[发明专利]一种基于加载条形结构的有源复合光波导及其制备方法

说明书

一种基于加载条形结构的有源复合光波导及其制备方法，属于平面光波导器件及其制备技术领域。其一由硅片衬底、二氧化硅下包层、基于极化聚合物电光材料的光波导芯层、基于有机光放大材料的具有MZI波导结构的加载条形波导、聚合物上包层和共面波导CPW调制电极(11)组成；其二由硅片衬底、MSL下电极、具有MZI波导凹槽结构的聚合物下包层、基于有机光放大材料的具有MZI波导结构的加载条形波导、基于极化聚合物电光材料的光波导芯层、聚合物上包层和MSL型上电极(21)组成。本发明所述的加载条形有源复合光波导结构可以实现传统单一波导的多功能集成，并且器件的制作工艺简单，制作成本低，成品率高，制备速度快，适合大批量生产。

技术领域

本发明属于平面光波导器件及其制备技术领域，具体涉及一种硅片为衬底、以极化聚合物电光材料为波导芯层、以有机光放大材料为加载条形波导的有源复合光波导及其制备方法。

背景技术

光通信器件是构建光通信网络的基础，“超高速、超大容量和超长距离”依然是光纤通信的主要发展方向，而高速光传输设备、长距离光传输设备和智能光网络的发展、升级及推广应用，都取决于光电子器件技术进步和产品更新换代的支持。多功能集成、参数可调和网络性能动态监测的光电子器件与集成模块是智能光网络的核心与基础，是构建下一代智能光网络的关键。同时，为满足下一代高速、大容量全光信息网络，特别是面向资源与业务可重构的光局域网、城域网和用户接入网的重大需求，光通信系统中采用的发送、接收、调制、交换、放大和动态补偿等光器件也将提出更加苛刻的要求。因此，根据光通信网络系统对光通信器件的要求，设计光电子器件的集成和单一光电子器件的多功能化是其必然的技术发展方向，而光子集成技术可以有效地解决这一问题。

光波导是光电子器件的基础性元件，在光电子器件的研究和发展过程中起着非常重要的作用。自从集成光学这个概念被提出来，人们就一直期望在同一芯片上集成以光波导为基础的不同功能的光学元件，构成具有整体功能的光子集成线路(photonicintegrated circuit,PIC)芯片，由此也促进了平面光波导器件及其相关技术的广泛研究，PIC芯片可以降低成本，减少光学连接点、提高集成度，同时还具备质量轻、功耗低、可靠性好等优势，可以将集成平面光波导器件方便地接入到光通信系统之中。虽然人们已经在导波光学、微机电系统(MEMS)、微光学和集成光模块等方面进行了大量的研究，以促进单片集成光学器件的发展，但是由于各种光学元件所需要的材料、结构和加工工艺都有所不同，光子集成技术一直没有得到长足的进步。近年来，有机聚合物材料凭借其独特的优势引起了人们的广泛关注。与无机材料相比，有机聚合物材料的制备工艺简单且与半导体工艺兼容，成本低廉且可以通过分子工程来进行材料的功能化设计，另外有机聚合物材料还具有种类多样、折射率可调、偏振不敏感、抗电磁干扰能力强以及无机材料所无法比拟的高电光系数等优点，进而使其逐渐成为极具发展和应用前景的基础性材料。因此，基于有机聚合物材料，通过波导的结构设计来探索和研究高性能、小型化、集成化和多功能化的集成光波导器件具有重要的理论意义和实际价值，在实现高速、大容量全光通信网络和片上光互联技术应用中具有迫切需求，市场前景广阔。

近年来，由于有机聚合物材料优良的光学和电学特性，在研究和发展聚合物基光子器件及相关集成技术中表现出非常优异的特性，并已成为各发达国家的重点支持领域。特别是极化聚合物电光材料，已被逐渐用于高速电光调制器/电光开关的研制当中，并取得了很大的进展。另外，有机聚合物材料在掺铒光波导放大器(EDWA)领域也具有重要的应用前景。但是目前的基于光波导结构的光学器件在结构和功能上都比较单一，而基于有机聚合物材料的集成芯片也都是一些关于无源器件的简单集成，如何将上述两种聚合物有源光波导器件与其它无源器件集成到同一芯片中，并通过结构设计来实现多功能集成，在功能集成芯片和片上光互联技术应用中具有非常重大的意义。