螺旋混合波导的制作方法

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种螺旋混合波导。

背景技术：

回音壁谐振腔器件常常用于多波长布里渊激光的输出，然而回音壁谐振腔器件对制作工艺要求过高，而且难以利用平面波导制作，这极大的阻碍了器件的集成。因此，在可集成的光子芯片上实现有效的布里渊激光成为研究的热点。目前已经有相应的工作对集成微环谐振腔中的布里渊激光进行了研究和分析，布里渊激光也在混合的硅/硫系波导中得到了实验证实，但是这些器件尺寸普遍较大，一般都达到了厘米量级，而且难以与现有硅基器件制作工艺兼容。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种螺旋混合波导，用以解决现有技术中多波长布里渊激光器件尺寸大、阈值高的问题。

根据本发明实施例的螺旋混合波导，包括：

衬底；

直弯型谐振波导支架，设于所述衬底；

直弯型谐振波导，设于所述直弯型谐振波导支架，所述直弯型谐振波导包括中间段波导、外部连接波导、以及中心连接波导，所述中间段波导从其一端开始螺旋盘绕形成环形，所述中心连接波导位于环形内且与所述中间段波导的一端连接，所述外部连接波导位于环形外且与所述中间段波导的另一端连接；

耦合波导支架，设于所述衬底且与所述直弯型谐振波导支架间隔开；

耦合波导，设于所述耦合波导支架且与部分所述直弯型谐振波导耦合。

根据本发明的一些实施例，所述中间段波导呈圆角矩形环。

根据本发明的一些实施例，所述耦合波导与所述圆角矩形环的直线段相对，且所述耦合波导的中间段朝向该圆角矩形环的直线段凸起；

所述耦合波导与该圆角矩形环的直线段之间的最短间距为0.02微米～0.6微米。

根据本发明的一些实施例，所述中间段波导包括间隔的第一波导段和第二波导段，所述第一波导段的一端与所述中心连接波导的一端连接，所述第二波导段的一端与所述中心连接波导的另一端连接，所述第一波导段的另一端与所述外部连接波导的一端连接，所述第二波导段的另一端与所述外部连接波导的另一端连接。

根据本发明的一些实施例，所述中心连接波导呈s形；

所述外部连接波导包括直线段和弧形段，所述直线段的一端与所述第一波导段的另一端圆滑连接，所述直线段的另一端与所述弧形段的一端圆滑连接，所述弧形段的另一端与所述第二波导段的另一端圆滑连接。

根据本发明的一些实施例，所述直弯型谐振波导的长度和宽度满足布里渊相位匹配条件。

根据本发明的一些实施例，所述螺旋混合波导还包括声光子晶体波导组件，所述声光子晶体波导组件与所述外部连接波导连接。

根据本发明的一些实施例，所述声光子晶体波导组件包括：

第一声光子晶体波导，与所述外部连接波导连接；

第二声光子晶体波导，与所述外部连接波导连接，所述第二声光子晶体波导与所述第一声光子晶体波导分别位于所述外部连接波导的两侧。

根据本发明的一些实施例，所述第一声光子晶体波导远离所述外部连接波导的一侧以及所述第二声光子晶体波导远离所述外部连接波导的一侧均设有多个半圆形缺口，所述半圆形缺口的半径为0.1微米～1.2微米，相邻两个所述半圆形缺口圆心之间的距离为0.2微米～1.5微米。

根据本发明的一些实施例，所述直弯型谐振波导与所述耦合波导的宽度均为0.4微米～1.5微米，所述直弯型谐振波导与所述耦合波导的高度均为0.2微米～1.5微米。

采用本发明实施例，通过引入直弯型谐振波导和支架结构，可实现多波长布里渊激光的激发，还具有高集成度，制作工艺简单的优点，其制作工艺与现有的cmos工艺完全兼容，器件的尺寸只有百微米量级，可有效的实现器件的制作和集成，由此解决多波长布里渊激光器件尺寸大，阈值高、工艺复杂的问题，

