CN115128731B - 光波导结构、色散控制方法、制备方法及集成光源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光波导结构、色散控制方法、光波导结构的制备方法以及一种集成光源装置，其中光波导结构包括波导芯区和波导包层，波导芯区包括平面层和至少两个结构部，结构部位于平面层上，且具有预设形状，结构部之间具有缝隙。波导包层设置于波导芯区上，且包覆于结构部外侧。其中波导芯区与波导包层的折射率不同。本发明的实施例能够形成近似于双马鞍形的色散曲线，具有多个色散零点。应用本发明的实施例中提供的光波导结构，能够降低对于制备光波导结构的材料限制，扩大选材范围，并且结构简单，能够简化光波导结构的制备过程。本发明中的色散控制方法通过调节光波导结构的一个或多个参数，能够改变对应的色散曲线，以获取所需的色散效果。
Description
技术领域
本发明大致涉及光学元器件技术领域，尤其是一种光波导结构、色散控制方法、制备方法以及集成光源装置。
背景技术
光波导是一种用于定向引导电磁波的结构，常见的光波导结构有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导和光纤等。不同波长的光在介质中传播时速度不同，因此会发生色散现象，例如在光波导的光路下游设置接收端，接收到的不同波长携带的信号会发生畸变。当下，集成光学和微纳米光学领域蓬勃发展，如何对可集成的光波导进行色散控制，从而实现色散补偿、低色散传输、超连续谱及光频率梳的产生等应用成为一项研究热门。色散主要包括材料色散和波导色散，因此实现色散平坦的主要方法是平衡材料色散和波导色散。
但在可集成的光波导中，由于材料折射率较大的光波导对光场的约束更强，因此波导色散相对于材料色散占据主要地位。为了控制波导色散，在设计光波导时需要选择合适的材料，灵活地设计光波导的结构。公开号为US8483529B2，其公开日为2013年7月9号的专利文献中公开了一种《Waveguide-based dispersion device》，设计了一种slot型光波导与strip型光波导耦合的结构，该结构引入了一种模式转变机制，从而能进行色散控制。公开号为US 9110219 B1,其公开日为2015年8月18号的专利文献中公开了一种《On-chiptwo-octave supercontinuum generation enabled by advanced chromatic dispersiontailoring in slotted waveguides》，设计了一种改进型的slot型光波导结构，这会使得色散值随着波长变化的曲线出现四个色散零点，类似于马鞍形，可更加灵活地实现色散控制。但该类光波导对于加工条件的要求高，并且该结构要求高折射率材料与低折射率材料的比值高，可适用于该结构的材料少。申请号为201610149999.5，申请了一种进一步改进型双层光波导结构，通过在不同层之间进行高低折射率的组合，可以进一步降低色散控制所需要的折射率对比度，也可以达到对光波导进行色散调控的效果。这种结构虽然减小了加工工艺步骤，降低了对加工条件的要求，但是只能产生4个色散零点，色散效果不够突出。
背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供一种光波导结构，包括：
波导芯区，所述波导芯区包括：
平面层；
至少两个结构部，所述结构部位于平面层上，且具有预设形状，结构部之间具有缝隙；
波导包层，所述波导包层包覆于所述结构部外侧；
其中所述波导芯区与所述波导包层的折射率不同。
根据本发明的一个方面，其中所述波导芯区的折射率大于波导包层的折射率；所述波导芯区由相同材料制成，波导芯区的材料包括Si，Ge，SiC、Diamond、Al2O3和SiN中的一种或多种；所述波导包层的材料包括SRN，SiN，TiO2、lithium、Al2O3和SiO2中的一种或多种；所述波导芯区和所述波导包层的材料根据对应光源的波段选择。
根据本发明的一个方面，所述光波导结构还包括基底，所述波导芯区形成于所述基底上，所述基底的材料包括SiO2和/或CaF2，所述基底覆盖波导芯区的全部范围或在所述波导芯区的对应位置处具有避让空间。
根据本发明的一个方面，其中所述结构部的截面为矩形、梯形、不规则四边形、三角形中的一种或多种，所述结构部的预设形状包括结构部的宽度和高度。
根据本发明的一个方面，其中所述结构部的宽度为结构部与所述平面层连接位置处的宽度；所述结构部之间缝隙的宽度为所述结构部与所述平面层连接平面处，相邻结构部之间缝隙的宽度。
