一種基于非對稱布拉格光柵的模式轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種光的模式轉換集成器件，特別是設及一種基于非對稱布拉格光柵 的模式轉換器。
【背景技術】
[0002] 隨著當今社會的不斷發展，人們對網絡數據量的需求不斷增長，對提高通信網絡 速度的要求越來越迫切。目前光通信網絡正肩負著該歷史使命，朝著低成本、大容量和高速 度的目標前進。如今40Gb/s的光傳送網已經廣泛運用，而lOOGb/s的光網絡正處于蓬勃發 展階段。在速度超過lOOGb/s的光網絡中采用標準化的編解碼方式已經達成共識，該種編 碼方式是基于相干接收的雙偏振正交相移鍵控調制技術（PM-QPSK)。在PM-QPSK中需要對 光信號進行偏振轉換、分離和合成，偏振控制器是構成相干接收器的關鍵器件。
[0003] 模式轉換器是模式控制器的一個重要組成部分，它能把在波導傳輸光的偏振方向 旋轉90度，也就是能將波導中的橫電模式（T巧旋轉為橫磁模式（TM)，也可W將TM模式旋 轉為TE模式。目前提出的模式轉換器主要是基于S種結構；第一種是采用L型波導結構， 它能實現兩種模式的相互轉換，但是其不足之處是存在嚴格的拍長，需要對器件的長度精 屯、控制；第二種是基于定向禪合器的結構，該結構只能實現單一模式的轉換，如從TE模式 到TM模式，或TM模式到TE模式，并且也存在嚴格的禪合長度，工藝容差小；第S種是基于 漸變型波導的結構，該結構可W實現模式相互轉換，但是波導的高度發生突變，不利于光的 輸入或輸出。
[0004] 因此，研制出結構簡單、功耗更低、易于集成和制作的模式轉換集成器件，是今后 發展片上集成光通信技術的重要而有意義的工作。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種基于非對稱布拉格光柵的模式轉換器，結構簡單、功 耗更低、易于集成和制作。
[0006] 本發明一種基于非對稱布拉格光柵的模式轉換器，包括單模輸入波導、對稱Y分 叉波導、單模輸出波導，非對稱布拉格波導光柵；單模輸入波導和單模輸出波導分別與對稱 Y分叉波導的兩個分支波導連接，對稱Y分叉波導的主干波導與非對稱布拉格波導光柵連 接，單模輸入波導通過對稱Y分叉波導將TE/TM模輸入到非對稱布拉格波導光柵中，所述的 非對稱布拉格波導光柵是通過在波導一側邊上刻蝕一維周期單元形成的，該周期滿足單模 波導中TE和TM模之間發生禪合的相位匹配條件，該非對稱布拉格波導光柵將在其中傳輸 的TE/TM模旋轉90度，轉換為TM/TE模，并將其反射回去，經過對稱Y分叉波導從單模輸出 波導輸出。
[0007] 所述的單模輸入波導、對稱Y分叉波導、單模輸出波導和非對稱布拉格波導光柵 為支持TE和TM模的脊形波導。
[0008] 所述的非對稱布拉格波導光柵的光柵齒設計在波導的一個側邊上。
[0009] 所述的構成非對稱布拉格波導光柵的周期單元形狀均為矩形。
[0010] 本發明具有的有益效果是：
[0011] 1、結合非對稱布拉格光柵的運用實現了單模波導中TE模式和TM模式間發生轉 換，具有轉換效率高，無拍長和容差大等特點。
[0012] 2、器件設計結構簡單，尺寸緊湊。
[0013] 3、器件制作工藝具有CMOS工藝兼容性，使得器件易于集成和擴展，方便低成本制 造，可廣泛應用于片上高密度集成的光互連通信系統。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器的結構圖；
[0015] 圖2是圖1中脊形波導的剖面圖；
[0016] 圖3是圖1中布拉格光柵的周期單元形狀為矩形的實施例圖；
[0017] 圖4是圖1中非對稱布拉格波導光柵的俯視圖。
[0018] W下結合附圖和實施例對本發明做進一步詳述。
[001引圖標說明；1、單模輸入波導
[0020] 2、對稱Y分叉波導
[0021] 3、單模輸出波導
[0022] 4、非對稱布拉格波導光柵
【具體實施方式】
[0023] 如圖1所示，本發明一種基于非對稱布拉格光柵的模式轉換器，包括一個單模輸 入波導1、對稱Y分叉波導2、單模輸出波導3和非對稱布拉格波導光柵4,其中單模輸入波 導1和單模輸出波導3分別與對稱Y分叉波導2的兩個分支波導連接；非對稱布拉格波導 光柵和對稱Y分叉波導2的主干波導連接。
[0024] 如圖1所示，單模輸入波導1通過對稱Y分叉波導2將TE(TM)模輸入到非對稱布 拉格波導光柵4中，非對稱布拉格波導光柵4將在其中傳輸的TE(TM)模旋轉90度，即轉換 為TM(T巧模，并將其反射回去，經過對稱Y分叉波導2從單模輸出波導3輸出。
