CN107490825A - 具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法，属于集成光波导技术领域。由半悬空硫化砷波导芯层、脊型二氧化硅和硅衬底组成，半悬空硫化砷波导芯层制备在脊型二氧化硅上，而脊型二氧化硅制备在硅衬底上；半悬空硫化砷波导芯层的材料是As2S3，横截面是正方形，边长为0.9～1.3μm；支撑结构为脊型二氧化硅，脊型二氧化硅的脊宽度为0.1～0.3μm，脊高度1～3μm，半悬空硫化砷波导芯层、脊型二氧化硅和硅衬底的长度一致，为3～6cm，光沿着波导的长度方向传输。硅衬底为(100)晶向，其厚度为200～500微米；脊型二氧化硅的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层的中心对称位置处。采用上述方法的硫化砷半悬空条形波导，可以实现超高的受激布里渊增益。
Description
技术领域
本发明属于集成光波导技术领域，具体涉及一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法。
背景技术
受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)是一种三阶非线性光学效应，是由电致伸缩引起的超声波和光波在波导材料相互作用引起的一种非弹性光散射，根据泵浦光波长的不同可以放大不同频率的光强，并且具有非常窄的带宽，现已应用在窄带激光器、微波光子滤波器、半导体光放大器等领域。传统的SBS的作用介质通常是高非线性光纤，由于光纤材料具有较好的延伸特性，所以可以达到千米级别以增强SBS，然而随着光电集成的发展，超长光纤并不适合作为微型器件嵌入到集成光电子器件中，研究一种具有超高SBS增益的微型集成光波导已经成为一种趋势。近几年研究的基于SBS的集成光波导有脊型As2S3波导，沟槽型As2S3波导，Si纳米线，这些结构都可以在增强SBS的同时保证高度集成，但都存在一定的缺陷，如脊型As2S3结构，由于As2S3材料本身具有很高的SBS增益系数，而且其折射率也比较大，所以从材料选取方面来说，它是很好的材料，然而这种脊型的结构由于基底和覆层是SiO2，而SiO2与As2S3的折射率差值制约了波导尺寸可减小的程度，这种脊型结构所具有的较大横截面会使声光作用的面积增大，这在一定程度上会降低SBS增益并且使SBS的选择性降低。沟槽型结构具有较小的体积，但是由于只有在x方向偏振的光模可以在波导中传输，限制了波导中的光功率，从而导致SBS增益降低。Si纳米线结构由于Si本身的SBS增益系数特别低，所以虽然其具有较小的体积和较大的折射率，但是这种结构的增益仍然很低。综合来说，As2S3仍然是最佳的材料，设计合理的波导结构可以增强SBS同时保证高的集成度。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导及其制备方法。
本发明所述的具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导，其结构如图1所示，其是由半悬空硫化砷波导芯层1、脊型二氧化硅2和硅衬底3组成，半悬空硫化砷波导芯层1制备在脊型二氧化硅2上，而脊型二氧化硅2制备在硅衬底3上；半悬空硫化砷波导芯层1的材料是As2S3，其SBS增益系数为7.2×10-10m/W，光波长为1550nm时折射率为2.45，芯层横截面(即沿光传输方向的截面)是正方形，边长为0.9～1.3μm；支撑结构为脊型二氧化硅2，光波长为1550nm时折射率为1.45，脊型二氧化硅2的脊宽度为0.1～0.3μm，脊高度1～3μm，半悬空硫化砷波导芯层1、脊型二氧化硅2和硅衬底3的长度一致，为3～6cm，光沿着波导的长度方向传输。硅衬底3为(100)晶向，其厚度为200～500微米；脊型二氧化硅2的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层1的中心对称位置处。
SBS增益可以用式(1)表示：
