[发明专利]双平行狭缝波导模斑变换器及其制备方法

说明书

本公开提供一种双平行狭缝波导模斑变换器及其制备方法，器件包括：衬底，埋氧层，形成于衬底上；芯片层，形成于埋氧层上；其中，芯片层上刻蚀有波导结构，从芯片层的一端到另一端，波导结构包括依次连接的周期光栅、过渡区和有源调制区，有源调制区中形成有双平行狭缝结构；周期光栅用于将光转化为垂直耦合出射，过渡区和有源调制区用于将波导结构中的光场模式转化为双狭缝波导模式。该双平行狭缝波导模斑变换器耦合效率高，耦合损耗低，并且器件尺寸小，易于封装。

技术领域

本公开涉及集成光电子、光耦合、光通信、光调制技术领域，尤其涉及一种双平行狭缝波导模斑变换器及其制备方法。

背景技术

随着移动互联网、云计算、大数据的日渐繁荣，5G通信等新兴应用不断涌现，高速数据传输需求日益强烈。在骨干网和下一代数据中心，由于电子芯片遇到速率瓶颈，而光电子芯片因其低功耗、高带宽特性成为了发展的重点。随着现代通讯系统的发展，对光纤通信系统提出了更高的要求，其中，大规模光电子集成技术成为最佳解决方案之一，其性能、成本、集成度等方面均优势明显，成为了光互连领域研究热点，而模斑变换结构作为减小光学损耗的重要器件，成为了研究的重要课题。

目前使用的模斑变换器分为两种，一种是端面耦合结构，另一种为垂直耦合结构，光波导的尺寸通常为亚微米级别，比普通的单模光纤模式尺寸小几百倍，但这些纳米波导的模式与光纤模式耦合会发生严重的模式失配，增加光纤到器件的耦合损耗。并且，传统端面耦合大多采用倒锥形波导结构绝热，增加了传播光束的模斑，而垂直光栅耦合增通过亚波长光栅将光衍射到片上波导，难于封装。

发明内容

针对现有技术问题，本公开提出一种双平行狭缝波导模斑变换器及其制备方法，用于至少部分解决现有模斑变换器中耦合损耗高、耦合效率低、器件尺寸大导致难于封装等技术问题。

本公开一方面提供一种双平行狭缝波导模斑变换器，包括：衬底，埋氧层，形成于衬底上；芯片层，形成于埋氧层上；其中，芯片层上刻蚀有波导结构，从芯片层的一端到另一端，波导结构包括依次连接的周期光栅、过渡区和有源调制区，有源调制区中形成有双平行狭缝结构；周期光栅用于将光转化为垂直耦合出射，过渡区和有源调制区用于将波导结构中的光场模式转化为双狭缝波导模式。

根据本公开的实施例，过渡区由三个渐变波导组成，三个渐变波导的两端分别连接周期光栅和有源调制区。

根据本公开的实施例，渐变波导的宽度线性变化。

根据本公开的实施例，双平行狭缝结构中填充有场效应晶体管结构，场效应晶体管结构作为电极，用于施加电压改变载流子的浓度。

根据本公开的实施例，场效应晶体管结构由金属氧化物、高调制系数材料和p型掺杂的硅波导构成。

根据本公开的实施例，双平行狭缝结构中还形成有载流子积累层。

根据本公开的实施例，双平行狭缝波导模斑变换的材料属性包括硅基，氮化硅，铌酸锂，磷化铟，氮化镓。

根据本公开的实施例，周期光栅为长周期光栅。

根据本公开的实施例，衬底为绝缘体上硅衬底。

本公开另一方面提供一种双平行狭缝波导模斑变换器的制备方法，包括：在衬底上依次制备叠设的埋氧层和芯片层；对芯片层进行刻蚀，形成波导结构，其中，从芯片层的一端到另一端，波导结构包括依次连接的周期光栅、过渡区和有源调制区，有源调制区中形成有双平行狭缝结构；周期光栅用于将光转化为垂直耦合出射，过渡区和有源调制区用于将波导结构中的光场模式转化为双狭缝波导模式。

根据本公开实施例提供的双平行狭缝波导模斑变换器及其制备方法，至少包括以下有益效果：