根据本发明的一个方面，其中所述平面层的厚度、所述结构部的形状、所述结构部之间缝隙的宽度、所述波导包层的宽度和高度中的一个或多个根据目标色散曲线进行配置。
根据本发明的一个方面，其中所述平面层厚度的取值范围为350-900nm；所述结构部高度的取值范围为600-1700nm，结构部宽度的取值范围为500-1200nm，所述结构部之间缝隙宽度的取值范围为350-600nm，所述结构部的侧壁与所述平面层的角度的取值范围为80-90°；所述波导包层宽度的取值范围为3000-4500nm，波导包层高度的取值范围为1700-2600nm。
根据本发明的一个方面，本发明还包括一种光波导结构的色散控制方法，利用如前所述的光波导结构，根据目标色散曲线，通过以下操作中的一项或多项调节所述光波导结构的色散曲线：
调整平面层的厚度；
调整结构部的形状；
调整结构部之间缝隙的宽度；
调整波导包层的宽度；和
调整波导包层的高度。
根据本发明的一个方面，还包括根据光波导结构的一组预设尺寸，计算获得色散曲线。
根据本发明的一个方面，其中所述光波导结构具有两个截面成矩形或梯形的结构部，所述色散曲线为具有6个色散零点的双马鞍形色散曲线；
通过增大平面层的厚度，使得双马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且第二个色散低谷几乎消失；
通过增大结构部的高度，使得双马鞍形色散曲线以第二个色散峰为中心逆时针旋转，且第三个色散峰移动幅度相对第一个色散峰更大；
通过增大结构部的宽度，使得双马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且整个色散曲线形状不变；
通过增大结构部之间缝隙的宽度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个低谷顺时针旋转；
通过增大波导包层的宽度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个高峰顺时针旋转；
通过增大波导包层的高度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个高峰顺时针旋转。
根据本发明的一个方面，本发明还包括一种光波导结构的制备方法，用于制备如前所述的光波导结构，所述制备方法包括：
在基底上沉积形成第一沉积层；
对第一沉积层进行刻蚀，形成具有平面层和结构部的波导芯区；
在第一沉积层上沉积形成第二沉积层；
对第二沉积层进行刻蚀，形成波导包层。
根据本发明的一个方面，其中所述第一沉积层和所述第二沉积层采用低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、原子层沉积或热蒸镀的方法沉积。
根据本发明的一个方面，本发明还包括一种集成光源装置，所述集成光源装置包括：
光源；
如前所述的光波导结构，所述光波导结构设置于所述光源的光路下游；和
探测器，所述探测器设置于所述光波导结构的光路下游。
根据本发明的一个方面，所述集成光源装置还包括耦合器，所述耦合器设置于所述光源和所述光波导结构之间，用于将光源发出的光束耦合入所述光波导结构。
与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种光波导结构，利用折射率不同的波导芯区和波导包层，组合形成光波导结构，并将波导芯区设置成平面层和至少两个结构部，能够形成近似于双马鞍形的色散曲线，具有多个色散零点，能够应用于光学元器件中，以产生合适的色散曲线。并且应用本发明的实施例中提供的光波导结构，能够降低对于制备光波导结构的材料限制，扩大选材范围，并且结构简单，能够简化光波导结构的制备过程。本发明还包括一种色散控制方法的实施例，通过调节光波导结构的一个或多个参数，能够改变对应的色散曲线，以获取所需的色散效果。本发明还包括一种光波导结构的制备方法的实施例，用于制备前述的光波导结构，能够简化加工生产过程，降低加工难度。本发明的实施例还包括一种集成光源装置，利用前述的光波导结构对光束进行处理，能够将入射光束连续展宽，获得超连续谱，可应用于生物医学、精密测量等多个领域。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1A和图1B是本发明的不同实施例中光波导结构的截面示意图；
图2是本发明的一个实施例中光波导结构的色散曲线图；
图3A-图3F是本发明的一个实施例中色散曲线的变化图；
图4是本发明的一个实施例中光波导结构的制备方法的流程示意图；
