[发明专利]一种集成介质光波导的光吸收器和光吸收芯片

说明书

本发明提供了一种集成介质光波导的光吸收器和光吸收芯片，该光吸收器包括波导包层、介质光波导核心和吸收材料层，其中，波导包层包围该介质光波导核心和该吸收材料层，介质光波导核心包括第一端部和第二端部，介质光波导核心的径向尺寸从所述第一端部到所述第二端部逐渐变小，吸收材料层的材料可以是金属或者硅，能够位于该介质光波导核心上层，或位于该介质光波导核心侧方，又或者位于该介质光波导核心下层，该光吸收器可以减小反向反射，使光能够尽可能地被完全吸收。

技术领域

本发明涉及集成光学元器件领域，尤其涉及一种集成介质光波导的光吸收器和光吸收芯片。

背景技术

光学吸收器，也称为光学消除器或光沉，是集成光学元器件中的重要组件。它们用于以低回波损耗(反射)消除不希望的光。在硅基集成光子学技术中，硅(Si)波导作为半导体波导，可以通过离子注入工艺掺杂形成光吸收器，这样光可以通过自由载流子吸收来消除。除硅波导外，一些介质光波导(如二氧化硅、聚合物、氮化硅、氮化铝等波导)也广泛应用于集成光子学技术。介质光波导通常不能像硅波导那样掺杂形成吸收器；因此，目前一种简单的方法是使过渡结构将光从介质光波导传输到硅，然后使用掺杂硅作为吸收器，但是这样就会引入额外的过渡结构，使元器件结构变得复杂。目前另一种方法是使用吸收材料，如锗(Ge)。硅上锗广泛应用于集成光学元器件中，可以用作光电探测器，但锗外延生长会影响集成光学元器件的良率，进而影响成本。此外，介质光波导和锗吸收器的表面可以引入一些不需要的反向反射。因此，亟需一种新型的集成介质光波导的光吸收器以改善上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成波导的光学吸收器和光吸收芯片，用于减小反向反射，使光能够尽可能地被完全吸收。

第一方面，本发明提供一种集成介质光波导的光吸收器，该光吸收器包括波导包层、介质光波导核心和吸收材料层，波导包层包围该介质光波导核心和该吸收材料层，介质光波导核心包括第一端部和第二端部，介质光波导核心的径向尺寸从所述第一端部到所述第二端部逐渐变小，吸收材料层，能够位于所述波导上层，或位于所述波导侧方，又或者位于所述波导下层，该光吸收器可以减小反向反射，使光能够尽可能地被完全吸收。

可选的，介质光波导的形状为锥形或者楔形。因为锥形或者楔形的介质光波导使得光模尺寸逐渐增大，当光模式轮廓扩展到越来越大时，光模式的尾部开始接触上面的吸收材料层，因吸收材料层引入吸收，从而衰减了沿波导传播的光功率。而绝热模式渐变足够光滑，以避免突变，因此可以显著减小反向反射。

可选的，介质光波导核心从一侧到另一侧的宽度逐渐改变，介质波导的材料可以是但不限定于如二氧化硅、聚合物、氮化硅、氮化铝等。

可选的，介质光波导核心在空间上呈螺旋状或折叠环状设置，这样有助于节省光集成电路元器件上的空间，光集成电路元器件的集成化程度更高。

可选的，吸收材料层的材料为金属。而且，该光吸收器不需要使用离子注入掺杂工艺，也不需要引入锗等其他材料，使其结构易于制造。

可选地，吸收材料层的材料为硅，硅可以用于吸收某一波长的光(如可见光波段)。

可选地，该硅上可以通过离子注入掺杂工艺形成有PN结或PIN结。这样可以通过加反偏电压将光吸收后转换成的自由载流子移走。

第二方面，本发明提供一种光吸收芯片，包括偏振旋转器和如第一方面所述的光吸收器；该偏振旋转器，用于能够将输入的TE偏振光旋转90度转换成TM偏振光，并输出所述TM偏振光；该光吸收器，用于吸收TM偏振光。因为光吸收器的TM偏振光的吸收效率更高，所以该结构能够更有效地吸收光波。

附图说明

图1为本发明提供的一种光吸收器的立体图；

图2为本发明提供的一种光吸收器的俯视图、侧视图和剖面图；

图3为本发明提供的另一种光吸收器的立体图；