CN113093330A - 非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用 - Google Patents

非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113093330A
CN113093330A CN202110316133.XA CN202110316133A CN113093330A CN 113093330 A CN113093330 A CN 113093330A CN 202110316133 A CN202110316133 A CN 202110316133A CN 113093330 A CN113093330 A CN 113093330A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nonlinear
slit
optical waveguide
waveguide
enhancement layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110316133.XA
Other languages
English (en)
Inventor
雷蕾
王永华
何苏
叶飘飘
董文婵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN202110316133.XA priority Critical patent/CN113093330A/zh
Publication of CN113093330A publication Critical patent/CN113093330A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非线性狭缝光波导及其制备方法和应用。本发明非线性狭缝光波导包括狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层上设置有狭缝波导，还包括用于光通过的非线性增强层，且所述非线性增强层覆盖于设置有所述狭缝波导的表面并填充狭缝。本发明非线性狭缝光波导具有高的非线性效应，这样能显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，从而进一步增加信号处理过程的稳定性与灵活性。非线性狭缝光波导制备方法的工艺条件易控，使得制备的非线性增强层质量高和稳定，从而使得制备的非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定，而且效率高。

Description

非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于集成光子与硅基光子学技术领域，具体涉及一种非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用。
背景技术
在光网络的节点及终端，基于光学非线性效应的光信号处理及高性能光计算显得尤为重要。光学非线性器件是实现全光波长转换、全光码型转换、光判决门、全光解复用、全光采样、2R再生、全光逻辑运算、可重构编程光子计算的关键元件。
随着光通信的快速发展，分立非线性器件(如高非线性光纤)已无法满足系统高集成度和高性能的需求，非线性光子集成器件的研发亟待突破。只有找到结构简单、易于集成且具有大容量光信号处理能力的非线性器件，才能提高非线性光信号处理在光网络节点和全光高性能计算中的可能性。
目前，增强光子集成器件的非线性有三种主流方式：第一，通过特殊结构实现，例如微环、微盘、狭缝波导等，但微腔结构易受环境影响，谐振峰容易漂移，难以与信号波长保持长时间对准；而目前已报道的狭缝波导狭缝宽度通常都在100nm左右，对光场的局域增强作用有限，另一方面，对于已报道的通过非线性聚合物填充狭缝波导来增强器件非线性的方案，所选择的聚合物非线性克尔系数仅与硅的克尔系数相当，仍无法有效改善器件的非线性；也有研究者通过增加狭缝的数量来增加器件的非线性系数，但四狭缝波导的损耗已高达80dB/cm，且从条形波导耦合至狭缝波导的过程中，模式匹配对工艺精度的要求非常高，难以实用；第二，通过金属表面等离激元器件实现；第三，通过在波导表面覆盖二维材料实现，如石墨烯、黑磷等。对于后两种方案，材料的高损耗和高吸收是阻碍器件非线性效应进一步有效提升的主要因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种非线性狭缝光波导及其制备方法，以解决现狭缝波导非线性效果不理想的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明一方面，提供了一种非线性狭缝光波导。所述非线性狭缝光波导包括狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层设置有狭缝波导，还包括用于光通过的非线性增强层，所述非线性增强层覆盖于设置有所述狭缝波导的表面并填充狭缝。
本发明另一方面，提供了一种非线性狭缝光波导的制备方法。所述非线性狭缝光波导的制备方法包括如下步骤：
提供狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层设置有狭缝波导；