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中螺旋混合波导的结构示意图；

图2是本发明实施例中螺旋混合波导的结构示意图；

图3是本发明实施例中螺旋混合波导的局部结构示意图；

图4是图3中a处的结构放大图；

图5是本发明实施例中螺旋混合波导的光场图；

图6是本发明实施例中螺旋混合波导的声场图。

附图标记：

直弯型谐振波导1，中间段波导8，第一波导段81，第二波导段82，

耦合波导2，

衬底3，

直弯型谐振波导支架4，

第一声光子晶体波导6，

第二声光子晶体波导7，

第一系列直波导10，

第一系列弯曲波导11，

第二系列直波导12，

第二系列弯曲波导13，

第三系列直波导14，

第三系列直波导15，

第四系列直波导16，

第四系列弯曲波导17，

外部连接波导18，直线段181，弧形段182，

中心连接波导19。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，根据本发明实施例的螺旋混合波导，包括：

衬底3；

直弯型谐振波导支架4，设于衬底3；

直弯型谐振波导1，设于直弯型谐振波导支架4，直弯型谐振波导支架4用于支撑直弯型谐振波导1，以将直弯型谐振波导1悬空于衬底3的上方。直弯型谐振波导1包括中间段波导8、外部连接波导18、以及中心连接波导19，中间段波导8从其一端开始螺旋盘绕形成环形，中心连接波导19位于环形内且与中间段波导8的一端连接，外部连接波导18位于环形外且与中间段波导8的另一端连接。

耦合波导支架(图中未标示)，设于衬底3且与直弯型谐振波导支架4间隔开。

耦合波导2，设于耦合波导支架，耦合波导支架用于支撑耦合波导2，以将耦合波导2悬空于衬底3的上方。耦合波导2与部分直弯型谐振波导1耦合。

采用本发明实施例，通过引入直弯型谐振波导1和支架结构，可实现多波长布里渊激光的激发，而且整体结构体积小、工艺简便，可以解决多波长布里渊激光器件尺寸大，阈值高、工艺复杂的问题。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，中间段波导8呈圆角矩形环。可以理解的是，中间段波导8螺旋盘绕形成环状，且内环呈矩形，外环也成矩形，且内环与外环所形成的矩形的四个角均为圆角。由此，便于中间段波导8的制造。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，耦合波导2与圆角矩形环的直线段181相对，且耦合波导2的中间段朝向该圆角矩形环的直线段181凸起。

耦合波导2与该圆角矩形环的直线段181之间的最短间距为0.02微米～0.6微米。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，中间段波导8包括间隔的第一波导段81和第二波导段82。第一波导段81的一端与中心连接波导19的一端连接，第二波导段82的一端与中心连接波导19的另一端连接，第一波导段81的另一端与外部连接波导18的一端连接，第二波导段82的另一端与外部连接波导18的另一端连接。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，中心连接波导19呈s形。

如图1所示，外部连接波导18包括直线段181和弧形段182，直线段181的一端与第一波导段81的另一端圆滑连接，直线段181的另一端与弧形段182的一端圆滑连接，弧形段182的另一端与第二波导段82的另一端圆滑连接。需要说明的是，这里所提到的“圆滑连接”可以理解为，连接部分呈弧形，相互连接的两部分之间圆滑过渡。

根据本发明的一些实施例，直弯型谐振波导1的长度和宽度满足布里渊相位匹配条件。直弯型谐振波导1可以理解为由闭合的长条形波导通过缠绕构造而成，直弯型谐振波导1的长度即为长条形波导的总长度，长条形波导的总长度可以理解为从长条形波导的一点绕长条形波导移动后回到该点所移动的距离。直弯型谐振波导1的宽度即为长条形波导横截面的宽度。长条形波导横截面可以为矩形。由此，可以使得被激发的布里渊声场频率是其相邻光谐振峰频率差的整数倍，从而实现光场和声场的同时激发和谐振，这有利于布里渊级联激光的高效激发。图5、图6分别为本发明实施例的螺旋混合波导的光场图和声场图。

