一種彎曲多模光波導(dǎo)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光互連領(lǐng)域，尤其涉及一種彎曲多模光波導(dǎo)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社交網(wǎng)絡(luò)、流媒體和云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的基于銅連線(xiàn)的電互連技術(shù)遇到能耗、波形失真、電磁干擾、以及互連密度和串?dāng)_等多方面的“電子瓶頸”。與電互連相t匕，光互連具有帶寬大、互連密度高、無(wú)電磁干擾等優(yōu)勢(shì)，因此光互連為解決這一瓶頸提供了新的選擇。截至目前，在數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算機(jī)中，系統(tǒng)級(jí)(機(jī)柜間和機(jī)柜內(nèi)部，距離l-100m)的光互連已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，電路板間和電路板上模塊間(0.l-100m)的板級(jí)光互連成為下一步重點(diǎn)突破的目標(biāo)，而且，光互連在模塊級(jí)和芯片級(jí)等各個(gè)層面逐步替代電互連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為未來(lái)互連技術(shù)的發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0003]平面光波導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)電路板級(jí)、模塊級(jí)以及芯片級(jí)等各個(gè)層次光互連的基本單元。由于波導(dǎo)之間的對(duì)準(zhǔn)方便，而且可以通過(guò)模式復(fù)用增加信息傳輸?shù)膸挘虼硕嗄９獠▽?dǎo)在互連技術(shù)中獲得了廣泛應(yīng)用。光波導(dǎo)的彎曲在設(shè)計(jì)光互連通路中必不可少，這種彎曲波導(dǎo)的設(shè)計(jì)面臨著由模式耦合效應(yīng)帶來(lái)的一些難題。與直波導(dǎo)中的各個(gè)模式獨(dú)立傳輸?shù)那闆r不同，彎曲波導(dǎo)中模式之間的耦合一般情況下不可避免。這種模式之間的耦合會(huì)影響光波導(dǎo)所支持的數(shù)據(jù)速率，并且，對(duì)于模式復(fù)用的應(yīng)用，會(huì)使模式之間的串?dāng)_增大，影響系統(tǒng)的性能。雖然可以通過(guò)減小彎曲波導(dǎo)的曲率使這種模式耦合效應(yīng)得到一定程度的減輕，但這種方法一方面會(huì)增大器件尺寸，另一方面也無(wú)法使模式耦合問(wèn)題獲得根本解決。
[0004]目前為解決片上光互連中彎曲波導(dǎo)中的模式耦合效應(yīng)，在SOI基片上制作了的低模式耦合效應(yīng)的彎曲光波導(dǎo)，如圖1所示。這種光波導(dǎo)中的非對(duì)稱(chēng)硅質(zhì)芯部1采用灰度光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)，非對(duì)稱(chēng)硅質(zhì)芯部1位于氧化硅層2之上，氧化硅層2下面是硅襯底3。這種光波導(dǎo)的特征在于非對(duì)稱(chēng)硅質(zhì)芯部1具有頂部?jī)A斜的幾何形狀，在靠近彎曲波導(dǎo)曲率中心的一側(cè)厚度大，而遠(yuǎn)離彎曲波導(dǎo)曲率中心的一側(cè)厚度小。