将含有用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有所述狭缝波导的所述单晶硅层表面成膜，形成非线性增强层，且使得所述非线性增强层填充在狭缝中并覆盖所述狭缝波导的表面。
本发明再一方面，提供了本发明非线性狭缝光波导的应用方法。本发明非线性狭缝光波导在光学非线性器件、全光逻辑运算器件、码型转换器件、波长转换器件、解复用器等中的应用。
与现有技术相比，本发明非线性狭缝光波导由于在狭缝波导上覆盖有非线性增强层，该非线性增强层与狭缝光波导本体能够起到增效作用，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应，这样能显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，从而进一步增加信号处理过程的稳定性与灵活性。
本发明非线性狭缝光波导制备方法直接将用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有狭缝波导的单晶硅层表面成膜，使得形成的非线性增强层能够覆盖所述狭缝波导表面并填充狭缝，从而充分起到非线性增强层的非线性增强效应，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应。而且形成非线性增强层的工艺条件易控，使得制备的非线性增强层质量高和稳定，从而使得制备的非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定，而且效率高。
本发明非线性狭缝光波导正是由于具有高的线性效应，因此，提高了非线性狭缝光波导在相应产品中的应用性，从而提高相应产品的相关性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例非线性狭缝光波导的结构示意图；
图2为本发明实施例非线性狭缝光波导所含单晶硅层和狭缝波导的结构示意图；
图3为本发明实施例1至实施例14中非线性狭缝光波导制备方法的工艺流程图；
图4为本发明实施例1至实施例14中各非线性狭缝光波导的非线性系数随狭缝波导的狭缝宽度w2变化的曲线图；
图5为本发明实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导进行FWM转换效率测试的光路图；
图6为本发明实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导进行FWM的光谱图；
图7为本发明实施例4中非线性狭缝光波导实现NRZ到RZ的码型转换时域波形图；其中，图(a)为全光码型转换前160Gbit/s NRZ信号时域波形图；图(b)为转换后160Gbit/sRZ信号的时域波形图；
图8为本发明实施例4中非线性狭缝光波导实现160GBaud16PSK到8PSK的码型转换星座图；其中，图(a)为160GBaud16PSK信号星座图；图(b)为转换后160GBaud 8PSK信号星座图；
图9为本发明实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导实现160Gbit/s NRZ到RZ转换的FWM光谱；其中，图(a)为对比例非线性狭缝光波导实现160Gbit/s NRZ到RZ转换的FWM光谱；图(b)为实施例4非线性狭缝光波导实现160Gbit/s NRZ到RZ转换的FWM光谱；
图10为本发明实施例4和对比例提供的非线性狭缝光波导实现160GBaud16PSK到8PSK码型转换的FWM光谱；其中，图(a)为对比例非线性狭缝光波导实现160GBaud 16PSK到8PSK码型转换的FWM光谱；图(b)为实施例4非线性狭缝光波导实现160GBaud 16PSK到8PSK码型转换的FWM光谱。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
一方面，本发明实施例还提供了非线性狭缝光波导。本发明实施例非线性狭缝光波导包括狭缝光波导本体和用于光通过的非线性增强层。该非线性增强层覆盖于狭缝光波导本体所含狭缝波导的表面并填充狭缝。这样，非线性增强层特别是填充在狭缝波导狭缝中的非线性增强层与狭缝光波导本体能够起到增效作用，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应，同时检测得知，含有非线性增强层的非线性狭缝光波导能显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，从而进一步增加信号处理过程的稳定性与灵活性。
一实施例中，非线性狭缝光波导所含的狭缝光波导本体可以是图1和图2所示的狭缝光波导本体，其包括依次层叠设置的硅基层10、氧化硅层20和单晶硅层30，硅基层10、氧化硅层20和单晶硅层30三层形成三明治结构，其中，单晶硅层30包括并列层叠设置在氧化硅层20表面上的硅波导31和硅波导32，硅波导31和硅波导32之间设有狭缝波导40。狭缝波导40构成光传播路径AA’(光可以沿A→A’方向传播，当然也可以沿A’→A方向传播)。
结合本发明实施例非线性狭缝光波导含有非线性增强层特征，具体如含有如图1中所示的非线性增强层50，实施例中，如图1所示狭缝波导40的狭缝宽度w2为50-70nm，具体如50nm。另些实施例中，狭缝波导40的长度为2-3mm，具体如2mm。另些实施例中，硅波导31和/或硅波导32的宽度w2为250-400nm，具体如350nm。通过优化该狭缝波导40的狭缝宽度、长度和硅波导的宽度中的任一参数，能够优化本发明实施例非线性狭缝光波导的非线性增强效应。