根据本发明的一些实施例，螺旋混合波导还包括声光子晶体波导组件，声光子晶体波导组件与外部连接波导18连接。声光子晶体波导组件用于进一步加强声光相互作用，实现多波长布里渊激光的激发。

如图1、图4所示，根据本发明的一些实施例，声光子晶体波导组件包括：

第一声光子晶体波导6，与外部连接波导18连接；

第二声光子晶体波导7，与外部连接波导18连接，第二声光子晶体波导7与第一声光子晶体波导6分别位于外部连接波导18的两侧。

例如，第一声光子晶体波导6的一侧可以与直线段181的一侧连接，且第一声光子晶体波导6沿直线段181的长度方向延伸。第二声光子晶体波导7的一侧可以与直线段181的另一侧连接，第二声光子晶体波导7沿直线段181的长度方向延伸。

如图1、图4所示，根据本发明的一些实施例，第一声光子晶体波导6远离外部连接波导18的一侧以及第二声光子晶体波导7远离外部连接波导18的一侧均设有多个半圆形缺口，半圆形缺口的半径为0.1微米～1.2微米，相邻两个半圆形缺口圆心之间的距离为0.2微米～1.5微米。

例如，第一声光子晶体波导6上的多个半圆形缺口可以沿第一声光子晶体波导6的延伸方向均匀间隔排布。第二声光子晶体波导7上的多个半圆形缺口可以沿第二声光子晶体波导7的延伸方向均匀间隔排布。

根据本发明的一些实施例，直弯型谐振波导1与耦合波导2的宽度均为0.4微米～1.5微米，直弯型谐振波导1与耦合波导2的高度均为0.2微米～1.5微米。

例如，直弯型谐振波导1的横截面为矩形，直弯型谐振波导1的横截面的宽度为0.4微米～1.5微米。直弯型谐振波导1的横截面的高度为0.2微米～1.5微米。耦合波导2的横截面为矩形，耦合波导2的横截面的宽度为0.4微米～1.5微米。耦合波导2的横截面的高度为0.2微米～1.5微米。

下面参照图1-图4以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的螺旋混合波导。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1、图2所示，根据本发明实施例的螺旋混合波导，包括直弯型谐振波导1、耦合波导2、直弯型谐振波导支架4、耦合波导支架、第一声光子晶体波导6、第二声光子晶体波导7和衬底3。

直弯型谐振波导支架4用于支撑直弯型谐振波导1；耦合波导支架用于支撑耦合波导2。直弯型谐振波导支架4置于衬底3上。耦合波导支架置于衬底3上。直弯型谐振波导1通过直弯型谐振波导支架4与衬底3之间形成悬空结构；耦合波导2通过耦合波导支架与衬底3之间形成悬空结构。直弯型谐振波导1的光折射率高于直弯型谐振波导支架4的光折射率；耦合波导2的光折射率高于耦合波导支架的光折射率。

如图4所示，直弯型谐振波导支架4采用的横截面为上窄下宽的结构，以支撑直弯型谐振波导1；耦合波导支架采用的横截面为上窄下宽的结构，以支撑耦合波导1。直弯型谐振波导支架4上边缘宽度与直弯型谐振波导1宽度的比值不大于0.3；耦合波导支架上边缘宽度与耦合波导2宽度的比值不大于0.3。

对于直弯型谐振波导1，它的总长度l和宽度w需满足布里渊相位匹配条件，使得被激发的布里渊声场频率是其相邻光谐振峰频率差的整数倍，从而实现光场和声场的同时激发和谐振，这有利于布里渊级联激光的高效激发。

如图1所示，直弯型谐振波导1为由中间段波导8、外部连接波导18、以及中心连接波导19组成而成的闭合型结构，从而产生光波的谐振加强作用。中间段波导8从其一端开始螺旋盘绕形成环形，中心连接波导19位于环形内且与中间段波导8的一端连接，外部连接波导18位于环形外且与中间段波导8的另一端连接。外部连接波导18包括直线段181和弧形段182，直线段181的一端与第一波导段81的另一端圆滑连接，直线段181的另一端与弧形段182的一端圆滑连接，弧形段182的另一端与第二波导段82的另一端圆滑连接。需要说明的是，这里所提到的“圆滑连接”可以理解为，连接部分呈弧形，相互连接的两部分之间圆滑过渡。中心连接波导19包括4个第五直波导和4个第五弯曲波导，其中任两个第五直波导之间通过一个第五弯曲波导实现连接，以形成s形的中心连接波导19。

