專利名稱：基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線，屬于硅基光子學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅基光子器件是近年來的研究熱點(diǎn)，許多無源和有源的光子器件被研究人員所提出，包括緩存器，濾波器，開關(guān)，調(diào)制器，探測器及激光器等。這些分立器件或者混合集成可用于片上光信號(hào)處理。光信號(hào)的延時(shí)(或緩存)是時(shí)域光信號(hào)處理中的基本功能。光子不能夠被存儲(chǔ)，因此光緩存實(shí)現(xiàn)的方法是使光信號(hào)在導(dǎo)光介質(zhì)中延時(shí)一段時(shí)間，可以從減慢光的傳播速度與延長傳輸介質(zhì)長度量方面考慮。目前提出兩類實(shí)現(xiàn)光緩存方法
慢光型和光纖延時(shí)線型。對(duì)于慢光型光緩存結(jié)構(gòu)，硅基微環(huán)諧振器及光子晶體波導(dǎo)被廣泛的應(yīng)用。調(diào)節(jié)相應(yīng)波導(dǎo)或器件的色散是達(dá)到延遲的有效途徑，除了微環(huán)和光子晶體，波導(dǎo)的耦合也是一種有效調(diào)節(jié)波導(dǎo)傳輸以及色散性能的方法。綜合已報(bào)道的慢光型光緩存器類型，在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及器件原理等方面，都需要進(jìn)行拓展創(chuàng)新，以滿足應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線，該耦合光波導(dǎo)由兩根具有不同色散特性的光波導(dǎo)所組成，兩個(gè)波導(dǎo)之間的耦合引起結(jié)構(gòu)的色散，在相位匹配的波長節(jié)點(diǎn)處耦合模的群速度經(jīng)歷了快速的跳變，產(chǎn)生延時(shí)。加入熱電極后，通過熱光效應(yīng)的調(diào)節(jié)，光信號(hào)可在較大范圍內(nèi)達(dá)到低失真?zhèn)鬏敿把訒r(shí)可調(diào)的效果。波導(dǎo)耦合能力的強(qiáng)弱決定了熱光效應(yīng)對(duì)群速度調(diào)節(jié)的敏感性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線，其特點(diǎn)在于該可調(diào)光延時(shí)線由兩根互相平行或垂直的光波導(dǎo)構(gòu)成，當(dāng)兩根波導(dǎo)相互靠近至O. 3-0. 8 Mffl時(shí)，通過倏逝波互相耦合。所述的兩根光波導(dǎo)是具有不同色散曲線的光波導(dǎo)，且色散曲線在相位匹配的波長節(jié)點(diǎn)處相交。所述的兩根光波導(dǎo)分別為一根脊型娃波導(dǎo)和一根縫隙波導(dǎo)、一根脊型娃波導(dǎo)和一根脊型氮化娃波導(dǎo)，二根脊型娃波導(dǎo)或一根脊型娃波導(dǎo)和一根光子晶體波導(dǎo)。所述的兩根光波導(dǎo)相互耦合，耦合模的群速度在交點(diǎn)處產(chǎn)生跳變。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是兩根波導(dǎo)相互耦合，耦合模的群速度在交點(diǎn)處經(jīng)歷了快速的跳變，產(chǎn)生延時(shí)。通過熱光效應(yīng)的調(diào)節(jié)，光信號(hào)可在較大范圍內(nèi)達(dá)到低失真?zhèn)鬏敿把訒r(shí)可調(diào)的效果。


圖I為本發(fā)明中第一種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型硅(Si)波導(dǎo)和縫隙硅波導(dǎo))水平的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為耦合光波導(dǎo)的有效折射率圖。圖3為激發(fā)的對(duì)稱模在耦合光波導(dǎo)中的模式分布圖。圖4為熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為耦合光波導(dǎo)的群速度色散圖。圖6為耦合光波導(dǎo)兩種模式下的群速度色散圖與相應(yīng)的脈沖延時(shí)圖
