[发明专利]一种多层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器

说明书

一种多层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器，属于光子集成技术领域。电光调制下，由衬底层、包覆层、第三层波导芯层、第二层波导芯层、第一层波导芯层、金属电极及其连接线、填充金属的介质孔、N型掺杂区和P型掺杂区组成；热光调制下，由衬底层、包覆层、第三层波导芯层、第二层波导芯层、第一层波导芯层、金属电极及其连接线组成。通过采用弯曲波导连接的方式使得第一层波导芯层、第二层波导芯层和第三层波导芯层间设置有信号交互单元，在信号交互单元存在层间定向耦合效果。在电光调制或热光调制时，层间耦合系数最低，使得入射光保持传播路径不变，沿入射端所在层的波导进行传输，从而实现三层堆栈光子集成芯片的可重构信号交互功能。

技术领域

本发明属于光子集成技术领域，具体涉及一种多层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器。

背景技术

随着云计算、大数据和物联网信息处理速度的逐年提升，电子集成芯片已经无法完全支持如此高的信息密度和网络带宽，采用CMOS工艺制备的光子集成芯片由于具有更强的信息处理能力和更快的数据传输速率已受到广泛关注。随着全球光纤信息网络化的迅猛发展，基于光波导集成技术的光子芯片已被广泛用于高速光通信系统的构建中。目前商用的光子芯片主要以单层平面光波导集成回路构成，这限制了芯片单位尺寸内光信息量的扩容、信道数的拓展和光信号交互的灵活性。而实现多层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器的设计与开发是解决其问题的关键。相关技术可实现光子模块中高速高密度片上光互连的三维集成构想，在超级计算机、光子雷达、光量子通信等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有单层平面光波导技术的不足，提出了一种多层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器，通过对层间光波导有效折射率的电光及热光调制效应，利用光波导耦合技术，实现多层间光信号的灵活交互，解决高速高密度片上光互连中可重构三维集成的技术难点。

本发明以三层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器为例，为解决上述难点问题，采用以下技术方案：

如附图1所示，电光调制下，一种三层堆栈可重构光子集成信号交互耦合器由衬底层1、包覆层2、第三层波导芯层3、第二层波导芯层4、第一层波导芯层5、金属电极及其连接线6(每个金属电极及其连接线6均分为两部分，一部分接外部电源负电极、另一部分接外部电源正电极)、填充金属的介质孔7(介质孔7用于电极6与N型掺杂区8、P型掺杂区9间的电连接)、N型掺杂区8和P型掺杂区9组成。

在电光调制下，本发明所述耦合器由底层向上排列顺序依次为衬底层1、包覆层2、第三层波导芯层3、包覆层2、第二层波导芯层4、包覆层2、第一层波导芯层5、金属电极及其连接线6，并且第一层波导芯层5、第二层波导芯层4、第三层波导芯层3刻蚀后的空间均由包覆层2填充；第一层波导芯层5、第二层波导芯层4、第三层波导芯层3均为脊型结构，所述的脊型结构的截面如附图1(b)、1(c)中3、4、5所示，由上、下两个尺寸不同的长方形波导组合而成，底部长方形波导的宽度为脊型结构的宽度，底部长方形波导的高度为脊型波导的高度，顶部长方形波导的宽度为芯层波导的宽度，底部长方形波导的高度和顶部长方形波导的高度之和为芯层波导的高度。