专利名称：一种可调变光学衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可调变光学衰减器，属于光学通信领域。
背景技术：
可调变光学衰减器(VOA)在光通信传输系统中具有广泛的应用，其主要功能是用来减弱或控制光信号。光通信传输系统的最基本的特性应该是可调，特别是随着DWDM (密集波分复用)传输系统和EDFA (掺饵光纤放大器)在光通信中的应用，在多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或信道功率均衡，在光接收器端要进行动态饱和的控制，另外，在光传输过程中还需要对其它信号进行控制，这些都使得VOA阵列成为其中不可或缺的关键器件。当前，世界上有多种制造可调变光学衰减器(VOA)的技术，包括微机电(MEMS)技术、液晶技术、磁光技术等，这些不仅需要传统光学方式的校准，有些还包含机械移动部分， 因此制作和应用都比较复杂，而且产品尺寸大，不利于集成。随着DWDM系统的发展，以及市场对可灵活升级的可重构光分插复用器(ROADM)的潜在的巨大需求，越来越需要通道数多而体积小的可调变光学衰减器阵列。基于平面光波导(PLC)技术的可调变光学衰减器阵列，是利用半导体器件生产工艺设备，在同一个衬底上制造多个光学衰减器器件构成，具有体积小、易集成、可靠性高、价格便宜、适于大规模生产等众多特点。当前世界上几种主要的PLC技术平台包括用聚合材料(polymers)制造光波导，用光学晶体材料制造光波导，和在硅片上生长二氧化硅(silica-on-silicon)制造光波导等三种技术手段，用聚合材料(即透明高分子材料)制成的光波导器件有造价低，选材的灵活性好等优点，而且当用热光效应来控光的时候，电功耗小。但由于聚合材料的光学损耗较大，用它制成的光学器件目前不被工业界接受；用光学晶体制成的光波导器件具有高速度的优点，但造价高、损耗大；目前最为工业界接受的较为成熟的技术平台是硅片上长二氧化娃(silica-on-silicon)的方法。Silica-on-si 1 icon技术平台是在硅晶圆片上长出二氧化硅的下包层、波导芯，虽然挪用的是半导体工业中已经成熟的离子增强化学气相沉积工艺(PECVD)，但在硅晶圆上生长二氧化硅不仅时间长，而且造价高，另外，由于是两种不同的材料，形成的器件应力相对较大，器件的偏振相关损耗(PDL)也较大。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可调变光学衰减器。为实现上述技术目的，本实用新型提供的技术方案如下一种可调变光学衰减器，包括二氧化硅衬底，所述二氧化硅衬底上设有外部二氧化硅上包层，所述外部二氧化硅上包层内部设有凹槽，所述外部二氧化硅上包层与凹槽之间设有侧沟槽，所述侧沟槽内充满热光材料，所述外部二氧化硅上包层、侧沟槽、凹槽的上部覆有封帽，所述凹槽底部设有波导芯，所述波导芯上部设有内部二氧化硅上包层，所述封帽内部与内部二氧化硅上包层相接处设有金属电极。作为优选，所述外部二氧化硅上包层、内部二氧化硅上包层与二氧化硅衬底折射率相同。作为优选，所述波导芯为掺杂的二氧化硅。现有的平面光波导对光的传输是基于波导芯和包层之间的光折射率差，通过物理上的光学全反射来实现的，光学全反射发生在波导芯和包层界面上的要求是波导芯的光折射率大于包层折射率，这样保证了光波通过全反射限制在波导芯内。而实际情况是，即使在全反射情况下，并不是所有能量都被限制在波导芯内，有一部分光会围绕波导芯在包层中传输，称为瞬逝波，这部分光能与波导芯和包层的折射率有关。波导芯为掺杂的二氧化硅，其折射率高于包层，如此形成弱波导传播模式，使得光信号主要在波导芯内传输，类似于光在光纤中传播的原理。