从声光作用的角度来说，式(1)是建立在声光充分作用的基础上，即只有波导对光波和声波场都具有较强的限制能力的前提下公式(1)才成立，式中gB是布里渊增益系数，它与材料有关，本发明选取的材料是As2S3，相比于其他光波导材料，其具有较大的布里渊增益系数，根据本发明对声光耦合效率的计算(参考文献1：On-chip stimulated Brillouinscattering，Opt.Express 19(9),8285-8290(2011)；参考文献2：Investigation onoptical and acoustic fields of stimulated Brillouin scattering in As2S3suspended-core microstructured optical fibers,Proc.SPIE 10019,1001914(2016))得到最终的布里渊增益系数是7.210-10m/W。ΔvB是布里渊增益谱线宽，和材料有关，本发明中为34MHz，fm是布里渊增益谱中心频率，fx为可变光频率，只考虑中心增益时即fx＝fm，因此布里渊增益G取决于泵浦光功率(Ppump)、波导有效长度(Leff)和波导有效模场面积(Aeff)，由于阈值功率和波导的微型化决定了泵浦功率和有效长度不能太大，因此，本发明从有效模场面积着手设计光波导结构，截面积的选择依据是在对光场和声波场限制良好的前提下选择最小的模场面积。
根据马卡提里近似法可以得到条形波导的导模存在条件为式(2)：
式中δx和δy是只取决于芯层和包层折射率的常量，n1是芯层折射率，n2和n3包层折射率，a和b分别是芯层截面的长和宽，λ是光波波长，当不同区域包层折射率相同时，δx和δy取得最小值0，从导模存在条件看，芯层和包层折射率差值越大，芯层的尺寸可以做到越小，这也正是本发明芯层As2S3半悬空的原因，因为As2S3和空气具有很大的折射率差值。当波导截面为正方形即a＝b时，波导传输的光模为简并模，此时消除了偏振模色散，因此本发明的波导截面为正方形，根据导模存在条件可以得，当a>0.62μm时导模存在，理论上大于此尺寸的波导都可以正常传输光波，然而尺寸过小时，有效折射率较低，光波以较小的入射角在波导内发生全反射，此时会有较多的光功率泄露到芯层之外，所以要得到合适的尺寸还需要进一步验证。
本发明对芯层边长a为0.6μm～1.3μm的波导进行了光传输能力的验证，得到的光能分布如图2(1)～图2(12)，由于光能在截面呈近似对称的三维高斯分布，所以根据有效模场面积的定义，即光能最大值的1/e2处为有效模场的边缘，此时有效模场是圆形，图2给出了有效模场边缘的等值线，容易看出当芯层边长a<0.9μm时，在芯层内不能形成闭合的有效模场，此时认为光能泄露较多，不适合导光，当a≥0.9μm时，光模限制的很好,所以合适的尺寸应在a≥0.9μm时选取，图3给出了0.9μm～1.3μm时有效模场半径随芯层边长的变化，从图3可以看出a＝0.9μm时光场的分布最窄，即波导对光的限制能最好，此时具有最小的有效模场半径，所以从光场限制角度来看，0.9μm是最合适的尺寸。
从声波场的角度看，SBS是光场和声波场相互作用的结果，因此对声波场的限制能力也是衡量SBS强弱的一个依据，根据前述芯层边长为0.9μm时对光场的限制能力最强，这里对此尺寸下的声波场的能力进行了验证。理论上来说，根据声波方程，由于芯层和空气有很大的声速差值，所以本发明中的As2S3芯层应该对声波场具有较强的限制能力，本发明所得的验证结果如图4和图5，可以看出声场大部分能量被很好的限制在有效模场的面积之内，图5的数据游标代表有效模场的边缘，所以从声波场的角度看，0.9μm的芯层尺寸也适合SBS。
由于布里渊增益系数和声光耦合效率有关，所以本发明对这种结构尺寸的声光耦合效率进行了计算，计算公式如式(3)，由于本发明中的验证采用的是有限元法(FEM)，所以这里需要对声场和光场进行数值拟合然后进行数值积分，计算得到的结果是0.9768，这说明声光具有很高的耦合效率，这也从声光作用的角度验证了本发明的可行性。
根据以上分析和验证，本发明选选取0.9μm作为芯层的边长，根据图3计算知，此时有效模场面积为0.554μm2，选取已知As2S3波导的最小有效长度为3.9cm，根据式(4)可计算得阈值功率为249mW。
由于以上所述都是基于波导另一侧有探测光输入，为了避免在不存在探测光的情况下产生SBS，所以这里选取的泵浦功率要低于阈值功率，我们假定选取的泵浦功率为248mW，此时得到SBS增益图和线宽分别如图6和图7，从图中可以看出此时SBS增益达到了55dB，3dB线宽减小到了8MHz，在相同功率下，普通脊型As2S3波导的增益为40dB，3dB线宽在10MHz以上，对于现存的基于SBS的集成光波导来说，本发明所给出的波导的受激布里渊增益性能有很大的提升。
本发明所述光波导的特点：
(1)利用芯层的悬空结构使芯层和包层的折射率差值最大化，获得较小的有效模场面积，实现超大受激布里渊增益。
(2)采用半悬空支撑结构在保证充分悬空的同时增强波导的结构强度。
(3)利用本发明设计的半悬空硫化砷光波导可以实现超高的SBS增益和极窄的3dB线宽。
