[发明专利]一种反MMI型波导马赫-曾德干涉器的制备方法

说明书

本申请提供一种反MMI型波导马赫‑曾德干涉器的制备方法，在各种类型的条形光波导的基础上，制作两个沟槽；沟槽内侧壁所围成的区域与原条形波导区域重合，即将原波导重构为脊型波导；所述脊型波导的宽度与原条形波导宽度等于或小于原条形波导。该方案可以极大简化波导马赫‑曾德干涉器的制备过程，并可将干涉器的总长度减少到数微米至数十微米量级，从而为基于各类低折射率对比波导的集成光学芯片开发，以及高性能的微型波导传感器制备提供了新的思路。

技术领域

本发明属于光波导器件领域，特别涉及到一种反MMI型波导马赫-曾德干涉器的制备方法。

背景技术

波导马赫-曾德（Mach-Zehnder）干涉器是一种基础的波导干涉器结构，也是集成光学芯片构建的基础元件之一，在信号处理、光通讯、光学传感等领域具有重要的应用价值。目前，基于硅基波导及其他高折射率对比波导，如LNOI波导（绝缘体上的铌酸锂波导）的马赫-曾德干涉器制备较为成熟。但对于各类低折射率对比的波导（即通常所谓“弱”波导），如离子注入晶体波导、飞秒激光写入玻璃波导、聚合物波导等，马赫-曾德干涉器的制备仍然面临诸多困难。这限制了各类低折射率对比波导的进一步集成化和功能化。

具体来说，困难主要来自于两个方面：其一，由于低折射率对比波导的芯区和衬底折射率差较小，波导弯曲损耗显著，因此通常需要较长的工作距离才能把波导分为两路，从而形成干涉器结构。例如，离子注入晶体波导的折射率变化幅度通常为10^-4至10^-3量级，需要数毫米甚至数厘米的弯曲半径才能够有效降低弯曲损耗。其二，由于同样的原因，波导的有效折射率调控范围过窄，导致干涉器的两臂需要积累较长的距离差，才能形成有效的干涉效应，因此需要较长的干涉区长度。由于以上原因，如果将传统的分支型马赫-曾德干涉器结构照搬到低折射率对比波导中，则所需的干涉器长度往往超过数毫米。例如，J.Ajates等于2017年报道的基于飞秒激光写入Nd:YAG晶体波导的马赫-曾德干涉器，其器件长度超过8毫米。这十分不利于波导干涉器件的小型化和集成化，限制了基于各类低折射率对比波导的集成光路开发。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种新型波导马赫-曾德干涉器的制备方法。该方案可以极大简化波导马赫-曾德干涉器的制备过程，并可将干涉器的总长度减少到数微米至数十微米量级，从而为基于各类低折射率对比波导的集成光学芯片开发，以及高性能的微型波导传感器制备提供了新的思路。

本申请采用的技术方案是：

一种反MMI型波导马赫-曾德干涉器的制备方法：

在各种类型的条形光波导的基础上，制作两个沟槽；沟槽内侧壁所围成的区域与原条形波导区域重合，即将原波导重构为脊型波导；所述脊型波导的宽度与原条形波导宽度等于或小于原条形波导。

优选方案为，所述两条沟槽之间填充有低折射率介质，所述低折射率介质为折射率低于原条形波导衬底材料的介质。

优选方案为，所述两条沟槽的边缘为直线，所述直线互相平行。

优选方案为，所述两条沟槽相对于波导中轴线成对称。

优选方案为，所述两条沟槽的入射或出射端构建锥形结构，即两条沟槽内侧壁间距渐变。

上述制备方法获得的干涉器在制备波导传感器方面的应用。