专利名称：一种嵌入式耦合光学环形腔器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及平面光波导集成器件领域，特别是涉及一种嵌入式耦合光学环 形腔器件。
技术背景光学环形腔器件是一种在光子信号处理领域有着非常重要地位和意义的光 子器件。光学环形腔器件通常包括一个环形腔(如微谐振环或微盘)、以及一 条或两条耦合光波导。为了使之具有较大的自由频谱范围，须减小整个环形腔 周长。因此，应该采用强限制光波导形成具有小弯曲半径的环形腔，例如，基于SOI (Silicon-on-insulator，绝缘体上的硅)纳米光波导环形腔(Little et. al, "Ultra-compact Si/SiO.sub.2 micro-ring resonator channel dropping filter", IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 10， pp. 549-551, 1998)。在传统的光学环形腔器件结构中， 有两种耦合方式。其一是"横向耦合"，如图1所示。这种耦合方式的具体结构是耦合光波导1与环形腔光波导2位于衬底隔离层3之上，在同一平面，这种结构中，环形腔 与耦合波导之间通常有很狭窄的缝隙4。而环形腔器件性能与此缝隙大小紧密相 关，因此在制作过程中，必须对此进行非常精确的控制，这无疑增加了工艺制 作的难度。此外，在"横向耦合"方式中，环形腔与耦合光波导采用的是相同 的材料及相同横截面形状。例如，为了获得小弯曲半径，环形腔光波导2可采用 硅纳米光波导。此时，耦合光波导也为硅纳米线，则与光纤的耦合损耗过大。其二是"垂直耦合"，如图2所示。这种方式是高度方向上不同薄膜层内分 别形成耦合光波导l、环形腔光波导2，环形腔光波导2在低折射率的隔离层5之 上，耦合光波导1在低折射率的隔离层5和衬底隔离层3之间。采用"垂直耦合" 方式，基本上解决了 "横向耦合"存在的问题。例如，避免了制作狭窄缝隙的 困难，可以采用不同横截面形状与材料分别设计环形腔及耦合波导。但是，最 大的问题在于其工艺比较复杂，需要多次薄膜沉积、光刻、刻蚀以及表面平整 化。发明内容本发明的目的是提供一种低耦合损耗的嵌入式耦合光学环形腔器件。 本发明的嵌入式耦合光学环形腔器件，包括衬底隔离层、环形腔光波导和
耦合光波导，其特征是耦合光波导和环形腔光波导共用衬底隔离层，在环形腔光波导与耦合光波导的耦合区域内环形腔光波导嵌入于耦合光波导之中。 上述的耦合光波导可以是平行布置，也可以是不平行布置。 为了获得与光纤的高效率耦合，同时实现弯曲半径很小的环形腔光波导，本发明的进一步特征是，耦合光波导的横截面大于环形腔光波导的横截面，耦合光波导的折射率小于环形腔光波导的折射率。 本发明的有益效果是嵌入式的耦合光学环形腔器件，由于耦合光波导和环形腔光波导共用衬底 隔离层，简化了器件在高度方向的膜层结构，仅需衬底隔离层、环形腔光波导 芯层和耦合光波导芯层。其制作工艺比传统的"垂直耦合"环形腔器件更为简 便。可实现弯曲半径很小的环形腔，同时可提高与光纤的耦合效率，即可实现 低损耗。通过改变耦合光波导、环形腔光波导参数可实现耦合系数的大范围调 节，从而实现不同器件性能以满足不同需求。
图1是"横向耦合"光学环形腔器件； 图2是"垂直耦合"光学环形腔器件；图3是本发明的嵌入式耦合光学环形腔器件的三维视图； 图4是图3嵌入式耦合光学环形腔器件的俯视图；图5是图4的A-A截面； 图6是图5的B-B截面；具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。参照图3 图6，本发明的嵌入式耦合光学环形腔器件，包括耦合光波导l、 环形腔光波导2和衬底隔离层3。耦合光波导1和环形腔光波导2共用衬底隔离 层3，在环形腔光波导2与耦合光波导1的耦合区域内环形腔光波导2嵌入于耦 合光波导l之中。通过改变耦合光波导1和环形腔光波导2的中心间距4 (见图6)，可以获 得不同的环形腔光波导2与耦合光波导1之间的耦合系数。通过改变环形腔光波导2的弯曲半径5 (见图6)，可以获得不同的环形腔 光波导2与耦合光波导1之间的耦合系数。通过改变耦合光波导1与环形腔光波导2的横截面以及折射率等光波导参 数，可以获得不同的环形腔光波导2与耦合光波导1之间的耦合系数。
由于本发明不需要特殊工艺，因而可用于多种材料、不同的横截面结构， 具有很好的实用前景。下面给出一个制备实施例。环形腔采用硅纳米线光波导，其横截面为500nmx250nm，弯曲半径为3|_im。可直接釆用SOI(Silicon-on-insulator，绝缘体上的硅)基片，则仅需一次光刻和一次干法刻蚀即可获得衬底隔离层上的硅纳米 线环形腔光波导，其折射率约为3.455。而耦合光波导可采用SU-8胶(折射率 为1.572)。将SU-8胶旋涂覆盖于已经制作好的硅纳米线环形腔光波导之上，再采用一次光刻之后即可获得将硅纳米线环形腔光波导嵌入其中的耦合光波导， 其横截面为1.5,xi.5(im。
权利要求
1、一种嵌入式耦合光学环形腔器件，包括衬底隔离层(3)、环形腔光波导(2)和耦合光波导(1)，其特征是耦合光波导(1)和环形腔光波导(2)共用衬底隔离层(3)，在环形腔光波导(2)与耦合光波导(1)的耦合区域内环形腔光波导(2)嵌入于耦合光波导(1)之中。
2、 根据权利要求1所述的嵌入式耦合光学环形腔器件，其特征在于耦合光 波导()是平行布置或不平行布置的光波导。
3、 根据权利要求1所述的嵌入式耦合光学环形腔器件，其特征是耦合光波 导(1)的横截面大于环形腔光波导(2)的横截面，耦合光波导(l)的折射率小于环形 腔光波导(2)的折射率。
全文摘要
本发明的嵌入式耦合光学环形腔器件，包括衬底隔离层、环形腔光波导和耦合光波导，耦合光波导和环形腔光波导共用衬底隔离层，在环形腔光波导与耦合光波导的耦合区域内环形腔光波导嵌入于耦合光波导之中。由于耦合光波导和环形腔光波导共用衬底隔离层，简化了器件在高度方向的膜层结构，仅需衬底隔离层、环形腔光波导芯层和耦合光波导芯层。其制作工艺比传统的“垂直耦合”环形腔器件更为简便。可实现弯曲半径很小的环形腔，同时可提高与光纤的耦合效率，即可实现低损耗。通过改变耦合光波导、环形腔光波导参数可实现耦合系数的大范围调节，从而实现不同器件性能以满足不同需求。
文档编号G02B6/26GK101131450SQ20071007128
公开日2008年2月27日 申请日期2007年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者戴道锌 申请人:浙江大学