CN115267969A - 一种二氧化硅基awg与聚合物基voa混合集成芯片及聚合物基voa阵列的制备方法 - Google Patents

一种二氧化硅基awg与聚合物基voa混合集成芯片及聚合物基voa阵列的制备方法 Download PDF

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杨俊风
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Abstract

本发明公开了一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片及聚合物基VOA阵列的制备方法，属于平板波导光集成芯片技术领域，该混合集成芯片由二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列通过耦合对准方式组成；二氧化硅基AWG具有低损耗、高稳定性特点，聚合物基VOA阵列具有较高的热光系数(‑1.86×10‑4K‑1)，在约10mW以内的功耗就能实现较大的衰减；宽谱光源耦合进入具有N个通道的二氧化硅基AWG，通过二氧化硅基AWG的分波作用，将光功率不均衡的波长λ1、波长λ2……波长λN的不同波长的光分入二氧化硅基AWG不同的通道，再分别耦合进入N个聚合物基VOA阵列芯片，通过调谐聚合物基VOA阵列芯片实现输出信道光功率的均衡。

Description

一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片及聚合物基 VOA阵列的制备方法
技术领域
本发明属于平板波导光集成芯片技术领域，具体涉及一种二氧化硅基阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG)与聚合物基可变光衰减器(Variable OpticalAttenuator,VOA)阵列混合集成芯片及其制备方法。
背景技术
平板光波导器件(Planar Lightwave Circuit,PLC)有着与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)工艺兼容的特点，易于实现大规模、低成本的制造，近些年得到了国内外学者们的广泛研究。基于二氧化硅基PLC平台的AWG器件，具有着多通道、低损耗、高稳定性、与光纤的模场匹配等优点，实现了产品的商业化。以AWG为核心器件的波分复用系统由于信道间功率不平衡而导致的误码率的提高会严重影响系统的实际应用，通常在 AWG后接入VOA，用以均衡各个信道的光功率，解决通道间的非均匀性。随着信息容量的增加，AWG的端口数目也大幅增加。二氧化硅的热光系数仅为1.19×10-5K-1，使得单通道二氧化硅基PLC-VOA的功耗要在100mW以上，不适合多端口VOA阵列的制备。
综上，一种多端口、低功耗的AWG与VOA阵列集成芯片亟待解决。
发明内容
为了对现有技术的不足进行改进，本发明提出了一种二氧化硅基 AWG与聚合物基VOA阵列混合集成芯片及聚合物基VOA阵列的制备方法，该混合集成芯片由二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列通过耦合对准方式组成；二氧化硅基AWG具有低损耗、高稳定性特点，聚合物基VOA阵列具有较高的热光系数(-1.86×10-4K-1)，在约10mW以内的功耗就能实现较大的衰减；宽谱光源耦合进入具有N个通道的二氧化硅基AWG，通过二氧化硅基AWG的分波作用，将光功率不均衡的波长λ1、波长λ2……波长λN的不同波长的光分入二氧化硅基AWG不同的通道，再分别耦合进入N个聚合物基VOA阵列芯片，通过调谐聚合物基VOA阵列芯片实现输出信道光功率的均衡。
本发明通过如下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列混合集成芯片，由二氧化硅基AWG的信道与聚合物基VOA的阵列对准耦合组成，所述二氧化硅基AWG的信道数与聚合物基VOA阵列的数量均为N个；其中，所述聚合物基VOA阵列由N个聚合物基VOA单元按照等间距排布构成；所述聚合物基VOA单元由第一3dB分束器100、第一调制臂波导200、第二调制臂波导201和第二3dB合束器300组成，其中，第一3dB分束器100和第二3dB合束器300为结构和尺寸相同的器件，使用的方式相反，结构均为1分2的Y分支结构；第一调制臂波导200和第二调制臂波导201的一端与第一3dB分束器100 