[发明专利]一种可调变光学衰减器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可调变光学衰减器及其制作方法，属于光学通信领域。 

背景技术

可调变光学衰减器（VOA）在光通信传输系统中具有广泛的应用，其主要功能是用来减弱或控制光信号。光通信传输系统的最基本的特性应该是可调，特别是随着DWDM（密集波分复用）传输系统和EDFA（掺饵光纤放大器）在光通信中的应用，在多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或信道功率均衡，在光接收器端要进行动态饱和的控制，另外，在光传输过程中还需要对其它信号进行控制，这些都使得VOA阵列成为其中不可或缺的关键器件。

当前，世界上有多种制造可调变光学衰减器（VOA）的技术，包括微机电（MEMS）技术、液晶技术、磁光技术等，这些不仅需要传统光学方式的校准，有些还包含机械移动部分，因此制作和应用都比较复杂，而且产品尺寸大，不利于集成。随着DWDM系统的发展，以及市场对可灵活升级的可重构光分插复用器（ROADM）的潜在的巨大需求，越来越需要通道数多而体积小的可调变光学衰减器阵列。

基于平面光波导（PLC）技术的可调变光学衰减器阵列，是利用半导体器件生产工艺设备，在同一个衬底上制造多个光学衰减器器件构成，具有体积小、易集成、可靠性高、价格便宜、适于大规模生产等众多特点。

当前世界上几种主要的PLC技术平台包括用聚合材料（polymers）制造光波导，用光学晶体材料制造光波导，和在硅片上生长二氧化硅（silica-on-silicon）制造光波导等三种技术手段，用聚合材料（即透明高分子材料）制成的光波导器件有造价低，选材的灵活性好等优点，而且当用热光效应来控光的时候，电功耗小。但由于聚合材料的光学损耗较大，用它制成的光学器件目前不被工业界接受；用光学晶体制成的光波导器件具有高速度的优点，但造价高、损耗大；目前最为工业界接受的较为成熟的技术平台是硅片上长二氧化硅（silica-on-silicon）的方法。

Silica-on-silicon技术平台是在硅晶圆片上长出二氧化硅的下包层、波导芯，虽然挪用的是半导体工业中已经成熟的离子增强化学气相沉积工艺（PECVD），但在硅晶圆上生长二氧化硅不仅时间长，而且造价高，另外，由于是两种不同的材料，形成的器件应力相对较大，器件的偏振相关损耗（PDL）也较大。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可调变光学衰减器及其制作方法。

为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案如下：

一种可调变光学衰减器，包括二氧化硅衬底，所述二氧化硅衬底上设有外部二氧化硅上包层，所述外部二氧化硅上包层内部设有凹槽，所述外部二氧化硅上包层与凹槽之间设有侧沟槽，所述侧沟槽内充满热光材料，所述外部二氧化硅上包层、侧沟槽、凹槽的上部覆有封帽，所述凹槽底部设有波导芯，所述波导芯上部设有内部二氧化硅上包层，所述封帽内部与内部二氧化硅上包层相接处设有金属电极。

一种制作上述可调变光学衰减器的方法，选用二氧化硅为衬底；在二氧化硅衬底上直接生长波导芯，将多余的掺杂芯层腐蚀掉，留下的部分作为波导芯；然后在二氧化硅衬底上形成一层完全覆盖波导芯的内部二氧化硅上包层，在内部二氧化硅上包层的上表面设置金属电极，其位置正对波导芯；将波导芯两侧的上包层分别腐蚀掉，形成两个侧沟槽；在侧沟槽内充满聚合物热光材料；最后将整个器件的表面设置一层封帽将所有元件封闭在一起。

作为优选，所述外部二氧化硅上包层、内部二氧化硅上包层与二氧化硅衬底折射率相同。

作为优选，所述波导芯为掺杂的二氧化硅。

现有的平面光波导对光的传输是基于波导芯和包层之间的光折射率差，通过物理上的光学全反射来实现的，光学全反射发生在波导芯和包层界面上的要求是波导芯的光折射率大于包层折射率，这样保证了光波通过全反射限制在波导芯内。而实际情况是，即使在全反射情况下，并不是所有能量都被限制在波导芯内，有一部分光会围绕波导芯在包层中传输，称为瞬逝波，这部分光能与波导芯和包层的折射率有关。