高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器，包括第一耦合器，第一耦合器的輸入端與輸入波導(dǎo)連接，第一耦合器的兩個(gè)輸出端分別與上臂支路和下臂支路的前端連接，第二耦合器的兩個(gè)輸入端分別與上臂支路和下臂支路的后端連接，第二耦合器的輸出端與輸出波導(dǎo)連接，所述上臂支路和/或下臂支路上設(shè)有金屬薄膜加熱器，金屬薄膜加熱器位于隔離溝槽之間，本發(fā)明中第一耦合器和第二耦合器采用不對(duì)稱(chēng)的耦合器，同時(shí)使第二耦合器的耦合比與第一耦合器的耦合比相等，這種結(jié)構(gòu)使當(dāng)上臂支路或下臂支路的折射率變化時(shí)，第二耦合器的其中一個(gè)輸出波導(dǎo)的衰減可滿(mǎn)足大于30dB的設(shè)計(jì)要求，該結(jié)構(gòu)在工藝誤差高達(dá)±0.1um時(shí)，仍可使衰減量大于30dB，提高了器件的制作容差。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)光衰減器(VOA)是光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最重要的光無(wú)源器件之一。它可實(shí)現(xiàn)光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)信道間的功率均衡。在光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，從抑制非線(xiàn)性和抑制串?dāng)_的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，要求各波長(zhǎng)的電平相等，尤其是隨著DWDM傳輸系統(tǒng)和EDFA在光通信中的應(yīng)用，在多個(gè)光信號(hào)傳輸通道上必須進(jìn)行增益平坦化和信道功率均衡，在光接收器端要進(jìn)行動(dòng)態(tài)飽和控制，光網(wǎng)絡(luò)中也需要對(duì)其它信號(hào)進(jìn)行控制，這些都使VOA成為其中不可或缺的關(guān)鍵器件。
[0003]雖然目前光衰減器已有多種類(lèi)型的制造技術(shù)，大致分為傳統(tǒng)的機(jī)械型、液晶型、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)及平面光波導(dǎo)(PLC)技術(shù)等，但是MEMS技術(shù)和PLC技術(shù)制造的可調(diào)光衰減器適合光路的集成化和模塊化發(fā)展的需要，具有尺寸小、成本低、集成度高、適合大批量和自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。MEMS技術(shù)的VOA雖然也可以實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，但器件存在運(yùn)動(dòng)部件，其穩(wěn)定性和可靠性不如平面光波導(dǎo)器件。
[0004]PLC技術(shù)制造的可調(diào)光衰減器分為磁光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等多種型式，其中熱光效應(yīng)的可調(diào)光衰減器由于其控制靈活方便、性能穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛重視。
[0005]可調(diào)光衰減器的制作工藝一般采用半導(dǎo)體工業(yè)中的硅基二氧化硅平臺(tái)，該平臺(tái)采用已成熟的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝(簡(jiǎn)稱(chēng)PECVD)。首先在硅基晶圓上長(zhǎng)出二氧化硅的下包層和芯層，然后用離子反應(yīng)刻蝕將芯層刻蝕成所需波導(dǎo)形狀，最后用PECVD生長(zhǎng)二氧化硅上包層。上、下包層的二氧化硅的折射率相同，芯層摻入少量鍺，使芯區(qū)二氧化硅的折射率較高，高于包層約0.7%左右，形成弱波導(dǎo)模式。
