一種基于mzi硅基可切換偏振器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MZI硅基可切換偏振器。包括兩個結構相同的偏振不敏感2×2MMI；第一個偏振不敏感2×2MMI的一條S彎曲輸出波導的輸出端經第一錐形過渡波導與第一條波導的一端連接，其另一條S彎曲輸出波導的輸出端經第二錐形過渡波導、第一倒錐形過渡波導與第二條波導的一端連接；第二個偏振不敏感2×2MMI的一條S彎曲輸入波導的輸入端經第二倒錐形過渡波導與第一條波導的另一端連接，其另一條S彎曲輸入波導的輸入端與第二條波導的另一端連接；第一條波導上設有加熱電極。本發(fā)明不僅可以分開TE、TM兩種偏振狀態(tài)，且通過調節(jié)調制臂上的外加電壓，自由切換兩個輸出端口的TE/TM偏振狀態(tài)；與CMOS工藝兼容。
【專利說明】—種基于MZI硅基可切換偏振器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可切換偏振器，特別是涉及建立在SOI材料上的一種基于MZI硅基可切換偏振器。

【背景技術】
[0002]偏振態(tài)是光波的一個最基本的特性，而對于光波偏振態(tài)的控制在集成光路中已經得到越加廣泛的關注。眾所周知，因為光波的矢量特性及電場和磁場在邊界處的不同邊界條件，波導中廣泛存在著不同的兩種偏振模式，實際波導中的兩種模式往往是非簡并的，有不同的傳播常數(shù)，對外加激勵有不同的響應，因而產生了偏振模色散，偏振相關損耗，波長相關損耗等問題。在某些系統(tǒng)，如光傳感及光信號處理中，由于其對器件的靈敏度、相干性和帶寬等要求都較高，波導中偏振問題的出現(xiàn)極大地影響了系統(tǒng)的性能。目前為止，有兩種途徑來盡可能的減弱偏振帶來的不利影響，其一是通過優(yōu)化器件結構或補償?shù)姆椒▉韺崿F(xiàn)偏振無關特性；其二是讓器件始終處于單偏振模工作狀態(tài)。例如加入偏振光柵或偏振片等等。第一種方法往往增大了系統(tǒng)的復雜性，并且對于器件的容差要求較高。第二種方法所用分立元件，并不利于器件的集成。再者，上述提到的方法都僅僅只利用了一種偏振狀態(tài)，并不能在兩種偏振狀態(tài)之間有效地切換。因此，需要一種方法來靈活、有效的切換偏振狀態(tài)，不管是有源還是無源。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于MZI硅基可切換偏振器。通過兩個麗I組成的MZI模式分離器件將TE/TM模式分成兩束，調節(jié)MZI —臂上的電壓，通過熱光效應，改變MZI兩臂上TE/TM模式的相位差，可達到同時切換兩個輸出端口偏振狀態(tài)的目的。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案如下:
本發(fā)明在SOI材料的頂層硅上刻蝕出兩個結構相同的偏振不敏感2X2 MMI ;第一個偏振不敏感2X2 MMI的一條S彎曲輸出波導的輸出端經第一錐形過渡波導與第一條波導的一端連接，第一個偏振不敏感2X2 MMI的另一條S彎曲輸出波導的輸出端經第二錐形過渡波導、第一倒錐形過渡波導與第二條波導的一端連接；第二個偏振不敏感2X2 MMI的一條S彎曲輸入波導的輸入端經第二倒錐形過渡波導與第一條波導的另一端連接，第二個偏振不敏感2X2 MMI的另一條S彎曲輸入波導的輸入端與第二條波導的另一端連接；在第一條波導上設有加熱電極。
[0005]所述兩個結構相同的偏振不敏感2X2 MMI的多模干涉區(qū)的兩個邊界均為拋物線型。
[0006]所述第一條波導和第二條波導其長度相同，但第一條波導寬度要小于第二條波導寬度；MZI第一條干涉臂由第一錐形過渡波導與第一條波導和第二倒錐形過渡波導構成，MZI第二條干涉臂由第二錐形過渡波導與第一倒錐形過渡波導和第二條波導構成。
