CN117434752A - 基于应力光学效应的光移相器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于应力光学效应的光移相器结构，光移相器结构包括：波导层结构，波导层结构包括相位调制区；移相元件，设置于波导层结构的相位调制区上；沟槽隔离区，设置于相位调制区的外周缘，用于将相位调制区与沟槽隔离区以外的外围区域隔离，以限制移相元件所产生的应力向外围区域的传导。本发明的光移相器结构可以将应力光学效应集中于相位调制区内，可更有效地诱发目标光波导芯层中的折射率变化，这使得其能够在较低的驱动电压和/或较短的相互作用长度内诱发光信号中相位的变化，本发明可有效提高应力光学相位调制效率，降低驱动电压，且改善应力横向串扰的问题。

Description

基于应力光学效应的光移相器结构

技术领域

本发明属于集成光学器件领域，特别是涉及一种基于应力光学效应的光移相器结构。

背景技术

现有的光移相方式一般为热移相、电光移相和基于应力光学的移相。其中，热移相是目前最为常见的低速移相方法，但也有非常明显的缺点。首先，常用的包层材料导热系数低，加热和冷却时间较长，通常需要几十微秒，这使得热调制的频率在10kHz级。再者，薄膜加热器的热量会在芯片中横向和纵向扩展，因此相邻波导器件间存在热串扰，且热串扰问题也会限制芯片上的元件密度。最后，热调制器的功耗大。同时，电光移相器一般调制长度长、体积大，如基于铌酸锂的移相器一般在1cm级别，不易实现高密度、低成本集成；而基于聚合物或载流子注入的电光移相器一般有比较大的损耗。

目前，基于应力光学的移相器作为热移相器和电光移相器的替代方案。已有技术的应力光学移相器在波导芯层的相位调控效率仍较低，因此需要较高的电压驱动，且这种结构也存在很强的横向串扰的问题。虽然高次谐波体声波(high-overtone bulkacoustic)谐振的调制方式可以降低横向串扰，但这仅在特定的调制频率下有效。因此应力光学移相器在集成光学中的应用仍然有比较大的局限，从而限制了光芯片在光开关、光学相阵激光雷达(OPA-LIDAR)、光子计算、光量子计算等领域的应用。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

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基于应力光学效应的光移相器结构，用于解决现有技术中基于应力光学效应的光移相器结构损耗较大及横向串扰较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于应力光学效应的光移相器结构，所述光移相器结构包括：波导层结构，所述波导层结构包括相位调制区；移相元件，设置于所述波导层结构的所述相位调制区上；沟槽隔离区，设置于所述相位调制区的外周缘，用于将所述相位调制区与所述沟槽隔离区以外的外围区域隔离，以限制所述移相元件所产生的应力向所述外围区域的传导。

可选地，所述光移相器结构还包括一衬底，所述波导层结构形成于所述衬底上，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述波导层结构的包层内部，或者，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述衬底内部。

可选地，所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽或为多个间断的沟槽。

可选地，所述沟槽隔离区的俯视形状依据所述移相元件的形状进行设定，所述沟槽隔离区的俯视形状包括弯曲长条形、多边形及不规则形中的一种或多种的组合，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部包括圆角、平角或尖角中的一种或多种的组合。

可选地，所述沟槽隔离区的截面形状包括矩形、U形、V形、梯形、台阶形、曲面形及不规则形中的一种。

可选地，所述沟槽隔离区的与所述移相元件的距离为0～2毫米之间。

可选地，所述波导层结构还包括与所述相位调制区相连的输入波导和输出波导，所述沟槽隔离区具有供所述输入波导和所述输出波导引出的开口。

可选地，所述波导层结构包括包层和位于所述包层内的至少一个光波导芯层。

可选地，所述光波导芯层包括条形波导、脊型波导、横向排列的多个条形波导、横向排布的多个脊型波导、纵向排布的多个条形波导、纵向排布的多个脊形波导、横向排布的多个条形/脊形波导与纵向排布的多个条形/脊形波导的组合中的一种。。

可选地，所述波导层结构包括下包层、上包层和光波导芯层，所述光波导芯层自所述下包层的顶面嵌入所述下包层内部，或者，所述光波导芯层自所述上包层的底面嵌入所述上包层内部。