[0006]由于半導(dǎo)體工藝存在制作誤差，可調(diào)光衰減器的芯層和包層參數(shù)在制作時(shí)并不能完全和設(shè)計(jì)參數(shù)匹配，設(shè)計(jì)的3dB耦合器在制作出來(lái)后，耦合比將偏離3dB ;芯層寬度也會(huì)偏離設(shè)計(jì)參數(shù)，這會(huì)對(duì)可調(diào)光衰減器的調(diào)制深度有影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是由于現(xiàn)有可調(diào)光衰減器采用上述工藝制作，制作工藝存在工藝誤差，使可調(diào)光衰減器的芯層和包層參數(shù)在制作時(shí)并不能完全和設(shè)計(jì)參數(shù)匹配，不能達(dá)到所需的調(diào)制深度。本發(fā)明提供一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器，包括第一耦合器，第一耦合器的輸入端與輸入波導(dǎo)連接，第一耦合器的兩個(gè)輸出端分別與上臂支路和下臂支路的前端連接，第二耦合器的兩個(gè)輸入端分別與上臂支路和下臂支路的后端連接，第二耦合器的輸出端與輸出波導(dǎo)連接，所述上臂支路和/或下臂支路上設(shè)有金屬薄膜加熱器，金屬薄膜加熱器位于隔離溝槽之間，所述第一耦合器和第二耦合器的耦合比相同且均為不對(duì)稱(chēng)的耦合器，使可調(diào)光衰減器在制作工藝偏差高達(dá)±0.1um的情況下仍能達(dá)到較高的調(diào)制深度。
[0009]所述不對(duì)稱(chēng)的稱(chēng)合器的稱(chēng)合比為m:n,其中，m古η,且m, η均不為O。
[0010]所述第一耦合器和第二耦合器為Y型耦合器或X型耦合器。
[0011]本發(fā)明中第一耦合器和第二耦合器采用不對(duì)稱(chēng)的耦合器，同時(shí)使第二耦合器的耦合比與第一耦合器的耦合比相等，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)使得當(dāng)上臂支路或下臂支路的折射率變化時(shí)，第二耦合器的其中一個(gè)輸出波導(dǎo)的衰減可滿(mǎn)足大于30 dB的設(shè)計(jì)要求，該結(jié)構(gòu)在工藝誤差高達(dá)±0.1um時(shí)，仍可使衰減量大于30dB，提高了器件的制作容差。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為三種不同耦合比的VOA的模擬效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:如圖1所示，給出了一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器，包括第一耦合器2，第一耦合器2采用Y型耦合器，Y型耦合器的輸入端與輸入波導(dǎo)I連接，Y型耦合器的兩個(gè)輸出端分別與上臂支路3-1和下臂支路3-2的前端連接，第二耦合器4即X型耦合器的兩個(gè)輸入端分別與上臂支路3-1和下臂支路3-2的后端連接，X型耦合器的兩個(gè)輸出端分別與輸出波導(dǎo)5-1和輸出波導(dǎo)5-2連接，上臂支路3-1和下臂支路3-2上設(shè)有金屬薄膜加熱器6，金屬薄膜加熱器6位于隔離溝槽7之間，所述Y型耦合器通過(guò)調(diào)整兩輸出端的波導(dǎo)寬度，從而使Y型耦合器2的耦合比為m:n，X型耦合器通過(guò)調(diào)整耦合臂長(zhǎng)和耦合間距使耦合比與Y型耦合器的耦合比相同也為m:n，在耦合比為某個(gè)比例時(shí)，可使可調(diào)光衰減器在制作工藝偏差高達(dá)±0.1um的情況下仍能達(dá)到較高的調(diào)制深度。
[0016]其中，耦合比m: η優(yōu)選為6:4，第二耦合器4還可采用Y型耦合器。
[0017]工作過(guò)程如下:光信號(hào)通過(guò)輸入波導(dǎo)I傳輸?shù)結(jié)型耦合器中，Y型耦合器由于兩輸出端的波導(dǎo)寬度不同，將光信號(hào)分成強(qiáng)度不相等的光束，然后經(jīng)過(guò)上臂支路3-1和下臂支路3-2后再由與Y型耦合器耦合比相同的X型耦合器耦合后分別傳輸?shù)捷敵霾▽?dǎo)5-1和輸出波導(dǎo)5-2中，X型耦合器由于耦合臂長(zhǎng)和耦合間距的改變使得X型耦合器的耦合比與Y型耦合器的耦合比相等，使得在制作工藝誤差高達(dá)±0.1um的情況下，通過(guò)金屬薄膜加熱器6改變上臂支路3-1和/或下臂支路3-2的折射率時(shí)X型耦合器的其中一個(gè)輸出波導(dǎo)的衰減仍可滿(mǎn)足大于30 dB的設(shè)計(jì)要求。
