[发明专利]提高条波导非线性系数的方法、条波导及光器件

说明书

本申请涉及光波导技术领域，提供一种提高条波导非线性系数的方法、条波导及光器件，该方法包括如下步骤：准备条波导，所述条波导包括依次层叠设置的硅基层、二氧化硅层和单晶硅层；在所述二氧化硅层表面且背离所述硅基层的一侧制备非线性增强层，以使所述条波导在TM模式下的非线性系数随所述非线性增强层的厚度的增加而呈总体上升趋势。该条波导还包括设于所述二氧化硅层表面且背离所述硅基层的一侧的非线性增强层，所述条波导在TM模式下的非线性系数随所述非线性增强层的厚度的增加而呈总体上升趋势。本申请通过设计非线性聚合物来增强倏逝波光场与非线性聚合物的相互作用，从而解决器件在TM模式下条波导非线性效应较低的问题。

技术领域

本申请涉及光波导技术领域，尤其提供一种提高条波导非线性系数的方法、条波导及光器件。

背景技术

光学非线性对于高性能计算以及光通信中的高速全光信号处理是必不可少的，高非线性硅光子集成器件由于结构紧凑、集成度高、低功耗以且与CMOS工艺兼容而备受关注。在硅基集成光电系统中，硅基波导充当着信号传输媒介的作用，是极其重要的组成部分，常见的硅基波导结构主要有条波导、脊形波导、光子晶体波导及单沟槽波导。其中，条波导(strip waveguide)作为基于SOI的集成光电子器件系统中传导光场的基本结构，其尺寸紧凑，伴随的强的光场限制及材料自身高的三阶非线性系数则会对其内传输的高速光信号造成一定非线性损伤。条波导非线性器件主要工作于波导的TE模式及TE模式的高阶模，相比于TE模式，TM模式在波导表面的倏逝场更强，如果直接以TM模式传输，则导致条波导愈加剧损耗，这大大限制了波导器件的非线性及波导TM模式的利用率。

申请号为202110316133.X的专利公开了一种非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用，其揭示了在传统狭缝波导表面增设非线性增强层，以获得高非线性狭缝光波导的制备技术，该工艺条件易控，制备的非线性增强层质量高和稳定，从而使得非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定。但经进一步研究发现，该专利技术中，随着硅波导宽度的增加器件的非线性系数总体呈下降趋势，由此导致非线性增强层在波导器件中的应用受硅波导宽度的影响，对于较宽波导，则面临难以提高器件非线性性能的困境。

综上，如何提高TM模式下条波导器件的非线性效应，成为当前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种提高条波导非线性系数的方法、条波导及光器件，旨在利用TM模式在条波导界面处较强的倏逝波，通过设计非线性聚合物来增强倏逝波光场与非线性聚合物的相互作用，从而解决器件在TM模式下条波导非线性效应较低的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

一种提高条波导非线性系数的方法，所述方法包括如下步骤：

准备条波导，所述条波导包括依次层叠设置的硅基层、二氧化硅层和单晶硅层；

在所述二氧化硅层表面且背离所述硅基层的一侧制备非线性增强层，以使所述条波导在TM模式下的非线性系数随所述非线性增强层的厚度的增加而呈总体上升趋势。

可选的，所述非线性增强层通过喷涂工艺或者旋涂工艺设置于所述单晶硅层上。

可选的，所述非线性增强层为不完全覆盖于所述二氧化硅层表面的非连续层状结构，或为完全覆盖于所述二氧化硅层表面的连续层状结构。

可选的，所述非线性增强层覆盖于所述二氧化硅层的上表面，并包裹所述单晶硅层。

可选的，所述非线性增强层的厚度为200nm～1μm。

可选的，所述条波导的非线性系数为1500W^-1m^-1～2000W^-1m^-1。