專利名稱：基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖陀螺用集成光學(xué)芯片，特別是涉及一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片。
背景技術(shù)：
光纖陀螺用多功能集成光學(xué)芯片是集成光學(xué)干涉型光纖陀螺(I-FOG)系統(tǒng)的核心器件之一。現(xiàn)在國內(nèi)外商業(yè)化的光纖陀螺用集成芯片多是基于LiNb03材料的集成光學(xué)器件，LiNb03材料具有優(yōu)良的光傳輸特性和線性電光效應(yīng)，可以制成性能較好的集成光學(xué)器件；而且價格便宜、微細(xì)加工技術(shù)相對簡單，故基于LiNb03材料的器件性價比較高。但LiNb(^材料在應(yīng)用中也存在以下幾個問題 1、材料的溫度系數(shù)較大。當(dāng)光通過LiNb03材料時，由于環(huán)境溫度的變化，會影響
器件的光學(xué)傳輸特性，從而產(chǎn)生溫漂效應(yīng)。因此，為了保證器件在寬溫度范圍內(nèi)的工作穩(wěn)定
性，必須采取溫度補(bǔ)償措施，但這會使得外圍控制電路比較復(fù)雜； 2、材料的抗輻射能力較差，限制了其在某些輻射較強(qiáng)的環(huán)境下的應(yīng)用； 3、材料具有較強(qiáng)的壓電特性，限制了器件在某些應(yīng)用場合的使用； 4、不能用于制作光源、探測器和光放大器等有源器件，限制了其在光電子單片集
成方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片。與LiNb03材料相比，GaAs材料的溫度系數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)、壓電效應(yīng)小。 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 光由單模波導(dǎo)輸入經(jīng)3dB耦合器的輸入波導(dǎo)接入3dB耦合器的輸入端，3dB耦合器的輸出端分為兩路， 一路經(jīng)3dB耦合器的左輸出波導(dǎo)、左S形彎曲波導(dǎo)接左相位調(diào)制器，另一路經(jīng)3dB耦合器的右輸出波導(dǎo)、右S形彎曲波導(dǎo)接右相位調(diào)制器。 所述的單模波導(dǎo)從上至下依次為GaAs材料的上限制層、GaAs芯層、Ga卜xAlxAs下
限制層、n+-GaAS芯片襯底和下電極；所述的單模波導(dǎo)采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上限
制層和芯層兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層與芯層相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。 所述的左相位調(diào)制器和右相位調(diào)制器是基于GaAs材料的電光效應(yīng)實現(xiàn)相位調(diào)
制功能，從上至下依次為上電極、GaAs材料的上限制層、GaAs芯層、Ga卜xAlxAs下限制層、
n+-GaAs芯片襯底和下電極。所述的兩個相位調(diào)制器采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上電
極、上限制層和芯層兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層與芯層相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。 所述的上電極和下電極為金屬電極。 所述的3dB耦合器采用匪I耦合器。 本發(fā)明具有的有益效果是
與LiNb03材料相比，GaAs材料的溫度系數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)、壓電效應(yīng)小?；贕aAs材料的集成光學(xué)芯片有望實現(xiàn)與激光器、探測器、半導(dǎo)體光放大器(S0A)等其它有源器件的單片集成。因此在某些環(huán)境條件惡劣、或者集成度要求較高的場合，如航天、軍事等領(lǐng)域，GaAs材料具有明顯的優(yōu)勢。 深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以加強(qiáng)波導(dǎo)對光的限制，從而提高相位調(diào)制器的調(diào)制效率；采用匪I作為3dB耦合器，不僅可以降低耦合器引入的傳輸損耗，而且可以使器件結(jié)構(gòu)更加緊湊；相位調(diào)制器的上電極同時作為集成光學(xué)芯片所需要的極化器，從而不用集成額外的極化器，這進(jìn)一步降低了器件的總尺寸。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的A-A'剖面示意圖。
圖3是圖1的B-B'剖面示意圖。 圖中1、上電極，2、上限制層，3、芯層，4、下限制層，5、芯片襯底，6、單模波導(dǎo)，7、3dB耦合器的輸入波導(dǎo)，8、3dB耦合器，9、3dB耦合器的右輸出波導(dǎo)，10、3dB耦合器的左輸出波導(dǎo)，11、左S形彎曲波導(dǎo)，12、右S形彎曲波導(dǎo)，13、右相位調(diào)制器，14、左相位調(diào)制器，15、下電極
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明 參照圖1所示，光由單模波導(dǎo)6輸入經(jīng)3dB耦合器的輸入波導(dǎo)7接入3dB耦合器8的輸入端，3dB耦合器8的輸出端分為兩路， 一路經(jīng)3dB耦合器的左輸出波導(dǎo)10、左S形彎曲波導(dǎo)11接左相位調(diào)制器14，另一路經(jīng)3dB耦合器的右輸出波導(dǎo)9、右S形彎曲波導(dǎo)12接右相位調(diào)制器13。 所述的單模波導(dǎo)6從上至下依次為GaAs材料的上限制層2、GaAs芯層3、Ga卜xAlxAs下限制層4、 n+-GaAs芯片襯底5和下電極15 ;所述的單模波導(dǎo)6采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上限制層2和芯層3兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層4與芯層3相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。 所述的左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13是基于GaAs材料的電光效應(yīng)實現(xiàn)相位調(diào)制功能，從上至下依次為上電極2、 GaAs材料的上限制層2、 GaAs芯層3、 Ga卜xAlxAs下限制層4、 n+-GaAs芯片襯底5和下電極15。所述的兩個相位調(diào)制器采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上電極1、上限制層2和芯層3兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層4與芯層3相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。 所述的上電極1和下電極15為金屬電極。