另外，单晶硅层30的厚度如硅波导31和/或硅波导32如图1中的厚度h1可以是常规的厚度，如h1可以但不仅仅为220nm。
在本发明实施例中，狭缝光波导本体所含的单晶硅层30上开设的狭缝数量可以是一条或两条以上，也既是狭缝波导40可以是单狭缝波导也可以是多狭缝波导。结合本发明实施例非线性狭缝光波导含有非线性增强层，在本实施例中，狭缝波导40优选为单狭缝波导，也即是单晶硅层30上开设的狭缝的数量优选为一条，这样，狭缝波导40为单狭缝波导相对多狭缝波导而言，波导损耗更低，进一步降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率。
狭缝光波导本体所含的硅基层10和氧化硅层20的如厚度等尺寸均可以是常规的尺寸，如硅基层10的厚度可以但不仅仅为700μm，氧化硅层20的厚度可以但不仅仅为2μm。
上述各实施例中的狭缝光波导本体还可以基于图1和2所示的结构进行改进后结构，只要是基于图1和2所示的狭缝光波导本体结构及其改进的狭缝光波导本体结构均在本发明说明书公开的范围。
非线性增强层如图1中所述的非线性增强层50狭缝波导40的表面并填充狭缝，该狭缝应当理解是狭缝波导40的狭缝。这样，非线性增强层50与狭缝光波导本体能够起到增效作用，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应，显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率。
发明人在研究中进一步发现，非线性增强层50的材料的非线性克尔系数大于单晶硅的非线性克尔系数时，非线性增强层50与狭缝光波导本体之间的增效作用具体是使非线性效应更强。实施例中，非线性增强层50的材料为MEH-PPV、DDMEBT中的任一种。其中，MEH-PPV的中文名称为聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)(英文名称为：poly(2-methoxy,5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene))；非线性聚合物DDMEBT的中文名称为([2-[4-(二甲基氨基)苯基]-3-([4-(二甲基氨基)苯基]乙炔基)丁-1,3-二烯-1,1,4,4-四氰])，(英文名称为(2-[4-dimethylamino)phenyl]-3-{[4-(dimethylam ino)phenyl]ethynyl}buta-1,3-diene-1,1,4,4-tetracarbonitrile))。该两种材料具有明显高与单晶硅的非线性克尔系数，从而能够显著的提高非线性狭缝光波导的非线性效应。其中，MEH-PPV为聚对苯撑乙烯(para-phenylene vinylene)的派生物，为高非线性有机聚合物，经检测，其受益于其分子结构中的离域π电子，具有非常大的非线性克尔系数(MEH-PPV的非线性克尔系数n2_MEHPPV＝2×10-16m2/W)，比硅(硅的非线性克尔系数n2_Si＝5.3×10-18m2/W)高两个数量级。
实施例中，非线性增强层50的厚度控制为220-400nm，具体为250nm。通过控制非线性增强层50的厚度，能够有效提高进一步提高非线性狭缝光波导的非线性效应。
另一方面，本发明实施例还提供了上文非线性狭缝光波导的制备方法。非线性狭缝光波导的制备方法包括如下步骤：
S01：提供狭缝光波导本体；
S02：将含有用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有狭缝波导的单晶硅层表面成膜，形成非线性增强层，且使得非线性增强层填充在狭缝波导的狭缝中并覆盖狭缝波导的表面。
这样，本发明实施例非线性狭缝光波导制备方法直接将用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有狭缝波导的表面成膜，使得形成的非线性增强层能够覆盖狭缝波导表面并填充在狭缝中，从而充分起到非线性增强层的非线性增强效应，赋予非线性狭缝光波导高的非线性效应。而且形成非线性增强层的工艺条件易控，使得制备的非线性增强层质量高和稳定，从而使得制备的非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定，而且效率高。
其中，步骤S01中的狭缝光波导本体应当是含有单晶硅层和设置在单晶硅层上的狭缝波导，如可以是上文所述狭缝光波导本体。为了节约篇幅，在此不再针对狭缝光波导本体的结构特征等做赘述。
步骤S02中，非线性增强层如为上文所述的非线性增强层，具体如图1中所述的非线性增强层50。因此，非线性增强材料也为上文所述的非线性增强层50的材料，为了节约篇幅，在此不再针对非线性增强层及其材料做赘述。
步骤S02中的将非线性增强材料的溶液形成非线性增强层的方法可以是任何能够将含有用于光通过和非线性增强的材料的溶液形成膜层的方法，如实施例中，将含有用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有狭缝波导的单晶硅层表面成膜的方法包括如下步骤：
将含有用于光通过的非线性增强材料与溶剂配制成溶液，再将溶液旋涂在单晶硅层的表面，然后抽真空处理，形成非线性增强层。