圖7為本發(fā)明中第二種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型硅(Si)波導(dǎo)和脊型氮化硅(Si3N4)波導(dǎo)耦合)水平耦合的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖8為本發(fā)明中第三種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型硅(Si)波導(dǎo)和脊型氮化硅(Si3N4)波導(dǎo)耦合)垂直耦合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明中第四種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(兩個(gè)不同尺寸的脊型硅(Si)波導(dǎo)耦合)水平耦合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本發(fā)明中第五種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型娃(Si)波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)率禹合)水平耦合的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步闡述，但不以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖I為本發(fā)明中第一種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型硅(Si)波導(dǎo)和縫隙硅波導(dǎo))水平的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，可調(diào)光延時(shí)線由互相平行的一根脊型硅(Si)波導(dǎo)I和ー根縫隙波導(dǎo)2組成。當(dāng)兩根波導(dǎo)相互靠近時(shí)(大約O. 3-0. 8 Mffl)，通過倏逝波相互耦合。該耦合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以支持對(duì)稱與反對(duì)稱兩種耦合光波導(dǎo)模式，在相位匹配的波長節(jié)點(diǎn)處，兩種耦合模的群速度經(jīng)歷了快速的跳變，產(chǎn)生較大的延時(shí)變化量。圖2是對(duì)應(yīng)于圖I耦合光波導(dǎo)的有效折射率圖。其中，脊型硅(Si)波導(dǎo)的截面積為300 nmX340 nm,縫隙光波導(dǎo)的截面積為440 nmX340 nm,縫隙寬度為20 nm,兩根波導(dǎo)的間隔距離為500 nm,娃和氧化層材料的折射率分別為3. 478及I. 444。由該圖可知，在短波長范圍，對(duì)稱模接近于脊型光波導(dǎo)模，反對(duì)稱模接近于縫隙光波導(dǎo)模；在長波長范圍，對(duì)稱模接近于縫隙光波導(dǎo)模，反對(duì)稱模接近于脊型光波導(dǎo)模。圖3所不為在不同的波長情況下,激發(fā)的對(duì)稱模在稱合光波導(dǎo)中的模式分布圖，能量分布情況與圖2相吻合。耦合光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)色散可以通過級(jí)聯(lián)分別激發(fā)不同耦合模的兩個(gè)耦合波導(dǎo)來補(bǔ)償，產(chǎn)生低色散的效果。圖4所示為熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖。首先在做好的波導(dǎo)中淀積ー層氧化硅(oxide)，然后淀積金屬鎢(W)作為熱電極。熱電極選擇高電阻率的材料，比如鶴(W)、鉻(Cr)、氮化鈦(TiN)等。為了折中響應(yīng)速度及頂部金屬對(duì)光場的吸收,氧化娃(oxide)的厚度h需適中，一般為O. 5-lMffl。氧化硅的厚度太厚，會(huì)影響器件的響應(yīng)速度，氧化硅的厚度太薄會(huì)影響頂部金屬對(duì)光場的吸收。本實(shí)施例中oxide的厚度h選擇O. 9Mm,熱電極的寬度w選擇12. 5Mm。圖5是對(duì)應(yīng)于圖I的群速度色散圖，當(dāng)溫度升高，相位匹配波長節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生紅移。如圖5所示，隨著溫度的升高，當(dāng)光信號(hào)加載在對(duì)稱模式的載波上，信號(hào)的延時(shí)増大；當(dāng)光信號(hào)加載在反對(duì)稱模式的載波上，信號(hào)的延時(shí)減小，從而達(dá)到延時(shí)量可調(diào)的效果。波導(dǎo)耦合能力的強(qiáng)弱決定了熱光效應(yīng)或電光效應(yīng)對(duì)群速度調(diào)節(jié)的敏感性。圖6是對(duì)應(yīng)于圖I的耦合光波導(dǎo)在兩種模式下的群速度色散圖與相應(yīng)的脈沖延時(shí)圖。雖然群延時(shí)在相位匹配的波長節(jié)點(diǎn)處對(duì)溫度的變化非常敏感，但相應(yīng)的群延時(shí)色散非常大。