一种弯曲多模光波导及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光互连领域，尤其涉及一种弯曲多模光波导及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着社交网络、流媒体和云计算等互联网业务的出现和快速发展，网络数据流量呈现高速增长的态势，由于网络数据流量的不断增长，传统的基于铜连线的电互连技术遇到能耗、波形失真、电磁干扰、以及互连密度和串扰等多方面的“电子瓶颈”。与电互连相t匕，光互连具有带宽大、互连密度高、无电磁干扰等优势，因此光互连为解决这一瓶颈提供了新的选择。截至目前，在数据中心和高性能计算机中，系统级(机柜间和机柜内部，距离l-100m)的光互连已经获得广泛应用，电路板间和电路板上模块间(0.l-100m)的板级光互连成为下一步重点突破的目标，而且，光互连在模块级和芯片级等各个层面逐步替代电互连进行数据传输已经成为未来互连技术的发展的必然趋势。
[0003]平面光波导是实现电路板级、模块级以及芯片级等各个层次光互连的基本单元。由于波导之间的对准方便，而且可以通过模式复用增加信息传输的带宽，因此多模光波导在互连技术中获得了广泛应用。光波导的弯曲在设计光互连通路中必不可少，这种弯曲波导的设计面临着由模式耦合效应带来的一些难题。与直波导中的各个模式独立传输的情况不同，弯曲波导中模式之间的耦合一般情况下不可避免。这种模式之间的耦合会影响光波导所支持的数据速率，并且，对于模式复用的应用，会使模式之间的串扰增大，影响系统的性能。虽然可以通过减小弯曲波导的曲率使这种模式耦合效应得到一定程度的减轻，但这种方法一方面会增大器件尺寸，另一方面也无法使模式耦合问题获得根本解决。
[0004]目前为解决片上光互连中弯曲波导中的模式耦合效应，在SOI基片上制作了的低模式耦合效应的弯曲光波导，如图1所示。这种光波导中的非对称硅质芯部1采用灰度光刻技术实现，非对称硅质芯部1位于氧化硅层2之上，氧化硅层2下面是硅衬底3。这种光波导的特征在于非对称硅质芯部1具有顶部倾斜的几何形状，在靠近弯曲波导曲率中心的一侧厚度大，而远离弯曲波导曲率中心的一侧厚度小。这种光波导的芯部倾斜带来模场(向曲率中心方向的)偏移效应和弯曲带来的模场(远离曲率中心方向)偏移效应相互抵消，所以这种弯曲光波导的模场分布与直波导的模场分布特征接近。因此具有这种芯部几何形状的弯曲波导的模式耦合效应也被降低。但这种在硅基上采用灰度光刻技术制作倾斜芯部形状的光波导需要特殊的设备，因而面临成本方面的问题，更重要的，这项技术仅限于刻蚀法制备的波导，而对基于扩散原理形成的光波导(譬如，典型的玻璃基离子交换光波导)则不能使用。
[0005]玻璃基片离子交换技术制造的光波导属于扩散原理形成的光波导。这种光波导在板级光互连中有强大的竞争力，原因在于这类光波导有一系列诱人的性质，包括传输损耗低、工艺简单，成本低等。板级光互连中使用的光波导都是多模光波导，如上所述，弯曲光波导在板级光互连网络中不可避免，采用通常的离子交换技术制作的光波导也面临着波导弯曲带来的模式耦合效应。图2给出了采用通常的离子交换技术在玻璃基片4上制作的光波导，这种一次离子交换形成的对称光波导芯部5的折射率分布对称的，因此波导弯曲会使模场发生远离曲率中心方向的偏移，使模式之间发生耦合，影响到光波导的带宽，并且在模式复用的情况下，带来模式之间的串扰。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的主要技术问题是，提供一种弯曲多模光波导及其制作方法，能够降低利用扩散原理形成的弯曲多模光波导的模式耦合效应。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种弯曲多模光波导，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率。
[0008]进一步地，所述弯曲多模光波导包括多个所述弯曲的光波导芯部；所述多个弯曲的光波导芯部依次相连。
[0009]进一步地，所述光波导芯部的内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度，，其中内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度实现了内侧折射率高于外侧折射率。
[0010]进一步地，所述光波导芯部为在玻璃基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部。
[0011 ] 同样为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弯曲多模光波导的制作方法，包括:
[0012]利用离子扩散原理在基底上制作至少一个内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的光波导芯部。
[0013]进一步地，利用离子扩散原理在基底上制作所述光波导芯部的过程包括:
[0014]利用离子扩散原理在所述基底上制作折射率呈对称分布并且弯曲的第一光波导芯部；
[0015]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部。
[0016]进一步地，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧折射率高于外侧折射率且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0017]利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0018]进一步地，所述利用离子扩散原理在所述第一光波导芯部基础上制作出内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部的步骤包括:
[0019]根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口用于在离子交换过程中供掺杂离子扩散进入所述基底；
[0020]对所述基底进行离子交换，然后去掩膜得到内侧掺杂离子浓度高于外侧掺杂离子浓度且弯曲的第二光波导芯部。
[0021]进一步地，所述根据所述第一光波导芯部和待制作的第二光波导芯部的半径在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口的步骤包括:
[0022]当所述第一光波导芯部的半径与待制作的所述第二光波导芯部的半径相等时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径大于半径所述第一光波导芯部的内侧边界半径小于外侧边界半径；
[0023]当所述第一光波导芯部的半径小于待制作的所述第二光波导芯部的半径时，在所述基底上设置掩膜形成对应的离子交换窗口，所述离子交换窗口的内边界半径与所述第一光波导芯部的内侧边界半径相等，所述离子交换窗口的外边界半径与所述第二波导芯部外侧边界半径相等。
[0024]进一步地，所述基底包括玻璃基底。
[0025]进一步地，所述掺杂离子包括银离子、钾离子、铷离子或者铯离子。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]本发明提供了一种弯曲多模光波导及其制作方法，可以降低弯曲多模光波导中模式之间的耦合效应；具体地，本发明提供的弯曲多模光波导，包括:至少一个弯曲的光波导芯部；所述光波导芯部为在基底上利用离子扩散原理形成的光波导芯部，且所述光波导芯部的内侧折射率高于外侧折射率；由于光波导芯部折射率分布具有非对称的特征，即内侧折射率闻于外侧折射率的特征；这种非对称的折射率分布带来的模场(向光波导芯部曲率中心方向的)偏移效应与光波导芯部弯曲带来的模场(远离