[发明专利]一种高后向受激布里渊散射增益的微纳结构片上光声波导

说明书

本发明提供了一种高后向受激布里渊散射增益的微纳结构片上光声波导，波导包括由硫化亚砷材料构成的波导芯，硅包覆层及二氧化硅衬底；波导芯制备在二氧化硅衬底上；波导芯的材料为硫化亚砷，剖面为矩形；在波导芯中心从上至下有一矩形通孔，通孔中为空气；硅包覆层在外部将波导芯与通孔上、下侧以及波导芯的左、右侧对称包覆，使波导芯中心形成一充满空气的矩形通孔。本发明通过在硫化亚砷材料上、下侧，左、右侧对称包覆硅包覆层，并在硫化亚砷材料中央开设一从上至下充满空气的矩形通孔，加强了微纳结构中特殊的光辐射压力、同时调控声模式位移场分布，有效提高了基于硫化亚砷‑硅复合材料二氧化硅片上微纳结构的后向受激布里渊散射增益。

技术领域

本发明属于非线性光学和微纳光子学技术领域，具体涉及一种高后向受激布里渊散射增益的微纳结构片上光声波导。

背景技术

随着社会向高度信息化、智能化发展，下一代光电系统对光电子器件的小型化、集成化要求越来越高。近年来随着现代微纳加工工艺及测试手段的迅速发展，制作并表征特征尺寸在微米甚至纳米量级的光学结构及器件已成为可能，相应光学研究也进入微纳光子学领域。

受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering，SBS)是一种光和声波互相作用的非线性散射过程。该效应在许多领域得到应用，例如超窄带宽激光、传感、慢光和快光、微波信号处理等。不同于传统系统中的SBS，微纳尺度下的SBS由于其声光耦合作用获得极具增加而能够产生极大的SBS增益。自2000年英国Bath大学P.Daniese等人首次观察到光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)亚波长级别固体石英玻璃芯中的SBS、并且实验结果表明布里渊散射受到纳米尺度微结构的强烈影响以来，微纳尺度下的SBS效应开始受到较多关注。

绝缘衬底上的硅(Silicon on insulator，SOI)技术由于集成度高、成本低、稳定性好、非线性光学现象显著，成为了集成光电子系统设计中的热门技术。然而，由于在硅中激发的声波会泄露到二氧化硅绝缘衬底中，不利于布里渊散射效应的产生，故SOI技术不利于进行高受激布里渊增益的光器件设计，这一问题的存在限制了基于SOI技术的布里渊激光器、梳状光源、基于慢光和快光的可调延迟、硅平台上的微波光子信号处理的光子集成等器件的实现。因此，如何克服现有技术的不足，获得基于SOI的高SBS增益，尤其是后向SBS(Backward SBS，BSBS)增益系统设计方案，是微纳结构片上光声波导设计需要解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种高后向受激布里渊散射增益的微纳结构片上光声波导结构。该波导的结构为基于硫化亚砷-硅复合材料的二氧化硅片上槽波导结构，结合SOI，具有稳定性好、集成度高，能够激发高BSBS增益的特点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高后向受激布里渊散射增益的微纳结构片上光声波导，该波导包括由硫化亚砷材料构成的波导芯，硅包覆层及二氧化硅衬底；波导芯制备在二氧化硅衬底上；波导芯的材料为硫化亚砷，剖面为矩形；在波导芯中心从上至下开设有一矩形通孔，矩形通孔中为空气；硅包覆层在外部将波导芯与矩形通孔的上、下侧以及波导芯左、右侧对称包覆，使波导芯中心形成一充满空气的矩形通孔；硫化亚砷波导芯四个侧面硅包覆层的厚度，即上、下侧以及左、右侧硅包覆层的厚度，分别定义为上、下侧和左、右侧包覆层厚度；上、下侧硅包覆层厚度均小于左、右侧包覆层厚度。左、右侧硅包覆层将光场限制在了波导芯部分，上、下侧硅包覆层起到调控声场分布位置作用，充满空气的矩形通孔加大了硫化亚砷-空气槽界面的光辐射压力，起到增强BSBS增益的作用。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

波导芯为矩形，宽度为180nm，高度为340nm。