的Y分支结构的两端相连，第一调制臂波导200和第二调制臂波导 201的另一端与第二3dB合束器的Y分支结构的两端相连；所述第一 3dB分束器100由输入直波导101、第一楔型波导102、第一输入弯曲波导103和第二输入弯曲波导104组成，第一楔型波导102与第一输入弯曲波导103和第二输入弯曲波导104形成1×2的Y分支结构，连接方式为输入直波导101的端部与第一楔型波导102的一端连接，第一楔型波导102的另一端分别与第一输入弯曲波导103和第二输入弯曲波导104的端部连接，第一输入弯曲波导103的另一端与第一调制臂波导200的端部连接，第二输入弯曲波导104的另一端与第二调制臂波导201的端部连接；第二3dB合束器300由第一输出弯曲波导301、第二输出弯曲波导302、第二楔型波导303和输出直波导304 组成，第一输出弯曲波导301和第二输出弯曲波导302与第二楔型波导303形成1×2的Y分支结构，连接方式为第一输出弯曲波导301 的一端与第一调制臂波导200的端部连接，第二输出弯曲波导302与第二调制臂波导201的端部连接，第一输出弯曲波导301和第二输出弯曲波导302的另一端与第二楔形波导303的一端连接，第二楔形波导303的另一端与输出直波导304的端部连接。
进一步地，所述二氧化硅基AWG的信道数为4通道、16通道、 32通道、40通道或128通道；信道间波长间隔包括0.8nm、1.6nm或 20nm；所述二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列耦合对准的截面角度为8°。
进一步地，所述第一输入弯曲波导103、第二输入弯曲波导104、第一输出弯曲波导301、第二输出弯曲波导302均为曲率半径为 4000～6000μm的S型弯曲波导。
进一步地，沿光的传输方向，所述第一调制臂波导200从下至上依次由Si衬底1、SiO2下包层2、聚合物芯层3、聚合物上包层4和金属电极5组成；第一3dB分束器100、第二调制臂波导201和第二 3dB合束器300从下至上依次由Si衬底1、SiO2下包层2、聚合物芯层3和聚合物上包层4组成；其中，聚合物芯层3位于SiO2下包层2 之上并被包覆在聚合物上包层4之中，光在聚合物芯层3中传输。
进一步地，所述二氧化硅下包层2的厚度为15μm，聚合物芯层 3的厚度为3μm，二氧化硅下包层2上方的聚合物上包层4的厚度为 7μm，聚合物芯层3上方聚合物上包层4的厚度为4μm；除第一楔型波导102、第二楔形波导303外，芯片上其余波导的聚合物芯层3 的宽度均为3μm。
进一步地，所述输入直波导101和输出直波导304中聚合物芯层 3的宽度和高度都为3μm，长度为100μm；第一楔型波导102和第二楔型波导303的结构和尺寸相同，其聚合物芯层3的长度为 Ltaper1＝Ltaper2＝500μm；沿光的输入方向，第一楔形波导102中聚合物芯层3的宽度由W11＝3μm线性变大到W12＝6μm，第二楔形波导303中聚合物芯层3的宽度由W21＝6μm线性变小到W22＝3μm；第一调制臂波导 200、第二调制臂波导201结构和尺寸相同，其聚合物芯层3的宽度和高度都为3μm，长度均为2000μm，中心距离50μm。
进一步地，所述聚合物芯层3的材料为具有负热光系数的聚合物材料，包括SU-82002、SU-8 2005、EpoCore等；聚合物上包层4的材料可以选择聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、EpoClad等；聚合物上包层材料的折射率低于聚合物芯层材料的折射率；所述金属电极5的材料为金、银、铝中的一种或者多种组成的合金。
第二方面，本发明提供了一种聚合物基VOA阵列的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：在硅晶圆衬底上，通过热氧化法生长一层致密的12～18 μm厚的SiO2下包层2；
步骤二：使用真空匀胶机在SiO2下包层2上旋涂聚合物芯层薄膜，前烘处理后自然降温固化；
步骤三：通过紫外光刻、显影、后烘，将掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层3上的阵列结构相同或互补的图形转移到聚合物芯层薄膜上，制备得到聚合物芯层3的阵列结构；
步骤四：使用真空匀胶机在SiO2下包层2和聚合物芯层3上旋涂聚合物上包层4，烘烤处理后自然降温固化；