所述的3dB耦合器8采用匪I耦合器。 參照圖1所示，本發(fā)明通過將3dB耦合器8、右相位調(diào)制器13及左相位調(diào)制器14集成在同一芯片上，實現(xiàn)了光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片。 參照圖2所示，本發(fā)明采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上限制層2和芯層3兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層4與芯層3相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。深腐蝕波導(dǎo)對光場有強(qiáng)烈限
4制，可以提高電光重疊因子，從而提高相位調(diào)制器的調(diào)制效率。 參照圖3所示，左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13的厚度為a的上電極1直接覆蓋在波導(dǎo)上。由于金屬覆蓋的波導(dǎo)對TM光強(qiáng)烈吸收，對TE光吸收很小，故左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13可同時實現(xiàn)極化器的功能。 以下為本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明的實施并不僅限于這些實施例
實施例1 : 參見圖3所示，芯片襯底5采用摻雜濃度為4X 1018的n+-GaAs，下限制層4為非摻雜的Ga。.93Al。.。7As，其厚度為3咖，芯層3為非摻雜的GaAs，其厚度c = l咖，上限制層2為非摻雜的Ga。.79Al。.^As，其厚度b = 0. 45um。輸入單模波導(dǎo)6的腐蝕深度為b+c+d = 1. 75um，輸入單模波導(dǎo)6的寬度為4um。上電極1為厚度為a = 0. 15um的Al膜，下電極15為金鍺
鎳合金。 未加調(diào)制電壓時，由于左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13同時可作為極化器，TE光及微量TM光通過左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13輸出，且兩束輸出光之間無相位差。當(dāng)施加電壓在左相位調(diào)制器14或右相位調(diào)制器13，或者同時施加極性相反的電壓在左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13上，則兩束輸出光之間會產(chǎn)生相位差。
實施例2 : 參見圖3所示，芯片襯底5采用摻雜濃度為4X 1018的n+-GaAs，下限制層4為摻雜濃度為1X10"的Ga。.93Al。.。7As，其厚度為3咖，芯層3為非摻雜的GaAs，其厚度c = lum，上限制層2為非摻雜的Ga。.79Al。.21As，其厚度b = 0. 45um。輸入單模波導(dǎo)6的腐蝕深度為b+c+d = 1. 75um，輸入單模波導(dǎo)6的寬度為4咖。上電極1為厚度為a = 0. 15um的Al膜，下電極15為金鍺鎳合金。 未加調(diào)制電壓時，由于左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13同時可作為極化器，TE光及微量TM光通過左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13輸出，且兩束輸出光之間無相位差。當(dāng)施加電壓在左相位調(diào)制器14或右相位調(diào)制器13，或者同時施加極性相反的電壓在左相位調(diào)制器14和右相位調(diào)制器13上，則兩束輸出光之間會產(chǎn)生相位差。
權(quán)利要求
一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片，其特征在于光由單模波導(dǎo)(6)輸入經(jīng)3dB耦合器的輸入波導(dǎo)(7)接入3dB耦合器(8)的輸入端，3dB耦合器(8)的輸出端分為兩路，一路經(jīng)3dB耦合器的左輸出波導(dǎo)(10)、左S形彎曲波導(dǎo)(11)接左相位調(diào)制器(14)，另一路經(jīng)3dB耦合器的右輸出波導(dǎo)(9)、右S形彎曲波導(dǎo)(12)接右相位調(diào)制器(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片，其特征在于所述的單模波導(dǎo)(6)從上至下依次為GaAs材料的上限制層(2) 、GaAs芯層(3)、Gai—,Al,As下限制層(4)、n+-GaAs芯片襯底(5)和下電極(15);所述的單模波導(dǎo)(6)采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上限制層(2)和芯層(3)兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層(4)與芯層(3)相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片，其特征在于所述的左相位調(diào)制器(14)和右相位調(diào)制器(13)是基于GaAs材料的電光效應(yīng)實現(xiàn)相位調(diào)制功能，從上至下依次為上電極(2)、GaAs材料的上限制層(2)、GaAs芯層(3)、Gai—xAlxAs下限制層(4) 、 n+-GaAs芯片襯底(5)和下電極(15)。所述的兩個相位調(diào)制器采用深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，即波導(dǎo)的上電極(1)、上限制層(2)和芯層(3)兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層(4)與芯層(3)相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片，其特征在于所述的上電極(1)和下電極(15)為金屬電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片，其特征在于所述的3dB耦合器(8)采用匪I耦合器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于深腐蝕波導(dǎo)的光纖陀螺用GaAs集成光學(xué)芯片。光由單模波導(dǎo)輸入經(jīng)3dB耦合器的輸入波導(dǎo)接入3dB耦合器的輸入端，3dB耦合器的輸出端分為兩路，一路經(jīng)3dB耦合器的左輸出波導(dǎo)、左S形彎曲波導(dǎo)接左相位調(diào)制器，另一路經(jīng)3dB耦合器的右輸出波導(dǎo)、右S形彎曲波導(dǎo)接右相位調(diào)制器。深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)指波導(dǎo)的上限制層和芯層兩側(cè)被全部腐蝕，下限制層與芯層相連接處的兩側(cè)被部分腐蝕。深腐蝕波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以加強(qiáng)波導(dǎo)對光的限制，從而提高相位調(diào)制器的調(diào)制效率。采用MMI作為3dB耦合器，不僅可以降低耦合器引入的傳輸損耗，而且可以使器件結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低了器件的總尺寸。
文檔編號G01C19/72GK101770086SQ20101003959
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者李錫華, 李陳剛, 楊建義, 王明華, 肖司淼 申請人:浙江大學(xué)