這種光波導(dǎo)的芯部?jī)A斜帶來(lái)模場(chǎng)(向曲率中心方向的)偏移效應(yīng)和彎曲帶來(lái)的模場(chǎng)(遠(yuǎn)離曲率中心方向)偏移效應(yīng)相互抵消，所以這種彎曲光波導(dǎo)的模場(chǎng)分布與直波導(dǎo)的模場(chǎng)分布特征接近。因此具有這種芯部幾何形狀的彎曲波導(dǎo)的模式耦合效應(yīng)也被降低。但這種在硅基上采用灰度光刻技術(shù)制作傾斜芯部形狀的光波導(dǎo)需要特殊的設(shè)備，因而面臨成本方面的問(wèn)題，更重要的，這項(xiàng)技術(shù)僅限于刻蝕法制備的波導(dǎo)，而對(duì)基于擴(kuò)散原理形成的光波導(dǎo)(譬如，典型的玻璃基離子交換光波導(dǎo))則不能使用。
[0005]玻璃基片離子交換技術(shù)制造的光波導(dǎo)屬于擴(kuò)散原理形成的光波導(dǎo)。這種光波導(dǎo)在板級(jí)光互連中有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，原因在于這類(lèi)光波導(dǎo)有一系列誘人的性質(zhì)，包括傳輸損耗低、工藝簡(jiǎn)單，成本低等。板級(jí)光互連中使用的光波導(dǎo)都是多模光波導(dǎo)，如上所述，彎曲光波導(dǎo)在板級(jí)光互連網(wǎng)絡(luò)中不可避免，采用通常的離子交換技術(shù)制作的光波導(dǎo)也面臨著波導(dǎo)彎曲帶來(lái)的模式耦合效應(yīng)。圖2給出了采用通常的離子交換技術(shù)在玻璃基片4上制作的光波導(dǎo)，這種一次離子交換形成的對(duì)稱(chēng)光波導(dǎo)芯部5的折射率分布對(duì)稱(chēng)的，因此波導(dǎo)彎曲會(huì)使模場(chǎng)發(fā)生遠(yuǎn)離曲率中心方向的偏移，使模式之間發(fā)生耦合，影響到光波導(dǎo)的帶寬，并且在模式復(fù)用的情況下，帶來(lái)模式之間的串?dāng)_。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是，提供一種彎曲多模光波導(dǎo)及其制作方法，能夠降低利用擴(kuò)散原理形成的彎曲多模光波導(dǎo)的模式耦合效應(yīng)。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種彎曲多模光波導(dǎo)，包括:至少一個(gè)彎曲的光波導(dǎo)芯部；所述光波導(dǎo)芯部為在基底上利用離子擴(kuò)散原理形成的光波導(dǎo)芯部，且所述光波導(dǎo)芯部的內(nèi)側(cè)折射率高于外側(cè)折射率。
[0008]進(jìn)一步地，所述彎曲多模光波導(dǎo)包括多個(gè)所述彎曲的光波導(dǎo)芯部；所述多個(gè)彎曲的光波導(dǎo)芯部依次相連。
[0009]進(jìn)一步地，所述光波導(dǎo)芯部的內(nèi)側(cè)摻雜離子濃度高于外側(cè)摻雜離子濃度，，其中內(nèi)側(cè)摻雜離子濃度高于外側(cè)摻雜離子濃度實(shí)現(xiàn)了內(nèi)側(cè)折射率高于外側(cè)折射率。
[0010]進(jìn)一步地，所述光波導(dǎo)芯部為在玻璃基底上利用離子擴(kuò)散原理形成的光波導(dǎo)芯部。
[0011 ] 同樣為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種彎曲多模光波導(dǎo)的制作方法，包括:
[0012]利用離子擴(kuò)散原理在基底上制作至少一個(gè)內(nèi)側(cè)折射率高于外側(cè)折射率且彎曲的光波導(dǎo)芯部。
[0013]進(jìn)一步地，利用離子擴(kuò)散原理在基底上制作所述光波導(dǎo)芯部的過(guò)程包括:
[0014]利用離子擴(kuò)散原理在所述基底上制作折射率呈對(duì)稱(chēng)分布并且彎曲的第一光波導(dǎo)芯部；
