[发明专利]硅基延时可调光延迟线及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光器件制备领域，尤其是一种硅基延时可调光延迟线及其制作方法。

背景技术

光延迟线是光互连、光计算及光通信领域重要的元件，在光信号同步与整形、慢光陀螺、相控阵天线中的真延时、量子信息处理与存储、非线性光学器件、高性能和更紧凑的光调制器、光学传感器等方面都有重要的应用。在军事技术领域和航天领域，光延迟线也受到高度重视。硅基光延迟线器件具有体积小、功耗低的优势，是取代目前在光网络及信号处理中广泛应用的电延迟器件的理想选择。

目前国际上主要采用原子蒸汽、光纤、半导体、晶体等多种材料，利用电磁感应透明、受激布里渊区散射、四波混频等物理效应来实现光延迟线器件。相对于其它材料，利用硅基材料制备的光延迟线器件具有以下优势：

1.原子蒸汽或晶体材料难以获得且体积大，而硅基材料不仅获取容易，而且利用半导体材料制作的器件具有结构紧凑、低功耗，便于与其它光子学器件(耦合器、滤波器、探测器、调制器等)集成，制作成光互连及光缓存芯片等优势。

2.原子蒸汽或晶体材料主要是利用材料色散减慢光速，其长相干时间特性使得其可以实现很大的光延迟。然而，其带宽极窄(典型值均为MHz)且不易调谐，这限制了其在系统中所能存储的信息量。在硅基光延迟线器件中，则可以通过仔细设计器件结构来实现大的延迟带宽积，并且利用材料的各种特性对延时进行调谐。

3.原子蒸汽或晶体材料的工作波长由材料本身确定且不可控，在硅基材料中，可以通过设计器件结构或者材料对其进行调控。

由以上分析可见，利用硅基材料制备延时可调光延迟不仅可以实现大的光延迟及高带宽，还可以实现对延时的调控。

在硅基延时可调光延迟线中，目前主要采用通过调节材料折射率来控制光相位的方式实现对延时的调节，由于硅基材料本身的特性，导致调节效率较低。本发明一种硅基延时可调光延迟线及其制作方法，通过调节光学谐振腔与弯曲波导之间的耦合系数来控制弯曲波导与光学谐振腔之间的光学能量交换来实现延时可调，具有调节效率高，延时调节方法简单，大带宽，可集成等多种优势。

发明内容

本发明的目的在于提出一种硅基延时可调光延迟线及其制作方法，具有调节效率高，延时调节方法简单，大带宽，可集成等多种优势。

本发明提供一种硅基延时可调光延迟线，包括：

一输入波导及一直通端，该输入波导及直通端之间通过一第一弯曲波导连接；

一上载端及一下载端，该上载端及下载端之间通过一第二弯曲波导连接；

一光学谐振腔，该光学谐振腔位于输入波导、直通端、上载端和下载端之间，并与输入波导、直通端、上载端和下载端形成耦合；

两调谐电极，该两调谐电极分别位于第一弯曲波导与光学谐振腔的耦合处的两侧或该两调谐电极分别位于第二弯曲波导与光学谐振腔的耦合处的两侧。

其中所述的输入波导是矩形波导、脊型波导或是圆型波导。

其中所述的光学谐振腔是基于矩形波导、脊型波导或是圆型波导的光学谐振腔。

其中所述的光学谐振腔是微环谐振腔、微盘谐振腔、多边形谐振腔或光子晶体谐振腔或是以上谐振腔的组合。

其中所述的调谐电极是热调谐电极、电调谐电极或是磁调谐电极。

本发明还提供一种硅基延时可调光延迟线的制作方法，包括下列步骤：

步骤1：取一基片，该基片为硅基器件基片；

步骤2：清洗基片，在基片表面涂光刻胶，在光刻胶上光刻出器件图形；

步骤3：对器件图形进行刻蚀，形成器件；

步骤4：在刻蚀后形成器件的表面沉积隔离层；

步骤5：在隔离层的表面制备调谐电极，完成硅基延时可调光延迟线的制作。

其中步骤2中的光刻器件图形是采用电子束光刻、深紫外光刻、X光光刻、纳米压印或聚焦离子束直写的方法，或是以上方法的组合。

其中步骤3中的刻蚀方法是干法刻蚀或湿法刻蚀，或是以上方法的组合。

其中步骤4中沉积隔离层是采用化学汽相淀积淀积、液相外延、磁控溅射或是分子束外延的方法，或是以上方法的组合。

其中步骤4中的隔离层材料是二氧化硅、氮化硅或是光刻胶。

本发明一种硅基延时可调光延迟线及其制作方法，在硅基平台上充分发挥微电子工艺技术成熟、可以批量生产，制造成本低，工作稳定等优点，在硅基平台上，采用半导体加工工艺，制备硅基延时可调光延迟线，具有调节效率高，延时调节方法简单，大带宽，可集成等多种优势。

附图说明