用于色散控制的芯片上集成的光波导结构及色散控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可用于色散控制的芯片上集成的光波导的结构及其色散控制方法，它属于集成光学和微纳米光学领域。
【背景技术】
[0002]波导是指用来定向引导电磁波的结构，常见的波导结构有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导和光纤等，一般的波导芯区由高折射率材料组成，该波导的包层由低折射率材料或者空气组成。色散是指当一束光脉冲在波导中传输时，不同频率的光传播速度不同，导致脉冲展宽的现象。当下，集成光学和微纳米光学领域蓬勃发展，如何对可集成的光波导进行色散控制，从而实现色散补偿、低色散传输、超连续谱及光频率梳的产生等应用成为一项研究热门。在可集成的光波导中，通过设计波导结构，选择合适的材料，可有效地改变波导色散，从而灵活地进行色散控制。公开号为US 8483529 B2，其公开日为2013年7月9号的专利文献中公开了一种《Waveguide-based dispers1n device》，设计了一种slot型波导与strip型波导耦合的结构，该结构引入了一种模式转变机制[1]，从而能进行色散控制。公开号为US 9110219 BI，其公开日为2015年8月18号的专利文献中公开了一种《On-chip two-octave supercontinuum generat1n enabled by advanced chromaticdispers1n tailoring in slotted waveguides》，设计了一种改进型的slot型波导结构，这会使得色散值随着波长变化的曲线出现四个色散零点，类似于马鞍形[2]，可更加灵活地实现色散控制。在该类波导结构中，芯区从上到下以高-低-高的折射率分布方式排列了三层，该波导用于进行色散调控的参数为三个材料区域的高度和波导芯区的宽度，总共四个，这样的三层结构波导加工工艺多，对于加工条件的要求高，并且该结构要求高折射率材料与低折射率材料的比值高，可适用于该结构的材料少。
[0003][参考文献]
[0004][I]L.Zhang et al.0pt.Express,vo1.18,p.20529,2010.
[0005][2]L.Zhang et al.0ptics Letters,vo1.38,p.5122,2013.
【发明内容】
[0006]由于先前报道的用于进行色散调控的波导对加工条件的要求高，针对现有技术的缺陷，本发明提出新的色散控制方法，可减少色散调控所需的结构参数，降低对加工条件的要求，并增大可选材料的范围。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于色散控制的芯片上集成的光波导结构，包括位于基底上面的波导芯区，所述波导芯区设有包层;所述波导芯区由上下两层不同折射率的材料构成;两层不同折射率材料基本等宽，所述两层不同折射率的材料的折射率比值15。
[0008]进一步讲，所述两层不同折射率的材料从以下的第一组合、第二组合和第三组合的同一种组合中选择;第一组合是指硫系玻璃组合，包括有低折射率的S基玻璃、高折射率的Se基玻璃和Te基玻璃;所述S基玻璃至少包括Ge2S3、As2S3、GexAsySz和GexPySz,所述Se基玻璃至少包括Ge2Se3、As2Se3、GexAsySez、GexSbySez和GexPySez,所述Te基玻璃至少包括GexSbyTez、GexSeyTez和AsxSeyTez;其中，x，y，z表示不同的摩尔配比，且x+y+z = 100。第二组合至少包括 T12、Hf O2、A1203、Si02、Ga203、Ta2O3、AlN 和 Si3N4;第三组合至少包括 Ge，SiC，Si，A12O3，D i amond,InP,GaAs。
[0009]利用上述芯片上集成的光波导结构的色散控制方法是，首先，由预设的光波导的一组结构尺寸参数，计算得到一马鞍形色散曲线;然后，通过调整波导芯区与基底接触面的宽度、高折射率材料的高度和低折射率材料的高度中的一个或多个参数，从而实现色散控制，具体内容如下:
[0010]通过增大高折射率材料的高度，使得马鞍形色散曲线向色散值增大的方向移动，且左峰的位移量大于右锋的位移量；
[0011]通过增大低折射率材料的高度，使得马鞍形色散曲线向色散值减小的方向移动，且左峰的位移量小于右锋的位移量；
[0012]通过增大波导芯区与基底接触面的宽度，使得马鞍形色散曲线围绕该色散曲线凹谷范围内的一点逆时针旋转。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014]通过将之前设计的波导结构的芯区由三层减为两层，减小了色散调控所需的结构参数，降低了对加工条件的要求。并且适用于该波导结构芯区的材料与之前相比更多。
【附图说明】
[0015]图1-1是本发明光波导结构的结构I横截面图示意图；
[0016]图1-2是本发明光波导结构的结构2横截面图示意图；
[0017]图1-3是本发明光波导结构的结构3横截面图示意图；
[0018]图1-4是本发明光波导结构的结构4横截面图示意图；
[0019]图2-1是马鞍形色散曲线随着高折射率材料的高度变化的位移图；
[0020]图2-2是马鞍形色散曲线随着低折射率材料的高度变化的位移图；
[0021]图2-3是马鞍形色散曲线随着波导芯区与基底接触面宽度变化的位移图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
[0023]本发明提出的一种用于色散控制的芯片上集成的光波导结构，包括位于基底I上面的波导芯区，所述波导芯区设有包层，所述基底I为可集成的平板，基底和包层的材料可以采用Si02，GaF2, Al2O3等，除此之外，包层还可以为空气。所述波导芯区由上下两层3和2不同折射率的材料构成;两层不同折射率材料基本等宽，所述两层不同折射率的材料的折射率比值2 1.15。如图1-1至图1-4所示，图中，两层结构中带有竖条纹的层次是相对低折射率的材料，带有斜条纹的层次是相对高折射率的材料；图1-1示出了高折射率材料在下，侧壁角度α略小于90° ;图1-2示出了高折射率材料在上，侧壁角度略大于90° ;图1_3示出了高折射率材料在下，其中，基底I为带有空心结构4的光波导结构，侧壁角度α略大于90° ;图1-4示出了高折射率材料在上，其中，基底I为下部设有上凹的通槽结构5的光波导结构，侧壁角度α略小于90° ο
[0024]所述波导芯区的侧壁与基底上表面之间的角度不受限制，为了加工方便，该侧壁角度α最好是略小于90°。
[0025]光波导结构中所述两层不同折射率的材料从以下的第一组合、第二组合和第三组合的同一种组合中选择。
[0026]第一组合是指硫系玻璃组合，包括有低折射率的S基玻璃、高折射率的Se基玻璃和Te基玻璃;所述S基玻璃至少包括Ge2S3、As2S3、GexAsySz和GexPySz,所述Se基玻璃至少包括Ge2Se3、As2Se3、GexAsySez、GexSbySez 和 GexPySez，所述 Te 基玻璃至少包括 GexSbyTez