步骤五：在聚合物上包层4上蒸镀一层金属薄膜；
步骤六：使用真空匀胶机在金属薄膜上旋涂一层光刻胶层，前烘处理后自然降温固化；
步骤七：通过紫外光刻、显影、后烘，将光刻板Ⅱ上与需要制备的与金属电极结构相同或互补的图形转移到光刻胶层上，显影后坚膜，自然降温；
步骤八：用与金属对应的腐蚀液腐蚀金属电极的阵列结构之外的未被光刻胶层掩膜的金属薄膜，得到金属电极5的阵列结构，最后使用腐蚀液除去金属电极上剩余的光刻胶层，所述金属电极5位于第一调制臂波导200的正上方，金属电极中心与聚合物芯层3中心对齐，金属电极5的长度与第一调制臂波导200的长度相等，其宽度大于第一调制臂波导200的宽度。从而制备得到所述聚合物基VOA阵列。
进一步地，步骤三中，掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层3上的阵列结构相同时，聚合物芯层采用正性光刻胶，掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层3上的阵列结构互补时，聚合物芯层采用负性光刻胶。
进一步地，所述聚合物芯层3的阵列结构的到厚度为2-5μm、宽度为2-5μm；所述聚合物上包层4的厚度为5-10μm；所述金属电极5的厚度为50-400nm。
与现有技术相比，本发明的创新之处在于：
1.本发明所述的混合集成芯片，二氧化硅基AWG和聚合物基VOA 阵列采用不同的材料体系制备，兼具低损耗、低功耗的优点；
2.所述的混合集成芯片，分别在两套工艺平台上制备，避免了单片集成所引入的工艺兼容问题，制备工艺简单，便捷，成本低；
3.所述的混合集成芯片，VOA阵列为聚合物VOA阵列，可以在较低的功耗下实现较大的衰减，易于实现多端口的拓展；
综上所述，本发明提出的二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列混合集成芯片具有低损耗、低功耗、响应速度快、易于实现多端口的拓展，采用耦合对准的混合集成方案，制备工艺简单，成本极低，在光通信、光计算、光子集成领域，具有着广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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：本发明所述混合集成芯片结构示意图；
图2：本发明所述混合集成芯片的A-A’截面示意图；
图3：本发明所述混合集成芯片中聚合物基VOA阵列的单元结构示意图；
图4：本发明所述混合集成芯片中聚合物基VOA阵列的波导截面示意图；
其中，a为第一调制臂波导的示意图；b为dB分束器100、第二调制臂波导201和3dB合束器的示意图；
图5：本发明所述混合集成芯片中聚合物基VOA阵列的制备工艺流程图；
图6：本发明所述混合集成芯片中聚合物基VOA阵列的单元结构在1550nm波长下调制臂温度变化的归一化传输功率曲线；
图7：本发明所述混合集成芯片中聚合物基VOA阵列的单元结构在1500nm～1630nm波段的开关状态下的光谱图；
图8：本发明所述混合集成芯片在VOA阵列调制前的光谱图；
图9：本发明所述混合集成芯片在VOA阵列调制后的光谱图；
图中：第一3dB分束器100、输入直波导101、第一楔型波导102、第一输入弯曲波导103、第二输入弯曲波导104、第一调制臂波导200、第二调制臂波导201、第二3dB合束器300、第一输出弯曲波导301、第二输出弯曲波导302、第二楔型波导303、输出直波导304；
Si衬底1、SiO2下包层2、聚合物芯层3、聚合物上包层4、金属电极5；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
实施例1
本实施例所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列混合集成芯片，由二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列对准耦合组成，所述二氧化硅基AWG的信道数与聚合物基VOA阵列的数量均为N个；AWG 和VOA阵列分别制备在两个芯片上，两个芯片耦合对准的示意图如图 1所示；左侧的芯片为AWG，右侧的芯片为VOA阵列芯片；利用AWG 上的对准波导1和对准波导2分别与VOA阵列的对准波导1’和对准波导2’对准，实现混合集成芯片的制备；二氧化硅基AWG的信道数为N个，常见的包括4通道、16通道、32通道、40通道、128通道等，在本实施例中，以40通道进行介绍；宽谱光源通过阵列波导光栅，将40种不同波长的光分开，分别进入不同的输出通道中，再耦合进入不同的VOA单元，与AWG通道相匹配，VOA阵列共40个单元当中，由于通道间功率不平衡，最后通过调谐VOA，实现输出信道的功率均衡。