[0007]本發(fā)明具有的有益效果是: 本發(fā)明在MZI的一臂上引入熱電極之后，由于可以通過調節(jié)外加電壓控制TE/TM模式在第二個MMI中傳輸?shù)墓獬滩?，從而可以同時切換器件輸出端口的偏振狀態(tài)。相對于普通的偏振分離器件只能分離模式，不能自由調節(jié)的弊端。本發(fā)明的一種基于MZI硅基可切換偏振器，其輸出兩個端口可分離兩種偏振狀態(tài)，也可同時在兩種偏振狀態(tài)之間自由切換，設計簡單，與CMOS工藝兼容，便于控制，在未來可用于偏振路由。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0009]圖2是偏振不敏感2 X 2 MMI示意圖。
[0010]圖3是圖1的A-A，剖視圖。
[0011]圖4是基于MZI硅基可切換偏振器仿真效果示意圖。
[0012]圖中:1、S彎曲輸入波導，2、S彎曲輸出波導，3、多模干涉區(qū)，4、錐形過渡波導，4’、倒錐形過渡波導，5、條波導，6、條波導，7、熱電極，8、二氧化硅襯底，9、底層硅。

【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0014]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明在SOI材料的頂層硅上刻蝕出兩個結構相同的偏振不敏感2X2 MMI ;第一個偏振不敏感2X2麗I的一條S彎曲輸出波導2的輸出端經第一錐形過渡波導4與第一條波導5的一端連接，第一個偏振不敏感2X2 MMI的另一條S彎曲輸出波導2的輸出端經第二錐形過渡波導4、第一倒錐形過渡波導4’與第二條波導6的一端連接；第二個偏振不敏感2X2 MMI的一條S彎曲輸入波導I的輸入端經第二倒錐形過渡波導4’與第一條波導5的另一端連接,第二個偏振不敏感2X2 MMI的另一條S彎曲輸入波導I的輸入端與第二條波導6的另一端連接；在第一條波導5上設有加熱電極7。
[0015]所述兩個結構相同的偏振不敏感2X2 MMI的多模干涉區(qū)3的兩個邊界均為拋物線型。
[0016]所述第一條波導5和第二條波導6其長度相同，但第一條波導5寬度要小于第二條波導6寬度；MZI第一條干涉臂由第一錐形過渡波導4與第一條波導5和第二倒錐形過渡波導4’構成，MZI第二條干涉臂由第二錐形過渡波導4與第一倒錐形過渡波導4’和第二條波導6構成。
[0017]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明在SOI材料(它由底層硅9、二氧化硅襯底8和頂層硅組成)的頂層硅上分別刻蝕出由S彎曲輸入波導1、S彎曲輸出波導2和寬度邊界為拋物線型的多模干涉區(qū)3構成的兩個完全相同的偏振不敏感2X2 MMI以及錐形過渡波導4和倒錐形過渡波導4’及條波導5、條波導6組成的波導結構，第一個偏振不敏感2X2MMI的S彎曲輸出波導2通過錐形過渡波導4連接兩個不同寬度相同長度的條波導5、6的一端，其中一個條波導5上加熱電極7，兩個條波導5、6的另一端通過寬度漸變的條波導4與第二個偏振不敏感2X2 MMI輸入端口 I相連。
[0018]第一個偏振不敏感2 X 2 MMI起到功分器的作用，信號光進入S彎曲輸入波導I的任意一個輸入端口到達S彎曲輸出波導2理想功率比為50:50。采用S彎曲輸入波導1、S彎曲輸出波導2作為2X2麗I的輸入以及輸出端口是為了增大端口之間的距離，盡量減小端口間的串擾。MMI的多模干涉區(qū)3采用邊界為拋物線型的多模波導，是為了減小雙折射效應導致的麗I輸出端口功率分配不均衡。
