CN109283616A - 温度不敏感马赫曾德尔干涉仪 - Google Patents

温度不敏感马赫曾德尔干涉仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，包括：第一模式转换器；第二模式转换器，位于第一模式转换器的一侧，且与第一模式转换器具有间距；连接臂，位于第一模式转换器与第二模式转换器之间，一端与第一模式转换器相连接，另一端与第二模式转换器相连接；连接臂包括直波导连接臂。本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪通过设置所述连接臂的宽度及厚度等参数可以实现对温度不敏感。

Description

温度不敏感马赫曾德尔干涉仪
技术领域
本发明属于光学技术领域，特别是涉及一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪。
背景技术
马赫曾德尔干涉仪(Mach～Zehnder Modulator，MZI)被广泛应用于光信号调制等技术领域。然后，现有的马赫曾德尔干涉仪基本均采用双连接臂结构，现有的马赫曾德尔干涉仪普遍存在对温度较为敏感，受温度影响较大，结构复杂，尺寸大等问题
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，用于解决现有技术中的马赫曾德尔干涉仪存在的对温度较为敏感，受温度影响较大，结构复杂，尺寸大等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪包括：
第一模式转换器；
第二模式转换器，位于所述第一模式转换器的一侧，且与所述第一模式转换器具有间距；
连接臂，位于所述第一模式转换器与所述第二模式转换器之间，所述连接臂一端与所述第一模式转换器相连接，另一端与所述第二模式转换器相连接；所述连接臂包括直波导连接臂。
作为本发明的一种优选方案，所述第一模式转换器包括：输入波导、第一非对称锥形波导、第一直波导及第二非对称锥形波导；其中，所述输入波导、所述第一非对称锥形波导、所述直波导及所述第二非对称锥形波导依次相连接；所述第二非对称锥形波导与所述连接臂相连接；
所述第二模式转换器包括第三非对称锥形波导、第二直波导、第四非对称锥形波导及输出波导；其中，所述第三非对称锥形波导、所述第二直波导、所述第四非对称锥形波导及所述输出波导依次相连接；所述第三非对称锥形波导与所述连接臂相连接。
作为本发明的一种优选方案，所述第一非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第一非对称锥形波导的窄端面与所述输入波导相连接，所述第一非对称锥形波导的宽端面与所述第一直波导相连接；
所述第二非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第二非对称锥形波导的宽端面与所述第一直波导相连接，所述第二非对称锥形波导的窄端面与所述连接臂相连接；
所述第三非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第三非对称锥形波导的窄端面与所述连接臂相连接，所述第三非对称锥形波导的宽端面与所述第二直波导相连接；
所述第四非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第四非对称锥形波导的宽端面与所述第二直波导相连接，所述第四非对称锥形波导的窄端面与所述输出波导相连接。
作为本发明的一种优选方案，所述第一非对称锥形波导的宽端面的宽度及所述第二非对称锥形波导的宽端面的宽度均与所述第一直波导的宽度相同，所述第三非对称锥形波导的宽端面的宽度及所述第四非对称锥形波导宽端面的宽度均与所述第二直波导的宽度相同。
作为本发明的一种优选方案，所述输入波导的宽度为0.45μm～0.55μm；所述第一锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第一锥形波导的窄端面的宽度为0.45μm～0.55μm，所述第一锥形波导的长度为8.05μm～8.15μm；所述第一直波导的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第一直波导的长度为4.95μm～5.05μm；所述第二锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第二锥形波导的窄端面的宽度为1.15μm～1.25μm，所述第二锥形波导的长度为6.25μm～6.35μm；所述第三锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第三锥形波导的窄端面的宽度为1.15μm～1.25μm，所述第三锥形波导的长度为6.25μm～6.35μm；所述第二直波导的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第二直波导的长度为4.95μm～5.05μm；所述第四锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第四锥形波导的窄端面的宽度为0.45μm～0.55μm，所述第四锥形波导的长度8.05μm～8.15μm；所述输入波导的宽度为0.45μm～0.55μm。
作为本发明的一种优选方案，所述第一模式转换器的厚度、所述第二模式转换器的厚度及所述连接臂的厚度均为215nm～225nm。