[0015]利用離子擴(kuò)散原理在所述第一光波導(dǎo)芯部基礎(chǔ)上制作出內(nèi)側(cè)折射率高于外側(cè)折射率且彎曲的第二光波導(dǎo)芯部。
[0016]進(jìn)一步地，所述利用離子擴(kuò)散原理在所述第一光波導(dǎo)芯部基礎(chǔ)上制作出內(nèi)側(cè)折射率高于外側(cè)折射率且彎曲的第二光波導(dǎo)芯部的步驟包括:
[0017]利用離子擴(kuò)散原理在所述第一光波導(dǎo)芯部基礎(chǔ)上制作出內(nèi)側(cè)摻雜離子濃度高于外側(cè)摻雜離子濃度且彎曲的第二光波導(dǎo)芯部。
[0018]進(jìn)一步地，所述利用離子擴(kuò)散原理在所述第一光波導(dǎo)芯部基礎(chǔ)上制作出內(nèi)側(cè)摻雜離子濃度高于外側(cè)摻雜離子濃度且彎曲的第二光波導(dǎo)芯部的步驟包括:
[0019]根據(jù)所述第一光波導(dǎo)芯部和待制作的第二光波導(dǎo)芯部的半徑在所述基底上設(shè)置掩膜形成對(duì)應(yīng)的離子交換窗口，所述離子交換窗口用于在離子交換過(guò)程中供摻雜離子擴(kuò)散進(jìn)入所述基底；
[0020]對(duì)所述基底進(jìn)行離子交換，然后去掩膜得到內(nèi)側(cè)摻雜離子濃度高于外側(cè)摻雜離子濃度且彎曲的第二光波導(dǎo)芯部。
[0021]進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述第一光波導(dǎo)芯部和待制作的第二光波導(dǎo)芯部的半徑在所述基底上設(shè)置掩膜形成對(duì)應(yīng)的離子交換窗口的步驟包括:
[0022]當(dāng)所述第一光波導(dǎo)芯部的半徑與待制作的所述第二光波導(dǎo)芯部的半徑相等時(shí)，在所述基底上設(shè)置掩膜形成對(duì)應(yīng)的離子交換窗口，所述離子交換窗口的內(nèi)邊界半徑與所述第一光波導(dǎo)芯部的內(nèi)側(cè)邊界半徑相等，所述離子交換窗口的外邊界半徑大于半徑所述第一光波導(dǎo)芯部的內(nèi)側(cè)邊界半徑小于外側(cè)邊界半徑；
[0023]當(dāng)所述第一光波導(dǎo)芯部的半徑小于待制作的所述第二光波導(dǎo)芯部的半徑時(shí)，在所述基底上設(shè)置掩膜形成對(duì)應(yīng)的離子交換窗口，所述離子交換窗口的內(nèi)邊界半徑與所述第一光波導(dǎo)芯部的內(nèi)側(cè)邊界半徑相等，所述離子交換窗口的外邊界半徑與所述第二波導(dǎo)芯部外側(cè)邊界半徑相等。
[0024]進(jìn)一步地，所述基底包括玻璃基底。
[0025]進(jìn)一步地，所述摻雜離子包括銀離子、鉀離子、銣離子或者銫離子。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:
[0027]本發(fā)明提供了一種彎曲多模光波導(dǎo)及其制作方法，可以降低彎曲多模光波導(dǎo)中模式之間的耦合效應(yīng)；具體地，本發(fā)明提供的彎曲多模光波導(dǎo)，包括:至少一個(gè)彎曲的光波導(dǎo)芯部；所述光波導(dǎo)芯部為在基底上利用離子擴(kuò)散原理形成的光波導(dǎo)芯部，且所述光波導(dǎo)芯部的內(nèi)側(cè)折射率高于外側(cè)折射率；由于光波導(dǎo)芯部折射率分布具有非對(duì)稱(chēng)的特征，即內(nèi)側(cè)折射率聞?dòng)谕鈧?cè)折射率的特征；這種非對(duì)稱(chēng)的折射率分布帶來(lái)的模場(chǎng)(向光波導(dǎo)芯部曲率中心方向的)偏移效應(yīng)與光波導(dǎo)芯部彎曲帶來(lái)的模場(chǎng)(遠(yuǎn)離