[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

说明书

本发明提供一种基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器及制作方法，混频器包括一多模干涉区、连接于多模干涉区的输入端的三个输入波导以及连接于多模干涉区的输出端的三个输出波导，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，多模干涉区为光栅长度相等的亚波长光栅波导结构，输入波导为光栅长度逐渐增大的亚波长光栅波导结构，输出波导为光栅长度逐渐减小的亚波长光栅波导结构。本发明可在较小的多模干涉区的长度下在输出端口实现120度光混频操作。与传统的多模干涉耦合器结构相比，本发明采用亚波长光栅波导结构的光混频器可以有效减小器件尺寸、提高集成度，同时可以实现超大带宽、低相位偏差的光混频器。

技术领域

本发明属于半导体制造及光通讯领域，特别是涉及一种基于亚波长光栅波导结构的120 度光混频器及制作方法。

背景技术

相干光通信是一种重要的现代通信方式，其中相干光接收机是相干光通信系统最重要的设备之一。在相干光接收机中，接收到的相干光信号与本地振荡器产生的光信号进行混频再输出到光电探测器，转化为电信号输出。其中，光混频器是相干光接收机最重要的组件之一。当前，集成化地实现光混频器的主要选择是多模干涉耦合器(MMI)，传统的MMI都是基于介质光波导的，其器件尺寸在百微米量级，不易于进一步提升芯片的集成度。

在相干光接收机中，可以使用带有三个单端光电探测器的光混频器来实现120度光混频器的功能完成相干检测。与90度光混频器相比，120度光混频器具有更大的工作带宽与制造容差。目前已经报道了基于多种材料工艺平台的3×3多模干涉耦合器(MMI)型120度光混频，诸如InP、SOI、SiO₂。SOI工艺平台具有集成度高、与CMOS工艺兼容等优点而备受青睐。然而，基于传统SOI平台的MMI耦合器型120度光混频器的器件尺寸较大，工作带宽受到限制。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于亚波长光栅波导结构的 120度光混频器及制作方法，用于解决现有技术中120度光混频器的器件尺寸较大，工作带宽受到限制的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于亚波长光栅波导结构的120度光混频器，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。