耦合光波導(dǎo)長度設(shè)計(jì)為10 Cm,圖6 (a)所示的是耦合光波導(dǎo)中對(duì)稱模式的群延時(shí)色散，圖6 (b)所不的是ー個(gè)半高寬為10 ps的高斯脈沖加載在對(duì)稱模式的傳輸情況，當(dāng)溫度增長50°C時(shí)可得到了大約190 ps的延時(shí)增加。圖6 (c)，(d)所示的是ー個(gè)非対稱模式作為載波，當(dāng)溫度升高所引起的延時(shí)減小。通過熱光效應(yīng)，該耦合光波導(dǎo)的延時(shí)量可調(diào)。圖6 (e)所示為分別激發(fā)不同耦合模的長度為5 cm的兩個(gè)耦合光波導(dǎo)級(jí)聯(lián)的色散曲線，色散可以通過該方法得到補(bǔ)償，從而產(chǎn)生低色散的效果，如圖6 (f)所示。由圖6(a)和(b)可知，兩種耦合模的色散曲線互補(bǔ)，因此，如圖6 (e)和(f)，色散可以通過級(jí)聯(lián)分別激發(fā)不同耦合模的兩個(gè)耦合光波導(dǎo)來補(bǔ)償，兩個(gè)耦合結(jié)構(gòu)的光信號(hào)延時(shí)變化量減小，產(chǎn)生低色散的效果。圖7為本發(fā)明中第二種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)，脊型硅(Si)波導(dǎo)和脊型氮化硅(Si3N4)波導(dǎo)的水平耦合結(jié)構(gòu)示意圖。該耦合波導(dǎo)可引起總體的結(jié)構(gòu)色散，在熱光效應(yīng)的調(diào)節(jié)下達(dá)到延時(shí)可調(diào)的效果。圖8為本發(fā)明中第三種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型硅(Si)波導(dǎo)和脊型氮 化硅(Si3N4)波導(dǎo)耦合)垂直耦合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明中第四種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(兩個(gè)不同尺寸的脊型硅(Si)波導(dǎo)耦合)水平耦合的結(jié)構(gòu)示意圖，小尺寸硅波導(dǎo)的基模與大尺寸硅波導(dǎo)的ニ階模相互耦合，可達(dá)到延時(shí)可調(diào)的效果。圖10為本發(fā)明中第五種實(shí)施例的兩根波導(dǎo)(脊型硅(Si)波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)耦合)水平耦合的結(jié)構(gòu)示意圖，同樣可達(dá)到延時(shí)可調(diào)的效果。
權(quán)利要求
1.一種基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線，其特點(diǎn)在于該可調(diào)光延時(shí)線由兩根互相平行或垂直的光波導(dǎo)構(gòu)成，當(dāng)兩根波導(dǎo)相互靠近至O. 3-0. 8 Mffl時(shí)，通過倏逝波互相耦合。
2.如權(quán)利要求I所述的基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線，其特征在于所述的兩根光波導(dǎo)是具有不同色散曲線的光波導(dǎo)，且色散曲線在相位匹配的波長節(jié)點(diǎn)處相交。
3.如權(quán)利要求2所述的基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線，其特征在于所述的兩根光波導(dǎo)分別為一根脊型娃波導(dǎo)和一根縫隙波導(dǎo)、一根脊型娃波導(dǎo)和一根脊型氮化娃波導(dǎo)，二根脊型娃波導(dǎo)或一根脊型娃波導(dǎo)和一根光子晶體波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于耦合光波導(dǎo)的可調(diào)光延時(shí)線,由兩根互相平行或垂直的光波導(dǎo)構(gòu)成，當(dāng)兩根波導(dǎo)相互靠近至0.3-0.8μm時(shí)，通過倏逝波互相耦合。它主要由兩根具有不同色散曲線的光波導(dǎo)所組成,且兩波導(dǎo)的色散曲線在相位匹配的波長節(jié)點(diǎn)處相交。兩根波導(dǎo)相互耦合,耦合模的群速度在交點(diǎn)處經(jīng)歷了快速的跳變,產(chǎn)生延時(shí)，通過熱光效應(yīng)的調(diào)節(jié),光信號(hào)可在較大范圍內(nèi)達(dá)到低失真?zhèn)鬏敿把訒r(shí)可調(diào)的效果。
文檔編號(hào)G02B6/24GK102681091SQ20121010610
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者周林杰, 孫曉萌, 朱?？? 謝靜雅, 陳建平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)