作为本发明的一种优选方案，所述温度不敏感马赫增德尔干涉仪还包括第一反向锥形耦合器及第二反向锥形耦合器；其中，所述第一反向锥形耦合器包括两个输入端及一个输出端，所述第一反向锥形耦合器的输出端与所述第一模式转换器远离所述连接臂的一端相连接；所述第二反向锥形耦合器包括一个输入端及两个输出端，所述第二反向锥形耦合器的输入端与所述第二模式转换器远离所述连接臂的一端相连接。
作为本发明的一种优选方案，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪还包括基底，所述基底包括SOI衬底中的底层硅层及埋氧层，所述第一模式转换器、所述连接臂及所述第二模式转换器均通过刻蚀所述SOI衬底中的顶层硅层而形成。
作为本发明的一种优选方案，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪还包括保护层，所述保护层位于所述埋氧层的上表面，且完全覆盖所述第一模式转换器、所述连接臂及所述第二模式转换器。
作为本发明的一种优选方案，所述连接臂的宽度为646nm。
如上所述，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，具有以下有益效果：
本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的器件结构基于SOI衬底制备而得到，由于SOI衬底中的硅的热光系数很大(可达到1.86×10～4RIU/K，其中，RIU为折射率单位)，可以引起相当大的随温度变化的波长飘移(约80pm/K)，在此基础上，通过设置所述连接臂的宽度及厚度等参数可以实现对温度不敏感；同时，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪可以实现与CMOS工艺兼容，便于批量化生产；
本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪无论输入端输入TE0模式的入射光还是TE1模式的输入光，其输出端均可以输出TE0模式和TE1模式的出射光；
本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中两个模式转换器通过一个连接臂相连接，结构简单，具有较小的损耗；
本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的非对称锥形波导中的直波导宽度可以在较大范围(±50nm)调整而不会对器件的性能造成影响，可以在硅光子工艺平台实现高质量大规模生产。
附图说明
图1至图3显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪的结构示意图；其中，图1及图3显示为两不同示例的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪的俯视结构示意图，图2显示为一示例的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪的立体结构示意图。
图4显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的第一模式转换器的俯视结构示意图。
图5显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的第二模式转换器的俯视结构示意图。
图6显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中连接臂的宽度与不同模式入射光的有效折射率相对于温度的变化率的曲线；其中，曲线①为入射光为TE0模式的入射光，曲线②为入射光为TE1模式的入射光。
图7及图8显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪在26.85℃及56.85℃两不同温度条件下入射光波长与输入损耗的曲线图；其中，图7以连接臂的长度560μm，入射光为TE0模式，输出光以TE0模式作为示例；图8中以连接臂的长度1100μm，入射光为TE0模式，输出光以TE0模式作为示例。
图9至图12显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中不同宽度的连接臂时连接臂长度与输入损耗的曲线图；其中，图9及图10中输入光为TE0模式，输出光为TE0模式和TE1模式；图11及图12中输入光为TE1模式，输出光为TE0模式和TE1模式；图9至图12中，曲线①为第一直波导或第二直波导的宽度为2150nm时的曲线，曲线②为第一直波导或第二直波导的宽度为(2150-50)nm时的曲线，曲线③为第一直波导或第二直波导的宽度为(2150+50)nm时的曲线。
元件标号说明
10 第一模式转换器
101 输入波导
102 第一非对称锥形波导
103 第一直波导
104 第二非对称锥形波导
11 第二模式转换器
111 第三非对称锥形波导
112 第二直波导
113 第四非对称锥形波导
114 输出波导
12 连接臂
13 第一反向锥形耦合器
14 第二反型锥形耦合器
15 基底
151 底层硅层
152 埋氧层
16 保护层
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图11。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1，本发明提供一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪包括：第一模式转换器10；第二模式转换器11，所述第二模式转换器11位于所述第一模式转换器10的一侧，且与所述第一模式转换器10具有间距；连接臂12，所述连接臂12位于所述第一模式转换器10与所述第二模式转换器11之间，所述连接臂12一端与所述第一模式转换器10相连接，另一端与所述第二模式转换器11相连接；所述连接臂12包括直波导连接臂。
