[发明专利]平面波导型可调光衰减器

说明书

技术领域

本发明是一种多信道平面波导型可调光衰减器(VOA)，属于集成光学技术领域。

背景技术

目前光衰减器已有多种类型的制造技术，大致可分为分立微光元件技术、微机电系统(MEMS)技术及平面光波导(PLC)技术等。分立微光元件技术又可分为机械、磁光效应、热光效应、电光效应、声光效应等诸多型式，但分立微光元件通常体积较大，单件生产成本较高；而采用微机电系统和平面光波导技术制造的可调光衰减器适合光路的集成化和模块化发展的需要，体积小、成本低、集成度高，适合大批量生产。微机电系统的可调光衰减器虽然也可以实现小型化和集成化，但器件存在运动部件，其稳定性和可靠性不如平面光波导器件。

采用平面光波导技术制造的可调光衰减器也有利用磁光效应、热光效应、电光效应、声光效应等多种型式。虽然热光效应的可调光衰减器是目前最为普遍被采用的型式之一，控制灵活方便、性能稳定可靠、调节精度高，但其调节深度不够广，制成多信道可调光衰减器时串扰较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸小、集成度高、性能稳定的多信道平面波导型可调光衰减器，它可用于平衡和调节光的强度，在光信号传输过程中起到调节信号强度和平衡多路信号幅值的作用，也可用于控制信号的通、断，是现代光通讯网络系统和各类光学仪器必不可少的重要器件。

本发明的方案是设计一个多层光电晶圆结构，其光波导采用硅基沉积二氧化硅的半导体加工技术和工艺制作，波导光芯沉积于硅基晶圆上，并置于折射率和厚度都不同于光芯的二氧化硅衬垫和覆盖包层中，其衬垫和覆盖包层的折射率略小于光芯的折射率，厚度则是光芯厚度的二到三倍；加热和导电的金属薄膜层采用溅射工艺制作；防金属氧化保护层的制作采用化学气相沉积工艺；隔热槽则采用深度化学刻蚀工艺制成。可调光衰减器的光电结构特征是：由马赫-曾德尔干涉仪的上、下臂支路构成具有调节和直通功能的光路结构；由耦合器、光电二极管、运算放大器、微处理器组成控制电路；由电子控制的可调电源、高电导率的导电电路和高电阻率的加热器组成加热电路。

本发明与现有技术比较具有如下优点：

1.由于采用硅基沉积二氧化硅和金属薄膜溅射法的多层光电晶圆半导体加工技术和工艺制作，克服了传统光纤熔锥器件在生产工艺和器件性能上存在的稳定性和可靠性问题，提高了器件的生产效率和性能。平面工艺器件适合大批量生产，而且体积小，重量轻，集成度高，成本低。

2.利用二氧化硅材料的热光效应，通过改变支路光波导的温度，导致二氧化硅材料折射系数的变化来调节光信号的相位和强度。由于采用电子控制的可调加热电路，控制灵活方便、性能稳定可靠、调节精度高，无运动部件。

3.由于采用深度蚀刻的隔热槽结构，可隔离衰减器上、下支路之间的热传导以及多路信道之间的交叉热传导，提高了衰减器的调节深度，减小了多信道可调光衰减器的串扰。

附图说明

本发明有如下附图：

图1至图10是本发明平面光波导加工过程中的截面结构示意图

其中：图1硅基晶圆

图2沉积未掺杂的二氧化硅下包层(衬垫)

图3沉积掺锗的二氧化硅芯层

图4铬层

图5光刻胶层

图6光刻胶影像

图7刻蚀铬层

图8二氧化硅芯层的精密刻蚀

图9去除光刻胶和铬层

图10沉积掺硼和磷的二氧化硅覆盖包层

图11至图15是本发明多层光电结构截面示意图

其中：图11光芯覆盖包层上形成加热层

图12加热层上形成导电层

图13形成金属薄膜防氧化保护层

图14刻蚀二氧化硅覆盖包层和衬垫

图15深度刻蚀层形成隔热槽结构

图16是本发明光电回路及控制线路工作原理示意图

图中：

具体实施方式

下面结合附图阐述本发明的具体实施方式：

本发明的光衰减器是采用硅基沉积二氧化硅和金属薄膜溅射法的多层晶圆半导体加工技术和工艺制作而成的，如图15多层光电结构截面示意图所示，由硅基晶圆(1)、衬垫(2)、波导光芯(3)、覆盖包层(7)、加热层(8)、导电层(9)、保护层(10)和隔热槽(11)构成，其工艺步骤为：

1.采用等离子气相沉积法，在硅基晶圆(1)上，沉积衬垫(2)，如图2所示；