如图2所示，中间段波导8由第一系列直波导10、第一系列弯曲波导11、第二系列直波导12、第二系列弯曲波导13、第三系列直波导14、第三系列直波导15、第四系列直波导16、以及第四系列弯曲波导17组合而成。

如图2所示，第一系列直波导10包括n个相互平行且沿竖直方向延伸的第一直波导。第一系列弯曲波导11包括n+1个第一弯曲波导，其中n个第一弯曲波导与n个第一直波导一一对应，任一第一弯曲波导的一端和其对应的第一直波导的一端连接，另一个第一弯曲波导与中心连接波导19连接。

如图2所示，第二系列直波导12包括n+1个相互平行且沿水平方向延伸的第二直波导。n+1个第二直波导与n+1个第一弯曲波导一一对应，任一第二直波导的一端与其对应的第一弯曲波导的另一端连接。

如图2所示，第二系列弯曲波导13包括n个第二弯曲波导，其中n个第二弯曲波导与n个第二直波导一一对应，任一第二弯曲波导的一端和其对应的第二直波导的另一端连接，另一个第二直波导的另一端与外部连接波导18连接。

如图2所示，第三系列直波导14包括n个相互平行且沿竖直方向延伸的第三直波导，n个第三直波导与n个第二弯曲波导一一对应，任一第三直波导的一端与其对应的第二弯曲波导的另一端连接。

第三系列直波导15包括n个第三弯曲波导，其中n个第三弯曲波导与n个第三直波导一一对应，任一第三弯曲波导的一端和其对应的第三直波导的另一端连接。

如图2所示，第四系列直波导16包括n个相互平行且沿水平方向延伸的第四直波导，n个第四直波导与n个第三弯曲波导一一对应，任一第四直波导的一端和其对应的第三弯曲波导的另一端连接。

如图2所示，第四系列弯曲波导17包括n个第四弯曲波导。其中n个第四弯曲波导与n个第四直波导一一对应，任一第四弯曲波导的一端和其对应的第四直波导的另一端连接。n个第四弯曲波导与n个第一直波导的一一对应，任一第四弯曲波导的另一端和其对应的第一直波导的另一端连接。

如图2所示，第一系列直波导10中的一个直波导与耦合波导2相互耦合。耦合波导2由三段第五直波导和两段第五弯曲波导组成的直通型结构。三段第五直波导沿竖直方向排布，每段第五直波导均沿竖直方向延伸，位于中间的第五直波导相对于其他两端第五直波导更靠近第一系列直波导10。任意两段第五直波导之间通过一段第五弯曲波导连接。直弯型谐振波导1与耦合波导2之间的最短间距为0.02微米～0.6微米。

直弯型谐振波导1与耦合波导2的宽度均为0.4微米～1.5微米，高度均为0.2微米～1.5微米。

如图1-图4所示，第一声光子晶体波导6和第二声光子晶体波导7分别沿直线段181两侧分布。第一声光子晶体波导6和第二声光子晶体波导7均具有周期性排列的半圆形空气孔，半圆形空气孔的半径均为0.1微米～1.2微米，相邻两个半圆形空气孔圆心之间的长度均为0.2微米～1.5微米，使得满足预先设定目标的光波和声波都可以限制于第一声光子晶体波导6和第二声光子晶体波导7之间的直弯型谐振波导器件1中，从而进一步加强声光相互作用，实现多波长布里渊激光的激发。

采用本发明实施例，通过引入直弯型谐振结构、声光子晶体结构和支架结构，可实现多波长布里渊激光的激发，由此解决多波长布里渊激光器件尺寸大，阈值高、工艺复杂的问题。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。