一種片上集成窄線寬反射器波導及其反射器制造技術

本發明專利技術公開了一種片上集成窄線寬反射器波導及其反射器，其中波導包括：多模波導，所述多模波導上依次以串聯的方式制作有相移反對稱布拉格光柵和均勻布拉格光柵；其中，所述多模波導支持橫向電場基模和一階模；所述相移反對稱布拉格光柵的相移值為0～2π。利用本發明專利技術提供的波導制作的片上集成窄線寬反射器具有反射率較高、尺寸較小、線寬較窄等優點，綜合性能好。

A kind of on-chip integrated narrow linewidth reflector waveguide and its reflector

The invention discloses an on-chip integrated narrow linewidth reflector waveguide and its reflector, wherein the waveguide comprises a multimode waveguide on which a phase-shifting antisymmetric Bragg grating and a uniform Bragg grating are successively made in series; wherein, the multimode waveguide supports a transverse electric field fundamental mode and a first-order mode; and the phase-shifting value of the phase-shifting antisymmetric Bragg grating is 0-2 \u03c0 \u3002 The on-chip integrated narrow linewidth reflector made of the waveguide provided by the invention has the advantages of high reflectivity, small size, narrow linewidth, etc., and good comprehensive performance.

【技術實現步驟摘要】
一種片上集成窄線寬反射器波導及其反射器
本專利技術涉及光電子
，更具體的說是涉及一種片上集成窄線寬反射器波導及其反射器。
技術介紹
光通信網絡是當前通訊系統的底層物理基礎。隨著社會對帶寬需求的急劇增長，現有通過分立光電器件組建的系統因體積龐大、功耗大、系統冗雜、成本高等原因越加難于支撐。現在光通訊網絡器件逐漸向芯片化、集成化發展。光子集成芯片技術將多個單元光子芯片集成在一起，具有結構緊湊、功耗小、大帶寬等突出優點，被認為是現有光通信網絡技術瓶頸的主流技術趨勢。窄線寬反射器是光子集成領域內的一個重要器件。它最為重要的應用是作為窄線寬或可調諧半導體激光器芯片的外腔反饋器件，來壓窄激光器激射光的線寬或調諧激光器的激射波長。此外還窄線寬反射器可應用于傳感器件等。最常見的片上集成窄線寬反射器是波導布拉格光柵。波導布拉格光柵通過在波導上刻蝕周期性的結構，從而實現折射率的周期性調制。其結果是位于布拉格波長的光會在光柵中發生強烈耦合并被反射。根據耦合模理論，為了能夠得到窄線寬的反射峰，波導布拉格光柵需要長的腔長和小的耦合系數。刻蝕在側壁的波導布拉格光柵是最為常見的波導布拉格光柵，因為該種結構只需要一步光刻和刻蝕。然而，在如硅和氮化硅等材料的波導上，由于光場被強烈限制在波導內，側壁波導布拉格光柵的耦合系數往往很大。因此，用波導布拉格光柵實現較窄線寬反射非常困難，且器件的尺寸會比較大。另一種常見的窄線寬反射器是基于微型環形諧振腔的反射器。該結構通過微型環形諧振腔內的缺陷，由正向循環的諧振模式激發反向循環的諧振模式，從而在主波導中造成反射峰。該結構尺寸較小，且因為品質因子較高，其反射峰的線寬較窄。然而由于難以控制正向和反向循環的諧振模式之間的耦合系數，該結構的反射率一般較低。綜上所述，制作反射率較高、尺寸較小、線寬較窄的片上集成反射器仍沒有較好的解決方案。因此，如何制作出綜合性能更優的片上集成反射器是本領域技術人員亟需解決的問題。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種片上集成窄線寬反射器波導及其反射器，解決片上集成窄線寬反射器存在的反射率較低、尺寸較大、線寬不夠窄等問題，綜合性能更優。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種片上集成窄線寬反射器波導，包括：多模波導，所述多模波導上依次以串聯的方式制作有相移反對稱布拉格光柵和均勻布拉格光柵；其中，所述多模波導支持橫向電場基模和一階模；所述相移反對稱布拉格光柵的相移值為0～2π。優選的，還包括：單模波導和梯形波導；所述單模波導、所述梯形波導和所述多模波導依次連接。優選的，所述相移反對稱布拉格光柵和所述均勻布拉格光柵制作于多模波導的表面、側壁或者上包層上。優選的，所述相移反對稱布拉格光柵和所述均勻布拉格光柵通過切趾實現，所述切趾方法為以下至少一種：改變光柵占空比，根據切趾函數，使光柵占空比沿波導方向變化；改變光柵寬度，根據切趾函數，使光柵寬度沿波導方向變化；使用兩列光柵，使兩列光柵的相位差沿波導方向變化。優選的，所述相移反對稱布拉格光柵和所述均勻布拉格光柵通過取樣光柵和等效切趾取樣布拉格光柵實現；其中，所述等效切趾取樣布拉格光柵實現方法為以下至少一種：改變取樣結構的占空比，根據切趾函數，使取樣結構的占空比沿波導方向變化；改變取樣光柵寬度，根據切趾函數，使光柵寬度沿波導方向變化；使用兩列取樣光柵，使兩列取樣光柵的取樣結構的相位差沿波導方向變化。優選的，所述相移反對稱布拉格光柵的相移值為π。優選的，所述相移反對稱布拉格光柵的相移采用以下任意一種方式實現：在反對稱布拉格光柵中間插入相移；采用平面波導摩爾光柵，即兩列具有微小光柵周期差的波導光柵。一種片上集成窄線寬反射器，包括：由底部到頂部依次連接的襯底、下包層和上包層，在所述下包層和上包層之間制作有所述片上集成窄線寬反射器波導。優選的，還包括：溫度控制電路，所述溫度控制電路安裝于波導的上包層，用于調節所述片上集成窄線寬反射器的溫度，進而調節所述片上集成窄線寬反射器反射波長。優選的，片上集成窄線寬反射器制作在硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物和III-V族材料的外延片上，作為單片集成或混合集成的半導體激光器的外腔反饋器件。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本專利技術公開提供了一種片上集成窄線寬反射器波導及其反射器，能夠達到如下技術效果：利用相移反對稱布拉格光柵這一諧振腔結構，與基于波導布拉格光柵的片上集成窄線寬反射器相比，可以極大縮短片上集成窄線寬反射器的腔長，并壓窄線寬，從而得到尺寸較小、線寬較窄的反射器；利用均勻布拉格光柵作為TE0模式的反射器，與基于環形諧振腔的片上集成窄線寬反射器相比，可以提高整個片上集成窄線寬反射器的反射率；利用相移反對稱布拉格光柵和均勻布拉格光柵，與基于環形諧振腔的片上集成窄線寬反射器相比，光通過了兩次諧振腔，反射線寬進一步變窄。綜上，本專利技術提供的片上集成窄線寬反射器具有反射率較高、尺寸較小、線寬較窄等優點，綜合性能好。此外，本專利技術制作簡單，僅需要一步光刻和刻蝕，可降低片上集成窄線寬反射器的制作成本，提高制作精度。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術提供的片上集成窄線寬反射器的波導橫截面示意圖；圖2為本專利技術提供的片上集成窄線寬反射器的結構示意圖；圖3為本專利技術提供的光柵制作位置的示意圖；圖4為本專利技術提供的利用不同方法實現切趾布拉格光柵的示意圖；圖5為本專利技術提供的與片上集成窄線寬反射器混合集成的窄線寬激光器結構示意圖；圖6為本專利技術提供的與片上集成窄線寬反射器單片集成的窄線寬激光器結構示意圖；圖7為本專利技術提供的與片上集成窄線寬反射器中實施例中取樣光柵的示意圖；圖8為本專利技術提供的制作取樣布拉格光柵的示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。傳統方式的片上集成窄線寬反射器一般使用長度較長，耦合系數較小的布拉格光柵或環形諧振腔實現。布拉格光柵反射率較高，但尺寸較大，線寬不夠窄。環形諧振腔尺寸較小，線寬較窄，但是反射率較低。本專利技術提供的片上集成窄線寬反射器，通過相移反對稱布拉格光柵和均勻布拉格光柵得到TE0模式的窄線寬反射光，并通過單模波導使不需要的TE1模式的光輻射掉，從而得到單一TE0模式的窄線寬反射光。該器件結合了布拉格光柵反射率高和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種片上集成窄線寬反射器波導，其特征在于，包括：多模波導，所述多模波導上依次以串聯的方式制作有相移反對稱布拉格光柵和均勻布拉格光柵；/n其中，所述多模波導支持橫向電場基模和一階模；所述相移反對稱布拉格光柵的相移值為0～2π。/n