本发明所述的具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导制备步骤如下：
A：选取硅衬底，其为(100)晶向，厚度在200～500微米；
B：在硅衬底的一侧表面，采用等离子增强化学汽相淀积(PECVD)方法，制备二氧化硅层，厚度为1～4微米；
C：通过ICP刻蚀的方法，在二氧化硅层上制备出脊型结构，脊宽100～300纳米，脊高1～3微米；
D：在步骤C得到的器件的上表面旋涂光刻胶，通过光刻、显影，去掉脊型结构上表面的光刻胶并保留脊左右两侧的光刻胶，脊左右两侧的光刻胶作为制作半悬空波导的牺牲层，该牺牲层用于支撑制备的As2S3波导，待制备完成后，去掉牺牲层，释放出半悬空As2S3波导。
E：在步骤D得到的器件的上表面旋涂波导芯层材料As2S3，厚度为0.9～1.3μm；硫化砷溶液配制方法如下：称量S和As各3～5g，且质量相同，在850℃下熔融12h得到As2S3玻璃，然后在玛瑙研钵中研磨成硫化砷粉末，将粉末溶于30～50mL丁胺溶液中并在真空干燥箱中蒸干溶液得到黄色粉末，再将粉末溶于20～33mL二甲基乙酰胺溶液中，即得到As2S3溶液；
F：在步骤E得到的器件的上表面旋涂光刻胶，光刻胶的厚度为1～3μm，光刻并用正胶显影液刻蚀As2S3，从而制备出条形硫化砷波导，长度为3～6厘米，沿光传播方向横截面为正方形，边长为0.9～1.3μm；并使脊型二氧化硅2的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层1的中心对称位置处；
G：去掉二氧化硅脊左右两侧的光刻胶牺牲层及As2S3上表面的光刻胶层，从而得到半支撑硫化砷条形波导。
采用上述方法的硫化砷半悬空条形波导，可以实现超高的受激布里渊增益。
附图说明
图1：本发明所述的半悬空As2S3条形波导剖面图；
图2：芯层边长0.6～1.3μm光能分布图；
图3：有效模场半径随波导芯层边长的变化；
图4：芯层边长为0.9μm时波导截面声压场分布；
图5：芯层对称轴上的声压场分布；
图6：芯层边长为0.9μm时SBS增益；
图7：芯层边长为0.9μm时SBS的3-dB线宽确认图；
具体实施方式
波导芯层采用As2S3材料，截面为正方形，边长为0.9μm，有效长度为3.9cm，采用脊型SiO2支撑波导芯层，脊型SiO2的脊宽为0.2μm，脊高为1μm，脊外的SiO2厚度为1μm，硅衬底硅的厚度为300μm。
在上述参数下，对该结构进行了模拟，在输入到波导中的泵浦光功率为248mW时，SBS增益谱图和线宽分别如图6和图7，从图6和7中可以看出，SBS增益达到55dB，3dB线宽为8MHz。
当波导的结构尺寸设计完成后，可以采用下面的方法制作。
A：选取硅衬底，其为(100)晶向，厚度在300微米；
B：在硅衬底的一侧表面，采用等离子增强化学汽相淀积(PECVD)方法，制作二氧化硅层，厚度为2微米，具体工艺参数和操作如下：反应气体采用SiH4和N2O，气体流量比为N2O/SiH4＝50/70(sccm)，射频功率为150W，初始压强为0.05Pa，反应室压强为50Pa，基底温度为300℃，刻蚀速率为200nm/min；
C：通过ICP刻蚀二氧化硅制备出脊型结构，脊宽200纳米，脊高1微米；反应气体采用CHF3和Ar，气体流量比为CHF3/Ar＝40/20(sccm)，上电极电压为400W，下电极电压为110W，反应室压强为0.65Pa，刻蚀速率为42.9nm/min。
D：在步骤C得到的器件的上表面旋涂正性光刻胶(AZ1500)，通过光刻、显影，去掉脊型结构上表面的光刻胶并保留脊左右两侧的光刻胶，脊左右两侧的光刻胶厚度与脊高一致，脊左右两侧的光刻胶作为制作半悬空波导的牺牲层；
E：在步骤D得到的器件的上表面旋涂波导芯层材料As2S3，厚度为0.9μm；硫化砷溶液配制方法如下：称量S和As各3g，在850℃下熔融12h得到As2S3玻璃，然后在玛瑙研钵中研磨成硫化砷粉末，将粉末溶于30mL丁胺溶液中并在真空干燥箱中蒸干溶液得到黄色粉末，再将粉末溶于20mL二甲基乙酰胺溶液中，即得到As2S3溶液；
F：在步骤E得到的器件的上表面旋涂正性光刻胶(AZ1500)，光刻胶的厚度为2μm，对沿光传播方向两侧的光刻胶进行曝光处理，再用正胶显影液DPD-230即四甲基氢氧化铵(TMAH)溶解掉被曝光的正性光刻胶，此时光刻胶覆盖的As2S3芯层宽度为0.9μm长为3.9cm，由于硫化砷易溶于正胶显影液，且硫化砷不会与光刻胶发生反应，所以未被光刻胶覆盖的As2S3会被腐蚀掉，保留厚度和宽度为0.9μm，长度为3.9cm的As2S3芯层，从而制备出条形硫化砷波导，横截面为正方形，边长为0.9μm，长度为3.9cm；
