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CN116243421A - 一种光波导型移相器芯片 - Google Patents

一种光波导型移相器芯片 Download PDF

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CN116243421A
CN116243421A CN202310115507.0A CN202310115507A CN116243421A CN 116243421 A CN116243421 A CN 116243421A CN 202310115507 A CN202310115507 A CN 202310115507A CN 116243421 A CN116243421 A CN 116243421A
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CN
China
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optical waveguide
tapered
rectangular
length
phase shifter
Prior art date
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Pending
Application number
CN202310115507.0A
Other languages
English (en)
Inventor
陶青
王晓梁
魏良朋
刘顿
陈列
杨奇彪
娄德元
成健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubei University of Technology
Original Assignee
Hubei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hubei University of Technology filed Critical Hubei University of Technology
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
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Abstract

本申请公开了一种光波导型移相器芯片。该芯片包括三段矩形光波导和两段锥形光波导。输入矩形光波导、输出矩形光波导、中间矩形光波导和两段锥形光波导。输入矩形光波导经锥形光波导、中间矩形光波导和锥形光波导以及输出矩形光波导依次连接。输入矩形光波导和输出矩形光波导的三维尺寸一致。两段锥形光波导互为镜像，他们的三维尺寸一致。该芯片输入矩形光波导和输出矩形光波导的宽度为Ww为10μm，长度为Lw为905μm；中间矩形光波导的宽度为WL为16μm，长度为LS为146.77μm；两段锥形光波导的长度为LT为180μm，两段锥形光波导的边b和边c的长度为16μm，边a和边d的长度为10μm。

