[发明专利]一种基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器及其制备方法

说明书

一种基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器及其制备方法，属于集成光电子学技术领域。由硅衬底，二氧化硅上、下包层，位于上、下包层间的两个结构参数相同的硅芯层输入波导Core1和输出波导Core2组成；输入波导Core1和输出波导Core2为少模波导，可以同时传输E₁₁、E₂₁、E₃₁三种模式；输入波导Core1和输出波导Core2均为截面为矩形的直波导结构；通过设计硅芯层输入波导Core1和输出波导Core2的尺寸、两根波导间的波导间距和耦合长度，可以实现特定模式的滤波功能。本发明制备方法简单，不需要复杂昂贵的工艺设备和高难的制备技术，并且与传统的半导体工艺相兼容，易于集成、适于大规模生产，在模分复用传输系统当中起到重要作用，有着十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于集成光电子学技术领域，具体涉及一种基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器及其制备方法，该器件是模分复用/解复用芯片和系统中的重要器件，在高阶模式的信息处理和光通信等领域有着十分重要的应用价值和发展前景。

背景技术

随着通信技术的飞速发展和科技的不断进步，特别是随着5G、多媒体、人工智能等业务的蓬勃发展，各种各样的智能设备逐渐普及应用，以数据存储、传输和处理为基础的“大数据时代”对通信网络的传输和单芯片多处理器提出了更高的要求，如何实现数百上千个处理器核之间的片上互连通信是决定未来单芯片多处理器性能的关键。传统的金属电互连网络受到物理特性制约，速率、延迟、噪声和功耗水平都无法满足未来片上集成通信的高速、大容量需求。光互连作为一种新的互连方式，具有极高带宽、超快传输速率和高抗干扰性等优点。将微电子和光电子结合起来，在集成电路芯片间乃至芯片内部用光互连网络替代电互连网络构成光电混合集成芯片，是“后摩尔时代”超大规模集成电路重要的技术发展方向之一。

硅基光电子技术作为一种能够承载大量数据传输的重要手段的解决方法，能够实现大规模生产、低成本、高集成度，并且与CMOS工艺相兼容，其中最为重要的是可以降低功耗并提高传输速率。现阶段对于硅基光电子技术的研究在飞速发展当中，越来越多的研究机构在大力研究硅基光电子技术。在硅基光电子技术当中，硅基集成模式复用/解复用器件是超高速片上光互连关键器件之一，而在模分复用/解复用系统当中，有时需要将不同模式的光分离或者滤掉，进而实现模式的选择复用或者过滤。本发明就提供了一种结构简单、尺寸紧凑的基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现在少模波导中传输高阶模式和基模时，可以滤掉或分离基模，并让高阶模式继续传输的滤模器件，其基本结构为两根对称的硅基光波导，其原理为通过定向耦合技术，通过不同模式的有效折射率不同从而导致的耦合长度的不同，通过结构设计，在适当的耦合长度(定向耦合器直波导的长度)下，可以实现输入基模和高阶模式，输出高阶模式，过滤或分离基模，从而实现模式的滤波功能。本发明为无源器件，并且有着较高的工艺容差。

与传统的滤波器相比，本发明所述的基于定向耦合结构的硅基光波导滤模器更适用于模分复用/解复用系统中。由于非线性香农容量的限制，单模波导系统的传输容量渐渐达到上限，模分复用技术为解决这一问题起到了关键作用。在模分复用技术当中，基于平面光波导结构模分复用/解复用器具有重要的应用，而在光波导中传输的高阶模式与基模之间的传输与选择又是十分重要的一个环节。本发明提供了一种能够将混合多个模式信号的信号光中的高阶模式信号光分离出来，而基模信号光被分离或过滤的器件。同时，本发明提出的制备方法比较简单，只需要一些常用的半导体设备和常规制作工艺，不需要复杂昂贵的工艺设备和高难的制备技术，并且与传统的半导体工艺相兼容，易于集成、适于大规模生产，因而具有重要的应用前景。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：