【技術特征摘要】
1.一種片上集成窄線寬反射器波導，其特征在于，包括：多模波導，所述多模波導上依次以串聯的方式制作有相移反對稱布拉格光柵和均勻布拉格光柵；
其中，所述多模波導支持橫向電場基模和一階模；所述相移反對稱布拉格光柵的相移值為0～2π。


2.根據權利要求1所述的一種片上集成窄線寬反射器波導，其特征在于，還包括：單模波導和梯形波導；所述單模波導、所述梯形波導和所述多模波導依次連接。


3.根據權利要求2所述的一種片上集成窄線寬反射器波導，其特征在于，所述相移反對稱布拉格光柵和所述均勻布拉格光柵制作于多模波導的表面、側壁或者上包層上。


4.根據權利要求1所述的一種片上集成窄線寬反射器波導，其特征在于，所述相移反對稱布拉格光柵和所述均勻布拉格光柵通過切趾實現，所述切趾方法為以下至少一種：
改變光柵占空比，根據切趾函數，使光柵占空比沿波導方向變化；
改變光柵寬度，根據切趾函數，使光柵寬度沿波導方向變化；
使用兩列光柵，使兩列光柵的相位差沿波導方向變化。


5.根據權利要求1所述的一種片上集成窄線寬反射器波導，其特征在于，所述相移反對稱布拉格光柵和所述均勻布拉格光柵通過取樣光柵和等效切趾取樣布拉格光柵實現；其中，所述等效切趾取樣布拉格光柵實現方法為以下至少一種：
改變取樣結構的占空比，根據切趾函數，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：施躍春，吳義濤，趙雍，陳向飛，
申請(專利權)人：南京大學蘇州高新技術研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32