可选地，所述光波导芯层的材料包括电介质材料及半导体材料中的一种或两种组合，所述电介质材料包括氮化硅、掺杂或未掺杂二氧化硅和氮氧化硅中的一种或两种以上的组合，所述半导体材料包括硅、化合物半导体、碳化硅及锗化硅中的一种或两种以上的组合，所述包层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种或两种的组合。

可选地，所述移相元件包括下电极层、压电层和上电极层，所述下电极层和所述上电极层的材料包括金属材料、导电金属化合物及导电有机材料中的一种或两种以上的组合，所述金属材料包括铝、金、铂、铜及钼中的一种，所述导电金属化合物包括铬化镍及氧化铟锡中的一种，所述导电有机材料包括聚3，4-乙烯二氧噻吩及聚3，4-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐的复合物中的一种；所述压电层的材料包括压电陶瓷材料、压电聚合物基材料及压电复合材料中的一种，所述压电陶瓷材料包括钛酸锆铅、钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂、钽酸锂及氧化锌中的一种，所述压电聚合物基材料包括聚偏氟乙烯及其共聚物、全氟离子膜、碳纳米管、纤维素及其衍生物中的一种，所述压电复合材料包括钛酸锆铅与聚二甲基硅氧烷的复合材料、钛酸锆铅与氧化锌的复合材料及纤维素与钛酸钡的复合材料中的一种。

可选地，所述移相元件的俯视形状根据目标控制的波导层结构的形状变化，所述波导层结构的光波导芯层的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种，所述移相元件的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种。

可选地，所述波导层结构包括微环谐振结构的输入波导和微环波导，所述输入波导为直波导，所述微环波导为闭合圆环波导，所述输入波导与所述微环波导之间具有耦合区。

可选地，所述沟槽隔离区在所述耦合区具有供所述输入波导与所述微环波导耦合的开口。

可选地，所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆形，所述缺口对应于所述耦合区设置。

可选地，所述微环波导内还设置有所述沟槽隔离区，所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆环形，所述缺口对应于所述耦合区设置。本发明还提供一种集成光学器件，所述集成光学器件包含如上任意一项方案所述的基于应力光学效应的光移相器结构。

可选地，所述集成光学器件包括光开关装置、基于集成光学相控阵的激光雷达装置、光子计算装置和光量子计算装置中的一种。

如上所述，本发明的基于应力光学效应的光移相器结构，具有以下有益效果：

本发明提供了一种基于应力光学效应的光移相器结构，通过在相位调制区外周沿相位调制区边缘刻蚀出沟槽隔离区，每条沟槽隔离区底部深入至波导层结构的下包层或衬底内部，以将位于相位调制区内的波导器件和相位调制区以外的外围区域的器件分割成独立区域，从而限制移相元件所产生的应力向所述外围区域的传导。本发明的光移相器结构可以将应力光学效应集中于相位调制区内，可更有效地诱发目标光波导芯层中的折射率变化，这使得其能够在较低的驱动电压和/或较短的相互作用长度内诱发光信号中相位的变化，即提高光学应力的作用效率和速率。本发明不仅保留了传统应力光学控制器结构的低能耗、高速率、无热串扰等优点，还可有效提高应力光学相位调制效率，降低驱动电压，且改善应力横向串扰的问题。本发明的基于应力光学效应的光移相器结构可应用于光开关装置、基于集成光学相控阵的激光雷达装置、光子计算装置和光量子计算装置或类似的集成光学器件中，具有广泛的应用前景。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于说明本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1显示为本发明实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的结构示意图。

图2～图4显示为本发明实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的波导层结构的结构示意图。

图5～图8显示为本发明实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的沟槽隔离区的结构示意图。

图9显示为本发明一个实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的俯视结构示意图。

图10～图12显示为本发明实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的光波导芯层与移相元件的几种布局结构示意图。

