專利名稱：嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及平面光波導集成器件領域，特別是涉及一種嵌入式耦合光 學環(huán)形腔器件。
技術背景光學環(huán)形腔器件是一種在光子信號處理領域有著非常重要地位和意義的光 子器件。光學環(huán)形腔器件通常包括一個環(huán)形腔(如微諧振環(huán)或微盤)、以及一 條或兩條耦合光波導。為了使之具有較大的自由頻譜范圍，須減小整個環(huán)形腔 周長。因此，應該采用強限制光波導形成具有小彎曲半徑的環(huán)形腔，例如，基于SOI (Silicon-on-insulator，絕緣體上的硅)納米光波導環(huán)形腔(Little et. al. "Ultra-compact Si/SiO.sub.2 micro-ring resonator channel dropping filter", IEEE Photon. Tech. Lett, vol. 10， pp. 549-551， 1998)。在傳統(tǒng)的光學環(huán)形腔器件結構中，有兩種耦合方式。其一是"橫向耦合"，如圖1所示。這種耦合方式的具體結構是耦合光波導1與環(huán)形腔光波導2位于襯底隔離層3之上，在同一平面，這種結構中，環(huán)形腔 與耦合波導之間通常有很狹窄的縫隙4。而環(huán)形腔器件性能與此縫隙大小緊密相 關，因此在制作過程中，必須對此進行非常精確的控制，這無疑增加了工藝制 作的難度。此外，在"橫向耦合"方式中，環(huán)形腔與耦合光波導采用的是相同 的材料及相同橫截面形狀。例如，為了獲得小彎曲半徑，環(huán)形腔光波導2可采用 硅納米光波導。此時，耦合光波導也為硅納米線，則與光纖的耦合損耗過大。其二是"垂直耦合"，如圖2所示。這種方式是高度方向上不同薄膜層內(nèi)分 別形成耦合光波導l、環(huán)形腔光波導2，環(huán)形腔光波導2在低折射率的隔離層5之 上，耦合光波導1在低折射率的隔離層5和襯底隔離層3之間。采用"垂直耦合" 方式，基本上解決了 "橫向耦合"存在的問題。例如，避免了制作狹窄縫隙的 困難，可以采用不同橫截面形狀與材料分別設計環(huán)形腔及耦合波導。但是，最 大的問題在于其工藝比較復雜，需要多次薄膜沉積、光刻、刻蝕以及表面平整 化。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種低耦合損耗的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件。 本實用新型的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件，包括襯底隔離層、環(huán)形腔光波 導和耦合光波導，其特征是耦合光波導和環(huán)形腔光波導共用襯底隔離層，在環(huán)3形腔光波導與耦合光波導的耦合區(qū)域內(nèi)環(huán)形腔光波導嵌入于耦合光波導之中。 上述的耦合光波導可以是平行布置，也可以是不平行布置。 為了獲得與光纖的高效率耦合，同時實現(xiàn)彎曲半徑很小的環(huán)形腔光波導，本實用新型的進一步特征是，耦合光波導的橫截面大于環(huán)形腔光波導的橫截面，耦合光波導的折射率小于環(huán)形腔光波導的折射率。 本實用新型的有益效果是嵌入式的耦合光學環(huán)形腔器件，由于耦合光波導和環(huán)形腔光波導共用襯底 隔離層，簡化了器件在高度方向的膜層結構，僅需襯底隔離層、環(huán)形腔光波導 芯層和耦合光波導芯層。其制作工藝比傳統(tǒng)的"垂直耦合"環(huán)形腔器件更為簡 便?？蓪崿F(xiàn)彎曲半徑很小的環(huán)形腔，同時可提高與光纖的耦合效率，即可實現(xiàn) 低損耗。通過改變耦合光波導、環(huán)形腔光波導參數(shù)可實現(xiàn)耦合系數(shù)的大范圍調(diào) 節(jié)，從而實現(xiàn)不同器件性能以滿足不同需求。

