CN201004142Y - 一种用于平面光波导热光器件的微加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的用于平面光波导热光器件的微加热装置，包含光传输通道、连接外部电源的两个接触点，两个接触点分别经连接臂与光传输通道相连，光传输通道为脊型光波导，由衬底和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层、芯层、上包层和热电极薄膜组成，其中上包层、热电极薄膜和芯层的宽度相同，两个接触点及连接臂在高度方向上具有与光传输通道相同的层结构。本实用新型用于平面光波导热光器件的微加热装置热功耗降低，尤其适用于小型化平面光波导热光器件。
Description
技术领域
本实用新型涉及平面光波导集成器件领域，特别是涉及一种用于平面光波导热光器件的微加热装置。
背景技术
利用热光效应是实现可调光器件的一种重要手段，如热光开关、热光调制器、可调谐光衰减器、可调谐功分器以及热光可调谐滤波器等。而要实现热光器件，加热装置是非常重要的。目前的加热装置包含光传输通道、金属热电极以及连接外部电源的两个接触点。光传输通道截面如图1所示，由衬底6和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层7、芯层8、上包层9和金属热电极薄膜10组成，其中上包层9完全覆盖了芯层8。在上包层9上形成的金属热电极10的宽度通常大于光传输通道芯层8宽度。这种加热装置的制作需要经过两次光刻，通常是先完成衬底6上的隔离层7、芯层8、上包层9的制作，这需要第一次光刻。接下来再沉积热电极薄膜并进行第二次光刻以及刻蚀，形成所需要的热电极。这样也就需要分别用于光波导和热电极的两个掩膜板，不仅增加了工艺复杂度，也增加了制作成本，而且两次光刻(套刻)要有比较精确的对准。
另一方面，低功耗也是加热装置追求的一个极其重要的指标。为了降低热功耗，往往希望采用较小的热电极宽度。这就给传统加热装置制作中的套刻对准带来了更大的难度。为了降低套刻工艺难度，往往采用较宽的热电极，一般是光波导宽度的数倍。这将对实现低功耗热光器件的发展产生一定的限制。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种有利于降低热功耗，工艺简单的用于平面光波导热光器件的微加热装置。
本实用新型用于平面光波导热光器件的微加热装置，包含光传输通道、用于连接外部电源的两个接触点，光传输通道由衬底和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层、芯层、上包层和热电极薄膜组成，两个接触点分别经连接臂与光传输通道相连，其特征是光传输通道为脊型光波导，上包层、热电极薄膜和芯层的宽度相同，两个接触点及连接臂在高度方向上具有与光传输通道相同的层结构。
为了减小连接臂引起的光传输通道中的光功率损耗，通常使连接臂与光传输通道垂直相连，且在光传输通道与两个连接臂相连之处的光传输通道的宽度展宽。
用于平面光波导热光器件的微加热装置的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上自下而上依次沉积隔离层、芯层、上包层和热电极薄膜；
2)利用光刻方法一次形成掩模板上设定的光传输通道、接触点及连接臂图形；
3)利用刻蚀方法，形成用于平面光波导热光器件的微加热装置。
本实用新型有益的效果是：
1.本实用新型的用于平面光波导热光器件的微加热装置，由于光传输通道为脊型光波导，光传输通道的上包层、热电极薄膜和芯层的宽度相同，因此在制作方法上，仅需一次光刻，避免套刻工艺，大大简化了制作工艺；且便于制作宽度较小的热电极(和光传输通道等宽)，有利于降低热功耗，尤其是对于小型化光波导热光器件优势更加突出。
2.光传输通道顶部的金属热电极也可作为刻蚀工艺中的金属掩膜，因此不需要制作额外的掩膜。