其中，溶液的浓度可以是适于旋涂成膜的浓度，如溶液的浓度可以是材料与溶剂按照15mg：(1.4-1.7mL)、具体如15mg：1.6mL的比例配制成的溶液浓度。配制溶液的方法可以是将材料与所述溶剂按照15mg：(1.4-1.7mL)、具体如的比例混合，并于60-70℃、具体如65℃加热溶解配制成溶液。该浓度的溶液形成的非线性增强层不均具有高的非线性增强效应，而且质量高，光通过性好。
在具体实施例中，用于溶解非线性增强材料的溶剂为甲苯。该溶剂能够有效溶液非线性增强材料并成膜，而且保持非线性增强材料的性能稳定，并能够提高非线性增强层的质量。
实施例中，抽真空处理是为了除去涂层的气泡，提高形成的非线性增强层的质量，从而提高光通过性。待真空处理后，可以采用自然风干的方式对涂层进行干燥，形成非线性增强层。
本发明非线性狭缝光波导正是由于具有高的线性效应，因此，提高了非线性狭缝光波导在相应产品中的应用性，从而提高相应产品的相关性能。
再一方面，基于上述非线性狭缝光波导及其制备方法，正是由于非线性狭缝光波导具有如上述的具有高的非线性效应，能显著降低对输入信号功率的要求，提高非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，且制备方法能够制备的非线性狭缝光波导的非线性增强效应稳定，而且效率高。因此，有效增强或进一步扩展了本发明实施例非线性狭缝光波导的应用性和范围，如本发明实施例非线性狭缝光波导可以在光学非线性器件、全光逻辑运算器件、码型转换器件、波长转换器件、解复用器等中得到广泛应用，从而提高了该些相应产品的相关性能。
以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1-实施例14
本实施例1-实施例14分别提供一种狭缝波导及其制备方法。实施例1-实施例14中狭缝波导结构如图1和图2所示，包括依次层叠设置的硅基层10、氧化硅层20和单晶硅层30，硅基层10、氧化硅层20和单晶硅层30且形成三明治结构的狭缝波导本体，其中，单晶硅层30包括平行设置的硅波导31和硅波导32，且硅波导31与硅波导32之间构成一狭缝波导40。狭缝波导还包括非线性增强层50，该非线性增强层50覆盖在狭缝波导40表面并填充在狭缝中。其中，硅基层10的厚度为700μm；氧化硅层20的厚度为2μm；硅波导31和硅波导32的厚度h1为220nm，宽度w1为350nm；非线性增强层50的厚度为250nm；狭缝波导40的长度为2mm，狭缝宽度w2按照如下设置：
实施例1至实施例14中的w2的宽度分别设置为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm。
本实施例1-实施例14中狭缝波导制备方法按照图3所示工艺流程制备：
S1：先后使用丙酮、异丙醇、纯水清洗SOI硅片；
S2：硅片上旋涂400nm厚的AR-P 6200光刻胶进行均胶处理形成光刻胶层；
S3：对光刻胶层进行前烘处理和电子束光刻(EBL)处理；
S4：对刻好的图形显影定影；
S5：接着利用ICP-GSE200刻蚀机对硅片进行刻蚀处理，形成含有狭缝波导40的单晶硅层30；
S6：再次先后使用丙酮、异丙醇、纯水将单晶硅层30表面残留的光刻胶清洗掉；
S7：接着将整个硅片放在匀胶机上旋涂MEH-PPV非线性聚合物，最后进行30秒抽真空，干燥，形成MEH-PPV非线性增强层50。
对比例
本对比例提供一种非线性狭缝光波导，其为实施例4中的狭缝光波导本体，狭缝光波导本体所含狭缝波导40(w2的宽度为50nm)，也即是本对比例相对实施例1中的非线性狭缝光波导，其不含有非线性增强层50。
相关性能测试：
下述各测试中，光信号通过耦合光栅耦合进入直波导，后通过模式转换器进入到非线性狭缝光波导中。
将实施例1至实施例14各实施例提供的非线性狭缝光波导的非线性系数与各非线性狭缝光波导所含狭缝宽度关系进行测定，测得的各非线性狭缝光波导的非线性系数随狭缝宽度w2变化的曲线如图4所示。可以看出狭缝宽度w2对非线性狭缝光波导的非线性系数影响非常大，其波导非线性系数随狭缝宽度w2的减小呈近指数增长，充分体现出窄狭缝波导对提高非线性狭缝光波导非线性的优势。当狭缝波导的狭缝宽度w2设计为50nm，相比于已报道的100nm左右的狭缝波导，本发明实施例非线性狭缝光波导的非线性系数将提高一倍以上。
以实施例4中提供的非线性狭缝光波导(狭缝宽度w2的宽度为50nm)与对比例提供的非线性狭缝光波导分别进行了FWM转换效率测试，对比两者的FWM转换效率情况。测试光路图如图5所示，入射光为两束连续光，波长分别为1562.6nm和1564.2nm，对应输入平均光功率均为30dBm。考虑到耦合损耗及波导损耗，两束连续光在芯片中的功率约为14dBm。测试的硅波导宽度w1为350nm，狭缝宽度w2约为50nm，长度为2mm。测试结果如图6所示，对比例中不含MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导，两束闲频光的转换效率约为-50dB(黑色线)。而实施例4中含MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导的两束闲频光转换效率提高至-38dB，可以看出，含有MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导的FWM转换效率提高了12dB。
将实施例4中提供的非线性狭缝光波导(w2的宽度为50nm)进行160GBaud的16PSK到8PSK及160Gbit/s的NRZ到RZ的码型转换仿真。仿真结果如图7和图8所示，可以看出两种调制格式的信号均发生了明显的四波混频效应，从时域波形及星座图可以看出，转换后的RZ信号及8PSK信号质量良好。
