CN102636841B - 一种微环辅助的环镜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微环辅助的环镜结构。包括两条输入波导，一个1×2或2×2的分束耦合结构，闭环形状光微环，两条平行直波导；分束耦合结构的一端接两条输入波导，分束耦合结构的另一端接两条平行直波导，闭环形状光微环放置在两条平行直波导之间，并与其相耦合，闭环形状光微环和两条平行直波导三者位于同一平面。本发明中利用微环特性，在保证了反射功能的同时，具备了良好的波长（或频率）选择功能，结合微环的波长可调谐功能，可以有较大的波长可调谐范围，能作为一种实用的关键性结构运用于光电集成芯片中。与传统的布拉格光栅相比，一方面具有良好的工艺兼容性，另一方面增加了波长（或频率）可调功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成光学器件，特别涉及一种微环辅助的环镜结构。
背景技术
集成光学技术是光学器件集成化发展的重要方向。在集成光学技术中，实现高效的光路反射，简单的端面反射需要制作高反膜，制作复杂，甚至常常无法实现；布拉格光栅是最常用的反射结构，存在的问题是光栅的制作有特殊要求，光栅的频率选择不具有可调性；环镜也是常用结构，优点是制作上与一般波导结构采用同一工艺，没有特殊要求，但在一定应用场合，无法应用于波长的选择。
发明内容
针对背景技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种微环辅助的环镜结构，实现对波长的选择。与此同时，通过对微环设置可调谐结构，利用波导材料的热光效应等，可以实现选择波长的可调谐功能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
本发明包括两条输入波导，一个1×2或2×2的分束耦合结构，闭环形状光微环，两条平行直波导；分束耦合结构的一端接两条输入波导，分束耦合结构的另一端接两条平行直波导，闭环形状光微环放置在两条平行直波导之间，并与其相耦合，闭环形状光微环和两条平行直波导三者位于同一平面。
所述的分束耦合结构为对称的1×2 Y分支结构。
所述的分束耦合结构为对称的X交叉结结构。
所述的分束耦合结构采用定向耦合器结构。
所述的分束耦合结构采用2×2多模干涉耦合器（MMI）结构。
所述的闭环形状光微环上设置对称分布的、能实现环镜的波长可调谐功能的加热电极。
所述的两条平行直波导的末端再连接一个2×1或2×2的分束耦合结构和两条输出波导，构成微环辅助的对称环镜结构。
所述的两条平行直波导的末端再连接一个2×1或2×2的分束耦合结构和两条输出波导，闭环形状光微环上设置对称分布的、能实现环镜的波长可调谐功能的加热电极，构成微环辅助的对称可调环镜结构。
本发明具有的有益效果是：
与环镜结构相比，本发明中的微环辅助环镜结构利用微环特性，在保证了反射功能的同时，具备了良好的波长（或频率）选择功能，进一步地，结合微环的波长可调谐功能，可以有较大的波长可调谐范围，能作为一种实用的关键性结构运用于光电集成芯片中，如作为可调谐器件激光器的外腔、可调谐振滤波器、光调制器等。与传统的布拉格光栅相比，一方面具有良好的工艺兼容性，另一方面增加了波长（或频率）可调功能。
附图说明
图1是本发明一种微环辅助的环镜结构的结构图。
图2是图1的第一种实施例图。
图3是图1的第一种实施例图。
图4是图1的第二种实施例图。
图5是图1的第三种实施例图。
图6是图1的第四种实施例图。
图7是一种带输出端的微环辅助的对称环镜结构图。
图8是一种带输出端的微环辅助的对称可调环镜结构图。
图中：1、6. 两条输入波导，2、11.分束耦合结构，3、4.两条平行的直波导，5.任意闭环形状光微环，7、8.加热电极，9、10. 两条输出波导，12.Y分支结构，22.X结结构，32.定向耦合器结构，42.多模干涉耦合器结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明包括两条输入波导1、6，一个1×2或2×2的分束耦合结构2，闭环形状光微环5，两条平行直波导3、4；分束耦合结构2的一端接两条输入波导1、6，分束耦合结构2的另一端接两条平行直波导3、4，闭环形状光微环5放置在两条平行直波导3、4之间，并与其相耦合，闭环形状光微环5和两条平行直波导3、4三者位于同一平面。
如图2所示，所述的分束耦合结构2为对称的1×2 Y分支结构12。
如图4所示，所述的分束耦合结构2为对称的X交叉结结构22。
如图5所示，所述的分束耦合结构2采用定向耦合器结构32。
如图6所示，所述的分束耦合结构2采用2×2多模干涉耦合器（MMI）结构42。
如图3所示，所述的闭环形状光微环5上设置对称分布的、能实现环镜的波长可调谐功能的加热电极7、8。
