[实用新型]一种渐变弯曲波导器件

说明书

本公开提供一种渐变弯曲波导，包括：衬底；位于所述衬底上的U型波导；至少部分覆盖所述U型波导的包覆层；其中，所述U型波导包括两段L型波导，以及连接在所述两段L型波导之间的一段矩形波导，所述L型是指90度欧拉渐变弯曲。本公开提供的渐变弯曲波导器件，不仅能保持良好的单模传输特性和超低传输损耗，并且尺寸小，可以大大提高光电器件的集成度，从而进一步降低成本，适用于大规模量产。

技术领域

本公开涉及半导体光电技术领域，具体涉及一种渐变弯曲波导器件。

背景技术

随着人们对信息传输、处理速度要求的不断提高和多核计算时代的来临，基于金属的电互连将会由于过热、延迟、电子干扰等缺陷成为发展瓶颈。而采用光互连来取代电互连，可以有效解决这一难题。在光互连的具体实施方案中，硅基光互连以其无可比拟的成本和技术优势成为首选。硅基光互连既能发挥光互连速度快、带宽大、抗干扰、功耗低等优点，又能充分利用微电子工艺成熟、高密度集成、高成品率、成本低廉等优势，其发展必将推动新一代高性能计算机、数据通信系统的发展，有着广阔的市场应用前景。

一般的，硅基光互连的核心技术是在硅基上实现各种光功能器件，如硅基激光器、电光调制器、光电探测器、滤波器、波分复用器、耦合器、分光器等。而实现这些功能器件的基本结构是硅基光波导结构，它包含直波导和弯曲波导。弯曲波导能够连接非共线光学元件，实现光束分离，提高集成度；它也可以作为有源或无源器件结构的一部分来实现自身的特殊功能，例如采用特殊设计的弯曲波导结构可以获得高Q值、单模和低损耗传输的微环谐振腔结构。

在集成光子电路的设计中，弯曲波导处会引起不同模式之间的显著耦合，具体而言就是在弯曲波导前端的直波导中始仅存在基模，经过弯曲波导传输之后，在弯曲波导输出端通常会激发出高阶模式(HOM),弯曲的曲率1/R(弯曲半径为R)越大，高阶模式激发越严重。若要得到小尺寸、传输损耗小以及单模保持性好的弯曲波导，必须要求弯曲波导是单模传输。这得益于单模弯曲波导能够有效减少散射损耗和避免弯曲处的模间串扰。

目前能实现小尺寸、单模低损耗传输的弯曲波导的方法是将光限制在具有高折射率差(High Index Contrast，HIC)的亚微米波导结构中，折射率差越高其波导结构应越小，才能确保单模传输。采用亚微米波导实现密集集成会带来包括偏振依赖性、光纤模式的低耦合效率以及由粗糙引起的散射损耗等问题，此外，亚微米波导器件需要更加先进的制作工艺来解决纳米特性产生的加工误差；也有学者尝试通过改变弯曲波导宽度来降低传输损耗，但其效果并不理想，所获得的弯曲半径依然相当大，实际上比直波导宽度大两个数量级以上，同时还需要特殊的制备工艺(如灰度光刻)，增加了工艺难度。

因此，提供一种具有单模超低损耗传输的渐变弯曲波导器件，以解决现有弯曲波导中传输损耗大、模式间串扰严重等问题实属必要。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种渐变弯曲波导器件，能够实现超低的传输损耗、尺寸小以及非常低的高阶模式激发比。

本公开实施例提供一种渐变弯曲波导器件，包括：

衬底；

位于所述衬底上的U型波导；

至少部分覆盖所述U型波导的包覆层；

其中，所述U型波导包括两段L型波导，以及连接在所述两段L型波导之间的一段矩形波导，所述L型是指90度欧拉渐变弯曲。

根据本公开的一些实施方式中，所述U型波导中的两段L型波导相互对称，所述L型波导的两端分别为渐变初始端和渐变结束端，所述渐变结束端与矩形波导的一端连接。

根据本公开的一些实施方式中，所述L型波导包括两条曲线，分别为内轮廓曲线和外轮廓曲线，所述外轮廓曲线的曲率半径是基于欧拉曲线公式得到的；