图5A-图5D是本发明的一个实施例中光波导结构的制备过程示意图；
图6是本发明的一个实施例中集成光源装置的结构框图。
附图标记：1、集成光源装置，100、光波导结构，110、波导芯区，111、平面层，112、结构部，120、波导包层，130、基底，200、光源，300、探测器，400、耦合器。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1A示出了根据本发明的一个优选实施例中光波导结构100的截面结构，图2示出了在本发明的一个实施例中色散曲线，下面结合图1A详细描述。
光波导结构100包括波导芯区110和波导包层120，其中波导芯区110包括平面层111和至少两个结构部112，图1A中示出了具有两个结构部112的情况，结构部112位于平面层111上，并且具有预设形状，具体的，根据本发明的不同实施例，结构部112的截面形状可以是矩形、三角形或其他形状的不规则四边形，或如图1A中所示的梯形，不同的结构部112的形状可以具有差异，例如分别设置成矩形和梯形。结构部112的预设形状包括结构部112的宽度和高度，具体的，例如图1A中所示，当结构部112为不规则的四边形或梯形时，结构部112的宽度指结构部112与平面层111连接位置处的宽度，结构部112的高度指结构部112凸出于平面层111的高度。相邻的结构部112之间具有缝隙，当光波导结构100具有三个或以上的结构部112时，任意两个构造部112之间均具有缝隙。结构部112之间缝隙的宽度为结构部112与平面层111连接平面处，相邻结构部112之间缝隙的宽度。
如图1A所示，波导包层120包覆在结构部112的外侧，结构部112封闭在波导包层120和平面层111之间，并且波导芯区110与波导包层120的折射率不同，具体的，可以选用不同材料制作而成。优选的，根据本发明的不同实施例，波导芯区110的折射率大于波导包层120的折射率，波导芯区110的材料可以选用Si(硅)、Ge(锗)、SiC(碳化硅)、Diamond(钻石)、Al2O3(氧化铝)和SiN(氮化硅)中的一种或多种，波导包层120的材料包括SRN(富硅的氮化硅)，SiN(氮化硅)，TiO2(氧化钛)、lithium(锂的化合物)、Al2O3(氧化铝)和SiO2(氧化硅)中的一种或多种。由于不同材料对于不同波长的入射光的吸收程度不同，因此，在具体得到应用中，波导芯区和波导包层的材料根据对应光源的波段选择。
如图1A所示，在本发明的一些实施例中，光波导结构100还包括基底130，其中波导芯区110形成于基底130上，基底130的材料包括SiO2(氧化硅)和/或CaF2(氟化钙)。基底130的主要作用是承载波导芯区110和波导包层120，在生产制备光波导结构100时，可以将波导芯区110沉积在基底130上。具体的，可以根据入射光的波段进行设置，例如设置成如图1A所示的平面形状，也可以在光波导结构100制备完成后将结构部112对应位置的基底130材料去除，形成近似桥形的截面形状，以避免基底130材料对入射光的吸收，还可以在光波导结构100制备完成后将全部基底130材料去除，在不同的光波导结构100中，基底130的材料和结构根据入射光的波段以及具体的应用要求进行设置，以满足不同的需求。具体的，基底130可以如图1A所示，覆盖波导芯区的全部范围，也可以在波导芯区的对应位置处具有避让空间，如图1B所示，根据本发明的优选实施例，在加工制备光波导结构时，例如在沉积刻蚀完成波导芯区110后，对波导芯区对应的位置处刻蚀基底130，在波导芯区的对应位置形成避让空间，具体的工艺可以是在平面层111的预设位置处开设通孔，以对基底进行刻蚀，将波导芯区110对应位置替换为空气，以降低对光束的吸收，根据入射光束的波长选择。另外，在对平面层111开孔，刻蚀基底130后，由于通孔并未封闭，在沉积波导包层120时，可能会存在部分波导包层120的材料附着在通孔处、避让空间内或平面层111的背侧，由于数量较少，对色散效果的影响较低。
根据本发明的不同实施例，平面层111的厚度、结构部112的形状、结构部112之间缝隙的宽度、波导包层120的宽度和高度中的一个或多个根据目标色散曲线进行配置，以上参数均能够影响最终色散曲线，具体的变化过程在后续色散控制方法中详细描述。
进一步的，光波导结构100的尺寸参数的取值范围为，平面层111厚度的取值范围为350-900nm；结构部112高度的取值范围为600-1700nm，结构部112宽度的取值范围为500-1200nm，结构部112之间缝隙宽度的取值范围为350-600nm，结构部112的侧壁与平面层111的角度的取值范围为80-90°；波导包层120宽度的取值范围为3000-4500nm，波导包层120高度的取值范围为1700-2600nm。具体取值根据不同的入射光和应用需求选定。