圖1是"橫向耦合"光學環(huán)形腔器件； 圖2是"垂直耦合"光學環(huán)形腔器件；圖3是本實用新型的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件的三維視圖；圖4是圖3嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件的俯視圖； 圖5是圖4的A-A截面； 圖6是圖5的B-B截面。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型。參照圖3 圖6，本實用新型的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件，包括耦合光波 導1、環(huán)形腔光波導2和襯底隔離層3。耦合光波導1和環(huán)形腔光波導2共用襯 底隔離層3，在環(huán)形腔光波導2與耦合光波導1的耦合區(qū)域內(nèi)環(huán)形腔光波導2嵌 入于耦合光波導l之中。通過改變耦合光波導1和環(huán)形腔光波導2的中心間距4 (見圖6)，可以獲 得不同的環(huán)形腔光波導2與耦合光波導1之間的耦合系數(shù)。通過改變環(huán)形腔光波導2的彎曲半徑5 (見圖6)，可以獲得不同的環(huán)形腔 光波導2與耦合光波導1之間的耦合系數(shù)。通過改變耦合光波導1與環(huán)形腔光波導2的橫截面以及折射率等光波導參 數(shù)，可以獲得不同的環(huán)形腔光波導2與耦合光波導1之間的耦合系數(shù)。由于本實用新型不需要特殊工藝，因而可用于多種材料、不同的橫截面結構，具有很好的實用前景。下面給出一個制備實施例。環(huán)形腔采用硅納米線光波導，其橫截面為500nmx250nm，彎曲半徑為3^m?？芍苯硬捎肧OI(Silicon-on-insulator，絕緣體上的硅)基片，則僅需一次光刻和一次干法刻蝕即可獲得襯底隔離層上的硅納米 線環(huán)形腔光波導，其折射率約為3.455。而耦合光波導可釆用SU-8膠(折射率 為1.572)。將SU-8膠旋涂覆蓋于己經(jīng)制作好的硅納米線環(huán)形腔光波導之上，再 采用一次光刻之后即可獲得將硅納米線環(huán)形腔光波導嵌入其中的耦合光波導， 其橫截面為1.5pmxl.5nm。
權利要求1、嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件，包括襯底隔離層(3)、環(huán)形腔光波導(2)和耦合光波導(1)，其特征是耦合光波導(1)和環(huán)形腔光波導(2)共用襯底隔離層(3)，在環(huán)形腔光波導(2)與耦合光波導(1)的耦合區(qū)域內(nèi)環(huán)形腔光波導(2)嵌入于耦合光波導(1)之中。
2、 根據(jù)權利要求1所述的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件，其特征在于耦合光 波導(l)是平行布置或不平行布置的光波導。
3、 根據(jù)權利要求1所述的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件，其特征是耦合光波 導(1)的橫截面大于環(huán)形腔光波導(2)的橫截面，耦合光波導(l)的折射率小于環(huán)形 腔光波導(2)的折射率。
專利摘要本實用新型的嵌入式耦合光學環(huán)形腔器件，包括襯底隔離層、環(huán)形腔光波導和耦合光波導，耦合光波導和環(huán)形腔光波導共用襯底隔離層，在環(huán)形腔光波導與耦合光波導的耦合區(qū)域內(nèi)環(huán)形腔光波導嵌入于耦合光波導之中。由于耦合光波導和環(huán)形腔光波導共用襯底隔離層，簡化了器件在高度方向的膜層結構，僅需襯底隔離層、環(huán)形腔光波導芯層和耦合光波導芯層。其制作工藝比傳統(tǒng)的“垂直耦合”環(huán)形腔器件更為簡便?？蓪崿F(xiàn)彎曲半徑很小的環(huán)形腔，同時可提高與光纖的耦合效率，即可實現(xiàn)低損耗。通過改變耦合光波導、環(huán)形腔光波導參數(shù)可實現(xiàn)耦合系數(shù)的大范圍調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)不同器件性能以滿足不同需求。
文檔編號G02B6/24GK201116937SQ200720114760
公開日2008年9月17日 申請日期2007年9月11日 優(yōu)先權日2007年9月11日
發(fā)明者戴道鋅 申請人:浙江大學