3.本实用新型具有广阔的应用范围，可用于由马赫-泽德干涉仪、微谐振环等构成的多种热光器件，包括热光开关、热光调制器、可调谐光衰减器、可调谐功分器以及热光可调谐滤波器等。且不受材料限制，可用于硅、高分子材料、二氧化硅等多种材料的光波导。
附图说明
图1是传统的光传输通道的截面图；
图2是本实用新型的用于平面光波导热光器件的微加热装置俯视图；
图3是本实用新型微加热装置中光传输通道的截面图(图2的BB’截面)；
图4是本实用新型的用于平面光波导热光器件的微加热装置三维视图；
图5是本实用新型的用于平面光波导热光器件的微加热装置应用于马赫-泽德干涉仪的实施例图。
具体实施方式
参照图2，本实用新型的用于平面光波导热光器件的微加热装置，包含光传输通道1、用于连接外部电源的两个接触点2、3，以及连接光传输通道与两个接触点的两个连接臂4、5。所说的光传输通道1(如图3所示)由衬底6和自下而上依次沉积在衬底上的隔离层7、芯层8、上包层9和热电极薄膜10组成。光传输通道1为脊型光波导，上包层9、热电极薄膜10和芯层8的宽度相同。两个接触点2、3、连接臂4、5和光传输通道1在高度方向上具有相同的层结构(见图4)。
为了减小连接臂引起的光传输通道中的光功率损耗，采用较窄的连接臂宽度，两个连接臂4、5与光传输通道垂直相连，且在光传输通道1与两个连接臂4、5相连之处11、12的光传输通道的宽度展宽。
两个连接臂之间的光传输通道顶部的热电极薄膜作为加热电极，其长度由两连接臂位置决定。
制备工艺流程如下：首先，采用常规方法在衬底6上沉积隔离层7、芯层8、上包层9和热电极薄膜10；其次，在热电极薄膜10上旋涂一层光刻胶，用光刻方法一次形成掩模板上设定的光传输通道1、接触点2、3及连接臂4、5图形；再利用刻蚀方法，刻蚀一定深度，形成用于平面光波导热光器件的微加热装置。
本实用新型可用于多种材料、结构的热光器件，具有很好的实用性。例如，将本实用新型应用于马赫-泽德干涉仪中(参照图5)，其中一个干涉臂引入本实用新型的微加热装置，可改变MZI两臂的光程差，从而实现热光开关或调制。图5虚线内为本实用新型的微加热装置。在此实施例子中选取硅纳米线光波导。在硅衬底6上形成1μm厚的SiO2隔离层7、350nm厚的Si芯层8、450nm厚的SiO2上包层9以及100nm厚的热电极薄膜10。Si芯层8、SiO2上包层9以及热电极薄膜10宽度均为400nm，光传输通道脊高het在0＜het＜hco+hcl范围之内取值，其中hco、hcl分别为芯层8、上包层9的厚度。此例中，选取脊高het＝hco+hcl＝800nm，即上包层、芯层均被刻穿。两个接触点2、3的尺寸均为100μm×100μm，而连接臂4、5的长度、宽度分别为1μm、200nm。为了减小连接臂4、5引入的额外损耗，采用了长度为1μm的锥形结构将光传输通道1在连接处11、12的宽度扩展至600nm。两个连接臂间距也即热电极长度为30μm。采用以上设计，当外加功率为10mW时，可使热光波导芯层温度升高100多度。
Claims (3)
1、一种用于平面光波导热光器件的微加热装置，包含光传输通道(1)、用于连接外部电源的两个接触点(2、3)，光传输通道(1)由衬底(6)和自下而上依次沉积在衬底(6)上的隔离层(7)、芯层(8)、上包层(9)和热电极薄膜(10)组成，两个接触点(2、3)分别经连接臂(4、5)与光传输通道相连，其特征是光传输通道(1)为脊型光波导，上包层(9)、热电极薄膜(10)和芯层(8)的宽度相同，两个接触点(2、3)及连接臂(4、5)在高度方向上具有与光传输通道(1)相同的层结构。
2.根据权利要求1所述的用于平面光波导热光器件的微加热装置，其特征是所说的连接臂(4、5)与光传输通道的连接为垂直相连。
3、根据权利要求1所述的用于平面光波导热光器件的微加热装置，其特征是在光传输通道(1)与两个连接臂(4、5)相连之处(11、12)的光传输通道的宽度展宽。
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