[发明专利]基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器及制作方法

权利要求书

1.一种基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于，所述混频器包括一多模干涉区、连接于所述多模干涉区的输入端的三个输入波导以及连接于所述多模干涉区的输出端的三个输出波导，所述多模干涉区、输入波导及输出波导为亚波长光栅波导结构，其中，所述多模干涉区为光栅长度相等的亚波长光栅波导结构，所述输入波导为光栅长度逐渐增大的亚波长光栅波导结构，所述输出波导为光栅长度逐渐减小的亚波长光栅波导结构。

2.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：所述多模干涉区、输入波导及输出波导的亚波长光栅波导结构的周期及占空比相等。

3.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：通过调节亚波长光栅波导结构的光栅周期及占空比，以调控所述多模干涉区中不同模式的有效折射率，进而调节所述多模干涉区的拍长。

4.根据权利要求3所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：所述亚波长光栅波导结构的周期介于200纳米～500纳米之间，占空比介于0.2～0.5之间。

5.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：所述输入波导还包括穿透所述输入波导各光栅的锥形波导，所述锥形波导的宽度自所述输入波导的输入端朝所述多模干涉区逐渐减小，所述输入波导的输入端与用于与前置硅波导连接，将前置硅波导中的模式逐渐转变为亚波长光栅波导中的模式，以减小损耗。

6.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：所述输出波导还包括穿透所述输出波导各光栅的锥形波导，所述锥形波导的宽度自所述多模干涉区朝所述输出波导的输出端逐渐增大，所述输出波导的输出端与用于与后置硅波导连接，将亚波长光栅波导中的模式逐渐转变为后置硅波导中的模式，以减小损耗。

7.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：包括SOI衬底，所述多模干涉区、输入波导及输出波导通过刻蚀工艺形成于所述SOI衬底的顶层硅中。

8.根据权利要求7所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：还包括一二氧化硅上包层，所述二氧化硅上包层覆盖于所述多模干涉区、三个所述输入波导及三个所述输出波导的之上。

9.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：三个所述输出波导的输出光的相对相位差为120度。

10.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：所述120度光混频器的器件尺寸量级为10微米量级以下。

11.根据权利要求1所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，其特征在于：所述输入波导包含的光栅周期介于20～60个之间，总长度介于6微米～18微米之间，所述输出波导包含的光栅周期介于20～60个之间，总长度介于6微米～18微米之间，所述多模干涉区包含的光栅周期介于100～200个之间，总长度介于30微米～60微米之间。

12.一种如权利要求1～11任意一项所述的基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：

1)提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括依次层叠的硅衬底、绝缘层及顶层硅；

2)通过光刻工艺及刻蚀工艺于所述顶层硅中形成一多模干涉区、连接于所述多模干涉区的输入端的三个输入波导以及连接于所述多模干涉区的输出端的三个输出波导，所述多模干涉区、输入波导及输出波导为亚波长光栅波导结构，其中，所述多模干涉区为光栅长度相等的亚波长光栅波导结构，所述输入波导为光栅长度逐渐增大的亚波长光栅波导结构，所述输出波导为光栅长度逐渐减小的亚波长光栅波导结构；

3)于所述多模干涉区、三个所述输入波导及三个所述输出波导的之上形成二氧化硅上包层。