作为示例，如图2及图3所示，所述温度不敏感马赫增德尔干涉仪还包括第一反向锥形耦合器13及第二反向锥形耦合器14；其中，所述第一反向锥形耦合器13包括两个输入端(如图3中的Port1及Port2)及一个输出端，所述第一反向锥形耦合器13的输出端与所述第一模式转换器10远离所述连接臂12的一端相连接；所述第二反向锥形耦合器14包括一个输入端及两个输出端(如图3中的Port3及Port4)，所述第二反向锥形耦合器14的输入端与所述第二模式转换器11远离所述连接臂12的一端相连接。
作为示例，如图2所示，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪还包括基底15，所述基底15包括SOI衬底中的底层硅层151及埋氧层152，所述第一模式转换器10、所述连接臂12及所述第二模式转换器11均通过刻蚀所述SOI衬底中的顶层硅层而形成。本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的所述第一模式转换器10、所述连接臂12及所述第二模式转换器11基于SOI衬底制备而得到，由于SOI衬底中的硅的热光系数很大(可达到1.86×10-4RIU/K，其中，RIU为折射率单位)，可以引起相当大的随温度变化的波长飘移(约80pm/K)，在此基础上，通过设置所述连接臂12的宽度及厚度等参数可以实现对温度不敏感；同时，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪可以实现与CMOS工艺兼容，便于批量化生产。
作为示例，如图2所示，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪还包括保护层16，所述保护层16位于所述埋氧层152的上表面，且完全覆盖所述第一模式转换器10、所述连接臂12及所述第二模式转换器11，以实现对所述第一模式转换器10、所述连接臂12及所述第二模式转换器11的保护。所述保护层16可以包括但不仅限于氧化硅层。
作为示例，如图4所示，所述第一模式转换器10包括：输入波导101、第一非对称锥形波导102、第一直波导103及第二非对称锥形波导104；其中，所述输入波导101、所述第一非对称锥形波导102、所述直波导103及所述第二非对称锥形波导104依次相连接；所述第二非对称锥形波导104与所述第一直波导103相连接，具体的，所述第二非对称锥形波导104远离所述第一直波导103的一端与所述连接臂12相连接。
作为示例，如图5所示，所述第二模式转换器11包括第三非对称锥形波导111、第二直波导112、第四非对称锥形波导113及输出波导114；其中，所述第三非对称锥形波导111、所述第二直波导112、所述第四非对称锥形波导113及所述输出波导114依次相连接；所述第三非对称锥形波导111与所述连接臂12相连接。
作为示例，如图4所示，所述第一非对称锥形波导102的一端为窄端面，所述第一非对称锥形波导102的另一端为宽端面，所述第一非对称锥形波导102的窄端面与所述输入波导相101连接，所述第一非对称锥形波导102的宽端面与所述第一直波导103相连接；所述第二非对称锥形波导104的一端为窄端面，所述第二非对称锥形波导104的另一端为宽端面，所述第二非对称锥形波导104的宽端面与所述第一直波导103相连接，所述第二非对称锥形波导104的窄端面与所述连接臂12相连接。
作为示例，如图5所示，所述第三非对称锥形波导111的一端为窄端面，所述第三非对称锥形波导111的另一端为宽端面，所述第三非对称锥形波导111的窄端面与所述连接臂12相连接，所述第三非对称锥形波导111的宽端面与所述第二直波导112相连接；所述第四非对称锥形波导113的一端为窄端面，所述第四非对称锥形波导113的另一端为宽端面，所述第四非对称锥形波导113的宽端面与所述第二直波导112相连接，所述第四非对称锥形波导113的窄端面与所述输出波导114相连接。
作为示例，所述第一非对称锥形波导102的宽端面的宽度及W3所述第二非对称锥形波导104的宽端面的宽度W5均与所述第一直波导103的宽度W4相同，所述第三非对称锥形波导111的宽端面的宽度W8及所述第四非对称锥形波导113的宽端面的宽度W10均与所述第二直波导112的宽度W9相同。
通过采用所述第一非对称锥形波导102、所述第二非对称锥形波导104、所述第三非对称锥形波导111及所述第四非对称锥形波导113，由于所述第一模式转换器10及所述第二模式转换器11在y方向(即所述第一直波导103的宽度方向及所述第二直波导112的宽度方向)上结构的不对称性，使得入射的TE0模式的入射光经过所述第一模式转换器10及所述第二模式转换器11时均会在不同的有效长度上传输，通过设定所述第一直波导103的宽度及所述第二直波导112的宽度可以使得入射的TE0模式的入射光不能完全转换成TE1模式，使得输出的光为包括TE0模式和TE1模式的混合模式的输出光。