[0019]第一個偏振不敏感2X2麗I的S彎曲輸出波導2通過錐形過渡波導4、倒錐形過渡波導4’與條波導5、條波導6相連。因為S彎曲輸出波導2和第二個麗I的S彎曲輸入波導I的波導寬度與條波導5寬度不匹配，采用錐形過渡波導4、倒錐形過渡波導4’做連接，能有效的減小波導寬度不匹配帶來的損耗。S彎曲輸出波導2的波導寬度與條波導6寬度相同，仍然加入錐形過渡波導4、倒錐形過渡波導4’是為了保證光束在兩個臂之間傳輸?shù)木嚯x相同。
[0020]第二個偏振不敏感2X2 MMI起到合束器的作用。信號光經過第一個MMI以及錐形過渡波導4、倒錐形過渡波導4’和條波導5、條波導6，由于TE/TM折射率不同，經過相同的路程，光程差不同，導致在進入第二個MMI的輸入端口 I時，兩端口中TE/TM光相位相差η的奇數(shù)倍，使得TE/TM光從不同的端口輸出，達到偏振分離的目的。
[0021]條波導5上加熱電極7，調節(jié)外加電壓，由于熱光效應，條波導5上的材料折射率發(fā)生改變，導致該波導中TE/TM的有效折射率發(fā)生改變，于是在到達第二個MMI的S彎曲輸入波導I時，兩端口 TE/TM相位差也發(fā)生改變，當外加電壓達到半波電壓時，S彎曲輸出波導2的偏振狀態(tài)發(fā)生切換，從而達到控制輸出端口偏振狀態(tài)的目的。
[0022]如圖4所示為基于MZI硅基可切換偏振器仿真效果示意圖，采用高0.34微米、寬0.56微米的波導作為輸入端，兩個臂上條波導5、條波導6的寬度分別為0.404微米、0.56微米。通過對整體器件的仿真，看到外加電壓對于器件輸出端口偏振狀態(tài)的控制作用。左圖為未加電壓之前TE/TM信號功率分布圖，從左側波導輸入光信號，經過功分器、條型波導及合束器，TE光從左側端口輸出，TM光從右側端口輸出，達到模式分離的目的。在條波導上加電壓，通過熱光效應，改變波導中模式的有效折射率，從而改變兩模式的相位差，導致TE從右側端口輸出，TM從左側端口輸出，達到偏振模式切換的目的。
[0023]本發(fā)明器件結構制作方法:
首先選取硅片，接著涂光刻膠，曝光顯影，定義硅波導的圖形，之后刻蝕，完成硅波導的制作，接著去膠，將P (MMA-GMA)上包層材料滴在下包層和芯層上，旋涂固化，得到上包層。在上包層用蒸發(fā)的方法鍍一層鋁膜，接著涂膠、曝光、顯影，得到鋁加熱電極。
【權利要求】
1.一種基于121娃基可切換偏振器，在301材料的頂層娃上刻蝕出兩個結構相同的偏振不敏感2X2 111 ；其特征在于:第一個偏振不敏感2X2 111的一條3彎曲輸出波導的輸出端經第一錐形過渡波導與第一條波導的一端連接，第一個偏振不敏感2X2 111的另一條3彎曲輸出波導的輸出端經第二錐形過渡波導、第一倒錐形過渡波導與第二條波導的一端連接；第二個偏振不敏感2X2 111的一條3彎曲輸入波導的輸入端經第二倒錐形過渡波導與第一條波導的另一端連接，第二個偏振不敏感2X2 111的另一條3彎曲輸入波導的輸入端與第二條波導的另一端連接；在第一條波導上設有加熱電極。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于121硅基可切換偏振器，其特征在于:所述兩個結構相同的偏振不敏感2X2 111的多模干涉區(qū)的兩個邊界均為拋物線型。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于121硅基可切換偏振器，其特征在于:所述第一條波導和第二條波導其長度相同，但第一條波導寬度要小于第二條波導寬度；121第一條干涉臂由第一錐形過渡波導與第一條波導和第二倒錐形過渡波導構成，121第二條干涉臂由第二錐形過渡波導與第一倒錐形過渡波導和第二條波導構成。
【文檔編號】G02F1/21GK104407415SQ201410743928
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權日:2014年12月9日
【發(fā)明者】萬玉娟, 徐超, 郝寅雷, 余輝, 楊建義, 江曉清 申請人:浙江大學