进一步将实施例4中提供的非线性狭缝光波导(狭缝宽度w2的宽度为50nm)与对比例提供的非线性狭缝光波导的FWM实现全光码型转换的转换效率测试，测试结果如图9和图10所示，由图9可以看出，对比例中的不含MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导的NRZ到RZ的转换效率约为-44.8dB；而实施例4中含MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导的转换效率提高至-11.5dB，也即是实施例4中非线性狭缝光波导的NRZ到RZ的全光码型转换效率提高了33.3dB。由图10可以看出，对比例中的不含MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导16PSK到8PSK的转换效率约为-36.7dB，而实施例4中含MEH-PPV聚合物非线性增强层50的非线性狭缝光波导的转换效率提高至-7.6dB，也即是实施例4中非线性狭缝光波导16PSK到8PSK的全光码型转换效率提高了29.1dB。
由上述测试可知，本发明实施例非线性狭缝光波导含有非线性增强层50，因此其非线性效应增强大大降低对输入信号功率的要求，提高了非线性信号处理的转换效率和转换后信号的输出功率，从而进一步增加信号处理过程的稳定性与灵活性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非线性狭缝光波导，包括狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层上设置有狭缝波导，其特征在于：还包括用于光通过的非线性增强层，所述非线性增强层覆盖于设置有所述狭缝波导的表面并填充狭缝。
2.如权利要求1所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层的材料的非线性克尔系数远大于单晶硅的非线性克尔系数。
3.如权利要求1所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层的材料为MEH-PPV、DDMEBT中的任一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层延伸至开设有所述狭缝波导的所述单晶硅层的表面，并覆盖所述单晶硅层的表面。
5.如权利要求1-3任一项所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述非线性增强层的厚度为250nm(220nm-400nm)。
6.如权利要求1-3任一项所述的非线性狭缝光波导，其特征在于：所述狭缝波导的狭缝宽度为50nm(50nm-70nm)；和/或
所述单晶硅层中的硅波导宽度为350nm(250nm-400nm)；和/或
所述狭缝波导的狭缝长度为2mm(2mm-3mm)。
7.一种非线性狭缝光波导的制备方法，包括如下步骤：
提供狭缝光波导本体，所述狭缝光波导本体包括单晶硅层，所述单晶硅层设置有狭缝波导；
将含有用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有所述狭缝波导的所述单晶硅层表面成膜，形成非线性增强层，且使得所述非线性增强层填充在狭缝中并覆盖所述狭缝波导的表面。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述将含有用于光通过的非线性增强材料的溶液在设置有所述狭缝波导的所述单晶硅层表面成膜的方法包括如下步骤：
将含有用于光通过的非线性增强材料与溶剂配制成溶液，再将所述溶液旋涂在所述单晶硅层的表面，然后抽真空处理，形成所述非线性增强层。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述非线性增强材料与溶剂配制成溶液的方法是将所述非线性增强材料与所述溶剂按照15mg：1.6mL(15mg:(1.4mL-1.7mL))的比例混合，并于65℃(60℃-70℃)加热溶解配制成所述溶液；和/或
所述溶剂为甲苯。
10.如权利要求1-6任一项所述的非线性狭缝光波导在光学非线性器件、全光逻辑运算器件、码型转换器件、波长转换器件和解复用器中的应用。
CN202110316133.XA 2021-03-24 2021-03-24 非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用 Pending CN113093330A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110316133.XA CN113093330A (zh) 2021-03-24 2021-03-24 非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110316133.XA CN113093330A (zh) 2021-03-24 2021-03-24 非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113093330A true CN113093330A (zh) 2021-07-09