作为示例，所述输入波导的宽度为0.45μm～0.55μm；所述第一锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第一锥形波导的窄端面的宽度为0.45μm～0.55μm，所述第一锥形波导的长度为8.05μm～8.15μm；所述第一直波导的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第一直波导的长度为4.95μm～5.05μm；所述第二锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第二锥形波导的窄端面的宽度为1.15μm～1.25μm，所述第二锥形波导的长度为6.25μm～6.35μm；所述第三锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第三锥形波导的窄端面的宽度为1.15μm～1.25μm，所述第三锥形波导的长度为6.25μm～6.35μm；所述第二直波导的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第二直波导的长度为4.95μm～5.05μm；所述第四锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第四锥形波导的窄端面的宽度为0.45μm～0.55μm，所述第四锥形波导的长度8.05μm～8.15μm；所述输入波导的宽度为0.45μm～0.55μm。
需要说明的是，上述尺寸参数在上述范围之内需要有一一对应的关系，下面以几个示例进行说明：譬如，在第一示例中，所述输入波导101的宽度W1为0.5μm；所述第一锥形波导102的宽端面的宽度W3为1.9μm，所述第一锥形波导102的窄端面的宽度W2为0.5μm，所述第一锥形波导102的长度L1为7.6μm；所述第一直波导103的宽度W4可以为1.9μm，所述第一直波导103的长度L2可以为3.6μm；所述第二锥形波导104的宽端面的宽度W5可以为1.9μm，所述第二锥形波导104的窄端面的宽度W6可以为1.2μm，所述第二锥形波导104的长度L3可以为5.1μm；所述第三锥形波导111的宽端面的宽度W8为1.9μm，所述第三锥形波导111的窄端面的宽度W7为1.2μm，所述第三锥形波导111的长度L4为5.1μm；所述第二直波导112的宽度W9为1.9μm，所述第二直波导112的长度L5为3.6μm；所述第四锥形波导113的宽端面的宽度W10可以为1.9μm，所述第四锥形波导113的窄端面的宽度W11可以为0.5μm，所述第四锥形波导113的长度L6可以为7.6μm；所述输入波导114的宽度W12可以为0.5μm。在第二示例中，所述输入波导101的宽度W1为0.5μm；所述第一锥形波导102的宽端面的宽度W3为1.95μm，所述第一锥形波导102的窄端面的宽度W2为0.5μm，所述第一锥形波导102的长度L1为7.6μm；所述第一直波导103的宽度W4可以为,1.95μm，所述第一直波导103的长度L2可以为3.6μm；所述第二锥形波导104的宽端面的宽度W5可以为1.95μm，所述第二锥形波导104的窄端面的宽度W6可以为1.2μm，所述第二锥形波导104的长度L3可以为5.1μm；所述第三锥形波导111的宽端面的宽度W8为1.95μm，所述第三锥形波导111的窄端面的宽度W7.6为1.2μm，所述第三锥形波导111的长度L4为5.1μm；所述第二直波导112的宽度W9为1.95μm，所述第二直波导112的长度L5为3.6μm；所述第四锥形波导113的宽端面的宽度W10可以为1.95μm，所述第四锥形波导113的窄端面的宽度W11可以为0.5μm，所述第四锥形波导113的长度L6可以为7.6μm；所述输入波导114的宽度W12可以为0.5μm。在第三示例中，所述输入波导101的宽度W1为0.5μm；所述第一锥形波导102的宽端面的宽度W3为2.05μm，所述第一锥形波导102的窄端面的宽度W2为0.5μm，所述第一锥形波导102的长度L1为7.6μm；所述第一直波导103的宽度W4可以为,2.05μm，所述第一直波导103的长度L2可以为3.6μm；所述第二锥形波导104的宽端面的宽度W5可以为2.05μm，所述第二锥形波导104的窄端面的宽度W6可以为1.2μm，所述第二锥形波导104的长度L3可以为5.1μm；所述第三锥形波导111的宽端面的宽度W8为2.05μm，所述第三锥形波导111的窄端面的宽度W7.9为1.2μm，所述第三锥形波导111的长度L4为5.1μm；所述第二直波导112的宽度W9为2.05μm，所述第二直波导112的长度L5为3.6μm；所述第四锥形波导113的宽端面的宽度W10可以为2.05μm，所述第四锥形波导113的窄端面的宽度W11可以为0.5μm，所述第四锥形波导113的长度L6可以为7.6μm；所述输入波导114的宽度W12可以为0.5μm。在第四示例中，所述输入波导101的宽度W1为0.5μm；所述第一锥形波导102的宽端面的宽度W3为2.15μm，所述第一锥形波导102的窄端面的宽度W2为0.5μm，所述第一锥形波导102的长度L1为8.1μm；所述第一直波导103的宽度W4可以为,2.15μm，所述第一直波导103的长度L2可以为5μm；所述第二锥形波导104的宽端面的宽度W5可以为2.15μm，所述第二锥形波导104的窄端面的宽度W6可以为1.2μm，所述第二锥形波导104的长度L3可以为6.3μm；所述第三锥形波导111的宽端面的宽度W8为2.15μm，所述第三锥形波导111的窄端面的宽度W8.1为1.2μm，所述第三锥形波导111的长度L4为6.3μm；所述第二直波导112的宽度W9为2.15μm，所述第二直波导112的长度L5为5μm；所述第四锥形波导113的宽端面的宽度W10可以为2.15μm，所述第四锥形波导113的窄端面的宽度W11可以为0.5μm，所述第四锥形波导113的长度L6可以为8.1μm；所述输入波导114的宽度W12可以为0.5μm。