图2示出了本发明的一个实施例中利用前述的光波导结构100获得的色散曲线，具体的，在本实施例，波导芯区110中的平面层111和结构部112均由Si(硅)制成，折射率大致为3.4，详细的制备过程在后续实施例中描述。波导包层120的材料为SRN(富硅的氮化硅)，折射率均为2.1，基底130的材料为CaF2。其中结构部112的形状近似为图1A中所示的梯形，其截面侧壁与平面层111的夹角为85°。采用FEM算法计算本实施例中光波导结构100中的TM模式基模的有效折射率，并根据得到的有效折射率计算得到色散。
首先，预设一组参数，包括波导芯区110材料，平面层111的厚度h1＝620nm，结构部112的高度h2＝1090nm，结构部112的宽度W＝850nm,两个结构部112之间缝隙的宽度g＝463nm，波导爆成120的宽度W2＝4000nm，波导包层120的高度h3＝2290nm。通过上述方法可得到一条色散随波长变化的曲线，该曲线具有6个零色散波长点，分别为2.98，3.18，4.7，5.78，7.22和7.58μm。并且该色散曲线十分平坦，如图2中所示，色散控制在±4ps/nm/km，对应的带宽为2.7到7.9μm，接近两个倍频程。
本实施例中的光波导结构100的结构简单，通过选择恰当的材料组合和优化不同参数的尺寸设计，降低了对加工条件的要求，能够获得具有6个色散零点的色散曲线，降低了整体色散的平均值。现有技术中用于进行色散调控的光波导对材料的选择和尺寸形状的设计通常很难实现获得多个色散零点，而实现增加色散零点的效果，往往需要将光波导结构设计成更为复杂的结构，提升光波导结构的生产制备难度，并且结构的复杂的同时对于不同光波导材料的选择数量也会增加，导致光波导结构选材困难，以至于无法应用部分材料，导致制备而成的光波导结构无法应用于部分波长的光线。本发明的实施例中波导芯区110中平面层111和结构部112的材料相同，仅需要选择两种不同的波导材料，并且通过结构设计对色散进行调控，在宽带范围内能够获得十分小且平坦的色散曲线，加工难度低，对于材料得到限制小。
在本发明的实施例中，对于光波导结构100的尺寸参数进行设置能够调节色散曲线，实现对不同波长的入射光的色散控制，下面结合图3A-图3F详细描述。
在光波导结构100的色散控制方法中，应用前述的光波导结构100，根据具体应用需求的目标色散曲线，通过以下操作中的一项或多项调节光波导结构100的色散曲线，具体操作分别是调整平面层的厚度；调整结构部的形状；整结构部之间缝隙的宽度；调整波导包层的宽度和调整波导包层的高度。通过改变具体的结构尺寸参数，能够对色散曲线进行调整，进而控制不同波长的入射光的色散情况，下面逐一进行说明。
进一步的，光波导结构的色散控制方法还包括根据一组光波导结构100的预设尺寸，计算获得色散曲线。依然以前述实施例中的光波导结构100为例，其中平面层111的厚度h1＝620nm，结构部112的高度h2＝1090nm，结构部112的宽度W＝850nm,两个结构部112之间缝隙的宽度g＝463nm，波导爆成120的宽度W2＝4000nm，波导包层120的高度h3＝2290nm。通过上述方法可得到一条色散随波长变化的曲线，如图2所示，获得近似为双马鞍形的色散曲线的，该曲线具有6个零色散波长点，分别为2.98，3.18，4.7，5.78，7.22和7.58μm。
通过增大平面层111的厚度，使得双马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且第二个色散低谷几乎消失。具体的，在其他结构尺寸参数不变的情况下，仅将平面层111的厚度由620nm增加至651nm，在短波长处，色散曲线向反常色散值增大的方向整体平移，平移量约为6ps/nm/km，在长波长处，第三个色散峰几乎消失，色散从反常色散快速向正常色散下降，如图3A所示，其中虚线为增加平面层111厚度后的色散曲线。
通过增大结构部112的高度，使得双马鞍形色散曲线以第二个色散峰为中心逆时针旋转，且第三个色散峰移动幅度相对第一个色散峰更大。具体的，在仅将结构部112的高度由1090nm增加至1145nm后，色散曲线以第二个色散峰值为中心逆时针旋转，在短波长处第一个色散峰值下降10ps/nm/km，在长波长处第三个色散峰值上升45ps/nm/km，如图3B所示，其中虚线为增加结构部112高度后的色散曲线。