Family

ID=76669478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110316133.XA Pending CN113093330A (zh) 2021-03-24 2021-03-24 非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113093330A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114236883A (zh) * 2021-12-28 2022-03-25 天津工业大学 一种硅/聚合物杂化狭缝波导马赫-曾德尔电光调制器
CN116390324A (zh) * 2023-05-25 2023-07-04 之江实验室 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060228074A1 (en) * 2004-11-24 2006-10-12 Michal Lipson Waveguide structure for guiding light in low-index material
US20060291791A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 California Institute Of Technology Frequency conversion with nonlinear optical polymers and high index contrast waveguides
US20110069969A1 (en) * 2008-03-05 2011-03-24 University of Washington Through its Center for Co mmercialization Waveguides and devices for enhanced third order nonlinearities in polymer-silicon systems
US8380016B1 (en) * 2009-06-09 2013-02-19 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Geometries for electrooptic modulation with χ2 materials in silicon waveguides
WO2016086412A1 (zh) * 2014-12-05 2016-06-09 华为技术有限公司 光波导
US20200408677A1 (en) * 2017-03-21 2020-12-31 ETH Zürich DEVICE FOR THz GENERATION AND/OR DETECTION AND METHODS FOR MANUFACTURING THE SAME

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060228074A1 (en) * 2004-11-24 2006-10-12 Michal Lipson Waveguide structure for guiding light in low-index material
US20060291791A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 California Institute Of Technology Frequency conversion with nonlinear optical polymers and high index contrast waveguides
US20110069969A1 (en) * 2008-03-05 2011-03-24 University of Washington Through its Center for Co mmercialization Waveguides and devices for enhanced third order nonlinearities in polymer-silicon systems
US8380016B1 (en) * 2009-06-09 2013-02-19 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Geometries for electrooptic modulation with χ2 materials in silicon waveguides
WO2016086412A1 (zh) * 2014-12-05 2016-06-09 华为技术有限公司 光波导
US20200408677A1 (en) * 2017-03-21 2020-12-31 ETH Zürich DEVICE FOR THz GENERATION AND/OR DETECTION AND METHODS FOR MANUFACTURING THE SAME

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114236883A (zh) * 2021-12-28 2022-03-25 天津工业大学 一种硅/聚合物杂化狭缝波导马赫-曾德尔电光调制器