G：用丙酮溶液浸泡二氧化硅脊外侧以及As2S3上表面的光刻胶牺牲层，释放出半支撑As2S3波导。
从而完成本发明半悬空硫化砷波导的制作，对波导的SBS增益和线宽特性进行测试，SBS增益为55dB，线宽为8MHz。
Claims (2)
1.一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导，其特征在于：由半悬空硫化砷波导芯层(1)、脊型二氧化硅(2)和硅衬底(3)组成，半悬空硫化砷波导芯层(1)制备在脊型二氧化硅(2)上，而脊型二氧化硅(2)制备在硅衬底(3)上；半悬空硫化砷波导芯层(1)的材料是As2S3，其SBS增益系数为7.2×10-10m/W，光波长为1550nm时折射率为2.45，芯层横截面是正方形，边长为0.9～1.3μm；脊型二氧化硅(2)为支撑结构，光波长为1550nm时折射率为1.45，脊型二氧化硅(2)的脊宽度为0.1～0.3μm，脊高度1～3μm；半悬空硫化砷波导芯层(1)、脊型二氧化硅(2)和硅衬底(3)的长度一致，为3～6cm，光沿着波导的长度方向传输；硅衬底(3)为(100)晶向，其厚度为200～500微米；脊型二氧化硅(2)的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层(1)的中心对称位置处。
2.权利要求1所述的一种具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导的制备方法，其步骤如下：
A：选取硅衬底(3)，其为(100)晶向，厚度在200～500微米；
B：在硅衬底(3)的一侧表面，采用等离子增强化学汽相淀积方法，制备二氧化硅层，厚度为1～4微米；
C：通过ICP刻蚀的方法，在二氧化硅层上制备出脊型结构，脊宽100～300纳米，脊高1～3微米；
D：在步骤C得到的器件的上表面旋涂光刻胶，通过光刻、显影，去掉脊型结构上表面的光刻胶并保留脊左右两侧的光刻胶，脊左右两侧的光刻胶作为制作半悬空波导的牺牲层，该牺牲层用于支撑制备的As2S3波导，待制备完成后，去掉牺牲层，释放出半悬空As2S3波导；
E：在步骤D得到的器件的上表面旋涂波导芯层材料As2S3，厚度为0.9～1.3μm；
F：在步骤E得到的器件的上表面旋涂光刻胶，光刻胶的厚度为1～3μm，光刻并用正胶显影液刻蚀As2S3，从而制备出条形硫化砷波导芯层(1)，长度为3～6厘米，沿光传播方向横截面为正方形，边长为0.9～1.3μm；并使脊型二氧化硅(2)的中心对称轴位于半悬空硫化砷波导芯层(1)的中心对称位置处；
G：去掉二氧化硅脊左右两侧的光刻胶牺牲层及As2S3上表面的光刻胶层，从而得到具有超高受激布里渊散射增益的半悬空硫化砷条形波导。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114429035A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-03 | 中山大学 | 一种基于曲率最小原则优化微波光子滤波器通带的方法 |
| CN114706163A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-05 | 深圳技术大学 | 一种悬空型脊状光波导器件及其3d打印制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080192332A1 (en) * | 2007-02-12 | 2008-08-14 | Jasbinder Sanghera | Waveguide Amplifier in a Sputtered Film of Erbium-Doped Gallium Lanthanum Sulfide Glass |
| US20100316342A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Casey James A | Photonic crystal based optical modulator integrated for use in electronic circuits |
| CN103364872A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-10-23 | 上海理工大学 | 一种可实现光阻断效应的复合波导器件 |
