[发明专利]一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器

说明书

技术领域

本发明涉及集成光学技术领域，具体是一种新型的硅基水平槽式微环结构具有偏振复用及解复用功能。

背景技术

近年来，随着光子集成技术的迅猛发展，光子器件的尺寸正在逐渐减小，成本低廉、技术成熟的CMOS工艺被广泛应用到光子器件的设计及制作领域。利用高折射率差的材料如绝缘层上硅，可极大地提高片上光器件的集成度。同时为应对当前光互连容量和带宽迅速增加的需求，偏振复用技术已被广泛用于长距离光通信网络、极大的提高了光通信容量，但是在片上系统中，偏振复用技术及其与其它技术的融合还需进一步研究。

偏振复用及解复用器作为偏振复用系统中的关键部件，在提高系统传输容量方面具有重要的意义和作用，其主要原理和功能是在特定波长条件下，将传输信号中具有不同偏振模式的光在不同波导端口分别输出或者将不同端口的输入信号进行复用在总线波导中传输。由于具有不同偏振态的模式可以同时传递光信号，通过对不同偏振态模式的复用及解复用可以有效提升光互连的传输容量及带宽。

硅基微环谐振器具有优越的光谱特性与偏振特性，被广泛研究并应用于调制器、滤波器、光开光、光复用及解复用器中，而硅基微环谐振腔型波分复用(WDM)传输系统被认为是下一代芯片内部光互连极具前景的解决方案，具有紧凑型封装、低功耗及与CMOS工艺兼容性等优势。利用硅基波导TE与TM模式特性的差异及微环谐振器显著的波长和偏振选择性，通过结构优化，可以实现不同偏振态的有效分离和复合的功能，对应于不同偏振态模式的解复用和复用功能。为此，以微环谐振腔为基础，结合偏振模式特性的差异，设计出结构紧凑、性能优越并能与现有的片上微环谐振腔型WDM传输系统兼容的偏振复用及解复用器显得尤为重要。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的不足，本发明提出一种硅基水平槽式微环型偏振复用及解复用器，通过直波导和水平槽式微环之间的谐振耦合能够实现偏振模的分离及复合功能，同时集成度较高，克服了现有技术的不足。

技术方案：一种硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器，包括衬底和包层，包括输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导和水平槽式微环；

所述衬底位于包层内底部，输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导和水平槽式微环放置于衬底上方紧贴衬底表面；水平槽式微环自下而上依次包括底部介质波导环、低折射率材料填充环和上部介质波导环；

所述波导均为硅基波导，其中输入波导与横电模输出波导直通相连形成输入输出波导，水平槽式微环位于平行放置的输入波导和输入输出波导之间。

进一步的，所述输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导、水平槽式微环的底部介质波导环和上部介质波导环的高度均相同。

进一步的，所述输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导、水平槽式微环的底部介质波导环和上部介质波导环的高度为220nm至270nm。

进一步的，所述的低折射率材料填充环的高度为80nm至120nm。

进一步的，所述的低折射率材料填充环的折射率为小于1.8的材料。

进一步的，所述输入波导、横电模输出波导、横磁模输出波导、水平槽式微环的底部介质波导环和上部介质波导环均采用折射率大于1.8的材料。

本发明还提供一种根据硅基水平槽式微环偏振复用及解复用器实现的硅基水平槽式微环偏振复用和解复用方法，解复用功能实现步骤如下：自输入波导的输入口输入光信号，则横电模输出波导的输出端口输出横电模光信号TE偏振模式和横磁模输出波导的输出端口输出横磁模光信号TM偏振模式；

复用功能实现步骤如下：将横电模光信号TE偏振模式自横电模输出波导的输出端口输入，横磁模光信号TM偏振模式自横磁模输出波导的输出端口输入，则输入波导的输入口输出偏振复用后的光信号。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、结构紧凑，制作成本低廉。输入、输出波导为常规的纳米线与水平槽式微环中的波导底部介质波导环、上部介质波导环的高度相同，并采用高折射率差的绝缘层上硅材料，使得其结构尺寸具有较高的紧凑性。同时，由于硅基工艺成熟，成本较低，易与同平台的其它光子器件集成，兼容性高。

2、制作难度低、可靠性高。本发明中几何尺寸在微米以及亚微米量级，可利用技术成熟的CMOS工艺线进行制作。同时利用成熟CMOS工艺的技术标准，其可靠性可以得到充分的保证。