通过增大结构部112的宽度，使得双马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且整个色散曲线形状不变。具体的，在仅将结构部112的宽度由850nm增加至893nm后，色散曲线向反常色散值增大的方向整体平移，平移量约为17ps/nm/km，如图3C所示，其中虚线为增加结构部112宽度后的色散曲线。
通过增大结构部112之间缝隙的宽度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个低谷顺时针旋转。具体的，在将结构部112之间缝隙的宽度由463nm增加至486nm后，色散曲线以特定波长λ0＝3.5μm作为分界线，当波长小于3.5μm时，色散向反常色散方向移动，色散增大5ps/nm/km，当波长大于3.5μm时，色散向正常色散方向移动，色散减小10ps/nm/km，如图3D所示，其中虚线为增加结构部112之间缝隙的宽度后的色散曲线。
通过增大波导包层120的宽度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个高峰顺时针旋转。具体的，仅将波导包层120的高度由2290nm增加至2405nm，当波长小于4μm时，色散值几乎不变。波长大于4μm时，色散值向正常色散方向移动，波长越长色散值下降越快，如图3E所示，其中虚线为增加波导包层120宽度后的色散曲线。
通过增大波导包层120的高度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个高峰顺时针旋转。具体的，仅将波导包层120的宽度由4000nm增加至4200nm，波长小于3.5μm时，色散值几乎不变。当波长大于3.5μm时，色散值向正常色散方向移动，波长越长色散值下降越快，如图3F所示，其中虚线为增加波导包层120高度后的色散曲线。在具体应用过程中，可以根据具体的目标色散曲线，或目标色散零点的波长对光波导结构100的具体尺寸参数进行调节，实现对色散进行控制。
本发明还包括一种光波导结构的制备方法S100的实施例，用于制备前述实施例中的光波导结构100，具体流程如图4所示，下面结合图4，以及图5A-图5D详细说明。
如图4所示，在步骤S101，在基底上沉积形成第一沉积层，例如图5A所示，具体的，可以采用低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、原子层沉积或热蒸镀的方法沉积，根据入射光波长和目标色散曲线，选择合适的材料，在基底上沉积形成第一沉积层。在步骤S102，如图5B所示，对第一沉积层进行刻蚀，形成具有平面层和结构部的波导芯区，具体的，可以根据第一沉积层的材料选择不同的刻蚀方法。在具体的实施例中，由于刻蚀工艺和加工精度的限制，结构部与平面层的连接位置处通常具有圆角，无法保证结构部截面侧壁与平面层的夹角准确，在计算时可以以直线段的夹角为准，较小的圆角对最终的色散效果影响较小。
在步骤S103，如图5C所示，在第一沉积层上沉积形成第二沉积层，同样的，根据入射光的波长和目标色散曲线选择第二沉积层的材料，其中第一沉积层的折射率和第二沉积层的折射率不同。在步骤S104，如图5D所示，对第二沉积层进行刻蚀，形成波导包层。进一步的，当需要去除部分或全部基底时，可以在形成波导包层后利用刻蚀方法去除部分或全部的基底。
本发明还包括一种集成光源装置的实施例，图6示出了根据本发明的一个实施例中集成光源装置1的结构关系，下面结合图6详细描述。
如图6所示，集成光源装置1包括光源200、如前述实施例中所述的光波导结构100和探测器300，其中光波导结构100设置在光源200的光路下游，探测器300设置在光波导结构100的光路下游。
进一步的，根据本发明的优选实施例，如图6所示，集成光源装置1还包括耦合器400，耦合器400设置在光源200和光波导结构100之间，用于将光源200发出的光束耦合入光波导结构100中。
本实施例中的集成光源装置1能够用于产生超连续谱，在具体实施例中，光源200可以是激光发生器，例如飞秒激光器，用于提供激光脉冲，激光脉冲进入光波导结构100后，在光波导结构100中传输的过程中，激光脉冲的频谱被光波导结构100展宽，激光脉冲在光波导结构100中会产生非线性效应，例如自相位调制，四波混频，色散波等，探测器300能够用于接收超连续谱激光，并进行探测。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种光波导结构，包括：