图2为图1所示的耦合对准的A-A’截面示意图，如图2所示，两个芯片耦合对准的截面角度为8°，用来减小回损。
所述的混合集成芯片中AWG为二氧化硅基AWG，可以通过购买得到，在本实施例中采用河南仕佳光子科技股份有限公司的40通道 AWG，VOA阵列为聚合物基VOA阵列，通过后续方法制备得到。
如图3所示，本发明所述波分复用系统中聚合物基可变光衰减器阵列的单元结构由第一3dB分束器100、第一调制臂波导200、第二调制臂波导201和第二3dB合束器300组成；其中，3dB分束器100 和3dB合束器300为结构和尺寸相同的器件，使用的方式相反，结构均为1分2的Y分支结构；第一调制臂波导200和第二调制臂波导 201的一端与第一3dB分束器100的Y分支结构的两端相连，第一调制臂波导200和第二调制臂波导201的另一端与第二3dB合束器的Y 分支结构的两端相连；第一3dB分束器100由输入直波导101、第一楔型波导102、第一输入弯曲波导103和第二输入弯曲波导104组成，第一楔型波导102与第一输入弯曲波导103和第二输入弯曲波导104 形成1×2的Y分支结构；连接方式为输入直波导101的端部与第一楔型波导102的一端连接，第一楔型波导102的另一端分别与第一输入弯曲波导103和第二输入弯曲波导104的端部连接，第一输入弯曲波导103的另一端与第一调制臂波导200的端部连接，第二输入弯曲波导104的另一端与第二调制臂波导201的端部连接；
第二3dB合束器300由第一输出弯曲波导301、第二输出弯曲波导302、第二楔型波导303和输出直波导304组成，第一输出弯曲波导301和第二输出弯曲波导302与第二楔型波导303形成1×2的Y 分支结构；连接方式为第一输出弯曲波导301的一端与第一调制臂波导200的端部连接，第二输出弯曲波导302与第二调制臂波导201的端部连接，第一输出弯曲波导301和第二输出弯曲波导302的另一端与第二楔形波导303的一端连接，第二楔形波导303的另一端与输出直波导304的端部连接。
第一输入弯曲波导103、第二输入弯曲波导104、第一输出弯曲波导301、第二输出弯曲波导302均为曲率半径为5000μm的S型弯曲波导；
沿光的传输方向，如图4的(a)所示，第一调制臂波导200从下至上由Si衬底1、SiO2下包层2、聚合物芯层3、聚合物上包层4 和金属电极5组成；如图4的(b)所示，第一3dB分束器100、第二调制臂波导201和第二3dB合束器300从下至上依次由Si衬底1、 SiO2下包层2、聚合物芯层3和聚合物上包层4组成；聚合物芯层3 位于SiO2下包层2之上并被包覆在聚合物上包层4之中，光在聚合物芯层3中传输；
所述的SiO2下包层2可以采用热氧化法生长、PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition)沉积法生长。本实施例中，采用热氧化法生长SiO2下包层，其折射率为1.4456。所述的聚合物芯层3可以采用具有负热光系数的聚合物材料，包括SU-8 2002、SU -8 2005、EpoCore等，在本实施例中，采用SU-8 2002材料作为聚合物芯层3材料，折射率为1.573。所述的聚合物上包层4材料可以采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、聚苯乙烯 (PS)、EpoClad等，在本实施例中，采用PMMA材料作为聚合物上包层，折射率为1.483。所述的金属电极5的材料为金、银、铝中的一种或者多种组成的合金，在本实施例中，采用铝作为金属电极。为了降低波导内模式串扰与偏振相关损耗，同时降低工艺难度，本实施例中，二氧化硅下包层2的厚度为15μm，聚合物芯层3的厚度为3μm，二氧化硅下包层2上方的聚合物上包层5的厚度为7μm，聚合物芯层3上方聚合物上包层4的厚度为4μm；除第一楔型波导102、第二楔形波导303外，芯片上其余波导的聚合物芯层3的宽度均为3μm。