[0025] 如圖1、圖3和圖4所示，所述的非對稱布拉格波導光柵4是通過在波導一側邊上 刻蝕一維矩形周期單元形成的，布拉格波導光柵4的周期滿足單模波導中的TE模和TM模 之間發生禪合的相位匹配條件，由于布拉格波導光柵4折射率的周期性微擾作用，使得波 導內的TE和TM模之間發生禪合。
[0026] 為滿足不同尺寸的單模波導內TE和TM模轉換的要求，需要設計不同的布拉格光 柵周期，可W通過W下公式獲得：
[0027]
(1)
[002引式中A為光柵的周期，0TE為單模波導TE模的傳播常數，0TM為單模波導TM模 的傳播常數。
[0029]如圖1所示一種實施例，本發明提及的基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器 由傳統的單模波導、對稱Y分叉波導和非對稱布拉格波導光柵構成，該器件所有組成部分 皆位于同一平面內。圖1中的所有單模波導1、3,對稱Y分叉波導2和非對稱布拉格波導光 柵4,皆采用圖2所示的脊形波導。
[0030] 實施例；
[0031] 如圖1和圖4所示，采用頂層娃厚為340皿、二氧化娃埋層2ym的絕緣層上娃 (SOI)材料，在完成晶圓表面清洗后，進行深紫外光刻或電子束直寫光刻獲得娃刻蝕掩膜， 通過兩次娃干法刻蝕，制作出內脊寬450皿和外脊寬5ym的娃脊形波導，外脊高為120皿。 所述的非對稱布拉格波導光柵的光柵齒是設計在波導的一個側邊上，即波導的一側邊刻蝕 布拉格波導光柵，矩形光柵齒為150nm，光柵齒的深度為220nm，光柵的周期為300nm。
[0032] 上述實施例中的光柵周期參數是針對450nm寬度的脊波導設計的，器件也適合其 它寬度的脊波導，也適用于不同的頂層娃厚度的脊波導，只需改變不同的光柵周期參數，模 式轉換功能即可實現。整個器件只需經過兩次刻蝕即可完成制作。
[0033] 上述【具體實施方式】用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的 精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范 圍。
【主權項】
1. 一種基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器，其特征在于：包括單模輸入波導、 對稱Y分叉波導、單模輸出波導，非對稱布拉格波導光柵；單模輸入波導和單模輸出波導分 別與對稱Y分叉波導的兩個分支波導連接，對稱Y分叉波導的主干波導與非對稱布拉格波 導光柵連接，單模輸入波導通過對稱Y分叉波導將TE/TM模式輸入到非對稱布拉格波導光 柵中，所述的非對稱布拉格波導光柵是通過在波導一側邊上刻蝕一維周期單元形成的，該 周期滿足單模波導中TE和TM模之間發生耦合的相位匹配條件，該非對稱布拉格波導光柵 將在其中傳輸的TE/TM模旋轉90度，轉換為TM/TE模，并將其反射回去，經過對稱Y分叉波 導從單模輸出波導輸出。2. 根據權利要求1所述的一種基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器，其特征在 于：所述的單模輸入波導、對稱Y分叉波導、單模輸出波導和非對稱布拉格波導光柵為支持 TE和TM模的脊形波導。3. 根據權利要求2所述的一種基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器，其特征在 于：所述的非對稱布拉格波導光柵的光柵齒設計在波導的一個側邊上。4. 根據權利要求2所述的一種基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器，其特征在 于：所述的構成非對稱布拉格波導光柵的周期單元形狀均為矩形。
【專利摘要】本發明公開了一種基于非對稱布拉格波導光柵的模式轉換器，包括一個對稱Y分叉波導、一段單模輸入波導、一段非對稱布拉格波導光柵、一段單模輸出波導，該布拉格波導光柵設計在脊波導的一側邊上，由于其折射率的周期性微擾作用，使得波導內的TE和TM模之間發生耦合，本發明實現了TE模和TM模之間的轉化功能，具有設計結構簡單、帶寬大、尺寸緊湊和制作容差大等特點；器件制作工藝具有CMOS工藝兼容性，使得器件易于集成和擴展，方便低成本制造，可廣泛應用于片上高密度集成的高速光通信系統。
【IPC分類】G02B6/12, G02B6/124, G02B6/14
【公開號】CN104950393
【申請號】CN201510381769
【發明人】邱暉曄, 陳梁潔, 賴國忠, 蘇玉霞
【申請人】龍巖學院
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年7月2日