[发明专利]一种波导器件

说明书

本公开提供一种波导器件，包括：衬底；位于所述衬底上的波导层；至少部分覆盖所述波导层的包覆层；其中，所述波导层中至少有一段波导为以下波导中的一种：基于Hermite曲线的弯曲波导、基于B样条曲线的弯曲波导和基于Hermite曲线的锥形波导。本公开提供的波导器件，不仅能保持良好的单模传输特性、超低传输损耗和超低的高阶模式激发比等优势，并且结构尺寸小，可以大大提高光电器件的集成度，从而进一步降低成本，适用于大规模量产。

技术领域

本公开涉及半导体光电技术领域，具体涉及一种波导器件。

背景技术

随着5G、云计算和大数据的快速发展和广泛应用，数据中心作为未来网络的控制节点和内容载体，正在经历着云端化和ICT(信息通信技术)融合带来的巨大变革。而随着数据中心的规模化发展，云计算数据中心网络拓扑的持续升级演进，对数据中心光互连技术提出了更高的要求。硅光技术以其材料特性和与CMOS工艺相兼容的先天优势，能够很好的满足数据中心对更低成本、更高集成、更低功耗、更高互联密度等要求。一般而言，硅基光互连的核心技术是在硅基上实现各种光功能器件的集成分布，分立器件主要有硅基激光器、电光调制器、光电探测器、滤波器、波分复用器、耦合器、分光器等。而实现这些功能器件的基本结构是硅基光波导结构，波导连接不同的光学组件，实现光传递。依据波导的几何形状，波导可分为弯曲波导和直波导。

弯曲波导是提高集成光学集成度的重要组件。它可以实现连接非共线光学组件，改变光束的传播方向，当传输损耗低于一定阈值时，其它形式的损耗将起主导作用。因此，欲实现小尺寸、低损耗的弯曲波导，需要分析光束在弯曲波导部分的模式传输特性和损耗特性，降低其它形式损耗。弯曲波导部分将会出现基模和高阶模之间耦合现象，由于模式之间耦合，会引起一定程度的损耗。故实现光在较小弯曲半径的低损耗传输，从而提高集成光学的集成度是弯曲波导今后的发展趋势。

目前，为了实现低损耗的弯曲波导，弯曲半径通常是百微米量级，优势是具有较小的双折射现象、低的界面损耗、工艺容忍度较大、与标准光纤耦合损耗较小、制造成本低。当弯曲半径小于100μm时，通常选用高折射率对比材料，可有效减少弯曲波导部分损耗。但是为了提高集成度，需要进一步降低弯曲波导半径。在降低弯曲波导半径到亚微米尺寸时，具有强烈的偏振的敏感度，对于沿着不同轴向的光的偏振具有不同响应，并且有背景反射和串扰现象；需要昂贵的制造设备和较小的工艺误差。因此，如何获得低损耗、宽响应、小弯曲半径的弯曲波导是研究重点。

除此之外，在片上光子系统中，通常会用到不同宽度的直波导，而不同宽度直波导之间的光波传输和模式转换就需要用到模斑转换器，从而确保光波以某一特定的模式低损耗地传输。在集成光子系统中，大部分器件需要保持基模的单模传输状态，就需要将高阶模式不断地转化成基模。而模式转换损耗主要来自于模场之间的不匹配引起的损耗。在弯曲波导和直波导连接部分，由于模场之间的不匹配将会引起一定程度的损耗。传统方法中通常将模场转换器设计成一个简单的突变的折线轮廓，并使其两端宽度分别对应需要连接的直波导的宽度，这种方法设计起来简单但是有很多限制，模场转换器轮廓线与其连接的直波导轮廓线在连接点处会形成折线，而如果将模场转换器设计的太短，则形成的折线夹角的角度会过小，这会激发高阶模同时增加基模的损耗。所以传统方法设计是通过增加锥形(taper)波导的长度来减少连接点处形成的折线角，进而降低基模损耗和高阶模的模式激发比，但这不益于片上光子系统的小型化，制约着片上光子系统的集成度的提高。

因此，提供一种具有单模超低损耗传输或转换的波导器件，以解决现有波导中传输损耗大、模式间串扰严重等问题实属必要。

发明内容

本公开的目的是提供一种波导器件，能够实现超低损耗的基模传输，具有结构尺寸小和超低的高阶模式激发比等优势。

本公开实施例提供一种波导器件，包括：

衬底；

位于所述衬底上的波导层；

至少部分覆盖所述波导层的包覆层；