如图7所示，所述的两条平行直波导3、4的末端再连接一个2×1或2×2的分束耦合结构11和两条输出波导9、10，构成微环辅助的对称环镜结构。所述的2×1或2×2的分束耦合结构11可采用2×1Y分支结构、对称 X交叉结结构、定向耦合器结构或2×2多模干涉耦合器（MMI）结构等。
如图8所示，所述的两条平行直波导3、4的末端再连接一个2×1或2×2的分束耦合结构11和两条输出波导9、10，闭环形状光微环5上设置对称分布的、能实现环镜的波长可调谐功能的加热电极7、8，构成微环辅助的对称可调环镜结构。所述的2×1或2×2的分束耦合结构11可采用2×1Y分支结构、对称X交叉结结构、定向耦合器结构或2×2多模干涉耦合器（MMI）结构等。
本发明利用平面工艺，采用硅、玻璃、聚合物、铌酸锂或III-V等材料制作而成。
实施例1：
如图2所示，器件采用对称Y分支结构12作为分束耦合结构。该器件的制作材料为绝缘体上硅(SOI)材料，顶层硅厚220 nm，二氧化硅埋层厚1μm。采用CMOS工艺，通过深紫外光刻和硅干法刻蚀，制作出宽度为400nm、深度为180nm的脊型光波导，构成图2所示的器件结构。器件中的光微环为半径5 μm的光波导圆环。微环与两根平行波导间的间隙为180 nm。Y分支结构采用S形弯曲构成，长度25μm。
在完成硅干法刻蚀后，采用化学汽相沉积方法覆盖1μm二氧化硅层。通过溅射、光刻和腐蚀，在二氧化硅层上制作出对应于微环的加热电极，便可以制作出如图3所示的具有可调谐功能的微环辅助环镜。
所制作的微环辅助环镜，工艺上与CMOS兼容，具有99%的反射率，滤波谱的Q值大于1000，波长可调谐范围30nm。
实施例2：
如图4所示，器件采用对称X交叉结结构22作为分束耦合结构。该器件的制作材料为玻璃。掩埋离子交换技术，制作出宽度为10μm、深度为18μm的掩埋光波导，构成图4所示的器件结构。器件中的光微环为半径5mm的跑道型光波导闭环环路。微环与两根平行波导间的间隙为3μm。X交叉结结构非对称侧波导宽度分别为8μm和12μm，分支角0.1度，对称侧波导宽度为10μm，分支角1度。
由此，便完成了具有微环辅助环镜。该环镜无需采用布拉格光栅制作所需要的精细工艺，具有98%的反射率，滤波谱的Q值大于2000。
实施例3
如图5所示，器件采用定向耦合器结构32作为分束耦合结构。该器件的制作材料为铌酸锂。采用钛扩散技术，制作出宽度为6μm的扩散型光波导，构成图5所示的器件结构。器件中的光微环为半径500μm的光波导圆环。微环与两根平行波导间的间隙为2μm。定向耦合器结构波导间隙为3μm，长度500μm。
由此，便完成了具有微环辅助环镜。该环镜无需采用布拉格光栅制作所需要的精细工艺，具有98%的反射率，滤波谱的Q值大于1500。
实施例4：
如图6所示，器件采用多模干涉耦合器（MMI）结构42作为分束耦合结构。该器件的制作材料为聚合物。在石英衬底上，采用旋涂、刻蚀等工艺，制作出宽度和高度均为5μm的条型光波导，构成图6所示的器件结构。器件中的光微环为半径200μm的光波导圆环。微环与两根平行波导间的间隙为2μm。多模干涉耦合器（MMI）结构宽度32μm，长度100μm。
由此，便完成了具有微环辅助环镜。该环镜无需采用布拉格光栅制作所需要的精细工艺，具有98%的反射率，滤波谱的Q值大于2000。
Claims (7)
1.一种微环辅助的环镜结构，其特征在于：包括两条输入波导(1、6) ，一个2×2的分束耦合结构（2），闭环形状光微环（5），两条平行直波导（3、4）；分束耦合结构（2）的一端接两条输入波导（1、6），分束耦合结构（2）的另一端接两条平行直波导（3、4），闭环形状光微环（5）放置在两条平行直波导（3、4）之间，并与其相耦合，闭环形状光微环（5）和两条平行直波导（3、4）三者位于同一平面。
2.根据权利要求1所述的一种微环辅助的环镜结构，其特征在于，所述的分束耦合结构（2）为对称的X交叉结结构（22）。
3.根据权利要求1所述的一种微环辅助的环镜结构，其特征在于，所述的分束耦合结构（2）采用定向耦合器结构（32）。
4.根据权利要求1所述的一种微环辅助的环镜结构，其特征在于，所述的分束耦合结构（2）采用2×2多模干涉耦合器结构（42）。
5.根据权利要求1所述的一种微环辅助的环镜结构，其特征在于，所述的闭环形状光微环（5）上设置对称分布的、能实现环镜的波长可调谐功能的加热电极（7、8）。
6.根据权利要求1所述的一种微环辅助的环镜结构，其特征在于，所述的两条平行直波导（3、4）的末端再连接一个2×2的分束耦合结构（11）和两条输出波导（9、10），构成微环辅助的对称环镜结构。
7.根据权利要求1所述的一种微环辅助的环镜结构，其特征在于，所述的两条平行直波导（3、4）的末端再连接一个2×2的分束耦合结构（11）和两条输出波导（9、10），闭环形状光微环（5）上设置对称分布的、能实现环镜的波长可调谐功能的加热电极（7、8），构成微环辅助的对称可调环镜结构。
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