边长为0.9～1.3μm；支撑结构为脊型二氧化硅，脊型二氧化硅的脊宽度为0.1～0.3μm，脊高度1～3μm，半悬空硫化砷波导芯层、脊型二氧化硅和硅衬底的长度一致，为3～6cm，光沿着波导的长度方向传输。硅衬底为(100)晶向，其厚度为200～500微米；脊型二氧化硅的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层的中心对称位置处。采用上述方法的硫化砷半悬空条形波导，可以实现超高的受激布里渊增益。

技术领域

本发明属于集成光波导技术领域，具体涉及一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法。

背景技术

受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)是一种三阶非线性光学效应，是由电致伸缩引起的超声波和光波在波导材料相互作用引起的一种非弹性光散射，根据泵浦光波长的不同可以放大不同频率的光强，并且具有非常窄的带宽，现已应用在窄带激光器、微波光子滤波器、半导体光放大器等领域。传统的SBS的作用介质通常是高非线性光纤，由于光纤材料具有较好的延伸特性，所以可以达到千米级别以增强SBS，然而随着光电集成的发展，超长光纤并不适合作为微型器件嵌入到集成光电子器件中，研究一种具有超高SBS增益的微型集成光波导已经成为一种趋势。近几年研究的基于SBS的集成光波导有脊型As₂S₃波导，沟槽型As₂S₃波导，Si纳米线，这些结构都可以在增强SBS的同时保证高度集成，但都存在一定的缺陷，如脊型As₂S₃结构，由于As₂S₃材料本身具有很高的SBS增益系数，而且其折射率也比较大，所以从材料选取方面来说，它是很好的材料，然而这种脊型的结构由于基底和覆层是SiO₂，而SiO₂与As₂S₃的折射率差值制约了波导尺寸可减小的程度，这种脊型结构所具有的较大横截面会使声光作用的面积增大，这在一定程度上会降低SBS增益并且使SBS的选择性降低。沟槽型结构具有较小的体积，但是由于只有在x方向偏振的光模可以在波导中传输，限制了波导中的光功率，从而导致SBS增益降低。Si纳米线结构由于Si本身的SBS增益系数特别低，所以虽然其具有较小的体积和较大的折射率，但是这种结构的增益仍然很低。综合来说，As₂S₃仍然是最佳的材料，设计合理的波导结构可以增强SBS同时保证高的集成度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法。

本发明所述的具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导，其结构如图1所示，其是由半悬空硫化砷波导芯层1、脊型二氧化硅2和硅衬底3组成，半悬空硫化砷波导芯层1制备在脊型二氧化硅2上，而脊型二氧化硅2制备在硅衬底3上；半悬空硫化砷波导芯层1的材料是As₂S₃，其SBS增益系数为7.2×10^-10m/W，光波长为1550nm时折射率为2.45，芯层横截面(即沿光传输方向的截面)是正方形，边长为0.9～1.3μm；支撑结构为脊型二氧化硅2，光波长为1550nm时折射率为1.45，脊型二氧化硅2的脊宽度为0.1～0.3μm，脊高度1～3μm，半悬空硫化砷波导芯层1、脊型二氧化硅2和硅衬底3的长度一致，为3～6cm，光沿着波导的长度方向传输。硅衬底3为(100)晶向，其厚度为200～500微米；脊型二氧化硅2的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层1的中心对称位置处。

SBS增益可以用式(1)表示：