Description

一种光波导型移相器芯片
技术领域
本申请涉及光器件、集成光学的技术领域，尤其涉及一种光波导型移相器芯片。
背景技术
集成光波导器件是集成光芯片的重要组成部分，在实际的应用时，可以按照实现功能和所需光学元件结构，在同一个基底上集成不同功能的不同光学元件，实现协作控制光信号的传输，光芯片从而具有紧凑化、高性能化、轻量化等特性。集成光波导器件已经在光通信、光传感等领域获得实际应用，在光芯片的性能和制备工艺上表现出巨大优势。
与相关技术的光电系统相比，功耗和时延等劣势对实时通信和计算需求至关重要，针对传统集成光芯片结构较复杂、插入损耗较大、以及制备工艺上存在的缺陷。这时，发明一种新的光波导型移相器芯片极有必要。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种光波导型移相器芯片，结构简单，其材料具有优越性能，制备工艺具有超高的加工精度，大大改善了原有光芯片的系统尺寸、性能指标和加工效率。
本申请提供一种光波导型移相器芯片，在轴向包括输入矩形光波导、输出矩形光波导、中间矩形光波导和第一锥形光波导以及第二锥形光波导，所述输入矩形光波导依次经第一锥形光波导、中间矩形光波导和第二锥形光波导与输出矩形光波导连接。
可选地，所述输入矩形光波导和输出矩形光波导的三维尺寸一致。
可选地，所述第一锥形光波导与第二锥形光波导互为镜像分布，二者的三维尺寸一致。
可选地，内外方向上包括叠设的Su8胶芯层、空气包层和玻璃基底。
可选地，所述Su8胶芯层的折射率为1.56934@1550nm。
可选地，所述玻璃基底的折射率为1.47@1550nm。
可选地，所述Su8胶芯层的厚度为10μm，其厚度容差为9.1μm～10.9μm。
可选地，所述中间矩形光波导和第一锥形光波导提供的相位变化分别为：
Figure BDA0004078497560000021
Figure BDA0004078497560000022
其中ΔφR为中间矩形光波导的相位变化，ΔφT为第一锥形光波导的相位变化；w0和w1为修正因子，λ0代表工作波长；WL和LS分别代表中间矩形光波导的宽度和长度；Ww代表输入矩形光波导的宽度；δW代表穿透深度；nr为Su8胶芯层的折射率，nc为空气包层的折射率；LT为第一锥形光波导的长度；
Figure BDA0004078497560000023
为第一锥形光波导、第二锥形光波导的锥度斜率。
可选地，第一锥形光波导、第二锥形光波导的长度LT与中间矩形光波导宽度WL满足：
Figure BDA0004078497560000024
其中w2是修正因子，中间矩形光波导宽度WL和第一锥形光波导的边b、第二锥形光波导的边c的容差为15.5-16.5μm，第一锥形光波导、第二锥形光波导的长度LT＝18μm；
且中间矩形光波导的长度LS与第一锥形光波导、第二锥形光波导的长度LT满足：
LS＝1.2237LT+367.036；
其中，中间矩形光波导长度LS为146.77μm、宽度WL为16μm；边a和边d长度为10μm、边b和边c长度为16μm；输入矩形光波导和输出矩形光波导的长度Lw都为905μm、宽度Ww都为10μm；输入矩形光波导和输出矩形光波导的宽度Ww及第一锥形光波导的边a、第二锥形光波导边d长度的容差为9.1-10.9μm。
与相关技术相比，本申请至少具有如下技术效果或优点：
1、本申请提供的一种光波导型移相器芯片，是由三段矩形光波导和两段锥形光波导组成，具有非常简单的结构，可以减少传播损耗和系统尺寸。
2、本申请提供的一种光波导型移相器芯片，其Su8胶芯层是利用Su8负光刻胶制备而成，Su8负光刻胶具有热稳定性高、损耗低、易于与基底兼容、价格低廉等特点，更适合批量生产，可显著降低制造工艺成本。
综上所述，应用本申请的技术方案克服了传统集成光芯片结构较复杂、插入损耗较大、以及制备工艺上存在的缺陷，实现了集成光芯片的高性能化、轻量化等特性。
对于目前的集成光芯片，推广使用本申请的技术方案，顺应了时代发展，满足其高性能、高精度的需求。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请涉及的光波导型移相器芯片的侧视结构示意图。
图2为本申请涉及的光波导型移相器芯片的俯视结构示意图。
其中，图中元件标识如下：
1-Su8胶芯层；2-空气包层；3-玻璃基底；4-输入矩形光波导；5-输出矩形光波导；6-中间矩形光波导；7-第一锥形光波导；8-第二锥形光波导。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请涉及的光波导型移相器芯片，是由Su8胶芯层1、空气包层2和玻璃基底3三种材料组成，其侧视结构如图1所示。其中，Su8胶芯层1是利用Su8负光刻胶制备而成，折射率为1.56934@1550nm。所述玻璃基底3采用高硼硅玻璃制备，其折射率为1.47@1550nm。
所述Su8胶芯层1的厚度为10μm，厚度容差范围为9.1μm～10.9μm。
所述光波导型移相器芯片包括输入矩形光波导4、输出矩形光波导5、中间矩形光波导6和第一锥形光波导7以及第二锥形光波导8，其俯视结构如图2所示。其中，芯片的输入矩形光波4经第一锥形光波导7、中间矩形光波导6和第二锥形光波导8以及输出矩形光波导5依次连接。输入矩形光波导4和输出矩形光波导5的三维尺寸一致。第一锥形光波导7和第二锥形光波导8互为镜像，他们的三维尺寸一致。
所述中间矩形光波导6和第一锥形光波导7提供的相位变化分别为：
