[发明专利]一种杂散光吸收器、光芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种杂散光吸收器、光芯片及其制作方法。本发明基于灰度刻蚀的方式在芯片开设凹槽，凹槽内填充有可将不同波长的杂散光全部吸收的吸收材料，从而构成杂散光吸收器，能够有效的去除光芯片的不同波长、不同模式、不同角度的杂散光，且工艺步骤简单，布局灵活且成本低。

技术领域

本发明涉及一种光波导器件，具体涉及一种杂散光吸收器、光芯片及其制作方法。

背景技术

光芯片、光子芯片或集成光波导芯片是5G光通信、光计算等领域的关键器件结构之一。激光器、光纤以及光学探测器均可以通过不同种的耦合方式直接与光芯片连接交互。常见的耦合方式如图1所示，分为两种：端面耦合和光栅耦合。信号光源从激光器01或者光纤02输出，并通过光芯片03中的一个输入波导04进入到光芯片回路05中进行光信号处理，光信号处理完后通过输出波导06的端口传输至光探测器07中。

在光芯片03与激光器01、光纤探测器07交互处理过程中，不可避免的存在两种耦合损耗：耦合损耗与片上损耗。耦合损耗是由激光器01或光纤02与光芯片03耦合时存在不可避免的光损失，使部分光进入光芯片波导以外的区域产生的。这些进入波导以外区域的部分光被称作散射光，如图2所示。同理，片上损耗是光芯片中进行信号处理的光，在芯片各波导内部交互不可避免存在的散射光。

在光芯片上无论哪种损耗的散射光，都不受光波导的限制，可以在芯片中以任意方向传播。一部分散射光可能进入光学探测器、光芯片监控器中，而这部分未经光学回路处理的散射光(即杂散光)同样会被光学探测器、光芯片监控器转化为电信号。那么意味着这些散射光将产生背景噪声和串扰，并干扰正常处理过的有用光信号的识别率。这些干扰将会降低光学系统的性能和光芯片的性能，导致光学组件和芯片性能和良率的降低。

为解决上述杂散光串扰的问题，目前该领域也提出了一些解决办法：

中国专利，公开号CN1290354A，名称为一种集成光学回路杂散光吸收的方法，该专利采用在芯片内设置掺杂区来对杂散光进行吸收，但是该方式在光芯片中设置掺杂区工艺流程复杂，成本较高。

中国专利，公开号CN108037564A，名称为散射光偏转器，该专利采用了设置由高折射率和低折射率呈周期性或准周期性结构交替布置在光芯片内的反射单元实现对杂散光进行处理，但是这种方式依然存在以下问题：

1、波长选择性、模式选择性以及传输方向选择性是反射单元的天然属性(具体分析见本段末尾)。而芯片波导回路中散射光的模式和方向是不确定的。因此具有较大带宽、较多模式和多方向散射的杂散光不可避免的需要多周期的光子晶体结构进行级联，才能完成散射光转向或屏蔽。根据文献【Fink Y.A Dielectric Omnidirectional Reflector[J].Science.1998,282(5394):1679-1682.】记载的计算方法。以一维光子晶体多层膜周期的光子帯隙为例，图3为一维光子晶体结构图以及参数，n0、n1、n2分别为介质1、介质2、介质3，3种不同的材料折射率；h1、h2为介质1和介质2的厚度，a＝h1+h2，a为光子晶体周期厚度；波矢为k,与晶体周期排列方向平行的方向为y,与晶体周期排列方向垂直的方向为x,。

图4中(A)为一维光子晶体结构分别为折射率n0＝1,n1＝2.2,n2＝1.7,厚度比例h2/h1＝2.2/1.7的带隙图，图4中(B)为折射率n0＝1,n1＝4.6,n2＝1.6,厚度比例h2/h1＝1.6/0.8的带隙图。图4中(A)和(B)中反射带为白色区域，横轴代表x方向的波矢；纵轴代表的是频率,单位为(2πc/a)。由于图4中(A)和(B)的填充材料与填充比例不同，所以带隙有很大区别，这说明光子晶体反射频带(或反射波段)与材料折射率和填充比例(即厚度比例)相关。从纵轴频率的单位2πc/a可以看出光子晶体反射频带(或反射波段)受光子晶体的周期宽度影响。进一步的，在横轴上不同的ky所对应的反射带隙也是不同的，表明光子晶体反射频带(或反射波段)是与光传播方向与模式是相关的。