一种波分复用器的制作方法

摄影电影;光学设备的制造及其处理,应用技术1.本技术涉及光电半导体技术领域，特别涉及一种波分复用器。背景技术：2.随着信息传输需求增加，波分复用器因其信息承载能力强、成本低的优势被越来越多的应用在通信中。光集成平台上实现波分复用器主要有光栅和栅格马赫泽德（mzi，mach-zehnder interferometer）方法。其中，栅格mzi方法相比较光栅，具有损耗低、带宽大的优势，所以被广泛用在波分复用光集成系统中。3.mzi结构中的主要光学单元有分光模块和相移单元。目前，定向耦合器（dc，directional coupler）因为其损耗低，能实现任意分光比例的优势，被最常用作为mzi结构中的分光模块。然而，由于工艺限制，dc刻槽深度和宽度存在误差，这种误差会导致分光模块的透光率偏离设计值，造成最终波分复用器的性能恶化。技术实现要素：4.本技术实施例提供了一种波分复用器，可以解决现有工艺误差对波分复用器性能的恶化影响。5.一方面，本技术实施例提供了一种波分复用器，包括多个马赫泽德分光模块；多个马赫泽德分光模块中相邻两个马赫泽德分光模块之间通过光波导连接；多个马赫泽德分光模块中各马赫泽德分光模块包括第一定向耦合器和第二定向耦合器；第一定向耦合器的透过率为预设值，第二定向耦合器的透过率根据各马赫泽德分光模块的透过率设计值确定；针对相邻两个马赫泽德分光模块：其中一个马赫泽德分光模块的第一定向耦合器的输出端，与另一个马赫泽德分光模块的第一定向耦合器的输入端连接；或者；其中一个马赫泽德分光模块的第二定向耦合器的输出端，与另一个马赫泽德分光模块的第二定向耦合器的输入端连接。6.可选的，预设值的范围为0.9~1。7.可选的，第二定向耦合器的透过率根据下述公式确定：ki2=sin(π/2-asin(ki) )其中，ki2表示第二定向耦合器的透过率；ki表示马赫泽德分光模块的透过率；asin(·)表示反正弦函数。8.可选的，第一定向耦合器和第二定向耦合器之间设有相移单元；相移单元对应的相移量的范围为 0~π。9.可选的，马赫泽德分光模块的透过率的范围为0.495~0.505；第二定向耦合器的透过率的范围为0.4~0.6；相移量的范围为π/3.3~π/2.9。10.可选的，马赫泽德分光模块的透过率的范围为0.275~0.285；第二定向耦合器的透过率的范围为0.62~0.82；相移量的范围为π/3.05~π/2.65。11.可选的，马赫泽德分光模块的透过率的范围为0.03~0.13；第二定向耦合器的透过率的范围为0.82~1；相移量的范围为π/2.75~π/2.35。12.可选的，马赫泽德分光模块的透过率的范围为0.15~0.25；第二定向耦合器的透过率的范围为0.7~0.9；相移量的范围为π/2.95~π/2.55。13.可选的，马赫泽德分光模块的透过率的范围为0~0.09；第二定向耦合器的透过率的范围为0.86~1；相移量的范围为π/2.65~π/2.25。14.可选的，光波导的高度范围为0.1~5.0微米；光波导的宽度范围为0.1~5微米；光波导的刻蚀深度为0.1~5微米。15.可选的，波分复用器基于绝缘体上硅、氮化硅、氧化硅、聚合物中的任一种材料制备得到。16.本技术实施例提供的一种波分复用器具有如下有益效果：本技术的波分复用器包括多个马赫泽德分光模块；各马赫泽德分光模块包括第一定向耦合器和第二定向耦合器，本技术通过将第一定向耦合器和第二定向耦合器级联，对第一定向耦合器和第二定向耦合器分别设置合适的透过率参数，同时，对波分复用器中相邻两个马赫泽德分光模块之间的连接方式进行设计，可以使得由于工艺误差导致的第一定向耦合器和第二定向耦合器的分光变化抵消，从而实现马赫泽德分光模块整体的分光性能对工艺误差不敏感，继而解决工艺误差对波分复用器性能的恶化影响。