在第五示例中，所述输入波导101的宽度W1为0.5μm；所述第一锥形波导102的宽端面的宽度W3为2.2μm，所述第一锥形波导102的窄端面的宽度W2为0.5μm，所述第一锥形波导102的长度L1为8.5μm；所述第一直波导103的宽度W4可以为,2.2μm，所述第一直波导103的长度L2可以为5μm；所述第二锥形波导104的宽端面的宽度W5可以为2.2μm，所述第二锥形波导104的窄端面的宽度W6可以为1.2μm，所述第二锥形波导104的长度L3可以为6.3μm；所述第三锥形波导111的宽端面的宽度W8为2.2μm，所述第三锥形波导111的窄端面的宽度W8.48为1.2μm，所述第三锥形波导111的长度L4为6.3μm；所述第二直波导112的宽度W9为2.2μm，所述第二直波导112的长度L5为5μm；所述第四锥形波导113的宽端面的宽度W10可以为2.2μm，所述第四锥形波导113的窄端面的宽度W11可以为0.5μm，所述第四锥形波导113的长度L6可以为8.1μm；所述输入波导114的宽度W12可以为0.5μm。
作为示例，所述第一模式转换器10的厚度、所述第二模式转换器11的厚度及所述连接臂12的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述第一模式转换器10的厚度、所述第二模式转换器11的厚度及所述连接臂12的厚度可以均为215nm～225nm；更为优选地，本实施例中，所述第一模式转换器10的厚度、所述第二模式转换器11的厚度及所述连接臂12的厚度为220nm。
作为示例，所述连接臂12的宽度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述连接臂12的宽度为646nm；图6显示为本发明提供的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中连接臂的宽度与不同模式入射光的有效折射率相对于温度的变化率的曲线，选择两种模式的入射光具有相同的有效折射率相对于温度的变化率(dneff/dT)时所对应的所述连接臂12的宽度即为可以实现温度不敏感时对应的所述连接臂12的宽度.请参阅图7及图8，由图7及图8可知，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪在不同的温度下具有大致相同的性能，即本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪的性能受温度影响不大，亦即图7及图8进一步证明了本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪对温度不敏感。
请参阅图9至图12，由图9至图12可知，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪无论输入的是TE0模式的入射光还是TE1模式的入射光，均可得到TE0模式和TE1模式的混合模式出射光。由图9至图12可知，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的所述第一直波导103及所述第二直波导112的宽度在±50nm的范围内变化时不会对温度不敏感马赫曾德尔干涉仪的性能产生明显的影响。
综上所述，本发明提供一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪包括：第一模式转换器；第二模式转换器，位于所述第一模式转换器的一侧，且与所述第一模式转换器具有间距；连接臂，位于所述第一模式转换器与所述第二模式转换器之间，所述连接臂一端与所述第一模式转换器相连接，另一端与所述第二模式转换器相连接；所述连接臂包括直波导连接臂。本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的器件结构基于SOI衬底制备而得到，由于SOI衬底中的硅的热光系数很大(可达到1.86×10-4RIU/K，其中，RIU为折射率单位)，可以引起相当大的随温度变化的波长飘移(约80pm/K)，在此基础上，通过设置所述连接臂的宽度及厚度等参数可以实现对温度不敏感；同时，本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪可以实现与CMOS工艺兼容，便于批量化生产；本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪无论输入端输入TE0模式的入射光还是TE1模式的输入光，其输出端均可以输出TE0模式和TE1模式的出射光；本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中两个模式转换器通过一个连接臂相连接，结构简单，具有较小的损耗；本发明的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪中的非对称锥形波导中直波导的宽度可以在较大范围(±50nm)调整而不会对器件的性能造成影响，可以在硅光子工艺平台实现高质量大规模生产。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪包括：
第一模式转换器；
第二模式转换器，位于所述第一模式转换器的一侧，且与所述第一模式转换器具有间距；
连接臂，位于所述第一模式转换器与所述第二模式转换器之间，所述连接臂一端与所述第一模式转换器相连接，另一端与所述第二模式转换器相连接；所述连接臂包括直波导连接臂。
2.根据权利要求1所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，
