[发明专利]基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导的微环谐振器及其制备方法

说明书

一种基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导的微环谐振器及其制备方法，属于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导集成芯片制备技术领域。从下至上由Si衬底、SiO₂下包层、条形聚合物芯层和聚合物平板层组成；条形聚合物芯层由微环谐振部分和耦合部分组成；微环谐振部分由第一弯曲波导、第一直波导、第二弯曲波导和第二直波导顺次连接组成，为跑道型微环结构；耦合部分由输入直波导、第三直波导和输出直波导顺次连接组成，第二直波导和第三直波导构成定向耦合器。本发明的微环谐振器具有损耗低、结构紧凑、制备工艺简单、成本低等优点，在光网络中可以用于制备开关、滤波器、调制器，在传感领域实现温度、折射率、生物传感等传感功能。

技术领域

本发明属于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导集成芯片制备技术领域，具体涉及一种基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导的微环谐振器及其制备方法。

背景技术

为了满足人们日常生活中对信息传递容量的需求，以光为媒介的通信方式在通信系统中，起到了越来越大作用。在平板光波导(Planar Lightwave Circuit,PLC)器件的研究中，根据芯层材料的不同主要分为二氧化硅基PLC、磷化铟PLC和聚合物PLC三大类，其中聚合物PLC具有着较大的热光系数(-1.86×10^-4K^-1)，制备工艺简单，成本极低等优点被广泛的应用在平板光波导器件当中，特别是可变光衰减器、光开关、可调谐滤波器等有源平板光波导器件。

通常，制备聚合物PLC的工艺为在接触式曝光之后，湿法刻蚀形成芯层，再旋涂聚合物包层，通过加热固化退火的过程，实现芯层包层的紧密接触，制备波导器件。然而聚合物芯层、包层中存在相同的溶剂，这会使得在加热固化的过程中，会使得芯层、包层互溶，从而使得端面侧壁不陡直，芯层变得圆润，引入光斑模式的变化，轻则产生额外的损耗，重则导致器件功能失效。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导的微环谐振器及其制备方法。本发明首先在二氧化硅下包层中通过电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)刻蚀的方法刻蚀出一个凹槽，再在凹槽和二氧化硅下包层上旋涂聚合物，形成倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导结构，由于凹槽结构是二氧化硅材料，不会与芯层聚合物发生反应，所以形成的芯层波导侧壁陡直、光滑，形成的器件损耗也随之降低。

本发明所述的基于倒脊型二氧化硅/聚合物混合波导的微环谐振器，从下至上由Si衬底(1)、SiO₂下包层(2)、条形聚合物芯层(3)和聚合物平板层(4)组成；条形聚合物芯层(3)被包覆在SiO₂下包层(2)之中，聚合物芯层(3)的上表面与SiO₂下包层(2)的上表面位于同一平面；条形聚合物芯层(3)由微环谐振部分(100)和耦合部分组成；其中，微环谐振部分(100)由第一弯曲波导(101)、第一直波导(102)、第二弯曲波导(103)和第二直波导(104)顺次连接组成，为跑道型微环结构；耦合部分由输入直波导(201)、第三直波导(202)和输出直波导(203)顺次连接组成，第二直波导(104)和第三直波导(202)构成定向耦合器(200)；第二弯曲波导(103)的输入端与第二直波导(104)的输出端连接，第二弯曲波导(103)的输出端连接第一直波导(102)的输入端，第一直波导(102)的输出端连接第一弯曲波导(101)的输入端，第一弯曲波导(101)的输出端连接第二直波导(104)的输入端；宽谱光源输出的光信号耦合进入输入直波导(201)，经过定向耦合器(200)的耦合作用分成两束光，一部分光耦合进入第二直波导(104)，从而进入微环谐振部分(100)，另一部分光从输出直波导(203)输出；耦合进入微环谐振部分(100)的光，其中满足微环谐振条件的波长的光(在微环谐振部分(100)传输一周相位的改变为2π的整数倍的光)将在环中传输，不再通过定向耦合器(200)耦合进入第三直波导(202)；而不满足微环谐振条件的波长的光，将通过定向耦合器(200)耦合进入第三直波导(202)，相同波长的光强度线性叠加后从输出直波导(203)中输出。