[发明专利]一种锥形波导及硅基芯片

说明书

一种锥形波导，包括中心波导(10)以及设置在该中心波导两侧的浅刻蚀条波导(20)，其中，每个浅刻蚀条波导(20)为宽度渐变的结构，浅刻蚀条波导(20)沿其长度方向远离中心波导(10)的外形线为没有突变的内凹弧形。该锥形波导的有效折射率变化相对缓慢，有效减小了器件插损；同时，在浅刻蚀条波导宽度较大的区域长度比较短，有效减小了器件长度，有利于器件的小型化。还披露了一种硅基芯片。

技术领域

本发明涉及到通讯的技术领域，尤其涉及到一种锥形波导及硅基芯片。

背景技术

随着互联网的发展，特别是云计算、云存储、移动互联网的兴起，对于通信网络的传输速率和通信质量提出了更高的要求，现有的电交换由于背板、能耗等技术的限制已经不能满足交换容量持续增长的需求。全光交换和全光信号处理具有低能耗，大容量等优点，是未来宽带通信的发展方向。

硅基光电子作为全光信号处理中的一种主流技术，将激光器、调制器、探测器和光开关等器件统一制作到绝缘体硅(SOI)材料上，即为硅基芯片。硅基光芯片具有高带宽、低功耗、与现有的CMOS工艺兼容的优点，是未来全光交换的发展方向和关键技术。

波导是硅基芯片中最基础的一种结构，用于连接和构成各种器件。波导由高折射率材料组成的芯层，以及低折射率材料组成的衬底和包覆层构成，芯片的基底通常是硅基。

矩形波导和脊形波导是硅基芯片中常见的两种波导：矩形波导的芯层截面为矩形，如图2所示，多用于连接各种器件；脊形波导由高度较高的中心波导 1和两侧高度较低的浅刻蚀条波导2组成，如图3所示，多用于功能器件中，在MMI，DC(定向耦合器)、PBS(偏振分束器)、PR(偏振转换器)、光开关、调制器(PN结波导是脊形波导)中都可能出现。

为了连接矩形波导和脊形波导，就需要使用锥形波导，所以锥形波导也是硅基芯片中应用十分广泛的一种基础器件。

现有的连接矩形波导和脊形波导的锥形波导采用的均是直线型结构：即锥形波导的宽度随长度均匀增加。直线型锥形波导如图1所示。其包含基底4，设置在基底4上的衬底3、中心波导1及浅刻蚀条波导2，以及包裹中心波导1 及浅刻蚀条波导2的包覆层5，其中，浅刻蚀条波导2对称设置在中心波导的两侧，锥形波导宽度等于两侧脊波导宽度与中心波导宽度之和。

对于直线型的锥形波导，浅刻蚀条波导的宽度与锥形波导的长度满足线型变化关系，而波导的有效折射率与浅刻蚀条波导的宽度不满足线型变化关系，因而波导的有效折射率与锥形波导的长度也不满足线型变化关系。

采用直线型结构的锥形波导，其浅刻蚀条波导宽度较小(例如0-0.3um) 的区域在整体长度中占比较低，然而其对应的有效折射率变化又比较大，导致插损较大；其浅刻蚀条波导宽度较大(例如0.3-1um)的区域在整体长度中占比较高，但有效折射率变化不大，不能降低器件的插损，反而增加了器件的长度。

缺点一：浅刻蚀条波导宽度较小的区域对应长度比较短，有效折射率变化剧烈，导致器件的插损比较大。

缺点二：浅刻蚀条波导宽度较大的区域长度比较长，但有效折射率没有明显变化，其对于降低损耗作用不明显，却导致器件整体长度比较长。

发明内容

本发明提供了一种锥形波导及硅基芯片，用以降低锥形波导的耗损，并降低锥形波导的长度。

第一方面，提供了一种锥形波导，该锥形波导包括中心波导以及设置在所述中心波导两侧的浅刻蚀条波导，其中，每个浅刻蚀条波导为宽度渐变的结构，所述浅刻蚀条波导沿其长度方向的远离所述中心波导的一侧的外形线为内凹弧形。

结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述锥形波导的浅刻蚀条波导宽度随长度变化关系满足锥形波导的有效折射率随长度均匀变化的规律。