[发明专利]一种功分比可调PLC型光功分器及制备方法和调节方法

说明书

技术领域

本发明属于集成光子器件技术领域，具体来说，涉及一种功分比可调PLC型光功分器及制备方法和调节方法。

背景技术

光功分器是连接光线路终端和光网络单元的核心器件之一。其制作技术主要有两种：一种是采用传统光无源器件制作技术（拉锥耦合法）生产的熔融拉锥型光纤功分器；另一种是采用集成光学技术生产的平面波导型（PLC）型光功分器。

传统熔融拉锥型光纤功分器结构简单、体积小、重量轻、耐腐蚀、灵敏度高、和抗电磁干扰能力强，但是受温度环境影响较大，从而导致系统性能稳定性低，且传统熔融拉锥型光纤功分器只能提供固定的功分比。

PLC型光功分器利用半导体工艺制备，具有结构紧凑、可批量制作、稳定性高等优点。其中基于硅上二氧化硅(英文全称:Silica-on-Silicon，文中简称:SoS)工艺的PLC型光功分器是首先被应用于光通信、传感系统中的PLC器件；并且其具有热稳定、低非线性、高带宽、集成高和成本低等特点。普通的PLC型光功分器只能提供固定的功分比，现有的新型功分比可调PLC型光功分器材料体系多基于磷化铟或聚合物等材料，其中磷化铟价格较贵非线性高，而聚合物热稳定性差；常用调制方法多为在Y分支两侧均添加调制模块或利用多模干涉原理,其中在Y分支的两输出均添加调制模块结构复杂,利用多模干涉原理设计难度较高。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供了一种功分比可调PLC型光功分器，可以实现功分比精细可调、调制功率低、热稳定、低非线性、低传输损耗、高度集成、与单模光纤高效耦合、价格便宜、结构简单且可靠性高，同时，本发明还提供该光功分器的制备方法，该制备方法简单、成本低、可批量制作，本发明还提供该光功分器的调节方法，可实现功分比的精确调节。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种功分比可调PLC型光功分器，该光功分器采用平面光波光路PLC芯片，平面光波光路PLC芯片包括硅衬底、生长在硅衬底上方的二氧化硅缓冲层、生长在二氧化硅缓冲层上方的波导、生长在波导外表面的覆盖层，以及刻蚀在覆盖层上的2ⁿ⁺¹-2个电极，波导包括n级分路结构，第i级分路结构中包括2^i-1个分路单元，且每个分路单元呈Y形，每个分路单元包括一个输入波导和两个输出波导，每个分路单元上设有波导光栅，电极位于波导光栅两侧，当n=1时，有1级分路结构；当n=2时，第1级分路结构中的每个输出波导与第2级分路结构中的一个输入波导连接；当n≥3时，第w级分路结构中每个输出波导与第w+1级分路结构中的一个输入波导连接，第w级分路结构中的每个输入波导与第w-1级分路结构中的一个输出波导连接；其中，n、i和w均为正整数，且1≤i≤n，2≤w≤n-1。

进一步，单元中，输入波导为输入直波导，且波导光栅刻蚀在输入直波导中，波导光栅和位于波导光栅两侧的电极组成一个静电可调光栅。

一种上述的功分比可调PLC型光功分器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤10）：取一硅衬底，采用湿化学法清洗硅片；

步骤20）：利用热氧化法在硅衬底上制备二氧化硅缓冲层；

步骤30）：利用等离子体增强化学气相沉积方法在二氧化硅缓冲层中掺杂二氧化锗，得到波导层；

步骤40）：利用光刻和刻蚀工艺在波导层上制备波导，波导包括n级分路结构，第i级分路结构中包括2^i-1个分路单元，且每个分路单元呈Y形，每个分路单元包括一个输入波导和两个输出波导，每个分路单元上设有波导光栅；

步骤50）：利用高温退火加热工艺在波导外表面生长覆盖层；

步骤60）：利用光刻、深刻蚀和沉积工艺，在覆盖层上制备金属层；

步骤70）：利用光刻和刻蚀工艺，在金属层上制作电极，电极位于波导光栅两侧；

步骤80）：切片研磨，制成斜8°的平面光波光路芯片。

一种上述的功分比可调PLC型光功分器的调节方法，该调节方法包括以下步骤：

步骤10）：外接一路输入光纤阵列，将光源耦合进入光功分器的第一级分路结构中分路单元的输入波导中；

步骤20）：在光功分器的输出端，利用光功分器的2^n-1路输出光纤阵列将光从输出端耦合进光功率计；

步骤30）：改变向各电极施加的驱动电压，实现功分比调节。