波导芯区，所述波导芯区包括：
平面层；
至少两个结构部，所述结构部位于平面层上，且具有预设形状，结构部之间具有缝隙，所述结构部的截面为矩形、梯形、不规则四边形、三角形中的一种或多种，所述结构部的预设形状包括结构部的宽度和高度；所述波导芯区由相同材料制成，波导芯区的材料包括硅，锗，碳化硅、钻石、氧化铝和氮化硅中的一种或多种；
波导包层，所述波导包层包覆于所述结构部外侧，所述波导包层的宽度小于所述平面层的宽度，所述波导包层的材料包括富硅的氮化硅，氮化硅，氧化钛、锂的化合物、氧化铝和氧化硅中的一种或多种；
其中所述波导芯区的折射率大于所述波导包层的折射率；所述光波导结构配置为能够形成具有6个色散零点的双马鞍形色散曲线。
2.根据权利要求1所述的光波导结构，其中所述波导芯区和所述波导包层的材料根据对应光源的波段选择。
3.根据权利要求1所述的光波导结构，还包括基底，所述波导芯区形成于所述基底上，所述基底的材料包括SiO2和/或CaF2，所述基底覆盖波导芯区的全部范围或在所述波导芯区的对应位置处具有避让空间。
4.根据权利要求1所述的光波导结构，其中所述结构部的宽度为结构部与所述平面层连接位置处的宽度；所述结构部之间缝隙的宽度为所述结构部与所述平面层连接平面处，相邻结构部之间缝隙的宽度。
5.根据权利要求1所述的光波导结构，其中所述平面层的厚度、所述结构部的形状、所述结构部之间缝隙的宽度、所述波导包层的宽度和高度中的一个或多个根据目标色散曲线进行配置。
6.根据权利要求4所述的光波导结构，其中所述平面层厚度的取值范围为350-900nm；所述结构部高度的取值范围为600-1700nm，结构部宽度的取值范围为500-1200nm，所述结构部之间缝隙宽度的取值范围为350-600nm，所述结构部的侧壁与所述平面层的角度的取值范围为80-90°；所述波导包层宽度的取值范围为3000-4500nm，波导包层高度的取值范围为1700-2600nm。
7.一种光波导结构的色散控制方法，利用如权利要求1-6中任一项所述的光波导结构，根据目标色散曲线，通过以下操作中的一项或多项调节所述光波导结构的色散曲线：
调整平面层的厚度；
调整结构部的形状；
调整结构部之间缝隙的宽度；
调整波导包层的宽度；和
调整波导包层的高度。
8.根据权利要求7所述的色散控制方法，还包括根据光波导结构的一组预设尺寸，计算获得色散曲线。
9.根据权利要求8所述的色散控制方法，其中所述光波导结构具有两个截面成矩形或梯形的结构部；
通过增大平面层的厚度，使得双马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且第二个色散低谷几乎消失；
通过增大结构部的高度，使得双马鞍形色散曲线以第二个色散峰为中心逆时针旋转，且第三个色散峰移动幅度相对第一个色散峰更大；
通过增大结构部的宽度，使得双马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且整个色散曲线形状不变；
通过增大结构部之间缝隙的宽度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个低谷顺时针旋转；
通过增大波导包层的宽度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个高峰顺时针旋转；
通过增大波导包层的高度，使得双马鞍形色散曲线围绕该色散曲线第一个高峰顺时针旋转。
10.一种光波导结构的制备方法，用于制备如权利要求1-6中任一项所述的光波导结构，所述制备方法包括：
在基底上沉积形成第一沉积层；
对第一沉积层进行刻蚀，形成具有平面层和结构部的波导芯区；
在第一沉积层上沉积形成第二沉积层；
对第二沉积层进行刻蚀，形成波导包层。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中所述第一沉积层和所述第二沉积层采用低压化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、原子层沉积或热蒸镀的方法沉积。
12.一种集成光源装置，包括：
光源；
如权利要求1-6中任一项所述的光波导结构，所述光波导结构设置于所述光源的光路下游；和
探测器，所述探测器设置于所述光波导结构的光路下游。
13.根据权利要求12所述的集成光源装置，还包括耦合器，所述耦合器设置于所述光源和所述光波导结构之间，用于将光源发出的光束耦合入所述光波导结构。
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