图13显示为本发明另一个实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的俯视结构示意图。

图14显示为本发明又一个实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的俯视结构示意图。

图15显示为本发明又一个实施例的基于应力光学效应的光移相器结构的俯视结构示意图。

元件标号说明

200 光移相器结构

201 波导层结构

202 移相元件

203 衬底

204 包层

205 光波导芯层

206 上电极层

207 下电极层

208 压电层

209 沟槽隔离区

210 下包层

211 上包层

301 移相元件

302 沟槽隔离区

303 输入波导

304 输出波导

305 光波导芯层

400 光移相器结构

401 移相元件

402A、402B 沟槽隔离区

403 输入波导

404 输出波导

500A 光移相器结构

501 输入波导

502 微环波导

503 移相元件

504 沟槽隔离区

500B 光移相器结构

505 移相元件

506A 第一沟槽隔离区

506B 第二沟槽隔离区

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种基于应力光学效应的光移相器结构200，所述光移相器结构200包括：波导层结构201，所述波导层结构包括相位调制区；移相元件202，设置于所述波导层结构201的所述相位调制区上，所述移相元件202与所述相位调制区的形状可以设置为相适应；沟槽隔离区209，设置于所述相位调制区的外周缘，用于将所述相位调制区与所述沟槽隔离区209以外的外围区域隔离，以限制所述移相元件202所产生的应力向所述外围区域的传导。

当没有控制电压施加到移相元件202时，在忽略传播损耗的情况下，通过波导层结构201的光波导芯层205的光信号相位不变。而当移相元件被激活时，其在下方的波导层结构201上诱发应力，使得波导层结构201的光波导芯层205折射率发生变化，光信号穿过光波导芯层205的传播常数发生改变。控制施加在移相元件上的电压可调节这个诱发的应力的幅度，从而控制光信号的相位变化。

移相元件202产生的水平和竖直应力通过包层204的传导，到达目标光波导芯层205。同时，应力也会水平传导，如果应力水平传导到相位调制区以外的器件区域，将造成移相元件202产生的应力作用于目标光波导芯层205的效率很低，同时也增加了移相元件202的能耗，并引入横向串扰，因此，本发明通过在相位调制区的外周缘设置沟槽隔离区209，用于将所述相位调制区与所述沟槽隔离区以外的外围区域隔离，以限制所述移相元件202所产生的应力向所述外围区域的传导，可以将应力光学效应集中于相位调制区内，可更有效地诱发目标光波导芯层205中的折射率变化，这使得其能够在较低的驱动电压和/或较短的相互作用长度内诱发光信号中相位的变化，即提高光学应力的作用效率和速率。本发明不仅保留了传统应力光学控制器结构的低能耗、高速率、无热串扰等优点，还可有效提高应力光学相位调制效率，降低驱动电压，且改善应力横向串扰的问题。

如图1所示，所述光移相器结构还包括一衬底203，所述衬底203可以是单晶硅、多晶硅、无定形硅、二氧化硅和III-V族半导体材料等。所述波导层结构201形成于所述衬底203上，所述沟槽隔离区209自所述波导层结构201的顶面延伸至所述波导层结构的包层204内部，或者，所述沟槽隔离区209自所述波导层结构201的顶面延伸至所述衬底203内部。在本实施例中，所述沟槽隔离区209自所述波导层结构201的顶面延伸至所述衬底203内部，从而避免移相元件产生的应力通过包层向下传导到衬底203，并在衬底203中水平传导而导致应力作用效率降低的缺陷。

如图2～图4所示，所述波导层结构包括包层204和位于所述包层204内的至少一个光波导芯层205。

如图2所示，在一个实施例中，所述波导层结构201包括下包层210、上包层211和光波导芯层205，所述光波导芯层205自所述下包层210的顶面嵌入所述下包层210内部。

如图3及图4所示，在另一实施例中，所述光波导芯层205自所述上包层211的底面嵌入所述上包层211内部。同时，根据沉积完上包层211后是否进行平坦化处理，可分为上包层211平坦型，如图3所示，和上包层211隆起型，如图4所示。

在一个实施例中，所述光波导芯层205包括条形波导、脊型波导、横向排列的多个条形波导、横向排布的多个脊型波导、纵向排布的多个条形波导、纵向排布的多个脊形波导、横向排布的多个条形/脊形波导与纵向排布的多个条形/脊形波导的组合中的一种。。

在一个实施例中，所述光波导芯层205的材料包括电介质材料及半导体材料中的一种或两种组合，所述电介质材料包括氮化硅、掺杂或未掺杂二氧化硅和氮氧化硅中的一种或两种以上的组合，所述半导体材料包括硅、化合物半导体、碳化硅及锗化硅中的一种或两种以上的组合，所述包层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种或两种的组合。所述光波导芯层可以是包括一种或多种电介质材料、一种或多种半导体材料、一种或多种电介质材料与半导体材料的组合及其类似者的多层波导。