Figure BDA0004078497560000051
Figure BDA0004078497560000052
其中ΔφR为中间矩形光波导6的相位变化，ΔφT为第一锥形光波导7的相位变化；w0和w1为修正因子，λ0代表工作波长；WL和LS分别代表中间矩形光波导(6)的宽度和长度；Ww代表输入矩形光波导(4)的宽度；δW代表穿透深度；nr为Su8胶芯层1的折射率，nc为空气包层2的折射率；LT为第一锥形光波导7的长度；
Figure BDA0004078497560000053
为第一锥形光波导7和第二锥形光波导8的锥度斜率。
所述第一锥形光波导7的长度LT与中间矩形光波导6宽度WL满足：
Figure BDA0004078497560000054
其中w2是修正因子，中间矩形光波导6宽度WL和第一锥形光波导7边b和第二锥形光波导8的边c的容差为15.5-16.5μm，第一锥形光波导7和第二锥形光波导8的长度LT＝18μm；
且中间矩形光波导6的长度LS与第一锥形光波导7的长度LT满足：
LS＝-1.2237LT+367.036；
其中，中间矩形光波导6的长度LS为146.77μm、宽度WL为16μm；边a和边d长度为10μm、边b和边c长度为16μm；输入矩形光波导4和输出矩形光波导5的长度Lw都为905μm、宽度Ww都为10μm；输入矩形光波导4和输出矩形光波导5的宽度Ww及第一锥形光波导7的边a和第二锥形光波导8的边d长度的容差为9.1-10.9μm。
本申请实施例提供的一种光波导型移相器芯片至少包括如下技术效果：
(1)本申请具有非常简单的结构，大大改善了传播损耗和系统尺寸；
(2)本申请制备所使用的材料热稳定性高、损耗低、易于与基底兼容、价格低廉，更适合批量生产，显著降低了制造工艺成本。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光波导型移相器芯片，其特征在于，在轴向包括输入矩形光波导(4)、输出矩形光波导(5)、中间矩形光波导(6)和第一锥形光波导(7)以及第二锥形光波导(8)，所述输入矩形光波导(4)依次经第一锥形光波导(7)、中间矩形光波导(6)和第二锥形光波导(8)与输出矩形光波导(5)连接。
2.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述输入矩形光波导(4)和输出矩形光波导(5)的三维尺寸一致。
3.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述第一锥形光波导(7)与第二锥形光波导(8)互为镜像分布，二者的三维尺寸一致。
4.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，内外方向上包括叠设的Su8胶芯层(1)、空气包层(2)和玻璃基底(3)。
5.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述Su8胶芯层(1)的折射率为1.56934@1550nm。
6.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述玻璃基底(3)的折射率为1.47@1550nm。
7.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述Su8胶芯层(1)的厚度为10μm，其厚度容差为9.1μm～10.9μm。
8.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述中间矩形光波导(6)和第一锥形光波导(7)提供的相位变化分别为：
Figure FDA0004078497550000011
Figure FDA0004078497550000012
其中ΔφR为中间矩形光波导(6)的相位变化，ΔφT为第一锥形光波导(7)的相位变化；w0和w1为修正因子，λ0代表工作波长；WL和LS分别代表中间矩形光波导(6)的宽度和长度；Ww代表输入矩形光波导(4)的宽度；δW代表穿透深度；nr为Su8胶芯层(1)的折射率，nc为空气包层(2)的折射率；LT为第一锥形光波导(7)的长度；
Figure FDA0004078497550000013
为第一锥形光波导(7)和第二锥形光波导(8)的锥度斜率。
9.根据权利要求1所述光波导型移相器芯片，其特征在于，所述第一锥形光波导(7)和第二锥形光波导(8)的长度LT与中间矩形光波导(6)宽度WL满足：
Figure FDA0004078497550000021
其中w2是修正因子，中间矩形光波导(6)宽度WL和第一锥形光波导(7)的边b和第二锥形光波导(8)的边c的容差为15.5-16.5μm，第一锥形光波导(7)和第二锥形光波导(8)的长度LT＝18μm；
且中间矩形光波导(6)的长度Ls与第一锥形光波导(7)和第二锥形光波导(8)的长度LT满足：
LS＝-1.2237LT+367.036；
其中，中间矩形光波导(6)的长度LS为146.77μm、宽度WL为16μm；边a和边d长度为10μm、边b和边c长度为16μm；输入矩形光波导(4)和输出矩形光波导(5)的长度Lw都为905μm、宽度Ww都为10μm；输入矩形光波导(4)和输出矩形光波导(5)的宽度Ww及第一锥形光波导(7)的边a和第二锥形光波导(8)的边d长度的容差为9.1-10.9μm。
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