[发明专利]基于SiON波导的离子交换可调制光分路器及其制备工艺

说明书

本发明涉及集成光学分路器领域，公开了基于SiON波导的离子交换可调制光分路器及其制备工艺，包括包括第一金属电极、离子交换区域、SiO2上包层、SiON波导、第二金属电极、SiO2下包层和硅基底。第一金属电极位于离子交换区域的上表面，离子交换区域位于SiON波导的上表面，且离子交换区域置于SiO2上包层之内，SiON波导位于硅基底的上方，SiON波导的上表面与SiO2上包层的下表面相接触，SiON波导的下表面与SiO2下包层的上表面相接触，SiO2下包层位于第二金属电极的上表面，第二金属电极贴合于硅基底的上表面，通过两块金属电极形成的电容电场对离子交换区域的掺杂离子向SiON波导扩散进行控制，以实现对波导传播模式以及分路器分光比的调制目的。

技术领域

本发明涉及集成光学分路器领域，具体涉及基于SiON波导的离子交换可调制光分路器及其制备工艺。

背景技术

随着科学技术的不断进步与发展，通信技术的研究也取得了较大的突破，而光通信网络作为基础网络的关键，在通信网络中占据着核心的地位。其中光传输技术是一项兼具信息传输功能与独立存储交换功能的新一代网络通信技术，在光通信网络中扮演着重要的角色。在光通信以及光传输网络中，光分路器通常被用来实现光信号传输方向的改变以及不同支路光信号功率的分配等功能，是FTTx(光纤到x)光纤接入网技术中FTTH(光纤到户)不可或缺的关键集成光学器件。

平面单片集成光子技术又称平面光路(Planar lightwave circuit,PLC)。用于制作平面光路的光波导材料体系主要有离子交换玻璃基体系，Si/SiO2，GeO2-SiO2/SiO2，lnGaAsP/lnP，SiON/SiO2等。随着光传输链路的高度集成化，大规模集成光子系统中对光分路器件的尺寸小型化提出了更高的要求。在平面光波导系统中，光波导器件大多采用弯曲波导进行连接，其中弯曲波导半径的大小将决定整个平面光波导系统的尺寸，波导弯曲半径减小，平面光波导系统尺寸也将随之缩小，但其也将导致波导弯曲损耗的上升。高折射率反差(波导芯层与限制层)的平面波导材料体系将有利于降低波导的弯曲损耗，且高折射率反差的波导材料体系具有更好的限制波导模式的能力，因此具有高折射率反差的氮氧化硅(SiON)平面光波导体系或将成为大规模集成光子系统的关键器件。

随着大数据时代和5G通信技术的发展，SiON平面光波导分路器目前已在数据中心光互连网络以及通信基站建设中得到广泛应用，成为了无源光传输网络中最关键的无源器件之一。但目前基于SiON平面光波导分路器因缺乏调制手段而难以满足多种应用场景的需求，由于SiON平面光波导的上下限制层为SiO2，导致其难以通过离子交换实现电场控制波导传播模式，目前的解决方案大多利用SiON材料的热光效应对波导进行加热调制，该调制手段响应速度较慢，且在调制过程中产生较高的功耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的缺陷而提供基于SiON波导的离子交换可调制光分路器及其制备工艺。该分路器能够通过两个金属电极形成的电容电场从而对光分路器中离子交换过程进行控制，实现控制波导传播模式的目的，该调制手段的响应速度快、功耗较低。

为实现上诉目的，本发明提供如下两种技术方案：

第一种技术方案：基于SiON波导的离子交换可调制光分路器，包括第一金属电极、离子交换区域、SiO2上包层、SiON波导、第二金属电极、SiO2下包层和硅基底。

所述第一金属电极位于离子交换区域的上表面，离子交换区域位于SiON波导的上表面，且离子交换区域置于SiO2上包层之内，SiON波导位于硅基底的上方，SiON波导的上表面与SiO2上包层的下表面相接触，SiON波导的下表面与SiO2下包层的上表面相接触，SiO2下包层位于第二金属电极的上表面，第二金属电极位于硅基底的上表面。

所述第一金属电极与第二金属电极外接电源形成电容电场，进而能够对离子交换区域中的离子扩散进行调控。

所述SiON波导的结构能够制备成马赫-曾德尔干涉仪、定向耦合器或Y分支。