在一个实施例中，所述光波导芯层205下方或距光波导芯层205下方一定距离处，也可以设置有缓冲层等结构。

在一个实施例中，如图1所示，所述移相元件202包括下电极层207、压电层208和上电极层206。

所述下电极层207和所述上电极层206的材料包括金属材料、导电金属化合物及导电有机材料中的一种或两种以上的组合，其中，所述金属材料包括铝、金、铂、铜及钼中的一种，所述导电金属化合物包括铬化镍及氧化铟锡中的一种，所述导电有机材料包括聚3，4-乙烯二氧噻吩及聚3，4-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐的复合物中的一种。

所述压电层208的材料包括压电陶瓷材料、压电聚合物基材料及压电复合材料中的一种，其中，所述压电陶瓷材料包括钛酸锆铅、钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂、钽酸锂及氧化锌中的一种，所述压电聚合物基材料包括聚偏氟乙烯及其共聚物、全氟离子膜、碳纳米管、纤维素及其衍生物中的一种，所述压电复合材料包括钛酸锆铅与聚二甲基硅氧烷的复合材料、钛酸锆铅与氧化锌的复合材料及纤维素与钛酸钡的复合材料中的一种。

在一个实施例中，如图9～图12所示，所述移相元件301的俯视形状根据目标控制的光波导芯层305的形状变化，例如，所述波导层结构的光波导芯层305的俯视形状包括矩形(未予图示)、如图12所示的弧形、圆形(未予图示)、如图11所示的蛇形、如图10所示的螺旋形及不规则形中的一种，所述移相元件的俯视形状包括如图11虚线框所示的矩形、弧形(未予图示)、如图10虚线框所示的圆形、蛇形(未予图示)、螺旋形(未予图示，例如可将图10中的移相元件设置为螺旋形)及不规则形中的一种，所述移相元件的形状也可以依据光波导芯层305的形状，形成一定的缺口等，如图12所示。同时，根据上包层表面的平坦或隆起等形貌特征，移相元件的形貌也可产生平坦或隆起等相应的变化。移相元件的俯视图的形状，可根据目标调控区域的形状改变，使得移相元件能够在光波导芯层中诱发应力。

所述沟槽隔离区的截面形状可以为如图5的矩形，也可以根据需求为如图6所示的U形、梯形(未予图示)、V形、如图7所示的台阶形及如图8所示的曲面形(一种典型的示例为波浪形)中的一种，或者其他无规则形状。图7显示为横截面为台阶状的沟槽隔离区的示意图，这种结构可用来控制高次谐波体声波。沟槽隔离区的形状、尺寸等几何特性和数量可根据目标区域的形状和/或所需的相位控制效率相应地改变。沟槽隔离区的深度h可以在保证集成元件在衬底上稳定的情况下，尽可能大，以提高应力隔离和防应力串扰的效果。所述沟槽隔离区的与所述移相元件的距离d可以为0～2毫米之间。

在一个实施例中，所述沟槽隔离区的俯视形状可以设置为与移相元件的俯视形状相匹配，如图10～图12所示，所述沟槽隔离区的俯视形状可以沿移相元件边缘(虚线)或与所述移相元件边缘具有一定距离进行设置。所述沟槽隔离区的俯视形状包括弯曲长条形、多边形及不规则形中的一种或多种的组合，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部包括圆角、平角或尖角中的一种或多种的组合。在一个实施例中，所述沟槽隔离区302的俯视形状为弯曲长条形，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部为圆角，如图9所示。

如图9及图13所示，所述波导层结构还包括与所述相位调制区相连的输入波导和输出波导，所述沟槽隔离区具有供所述输入波导和所述输出波导引出的开口。

在一个实施例中，所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽或为多个间断的沟槽。

如图9所示，所述光移相器结构300的所述移相元件301设置为矩形，相位调制区的形状和移相元件301的形状可相应设置，且所述相位调制区的边缘优选为略超出所述移相元件301的边缘，所述输入波导303和输出波导304位于所述移相元件301的同一端，所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽302。

如图13所示，在本实施中，所述光移相器结构400的所述移相元件401设置为矩形，相位调制区的形状和移相元件401的形状可相应设置，且所述相位调制区的边缘优选为略超出所述移相元件401的边缘，所述输入波导403和输出波导404分别位于所述移相元件401的两端，所述沟槽隔离区为两个间断的沟槽402A、402B。虽然本说明性实施例是基于输入和输出波导以及移相元件401为轴对称的结构，但这种方法也适用于输入波导403、输出波导404以及移相元件401为不对称的结构，且输入波导403和输出波导404可以有一条或多条。根据输入波导403和输出波导404的数目、形状、位置和距离等特点以及移相元件401的形状、尺寸等情况，位于波导两侧的沟槽隔离区也可以为两种或多种不同的形状，如圆形、方形或不规则形等任何适用形状。