输入直波导101和输出直波导304中聚合物芯层3的宽度和高度都为3μm，长度为100μm；第一楔型波导102和第二楔型波导303 的结构和尺寸相同，其聚合物芯层3的长度为Ltaper1＝Ltaper2＝500μm；沿光的输入方向，第一楔形波导102中聚合物芯层3的宽度由W11＝3μm 线性变大到W12＝6μm，第二楔形波导303中聚合物芯层3的宽度由 W21＝6μm线性变小到W22＝3μm；第一调制臂波导200、第二调制臂波导201结构和尺寸相同，其聚合物芯层3的宽度和高度都为3μm，长度均为2000μm，中心距离50μm；第一调制臂波导200和第二调制臂波导201接入在3dB分束器100和3dB合束器300之间，其中，第一输入弯曲波导103、第一调制臂波导200和第一输出弯曲波导301 顺次连接，第二输入弯曲波导104、第二调制臂波导201和第二输出弯曲波导302顺次连接。
本实施例所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列混合集成芯片的工作原理如下：
第一3dB分束器100将来自AWG的一束输入光分为功率均等的两路光，分别进入第一调制臂波导200和第二调制臂波导201中，再分别进入第二3dB合束器300，进而将两束光合束；在第一调制臂波导 200的正上方制备了金属电极500，通过改变加载在金属电极500上的电功率对第一调制臂波导200进行加热和调制，由于聚合物的热光效应，第一调制臂波导200的折射率随温度升高发生变化，经过此处的光会引入附加相位，再经过第二3dB合束器300合束后，输出光的光强也会发生变化，实现对该路光的光衰减的功能，进而实现整个输出信道的功率均衡。
实施例2
如图5所示，本实施例提供了上述聚合物基可变光衰减器阵列的制备方法，具体步骤如下：
1)在硅晶圆衬底上，通过热氧化法生长一层致密的15μm厚的二氧化硅下包层2；
2)使用真空匀胶机在二氧化硅下包层2表面旋涂Micro Chem 公司的SU-8 2002光刻胶，首先需要在60℃、10分钟，90℃、20分钟前烘处理并自然降温固化，通过控制转速600转/分，旋涂时间20 s，形成3μm厚的SU-8光刻胶层31；
3)将步骤2)的器件放置在365nm的紫外光光刻机下，光功率为23mW/cm2，对版光刻，所用掩模版Ⅰ的结构、形状与需要制备的SU-8芯层的结构、形状互补，曝光时间3.5s，之后再进行65℃、 10分钟，95℃、20分钟的后烘，冷却至室温；放入PGMEA (Propyleneglygol-monomethylether-acetate)显影液中显影，未被曝光的光刻胶被去除，再放入异丙醇中漂洗除去余胶，用去离子水洗净反应液；然后在120℃下坚膜30分钟，形成矩形结构的SU-82002 芯层3，为了偏振不敏感，除第一楔型波导102、第二楔形波导303 外的SU-8芯层波导3的宽度和高度相同，均为3μm；
4)使用真空匀胶机在芯层和二氧化硅下包层2上旋涂厚度为 7μm的PMMA聚合物上包层4，其中SU-8芯层波导3上的PMMA聚合物上包层4厚度为4μm，之后进行120℃、30分钟的固化，冷却至室温；
5)在PMMA聚合物上包层4上蒸镀厚度为100nm的金属Al膜 50；
6)采用旋涂工艺，在金属Al膜50上旋涂厚度为1.5μm的正性光刻胶BP212(60)，在87℃温度下烘烤20分钟；
7)将器件放置在紫外光刻机下，将其与掩膜板Ⅱ紧密接触进行对版光刻，所用掩模版Ⅱ的结构、形状与需要制备的金属电极的结构、形状相同，掩膜板Ⅱ的尺寸大于第一调制臂波导200芯层的尺寸，曝光2s，除去掩膜板Ⅱ；经过质量浓度5wt‰的NaOH溶液显影之后(去除电极结构之外的曝光的光刻胶)，在90℃下烘烤20分钟，将掩膜板Ⅱ上与需要制备的金属电极结构相同的图形转移到BP212光刻胶层61上；
8)用质量浓度5wt‰的NaOH溶液除去未被光刻胶掩模的金属 Al膜，再次曝光10s，使用乙醇溶液除去剩余的BP212，将Al金属电极5露出，得到聚合物基VOA阵列；
9)将聚合物基VOA阵列和二氧化硅基AWG对准耦合，制备得到混合集成芯片。
如图6所示，在1550nm的工作波长下，聚合物基可变光衰减器在温度变化为0K和2.2K时，实现了相位差从0到π的变化，即输出光的强度从最小值变为最大值；在0K时，损耗最小为0.02dB；在2.2K时，损耗最大，为41.63dB，衰减量可以达到41.61dB。
如图7所示，为器件工作在最小、最大衰减量的光谱图，波长从 1500nm到1630nm，波长覆盖C、L波段。当温度变化为0K时，最大损耗为0.55dB。在温度变化为2.2K时，最大衰减量发生在1557nm，衰减量为(-0.02dB)-(-66.40dB)＝66.38dB，表明该VOA阵列可以与AWG协调工作；