附图说明17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。18.图1是本技术实施例提供的一种波分复用器的结构示意图；图2是本技术实施例提供的一种马赫泽德分光模块的结构示意图；图3是本技术实施例提供的一种波分复用器的结构示意图；图4是本技术实施例提供的一种沿图1中a-a’方向的截面示意图；图5是本技术实施例提供的一种不同设计下波分复用器对应的各项参数值的示意图；图6是本技术实施例提供的一种波分复用器的谱线对比示意图；附图标记说明：1-马赫泽德分光模块；11-第一定向耦合器；12-第二定向耦合器；13-相移单元。具体实施方式19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。20.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。21.目前，基于马赫泽德结构的波分复用器中，分光模块是由一个定向耦合器组成的，而由于定向耦合器存在工艺误差，使得制备的分光模块的透光率偏离设计值，造成最终波分复用器的性能恶化。22.基于此，本技术实施例提供了一种波分复用器，可以解决现有工艺误差对波分复用器性能的恶化影响。23.如图1-2所示，图1是本技术实施例提供的一种波分复用器的结构示意图，图2是本技术实施例提供的一种马赫泽德分光模块的结构示意图；波分复用器包括多个马赫泽德（mzi）耦合模块1；多个马赫泽德分光模块1中相邻两个马赫泽德分光模块1之间通过光波导连接；多个马赫泽德分光模块1中各马赫泽德分光模块1包括第一定向耦合器11和第二定向耦合器12；第一定向耦合器11的透过率为预设值，第二定向耦合器12的透过率根据各马赫泽德分光模块1的透过率设计值确定；针对相邻两个马赫泽德分光模块1：其中一个马赫泽德分光模块1的第一定向耦合器11的输出端，与另一个马赫泽德分光模块1的第一定向耦合器11的输入端连接；或者；其中一个马赫泽德分光模块1的第二定向耦合器12的输出端，与另一个马赫泽德分光模块1的第二定向耦合器12的输入端连接。24.本技术实施例中，在马赫泽德分光模块中，通过将第一定向耦合器11和第二定向耦合器12级联，对第一定向耦合器11和第二定向耦合器12分别设置合适的透过率参数，同时，对波分复用器中相邻两个马赫泽德分光模块之间的连接方式进行设计，可以使得由于工艺误差导致的第一定向耦合器11和第二定向耦合器12的分光变化抵消，从而实现马赫泽德分光模块整体的分光性能对工艺误差不敏感，继而解决工艺误差对波分复用器性能的恶化影响。25.一种可选的实施方式中，如图2所示，第一定向耦合器11和第二定向耦合器12之间设有相移单元13；相移单元13对应的相移量的范围为0~π。26.一种可选的实施方式中，第一定向耦合器11的透过率的预设值的范围为0.9~1。27.相应的，第二定向耦合器12的透过率根据下述公式确定：ki2=sin(π/2-asin(ki) )其中，ki2表示第二定向耦合器12的透过率；ki表示马赫泽德分光模块1的透过率；asin(·)表示反正弦函数。28.第一定向耦合器11的透过率、第二定向耦合器12的透过率和马赫泽德分光模块1的透过率均表示输出端口所输出的光信号的能量与输入端口所输入的光信号的能量的比值；如图2所示，上述的马赫泽德分光模块1的透过率即cross端口所输出的光信号的能量与输入端口所输入的光信号的能量的比值。29.本技术实施例中，波分复用器包括多个通过光波导级联的马赫泽德分光模块1，如图3所示，沿着光信号的传播方向，针对任意相邻的两个马赫泽德分光模块1，比如图3中第一个马赫泽德分光模块1，其第一定向耦合器11在前，第二定向耦合器12在后；与第一个马赫泽德分光模块1相邻的第二个马赫泽德分光模块1中，其第二定向耦合器12在前，第一定向耦合器11在后，从而实现第一个马赫泽德分光模块1的第二定向耦合器12的输出端与第二个马赫泽德分光模块1的第二定向耦合器12的输入端连接；又比如，与第二个马赫泽德分光模块1相邻的第三个马赫泽德分光模块1中，其第一定向耦合器11在前，第二定向耦合器12在后，从而实现第二个马赫泽德分光模块1的第一定向耦合器11的输出端与第三个马赫泽德分光模块1的第一定向耦合器11的输入端连接。