图14所示为另一个实施例中的基于应力光学效应的光移相器结构500A，所述光移相器结构500A的所述波导层结构包括微环谐振结构的输入波导501和微环波导502，所述输入波导501为直波导，所述微环波导502为闭合圆环波导，所述输入波导501与所述微环波导502之间具有耦合区。所述移相元件503安置于目标控制的微环波导502上方。所述移相元件503的形状和尺寸可根据具体所需调节的微环波导502位置来决定，其中所述移相元件503一般会避开耦合区域，基于此，为了进一步提高移相元件的应力的效率，以及避免应力对耦合区域的影响，所述移相元件503的俯视形状为覆盖所述微环波导502且具有缺口的圆形，所述缺口对应于所述耦合区设置。本示例的所述沟槽隔离区504为围绕所述移相元件503的圆弧条形，且所述沟槽隔离区504在所述耦合区具有供所述输入波导与所述微环波导耦合的开口。

图14所示的光移相器结构500A的移相元件503仍具有较大的面积，其中微环波导502内的大部分面积对于引起光信号相变效率较低。基于此，图15所示为又一个实施例中的基于应力光学效应的光移相器结构500B，所述光移相器结构500A的所述波导层结构包括微环谐振结构的输入波导501和微环波导502，所述输入波导501为直波导，所述微环波导502为闭合圆环波导，所述输入波导501与所述微环波导502之间具有耦合区。

如图15所示，所述光移相器结构500B包括第一沟槽隔离区506A和第二沟槽隔离区506B，所述第一沟槽隔离区506A为围绕所述移相元件505的圆弧条形，且所述第一沟槽隔离区506A在所述耦合区具有供所述输入波导与所述微环波导耦合的开口。所述第二沟槽隔离区506B设置于所述微环波导502内，以限制所述移相元件505产生的应力向微环波导502内传导，提高应力的效率。

所述移相元件505安置于目标控制的微环波导502上方。所述移相元件505的形状和尺寸可根据具体所需调节的微环波导502位置来决定，其中所述移相元件505一般会避开耦合区域，同时，所述移相元件505避开所述第二沟槽隔离区506B，基于此，所述移相元件505的俯视形状为覆盖所述微环波导502且具有缺口的圆环形，所述缺口对应于所述耦合区设置。本示例的移相元件505具有更小的电容，从而使得移相元件505的控制速度可以更快。且移相元件505产生的应力在调制区域损耗减小，从而使得光移相器结构500B具有更高的控制效率。

本实施例还提供一种集成光学器件，所述集成光学器件包含如上任意一项方案所述的基于应力光学效应的光移相器结构。例如，所述集成光学器件包括光开关装置、基于集成光学相控阵的激光雷达装置、光子计算装置和光量子计算装置中的一种。

如上所述，本发明的基于应力光学效应的光移相器结构，具有以下有益效果：

本发明提供了一种基于应力光学效应的光移相器结构，通过在相位调制区外周沿相位调制区边缘刻蚀出沟槽隔离区，每条沟槽隔离区底部深入至波导层结构的下包层或衬底内部，以将位于相位调制区内的波导器件和相位调制区以外的外围区域的器件分割成独立区域，从而限制移相元件所产生的应力向所述外围区域的传导。本发明的光移相器结构可以将应力光学效应集中于相位调制区内，可更有效地诱发目标光波导芯层中的折射率变化，这使得其能够在较低的驱动电压和/或较短的相互作用长度内诱发光信号中相位的变化，即提高光学应力的作用效率和速率。本发明不仅保留了传统应力光学控制器结构的低能耗、高速率、无热串扰等优点，还可有效提高应力光学相位调制效率，降低驱动电压，且改善应力横向串扰的问题。本发明的基于应力光学效应的光移相器结构可应用于光开关装置、基于集成光学相控阵的激光雷达装置、光子计算装置和光量子计算装置或类似的集成光学器件中，具有广泛的应用前景。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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 (19)