所述第一模式转换器包括：输入波导、第一非对称锥形波导、第一直波导及第二非对称锥形波导；其中，所述输入波导、所述第一非对称锥形波导、所述直波导及所述第二非对称锥形波导依次相连接；所述第二非对称锥形波导与所述连接臂相连接；
所述第二模式转换器包括第三非对称锥形波导、第二直波导、第四非对称锥形波导及输出波导；其中，所述第三非对称锥形波导、所述第二直波导、所述第四非对称锥形波导及所述输出波导依次相连接；所述第三非对称锥形波导与所述连接臂相连接。
3.根据权利要求2所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，
所述第一非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第一非对称锥形波导的窄端面与所述输入波导相连接，所述第一非对称锥形波导的宽端面与所述第一直波导相连接；
所述第二非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第二非对称锥形波导的宽端面与所述第一直波导相连接，所述第二非对称锥形波导的窄端面与所述连接臂相连接；
所述第三非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第三非对称锥形波导的窄端面与所述连接臂相连接，所述第三非对称锥形波导的宽端面与所述第二直波导相连接；
所述第四非对称锥形波导的一端为窄端面，另一端为宽端面，所述第四非对称锥形波导的宽端面与所述第二直波导相连接，所述第四非对称锥形波导的窄端面与所述输出波导相连接。
4.根据权利要求3所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述第一非对称锥形波导的宽端面的宽度及所述第二非对称锥形波导的宽端面的宽度均与所述第一直波导的宽度相同，所述第三非对称锥形波导的宽端面的宽度及所述第四非对称锥形波导宽端面的宽度均与所述第二直波导的宽度相同。
5.根据权利要求3所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述输入波导的宽度为0.45μm～0.55μm；所述第一锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第一锥形波导的窄端面的宽度为0.45μm～0.55μm，所述第一锥形波导的长度为8.05μm～8.15μm；所述第一直波导的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第一直波导的长度为4.95μm～5.05μm；所述第二锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第二锥形波导的窄端面的宽度为1.15μm～1.25μm，所述第二锥形波导的长度为6.25μm～6.35μm；所述第三锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第三锥形波导的窄端面的宽度为1.15μm～1.25μm，所述第三锥形波导的长度为6.25μm～6.35μm；所述第二直波导的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第二直波导的长度为4.95μm～5.05μm；所述第四锥形波导的宽端面的宽度为2.1μm～2.2μm，所述第四锥形波导的窄端面的宽度为0.45μm～0.55μm，所述第四锥形波导的长度8.05μm～8.15μm；所述输入波导的宽度为0.45μm～0.55μm。
6.根据权利要求1所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述第一模式转换器的厚度、所述第二模式转换器的厚度及所述连接臂的厚度均为215nm～225nm。
7.根据权利要求1所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述温度不敏感马赫增德尔干涉仪还包括第一反向锥形耦合器及第二反向锥形耦合器；其中，所述第一反向锥形耦合器包括两个输入端及一个输出端，所述第一反向锥形耦合器的输出端与所述第一模式转换器远离所述连接臂的一端相连接；所述第二反向锥形耦合器包括一个输入端及两个输出端，所述第二反向锥形耦合器的输入端与所述第二模式转换器远离所述连接臂的一端相连接。
8.根据权利要求1所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪还包括基底，所述基底包括SOI衬底中的底层硅层及埋氧层，所述第一模式转换器、所述连接臂及所述第二模式转换器均通过刻蚀所述SOI衬底中的顶层硅层而形成。
9.根据权利要求8所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述温度不敏感马赫曾德尔干涉仪还包括保护层，所述保护层位于所述埋氧层的上表面，且完全覆盖所述第一模式转换器、所述连接臂及所述第二模式转换器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的温度不敏感马赫曾德尔干涉仪，其特征在于，所述连接臂的宽度为646nm。
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CN112817086A (zh) * 2021-01-06 2021-05-18 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于tm0模式光的马赫曾德尔干涉仪及制备方法
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