[0018]實(shí)施例2:如圖2所示，給出了一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器，包括第一稱(chēng)合器2,第一稱(chēng)合器2米用X型稱(chēng)合器,X型稱(chēng)合器的兩個(gè)輸入端分別與輸入波導(dǎo)1-1和輸入波導(dǎo)1-2相連，X型耦合器的兩個(gè)輸出端分別與上臂支路3-1和下臂支路3-2的前端相連，第二耦合器4即X型耦合器的兩個(gè)輸入端分別與上臂支路3-1和下臂支路3-2的后端連接，X型耦合器的兩個(gè)輸出端分別與輸出波導(dǎo)5-1和輸出波導(dǎo)5-2連接，上臂支路3-1和下臂支路3-2上設(shè)有金屬薄膜加熱器6，金屬薄膜加熱器6位于隔離溝槽7之間，通過(guò)調(diào)整第一耦合器2即X型耦合器和第二耦合器4即X型耦合器的耦合長(zhǎng)度和耦合間距使兩者的耦合比相同為m:n，在耦合比為某個(gè)比例時(shí)，使可調(diào)光衰減器在制作工藝偏差高達(dá)±0.1um的情況下仍能達(dá)到較高的調(diào)制深度。
[0019]其中，耦合比m: η優(yōu)選為6:4，第二耦合器4還可采用Y型耦合器。
[0020]工作過(guò)程如下:光信號(hào)通過(guò)輸入波導(dǎo)1-1和輸入波導(dǎo)1-2傳輸?shù)降谝获詈掀?即X型耦合器中，X型耦合器由于耦合長(zhǎng)度和耦合間距的改變，將光信號(hào)分成強(qiáng)度不相等的光束，然后經(jīng)過(guò)上臂支路3-1和下臂支路3-2后再由第二耦合器4即X型耦合器耦合后分別傳輸?shù)捷敵霾▽?dǎo)5-1和輸出波導(dǎo)5-2中。第二I禹合器4即X型I禹合器由于I禹合長(zhǎng)度和I禹合間距的改變，使得第二耦合器4與第一耦合器2的耦合比相同，在制作工藝誤差高達(dá)±0.1um的情況下，通過(guò)金屬薄膜加熱器6改變上臂支路3-1和/或下臂支路3-2的折射率時(shí)，第二耦合器4的其中一個(gè)輸出波導(dǎo)的衰減仍可滿(mǎn)足大于30 dB的設(shè)計(jì)要求。
[0021]為進(jìn)一步理解，采用Rsoft軟件模擬三種不同耦合比的輸出結(jié)果，模擬時(shí)采用可調(diào)光衰減器的結(jié)構(gòu)為第一耦合器采用Y型耦合器，第二耦合器采用X型耦合器，且可調(diào)光衰減器的兩臂長(zhǎng)度相等，分別模擬5:5、6:4、7:3這三種耦合比，通過(guò)熱調(diào)制，使其中一臂的折射率差變化時(shí)，每種結(jié)構(gòu)都能達(dá)到大于30dB的衰減。然后引入工藝誤差，使波導(dǎo)寬度同時(shí)增大或減小，對(duì)比這三種耦合比對(duì)工藝誤差的容忍能力。模擬結(jié)果如圖3所示，在誤差高達(dá)±0.1um時(shí)，耦合比為6:4的VOA結(jié)構(gòu)的衰減量保持在30dB以上，而耦合比為7:3、5:5的VOA結(jié)構(gòu)的衰減量變化較大，小于30dB，但是耦合比7:3的VOA結(jié)構(gòu)的衰減量變化比耦合比5:5的VOA結(jié)構(gòu)的衰減量變化大，實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)采用不對(duì)稱(chēng)的耦合器，可以達(dá)到提高器件制作容差的效果，但是耦合器的耦合比應(yīng)稍微偏離5:5，若偏離程度太大則器件對(duì)工藝誤差的容忍能力變得更差。
【權(quán)利要求】
1.一種高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器，包括第一耦合器(2)，第一耦合器(2)的輸入端與輸入波導(dǎo)連接，第一耦合器(2)的兩個(gè)輸出端分別與上臂支路(3-1)和下臂支路(3-2)的前端連接，第二耦合器(4)的兩個(gè)輸入端分別與上臂支路(3-1)和下臂支路(3-2)的后端連接，第二耦合器(4)的輸出端與輸出波導(dǎo)連接，所述上臂支路(3-1)和/或下臂支路(3-2)上設(shè)有金屬薄膜加熱器(6)，金屬薄膜加熱器(6)位于隔離溝槽(7)之間，其特征在于:所述第一耦合器(2)和第二耦合器(4)耦合比相同且均為不對(duì)稱(chēng)的耦合器，使可調(diào)光衰減器在制作工藝偏差高達(dá)±0.1um的情況下仍能達(dá)到較高的調(diào)制深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高制作容差的平面波導(dǎo)型可調(diào)光衰減器，其特征在于:所述第一耦合器(2)和第二耦合器(4)為Y型耦合器或X型耦合器。
【文檔編號(hào)】G02F1/01GK103941427SQ201410177223
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】任梅珍, 張家順, 安俊明, 王亮亮, 王超逸, 張春威, 劉尚鑫 申請(qǐng)人:河南仕佳光子科技有限公司