[发明专利]砖砌状亚波长周期性波导、使用该波导的模态适配器、功率分配器和偏振分束器在审

专利信息
申请号: 202180044698.5 申请日: 2021-04-27
公开(公告)号: CN115885197A 公开(公告)日: 2023-03-31
发明(设计)人: J·G·旺格默特佩雷斯;í·莫利纳费尔南德斯;A·奥尔特加莫尼努斯;R·哈利尔;J·M·卢克冈萨雷斯 申请(专利权)人: 马拉加大学
主分类号: G02B5/18 分类号: G02B5/18;G02B5/30;G02B6/24
代理公司: 北京泛华伟业知识产权代理有限公司 11280 代理人: 王勇
地址: 西班牙*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 砖砌状亚 波长 周期性 波导 使用 适配器 功率 分配器 偏振 分束器
【说明书】:

公开了一种砖砌状亚波长周期性波导以及使用所述波导的模态适配器、功率分配器和偏振分束器。波导(600)包括块(601、602),所述块(601、602)以周期“Lz”周期性地设置在衬底(603)上并且与覆盖材料(604)交替。第一块(601)具有宽度“ax”并且第二块(602)具有宽度“bx”,它们根据周期“Lx”在衬底(603)上交替,第二块(602)在传播方向上与第一块(601)偏移距离“dz”。还公开了一种模式适配器(1100)、功率分配器(1200)和偏振分束器(1500),它们都使用周期性波导(600),并且能够以较大的波周期工作而不离开亚波长范围。

技术领域

发明涉及集成光学领域,更具体地,涉及基于具有亚波长结构的周期性波导的装置。

本发明的主要对象是一种砖砌状亚波长周期性波导,其保持了常规波导具有的控制它们所支持的模的有效折射率的值以及常规波导对波长的依赖性的特性,但是砖砌状亚波长周期性波导还结合了控制它们的各向异性的可能性。

本发明展示了极大的优势,因为它可以在不偏离亚波长范围的情况下以更长的周期工作。也就是说,为了进行其制造,将需要更大的最小特征尺寸,这有助于利用深UV技术进行大规模生产。另外,本发明的其它两个对象是使用所述新波导的两个装置,功率分配器和偏振分束器。

背景技术

光子学是研究光(光子)的生成、操纵和检测的科学分支。其覆盖的电磁波谱很宽。以波长(λ)的递增顺序,它覆盖以下波段:紫外波段(λ:0.01-0.38μm)、可见波段(λ:0.38-0.78μm)、近红外波段(λ:0.78-2μm)、中红外波段(λ:2-50μm)和远红外波段(λ:50-1000μm)。与电子集成电路一样,光子集成电路PIC的目标是将光处理所需的所有装置和功能块集成在单个芯片上。

光子装置和电路是通过组合具有不同折射率的材料而成的。制造的装置的性能和尺寸取决于所使用的材料的折射率的对比度或差异。绝缘体上硅(SOI)平台是近红外波段中的主流平台,近红外波段以及可见光波段是开发应用最多的波段。

SOI平台具有几个优势。第一个优势是,在分别用作光波导的芯和衬底/壳的硅(nSi=3.476)和二氧化硅(nSiO2=1.44)之间的折射率的高对比度使得可以减小互连波导或光子导线的横截面、它们的曲率半径(<5μ)、以及通常装置的尺寸。

图1示出了常规波导(100)的示例,其包括宽度为W并且厚度为H的芯(101)。芯(101)支撑在衬底(102)上并且被空气或其它覆盖材料(103)覆盖,光波从一端(104)进入并从相反端(105)离开。

SOI平台的第二大优势是,对于光子电路的制造,可以继续使用已经在集成电子电路中使用的CMOS(互补金属氧化物半导体:Complementary Metal Oxide Semiconductor)制造工艺,该工艺已良好建立且成熟。

尽管SOI技术为集成光学领域带来了很多优势,但是其是高对比度技术这一事实也带来了一些缺点。其中最重要的缺点是设计高性能装置(主要是大带宽装置)的难度。

为了实现高性能装置,有必要可以综合有效折射率的期望值(折射率工程),并且控制其对波长的依赖性(色散工程)。

在SOI平台上的常规波导中,该难度是由传播通过该结构的模的有效折射率与波导的电尺寸之间的强依赖性引起的。由于制造的原因,厚度H是固定的,因此只有宽度W可用于控制有效折射率的值。这导致了常规波导的特征为,尽管由各向同性材料制成,但横电(TE或面内)偏振和横磁(TM或面外)偏振的传播特性非常不同,即所谓的双折射。

在一些应用中,有必要控制双折射的程度,增加双折射例如以设计对偏振敏感的装置,或者对于对偏振不敏感的装置,减小双折射。

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