1.一种基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于，所述光移相器结构包括：

波导层结构，所述波导层结构包括相位调制区；

移相元件，设置于所述波导层结构的所述相位调制区上；

沟槽隔离区，设置于所述相位调制区的外周缘，用于将所述相位调制区与所述沟槽隔离区以外的外围区域隔离，以限制所述移相元件所产生的应力向所述外围区域的传导。

2.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：还包括一衬底，所述波导层结构形成于所述衬底上，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述波导层结构的包层内部，或者，所述沟槽隔离区自所述波导层结构的顶面延伸至所述衬底内部。

3.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区为一个连续的沟槽或为多个间断的沟槽。

4.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的俯视形状依据所述移相元件的形状进行设定，所述沟槽隔离区的俯视形状包括弯曲长条形、多边形及不规则形中的一种或多种的组合，所述沟槽隔离区的俯视形状的端部包括圆角、平角或尖角中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的截面形状包括矩形、U形、V形、梯形、台阶形、曲面形及不规则形中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区的与所述移相元件的距离为0～2毫米之间。

7.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构还包括与所述相位调制区相连的输入波导和输出波导，所述沟槽隔离区具有供所述输入波导和所述输出波导引出的开口。

8.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括包层和位于所述包层内的至少一个光波导芯层。

9.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述光波导芯层包括条形波导、脊型波导、横向排列的多个条形波导、横向排布的多个脊型波导、纵向排布的多个条形波导、纵向排布的多个脊形波导、横向排布的多个条形/脊形波导与纵向排布的多个条形/脊形波导的组合中的一种。

10.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括下包层、上包层和光波导芯层，所述光波导芯层自所述下包层的顶面嵌入所述下包层内部，或者，所述光波导芯层自所述上包层的底面嵌入所述上包层内部。

11.根据权利要求8所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述光波导芯层的材料包括电介质材料及半导体材料中的一种或两种组合，所述电介质材料包括氮化硅、掺杂或未掺杂二氧化硅和氮氧化硅中的一种或两种以上的组合，所述半导体材料包括硅、化合物半导体、碳化硅及锗化硅中的一种或两种以上的组合，所述包层的材料包括二氧化硅及氮化硅中的一种或两种的组合。

12.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述移相元件包括下电极层、压电层和上电极层，所述下电极层和所述上电极层的材料包括金属材料、导电金属化合物及导电有机材料中的一种或两种以上的组合，所述金属材料包括铝、金、铂、铜及钼中的一种，所述导电金属化合物包括铬化镍及氧化铟锡中的一种，所述导电有机材料包括聚3，4-乙烯二氧噻吩及聚3，4-乙烯二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐的复合物中的一种；所述压电层的材料包括压电陶瓷材料、压电聚合物基材料及压电复合材料中的一种，所述压电陶瓷材料包括钛酸锆铅、钛酸铅、钛酸钡、铌酸锂、钽酸锂及氧化锌中的一种，所述压电聚合物基材料包括聚偏氟乙烯及其共聚物、全氟离子膜、碳纳米管、纤维素及其衍生物中的一种，所述压电复合材料包括钛酸锆铅与聚二甲基硅氧烷的复合材料、钛酸锆铅与氧化锌的复合材料及纤维素与钛酸钡的复合材料中的一种。

13.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述移相元件的俯视形状根据目标控制的波导层结构的形状变化，所述波导层结构的光波导芯层的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种，所述移相元件的俯视形状包括矩形、弧形、圆形、蛇形、螺旋形及不规则形中的一种。

14.根据权利要求1所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述波导层结构包括微环谐振结构的输入波导和微环波导，所述输入波导为直波导，所述微环波导为闭合圆环波导，所述输入波导与所述微环波导之间具有耦合区。

15.根据权利要求14所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述沟槽隔离区在所述耦合区具有供所述输入波导与所述微环波导耦合的开口。

16.根据权利要求14所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆形，所述缺口对应于所述耦合区设置。

17.根据权利要求14所述的基于应力光学效应的光移相器结构，其特征在于：所述微环波导内还设置有所述沟槽隔离区，所述移相元件的俯视形状为覆盖所述微环波导且具有缺口的圆环形，所述缺口对应于所述耦合区设置。

18.一种集成光学器件，其特征在于：所述集成光学器件包含如权利要求1～17任意一项所述的基于应力光学效应的光移相器结构。

19.根据权利要求18所述的集成光学器件，其特征在于，所述集成光学器件包括光开关装置、基于集成光学相控阵的激光雷达装置、光子计算装置和光量子计算装置中的一种。