[发明专利]一种三通硅基分束器芯片及其制造方法

说明书

本发明公开一种三通道硅基分束器芯片，包括一个输入波导、三个输出波导和设置在所述输入波导和所述输出波导之间的耦合区；所述耦合区为正方形；所述输入波导和所述输出波导的宽度相等,所述宽度为K：490nmK510nm；所述耦合区、所述输入波导和所述输出波导的厚度均相等,所述厚度为H：210nmH230nm；所述耦合区的边长长度为L：1600nmL2000nm。本发明的三通道硅基分束器芯片，集成度更高，器件尺寸小，提高了波前重构设备的便携性。

技术领域

本发明涉及集成光子器件领域，尤其涉及硅基分束器技术。

背景技术

激光波前重构技术在激光处理等相关应用中具有重要应用，如可用于近视激光原位角膜磨镶术中的个性化波前引导方面。波前重构，即通过对承载被成像物体的表面光场强度进行处理，提取出对应相位面信息进行分解、重构处理。分束器是波前重构的关键器件，为了波前重构成像系统的小型化的进一步发展，以及利用光器件实现更多的功能，既要解决器件尺寸给集成化带来的阻碍，又要在更小的尺寸下实现功能上的创新。硅基集成光电子器件在诸如能耗、性能、尺寸和成本等方面有着较大的优势，在波前重构、量子调控、光计算等多个领域有着重要应用。但如何在减少器件尺寸同时依然保有高性能，一直是硅基光子领域的一项重大挑战。

专利文献CN105334575A公开了一种硅基超材料光分束器及其制造方法，其硅基超材料光分束器包括基片，所述基片包括一个输入波导和两个输出波导，在所述输入波导和输出波导之间具有N×N个同等大小的像素块组成的耦合区域；通过对所述像素块进行打孔，通过优化算法形成特殊的打孔阵列，由于亚波长尺寸的空气孔阵列的排布可以等效为一种非均匀缓变的折射率分布区域，可以同时对不同的波长进行引导，从而使得不同的波长都能够达到在输出端口有效输出的目的，进而实现了大工作带宽的目的。由硅基集成的分束器大多是由一个输入波导、耦合区域和两个输出波导的分束器组成，三通道硅基分束器还鲜见相关报道。传统的三通道分束器的结构尺寸大，不利于便携，且能耗高，成本高，性能低，同时基于传统波导理论设计出的三通道分束器分光比为1:2:1。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成度更高，器件尺寸小，提高波前重构设备的便携性的三通道硅基分束器。

为实现上述目的，本发明提供一种三通道硅基分束器芯片，包括一个输入波导、三个输出波导和设置在所述输入波导和所述输出波导之间的耦合区；所述耦合区为正方形；

所述输入波导和所述输出波导的宽度相等,所述宽度为K：490nmK510nm；所述耦合区、所述输入波导和所述输出波导的厚度均相等,所述厚度为H：

210nmH230nm；所述耦合区的边长长度为L：1600nmL2000nm。

进一步，所述耦合区由N*N个像素结构组成；所述像素结构包括硅像素结构和二氧化硅像素结构；所述硅像素结构和所述二氧化硅像素结构离散化分布在所述耦合区上；所述硅像素结构和所述二氧化硅像素结构的尺寸大小相等。

进一步，所述硅像素结构和所述二氧化硅像素结构在所述耦合区中均非线性相邻或间隔设置。

进一步，三个所述输出波导分别为第一输出波导、第二输出波导和第三输出波导；所述第二输出波导和所述输入波导均设置在所述耦合区的光源入射方向的对称轴的延伸线上；所述第一输出波导和所述第三输出波导相对于所述对称轴的延伸线对称设置在所述第二输出波导的两侧。

进一步，所述耦合区通过所述对称轴被划分为第一耦合区和第二耦合区；所述第一耦合区上的所述硅像素结构和所述二氧化硅像素结构与所述第二耦合区上的所述硅像素结构和所述二氧化硅像素结构沿所述对称轴对称分布。

进一步，所述厚度为220nm，所述边长长度为1800nm，所述宽度为500nm。