CN116390324A (zh) * 2023-05-25 2023-07-04 之江实验室 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器
CN116390324B (zh) * 2023-05-25 2023-08-29 之江实验室 狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113093330A (zh) 非线性狭缝光波导和及其制备方法和应用
US7005669B1 (en) Quantum dots, nanocomposite materials with quantum dots, devices with quantum dots, and related fabrication methods
JP2915889B2 (ja) 低損失光能動素子及びその製造方法
Mondal et al. Design and analysis of all‐optical 1‐to‐2 line decoder based on linear photonic crystal
US20040005105A1 (en) High-response electro-optic modulator based on an intrinsically acentric, layer-by-layer self-assembled molecular superlattice
US6298180B1 (en) Photon transistors
Li et al. All-optical nonlinear activation function based on germanium silicon hybrid asymmetric coupler
Gao et al. Polymer mode selecting switch based on cascaded MMI couplers
Huang TE-pass polarizer based on epsilon-near-zero material embedded in a slot waveguide
CN114296177A (zh) 基于二氧化硅/聚合物混合波导的跑道型微环光开关及其制备方法
Kouketsu et al. High-speed and compact non-blocking 8× 8 InAlGaAs/InAlAs Mach-Zehnder-type optical switch fabric
CN106842422A (zh) 一种三维垂直耦合光模式转换‑隔离复合器件
Chattopadhyay et al. All‐optical 2's complement number conversion scheme without binary addition
Safinezhad et al. Ultra-compact all-optical reversible Feynman gate based on suspended graphene plasmonic waveguides
Liu et al. Advances in silicon photonic devices for silicon-based optoelectronic applications
CN115657206A (zh) 提高条波导非线性系数的方法、条波导及光器件
JP5250033B2 (ja) 可飽和吸収体を用いた光論理デバイス
Zettsu et al. Two-dimensional manipulation of poly (3-dodecylthiophene) using light-driven instant mass migration as a molecular conveyer
Pang et al. A silicon photonics waveguide-coupled colloidal quantum dot photodiode sensitive beyond 1.6 µm
Zhang et al. Reduction of sidewall roughness, insertion loss and crosstalk of polymer arrayed waveguide grating using vapor-redissolution technique
Zhang et al. UV exposure: a novel processing method to fabricate nanowire solar cells
JP2003202533A (ja) 有機導波路型光変調器および有機導波路型光変調器の製造方法
Ding et al. Efficient graphene based electro-optical modulator enabled by interfacing plasmonic slot and silicon waveguides
WO2000029880A1 (en) Process for control of birefringence in waveguides
JP2699982B2 (ja) 導波路型光−光制御素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination