[发明专利]平面光集成可重构光分插复用器

说明书

技术领域

本发明是一种平面光集成可重构光分插复用器(ROADM)，属于集成光电器件技术领域。

背景技术

光分插复用器是一种复合型器件，通常包括波分解复用/复用器，光开关，光衰减器和光检测器。目前已有的制造技术，大致可分为分立微光元件技术、微机电系统(MEMS)技术及平面光波导(PLC)技术等。分立微光元件通常体积较大，由单件分立微光元件复合后制成的光分插复用器损耗较大，生产成本较高。而采用微机电系统和平面光波导技术制造的光分插复用器适合光路的集成化和模块化发展的需要，可以实现缩小体积、降低成本、提高集成度和大批量生产的目标。虽然微机电系统的光分插复用器也可以实现小型化和集成化，但存在运动部件，其稳定性和可靠性不如平面光波导器件。采用平面光波导技术制造的可重构光分插复用器工艺日趋成熟、性能稳定可靠。如电路向集成化发展成为电路集成芯片一样，光路也正在走向集成化，发展成为光路集成芯片，并在此基础上进一步实现光电一体化和模块化。

现有的光分插复用器大部分都是由分立微光元件复合制成的，其分插频率或波长是固定的，其信道不能根据通信系统的要求进行重组，属于不可重构型的光分插复用器，换言之，不同分插频率或波长的光信号需要配上不同光路结构的光分插复用器，因此其实用性和经济性受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成度高、体积小、重量轻、性能稳定可靠控制灵活方便的可重构型光分插复用器，其分插频率或波长可根据通信系统的要求随时进行转换和控制，适用干密集波分复用光通信系统的长距离干线传输网、环形城域网和局域接入网，可实现系统网络设备的在线升级，不中断业务扩容，系统配置灵活，组网经济。

本发明的方案是设计一个多层晶圆结构，其光波导采用硅基沉积二氧化硅的化学气相沉积半导体加工技术和工艺制作，波导光芯沉积在硅基晶圆上，并置于折射率和厚度都不同于波导光芯的二氧化硅衬垫和覆盖包层中，其衬垫和覆盖包层的折射率略小于光芯的折射率，厚度则是波导光芯的三到五倍；加热和导电金属薄膜层采用溅射工艺制作；防金属氧化保护层的制作采用化学气相沉积工艺；隔热槽和光电二极管芯片嵌入槽采用深度化学蚀刻工艺制成。在光电回路结构上，将可重构光分插复用器设计成一个多功能复合型的模块器件，集成了包括密集波分解复用器/复用器光路、分插信道光路，阵列光开关光路、可调光衰减器和光检测器光电回路。

本发明与现有技术比较具有如下优点：

1采用多层晶圆半导体加工技术和工艺制作的可重构光分插复用器，克服了现有分立微光体块元器件在生产工艺和器件性能上存在的稳定性和可靠性问题，提高了器件的生产效率和性能。采用平面波导工艺制作的器件不但集成度高、体积小，重量轻、损耗小，而且适合大批量生产、成本低。

2采用平板波导和平面阵列波导结构设计的波分解复用/复用器的多信道光路是并联的，其插入损耗小，可实现密集频率或波长信号的分插复用功能。由传统分立微光体块元器件构成的波分解复用/复用器的信道光路是串联的，由于其插入损耗大，无法实现多信道密集频率或波长信号的分插复用功能。

3采用2×2拓扑结构光耦合器构成的阵列光开关集成光路，可根据电子控制系统的指令，转换或重组光信号的传输信道。

4采用带导电和加热层结构设计的马赫-曾德干涉仪构成可调光衰减器集成光电回路，利用波导光芯二氧化硅材料的热光效应，通过电子控制电路，可灵活方便地调节输出光信号的强度，调节精度高，性能稳定可靠且无运动部件。

5采用深度蚀刻技术加工制成的隔热槽，可隔离衰减器上、下光支路之间的热传导以及多路信道之间的交叉热传导，提高了衰减器的调节深度，减小了可调光衰减器多路信道间的串扰。

6采用深度蚀刻技术加工制成的光电二极管芯片嵌入槽，可将光电二极管芯片集成电路镶嵌在集成光路中，将光信号转换成电信号，使集成模块器件结构更加紧凑，可进一步提高器件的集成度，减小光检测回路的损耗。

7采用镶嵌在嵌入槽中的光电二极管芯片集成电路和光耦合器采样光路构成的光检测器，线性度好、检测精度高、速度快，并可作为可调光衰减器的自动反馈控制信号。

附图说明

本发明有如下附图：

图1是本发明多层晶圆结构截面示意图。

图2是本发明可重构光分插复用器结构示意图。

图中1波导光芯：         二氧化硅平面光波导，传输光信号；

2衬垫：                   置于光芯底部，折射率略小于光芯的二氧化硅衬垫；