如图8所示，AWG的40通道输出光谱的插损分别为1.72dB、1.77 dB、1.41dB、1.91dB、1.52dB、1.70dB、1.53dB、2.03dB、1.48 dB、1.45dB、1.37dB、1.39dB、1.13dB、0.95dB、1.39dB、1.14 dB、1.24dB、1.51dB、1.37dB、1.30dB、1.08dB、1.11dB、1.10 dB、1.20dB、1.22dB、0.82dB、1.29dB、1.24dB、1.28dB、1.30 dB、1.05dB、1.40dB、0.96dB、0.82dB、2.17dB、1.30dB、1.30 dB、0.99dB、0.97dB、1.24dB。通道间损耗最大相差 2.17-0.82＝1.35dB。通过衰减器的调制，将通道的损耗都提高到 2.17dB，提高通道间的均衡性，最终均衡后的输出光谱图，如图9所示。

Claims (10)

1.一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，由二氧化硅基AWG的信道与聚合物基VOA阵列对准耦合组成，所述二氧化硅基AWG的信道数与聚合物基VOA阵列的数量均为N个；其中，所述聚合物基VOA阵列由N个聚合物基VOA单元按照等间距排布构成；所述聚合物基VOA单元由第一(3)dB分束器(100)、第一调制臂波导(200)、第二调制臂波导(201)和第二(3)dB合束器(300)组成，其中，第一(3)dB分束器(100)和第二(3)dB合束器(300)为结构和尺寸相同的器件，使用的方式相反，结构均为1分2的Y分支结构；第一调制臂波导(200)和第二调制臂波导(201)的一端与第一(3)dB分束器(100)的Y分支结构的两端相连，第一调制臂波导(200)和第二调制臂波导(201)的另一端与第二(3)dB合束器的Y分支结构的两端相连；所述第一(3)dB分束器(100)由输入直波导(101)、第一楔型波导(102)、第一输入弯曲波导(103)和第二输入弯曲波导(104)组成，第一楔型波导(102)与第一输入弯曲波导(103)和第二输入弯曲波导(104)形成1×2的Y分支结构，连接方式为输入直波导(101)的端部与第一楔型波导(102)的一端连接，第一楔型波导(102)的另一端分别与第一输入弯曲波导(103)和第二输入弯曲波导(104)的端部连接，第一输入弯曲波导(103)的另一端与第一调制臂波导(200)的端部连接，第二输入弯曲波导(104)的另一端与第二调制臂波导(201)的端部连接；第二(3)dB合束器(300)由第一输出弯曲波导(301)、第二输出弯曲波导(302)、第二楔型波导(303)和输出直波导(304)组成，第一输出弯曲波导(301)和第二输出弯曲波导(302)与第二楔型波导(303)形成(1)×(2)的Y分支结构，连接方式为第一输出弯曲波导(301)的一端与第一调制臂波导(200)的端部连接，第二输出弯曲波导(302)与第二调制臂波导(201)的端部连接，第一输出弯曲波导(301)和第二输出弯曲波导(302)的另一端与第二楔形波导(303)的一端连接，第二楔形波导(303)的另一端与输出直波导(304)的端部连接。
2.如权利要求1所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，所述二氧化硅基AWG的信道数为4通道、16通道、32通道、40通道或128通道；信道间波长间隔包括0.8nm、1.6nm或20nm；所述二氧化硅基AWG与聚合物基VOA阵列耦合对准的截面角度为8°。
3.如权利要求1所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，所述第一输入弯曲波导(103)、第二输入弯曲波导(104)、第一输出弯曲波导(301)、第二输出弯曲波导(302)均为曲率半径为4000～6000μm的S型弯曲波导。
4.如权利要求1所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，沿光的传输方向，所述第一调制臂波导200从下至上依次由Si衬底(1)、SiO(2)下包层(2)、聚合物芯层(3)、聚合物上包层(4)和金属电极(5)组成；第一(3)dB分束器(100)、第二调制臂波导(201)和第二(3)dB合束器(300)从下至上依次由Si衬底(1)、SiO(2)下包层(2)、聚合物芯层(3)和聚合物上包层(4)组成；其中，聚合物芯层(3)位于SiO(2)下包层(2)之上并被包覆在聚合物上包层(4)之中，光在聚合物芯层(3)中传输。