| CN103760733A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 华中科技大学 | 平面波导超连续谱发生器及其制备方法 |
| CN104076439A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-01 | 清华大学 | 一种波导及其制备方法 |
| CN105629380A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-01 | 天津大学 | 用于色散控制的芯片上集成的光波导结构及色散控制方法 |
| CN106707561A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-24 | 电子科技大学 | 石墨烯中红外可调谐波导光栅 |
| CN107104119A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-08-29 | 南京邮电大学 | 硅衬底悬空led直波导耦合集成光子器件及其制备方法 |
-
2017
- 2017-09-13 CN CN201710819590.4A patent/CN107490825B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080192332A1 (en) * | 2007-02-12 | 2008-08-14 | Jasbinder Sanghera | Waveguide Amplifier in a Sputtered Film of Erbium-Doped Gallium Lanthanum Sulfide Glass |
| US20100316342A1 (en) * | 2009-06-10 | 2010-12-16 | Casey James A | Photonic crystal based optical modulator integrated for use in electronic circuits |
| CN103364872A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-10-23 | 上海理工大学 | 一种可实现光阻断效应的复合波导器件 |
| CN103760733A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 华中科技大学 | 平面波导超连续谱发生器及其制备方法 |
| CN104076439A (zh) * | 2014-06-19 | 2014-10-01 | 清华大学 | 一种波导及其制备方法 |
| CN105629380A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-06-01 | 天津大学 | 用于色散控制的芯片上集成的光波导结构及色散控制方法 |
| CN106707561A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-24 | 电子科技大学 | 石墨烯中红外可调谐波导光栅 |
| CN107104119A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-08-29 | 南京邮电大学 | 硅衬底悬空led直波导耦合集成光子器件及其制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114429035A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-03 | 中山大学 | 一种基于曲率最小原则优化微波光子滤波器通带的方法 |
| CN114429035B (zh) * | 2021-12-27 | 2022-09-27 | 中山大学 | 一种基于曲率最小原则优化微波光子滤波器通带的方法 |
| CN114706163A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-07-05 | 深圳技术大学 | 一种悬空型脊状光波导器件及其3d打印制备方法 |
| CN114706163B (zh) * | 2022-03-28 | 2023-08-08 | 深圳技术大学 | 一种悬空型脊状光波导器件及其3d打印制备方法 |
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