通过上述的排列方式，使得相邻马赫泽德分光模块1的相位偏差部分抵消，可以实现马赫泽德分光模块的最低相位误差以及最佳工艺不敏感性能。30.一种可选的实施方式中，马赫泽德分光模块1的透过率的范围为0.495~0.505，第一定向耦合器11的透过率的范围为0.9~1；相应的，第二定向耦合器12的透过率的范围为0.4~0.6；相移单元13的相移量的范围为π/3.3~π/2.9。31.一种可选的实施方式中，马赫泽德分光模块1的透过率的范围为0.275~0.285，第一定向耦合器11的透过率的范围为0.9~1；相应的，第二定向耦合器12的透过率的范围为0.62~0.82；相移单元13的相移量的范围为π/3.05~π/2.65。32.一种可选的实施方式中，马赫泽德分光模块1的透过率的范围为0.03~0.13，第一定向耦合器11的透过率的范围为0.9~1；相应的，第二定向耦合器12的透过率的范围为0.82~1；相移单元13的相移量的范围为π/2.75~π/2.35。33.一种可选的实施方式中，马赫泽德分光模块1的透过率的范围为0.15~0.25，第一定向耦合器11的透过率的范围为0.9~1；相应的，第二定向耦合器12的透过率的范围为0.7~0.9；相移单元13的相移量的范围为π/2.95~π/2.55。34.一种可选的实施方式中，马赫泽德分光模块的透过率的范围为0~0.09，第一定向耦合器11的透过率的范围为0.9~1；相应的，第二定向耦合器12的透过率的范围为0.86~1；相移单元13的相移量的范围为π/2.65~π/2.25。35.一种可选的实施方式中，上述的波分复用器基于绝缘体上硅、氮化硅、氧化硅、聚合物中的任一种材料制备得到。36.一种可选的实施方式中，波分复用器基于绝缘体上硅soi制备得到。如图4所示，图4是沿图1中a-a’方向的截面示意图，波分复用器包括衬底层401、埋氧层402和顶层硅403，通过对顶层硅403进行刻蚀处理，得到光波导；其中，光波导的高度h的范围为0.1~5.0微米，优选的，可以是2~4微米；光波导的宽度w的范围为0.1~5微米，优选的，可以是2~4微米；光波导的刻蚀深度d的范围为0.1~5微米，优选的，可以是2~4微米。37.如图5所示，图5提供了不同设计下波分复用器对应的各项参数值，包括理想状态，无工艺误差下的波分复用器、在22%工艺误差的条件下制得的传统波分复用器和在22%工艺误差的条件下制得的本技术波分复用器。由图5可见，本技术的波分复用器各项指标参数，相较于传统波分复用器，更贴合理想指标值，这说明本技术的波分复用器具备良好的性能。38.如图6所示，图6是本技术实施例提供的一种波分复用器的谱线对比示意图，图中实线表示无工艺误差下波分复用器的谱线，虚线表示本技术波分复用器的谱线，由图可见，本技术波分复用器的谱线与无工艺误差下波分复用器的谱线重合程度较高，表明本技术波分复用器具有良好的工艺不敏感性。39.需要说明的是：上述本技术实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。40.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。41.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。









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