[发明专利]一种集成光学分束器

说明书

本发明公开了一种集成光学分束器，包括：第一波导；第二波导，第二波导的折射率对比度高于第一波导的折射率对比度；设置在第一波导和第二波导之间的模斑转换器，用于实现第一波导和第二波导之间的模式转换；第一波导包括输入波导和分束结构，第一波导包括顺序设置的第一下包层、第一芯层、第一上包层；第二波导包括输出波导，第二波导包括顺序设置的第二下包层、第一芯层、第二芯层和第二上包层；模斑转换器包括第一下包层、第一芯层、第二芯层和第一上包层。本发明具有如下优点：分束器的输入端可以与标准单模光纤低损耗耦合，并具有高光学非线性阈值；分束器的输出部分可与高集成度的功能器件低损耗耦合。

技术领域

本发明涉及光学芯片技术领域，具体涉及一种集成光学分束器。

背景技术

硅基集成光学芯片以单晶硅为衬底材料，通过外延生长、沉积、键合、掺杂等方法形成波导包层及芯层结构，通过电子束光刻、紫外光刻及刻蚀、剥离等方式实现波导图形转移，最终制备成具有光电功能的集成器件及系统。

与传统空间或光纤光学器件相比，硅基集成光学芯片具有可光电集成、结构紧凑、材料来源广泛、与微电子工艺兼容、易于大批量生产、成本低等优点。随着微电子CMOS工艺的成熟，近年来硅基集成光学芯片在光学通信、传感、显示、计算等领域的应用已逐渐成为热点。

硅基光学芯片集成度的提高，使得所需输入光源功率或光源数量随之增加。

光源数量的增加则会增加芯片的复杂度，耦合封装难度，以及芯片的整体成本。而多个光学元件共用同一光源，则要求输入波导能够承受高功率。当光波导内功率密度过高时，光波导的非线性效应，如双光子吸收、Kerr效应将会使芯片损耗增加，信号畸变，导致芯片性能劣化。当功率密度超过集成波导损伤阈值时，将导致光学结构的不可逆损坏。降低波导内的功率密度，需要增大波导的有效模场面积，而这将使波导的弯曲半径增加，使芯片的集成度下降。

现有技术中，硅/二氧化硅，或氮化硅/二氧化硅材料体系具有较高折射率对比度，单模波导在光通信C-Band模场面积通常在0.5um^2以下，弯曲半径5um-100um，集成度较高，但非线性效应阈值低；折射率对比度较低的掺杂二氧化硅体系，单模波导C-Band模场面积可以达到80um^2以上，非线性效应阈值较高，但集成度低，波导弯曲半径在毫米量级，芯片尺寸较大。

综上，基于现有技术难以制作出可承受高功率光束，同时具有高集成度的硅基光学芯片。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种低损耗的集成光学分束器。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种集成光学分束器，包括：第一波导，所述第一波导具有第一折射率对比度；第二波导，所述第二波导具有第二折射率对比度，所述第二折射率对比度高于所述第一折射率对比度；设置在所述第一波导和第二波导之间的模斑转换器，所述模斑转换器用于实现所述第一波导和所述第二波导之间的模式转换；其中，所述第一波导包括输入波导和分束结构，所述输入波导和所述分束结构包括顺序设置的衬底、第一下包层、第一芯层、第一上包层；所述第二波导包括顺序设置的所述衬底、第二下包层、所述第一芯层、第二芯层和第二上包层，所述第一上包层与所述第二上包层相连，所述第一下包层和所述第二下包层相连；所述模斑转换器包括所述衬底、所述下包层、所述第一芯层、所述第二芯层和所述上包层。

根据本发明实施例的集成光学分束器，分束器的输入端可以与标准单模光纤低损耗耦合，并具有高光学非线性阈值；分束器的输出部分可与高集成度的功能器件低损耗耦合。

另外，根据本发明上述实施例的集成光学分束器还可以具有如下附加的技术特征：

可选地，所述第一上包层与所述第二上包层材料相同且为二氧化硅、掺锗二氧化硅和硼磷共掺二氧化硅的其中之一，所述第一下包层和所述第二下包层材料相同且为二氧化硅、掺锗二氧化硅和硼磷共掺二氧化硅的其中之一。