[发明专利]一种MMI型磁光隔离器及其制备方法

说明书

本发明属于集成光学领域，具体涉及一种MMI型磁光隔离器及其制备方法。本发明通过设计多模波导:沿多模波导长度方向开槽，且不开设在多模波导区域的物理中心位置，磁光材料分布于槽内，使TE模式产生非互易相移；槽的宽度小于多模波导区域的总宽度，长度使零阶模式和高阶模式的NRPS之差为π。非对称结构使高阶模式分布变得不对称，使得场分布集中在其中一侧，在单模波导激发时可以有效的提高激发效率；这一特殊结构，零阶模式和高阶模式的NRPS值反号，可以有效的减小器件尺寸。本发明有效提高了激发效率，减小了器件的插入损耗；增大了零阶模式和高阶模式的NRPS之差，减小了器件的尺寸。

技术领域

本发明属于集成光学领域，具体涉及一种MMI型磁光隔离器及其制备方法。

背景技术

集成光学近年来发展迅速，由于其性能优越，与精细工艺特性相兼容的特点，使其在光通信领域逐渐受到重视。在光通信系统中，系统中的反射光将影响激光光源的稳定性，从而影响整个器件的性能。光隔离器具有正向导通反向截止的特点，在光纤通信系统中，光隔离器被放置在激光器的前面，以控制系统中的反射光功率，因此性能优秀的隔离器是目前所急需的。

与传统光学器件相比，集成光隔离器具有许多优点：体积小，性能稳定，可批量生产。波导隔离器作为集成光隔离器的一种，主要分为以下几类：(1)模式转换型：正向传输TM模式，可直接通过；反向传输时，TM模式转换为TE模式并截止；该隔离器需要精确匹配，制作容差较小。(2)非互易损耗型(NRL)：由于磁光效应的非互易性，波束正向和反向传输的增益和损耗是不同的，从而实现隔离，但是器件制作复杂。(3)非互易相移型(NRPS)：利用基于磁光材料的相位传输非互易性，实现光隔离，具有工艺容差高，器件设计灵活等优点。

基于非互易相移(NRPS)的多模干涉(MMI)型磁光隔离器，不需要精准的相位匹配，所以有较高的制作容差。通过调节多模波导长度，使正向传输时各阶模式干涉相长；反向传输时各阶模式存在π的相位差，干涉相消，从而实现隔离。

目前已提出的MMI型磁光隔离器的问题主要在(1)侧壁沉积磁光材料工艺困难，器件普遍工作在TM模式下。(2)为了保证反向各阶模式干涉相消，需要等效激发各阶模式，导致激发效率较低，器件插入损耗较大。(3)各模式非互易相移差较小，器件尺寸较长。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决目前MMI型磁光隔离器存在的：侧壁沉积磁光材料工艺困难，器件普遍工作在TM模式下；需等效激发各阶模式，导致激发效率较低，器件插入损耗较大；各模式非互易相移差较小，器件尺寸较长这些技术问题。本发明提供了一种MMI型磁光隔离器及其制备方法。

该MMI型磁光隔离器包括：衬底、输入输出波导和多模波导。

衬底：用于承载输入输出波导和多模波导，其折射率低于波导的芯层材料。

输入输出波导：由半导体芯层材料和低折射率包层材料组成的单模波导，波导结构为通道型、平板型或脊型波导，结构支持单模光传输。作为输入输出波导，等效激发多模波导中的各阶模式。

多模波导：沿多模波导长度方向开槽，且不开设在多模波导区域的物理中心位置，磁光材料分布于槽内，使TE模式产生非互易相移，这正是TE模式隔离器所必须的；槽的宽度小于多模波导区域的总宽度，长度使零阶模式和高阶模式的NRPS之差为π。其次，非对称结构可以使高阶模式分布变得不对称，使得场分布集中在其中一侧，在单模波导激发时可以有效的提高激发效率。因为这一特殊结构，零阶模式和高阶模式的NRPS值反号，可以有效的减小器件尺寸。

其制备方法为：

步骤1、光刻及刻蚀基板，获得单模波导及多模波导结构。多模波导结构中预留有沉积磁光材料的槽。

步骤2、生长一层低折射率包层，将整个步骤1所得半导体基板包覆。作为沉积磁光材料的阻挡层。