5.如权利要求1所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，所述二氧化硅下包层(2)的厚度为15μm，聚合物芯层(3)的厚度为3μm，二氧化硅下包层(2)上方的聚合物上包层(4)的厚度为7μm，聚合物芯层(3)上方聚合物上包层(4)的厚度为4μm；除第一楔型波导(102)、第二楔形波导(303)外，芯片上其余波导的聚合物芯层(3)的宽度均为3μm。
6.如权利要求1所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，所述输入直波导(101)和输出直波导(304)中聚合物芯层(3)的宽度和高度都为3μm，长度为100μm；第一楔型波导(102)和第二楔型波导(303)的结构和尺寸相同，其聚合物芯层(3)的长度为Ltaper1＝Ltaper2＝500μm；沿光的输入方向，第一楔形波导(102)中聚合物芯层(3)的宽度由W11＝3μm线性变大到W12＝6μm，第二楔形波导(303)中聚合物芯层(3)的宽度由W21＝6μm线性变小到W22＝3μm；第一调制臂波导(200)、第二调制臂波导(201)结构和尺寸相同，其聚合物芯层(3)的宽度和高度都为3μm，长度均为2000μm，中心距离50μm。
7.如权利要求1所述的一种二氧化硅基AWG与聚合物基VOA混合集成芯片，其特征在于，所述聚合物芯层(3)的材料为具有负热光系数的聚合物材料，包括SU-8 2002、SU-8 2005、EpoCore；聚合物上包层(4)的材料可以选择聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚酯、聚苯乙烯、EpoClad；聚合物上包层材料的折射率低于聚合物芯层材料的折射率；所述金属电极(5)的材料为金、银、铝中的一种或者多种组成的合金。
8.如权利要求1所述的聚合物基VOA阵列的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：在硅晶圆衬底上，通过热氧化法生长一层致密的12～18μm厚的SiO2下包层(2)；
步骤二：使用真空匀胶机在SiO2下包层(2)上旋涂聚合物芯层薄膜，前烘处理后自然降温固化；
步骤三：通过紫外光刻、显影、后烘，将掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层(3)上的阵列结构相同或互补的图形转移到聚合物芯层薄膜上，制备得到聚合物芯层(3)的阵列结构；
步骤四：使用真空匀胶机在SiO2下包层(2)和聚合物芯层(3)上旋涂聚合物上包层(4)，烘烤处理后自然降温固化；
步骤五：在聚合物上包层(4)上蒸镀一层金属薄膜；
步骤六：使用真空匀胶机在金属薄膜上旋涂一层光刻胶层，前烘处理后自然降温固化；
步骤七：通过紫外光刻、显影、后烘，将光刻板Ⅱ上与需要制备的与金属电极结构相同或互补的图形转移到光刻胶层上，显影后坚膜，自然降温；
步骤八：用与金属对应的腐蚀液腐蚀金属电极的阵列结构之外的未被光刻胶层掩膜的金属薄膜，得到金属电极(5)的阵列结构，最后使用腐蚀液除去金属电极上剩余的光刻胶层，所述金属电极(5)位于第一调制臂波导(200)的正上方，金属电极中心与聚合物芯层(3)中心对齐，金属电极(5)的长度与第一调制臂波导(200)的长度相等，其宽度大于第一调制臂波导(200)的宽度。从而制备得到所述聚合物基VOA阵列。
9.如权利要求8所述的聚合物基VOA阵列的制备方法，其特征在于，步骤三中，掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层(3)上的阵列结构相同时，聚合物芯层采用正性光刻胶，掩模版Ⅰ上与需要制备的聚合物芯层(3)上的阵列结构互补时，聚合物芯层采用负性光刻胶。
10.如权利要求8所述的聚合物基VOA阵列的制备方法，其特征在于，所述聚合物芯层(3)的阵列结构的到厚度为2-5μm、宽度为2-5μm；所述聚合物上包层(4)的厚度为5-10μm；所述金属电极(5)的厚度为50-400nm。
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