侧沟槽内的热光材料为聚合物， 在常温下，其折射率与波导芯折射率相同，当受热后，该聚合物的折射率将会发生改变，上升或是下降至与包层折射率相同。由于聚合物热光系数远大于二氧化硅，故任何固态或是液体聚合物均可以作为热光材料，我们采用的是液态聚合物(光学玻璃测试用的折射率油层)。当其与包层折射率接近或是相同时，光信号将在波导芯中正常传输，无衰减；当聚合物折射率与波导芯折射率接近或是相同时，波导芯中的光信号将会完全泄露到聚合物中，从而使波导芯中输出的光强接近为零；通过改变电极的电流加热，进而改变聚合物的折射率， 使得当聚合物折射率在包层折射率与波导芯折射率之间变化时，输出光信号亦在全透过和最大衰减值中变化，从而实现光强的可调变控制。本实用新型通过金属电极给侧沟槽内的热光材料加热，使之折射率发生改变，从而影响波导芯中光信号的传输，进而控制输出光强，实现可调光学衰减。因此，本实用新型没有任何机械移动部分，不需要传统光学方式的校准，大大简化和降低了工艺制作；另外， 本实用新型省去了传统半导体工艺先在硅衬底上生长二氧化硅下包层的步骤，在二氧化硅衬底上直接生长出波导芯，减去了二氧化硅下包层的生长时间，缩短了产品的生长周期，降低了产品成本；另外，由于衬底和下包层为同种材料，消除了衬底对器件的应力影响，有效地降低了器件的偏振相关损耗；此外，本实用新型是基于平面光波导的器件，可在同一个衬底上排列多个器件构成阵列，集成度高、生产成本低、重复性和可靠性高，具有与其他平面光学芯片进行更高度集成的能力。通过在二氧化硅衬底上直接生长出波导芯，不仅减去了二氧化硅下包层的生长时间，缩短了产品的生长周期，而且降低了产品成本；另外，由于衬底和下包层为同种材料，消除了衬底对器件的应力影响，有效地降低了器件的偏振相关损耗；通过在同一衬底上排列多个器件构成VOA阵列，达到高的集成度。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中图1为本实用新型实施例的横截面示意图；图2为本实用新型实施例的制造流程图；[0019]图3为光强衰减随波导芯与侧沟槽中聚合物折射率差值的变化曲线图。1——二氧化硅衬底；2——波导芯；3——外部二氧化硅上包层；4——金属电极； 5——侧沟槽；6——封帽，7-内部二氧化硅上包层。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。图1中，侧沟槽5位于波导芯2的两侧，其中充满聚合物热光材料，其折射率会随着温度变化而变化。当侧沟槽5内聚合物折射率与包层折射率相似或相同时，光信号主要沿波导芯2从输入端传到输出端，无衰减；当侧沟槽5内聚合物折射率与波导芯2折射率接近或相同时，波导芯2中的光将会大部分泄露到侧沟槽5中，使得输出端的光强大为降低， 甚至为零。通过金属电极4对侧沟槽5内的热光材料加热，可以控制侧沟槽5内的热光材料的折射率在波导芯2、包层折射率之间变化，从而达到控制输出光强，实现可调光学衰减的目的，图3为光强衰减随波导芯2与侧沟槽5中聚合物折射率差值的变化曲线图。具体的工艺流程图如图2所示选用二氧化硅为衬底；在二氧化硅衬底1上直接生长波导芯2，波导芯2为掺杂的二氧化硅，折射率略高于衬底，将多余的掺杂芯层腐蚀掉， 留下具有一定形状的部分作为波导芯2 ；然后在二氧化硅衬底1上形成一层能完全覆盖波导芯2的内部二氧化硅上包层7，其折射率与二氧化硅衬底1相同；在内部二氧化硅上包层 7的上表面设置金属电极4，其位置正对波导芯2 ；将波导芯2两侧的上包层分别腐蚀掉，形成两个侧沟槽5 ；在侧沟槽5内充满聚合物热光材料；最后将整个器件的表面设置一层封帽 6，将所有元件封闭在一起，形成一个光学衰减器；将多个光学衰减器集成在同一个二氧化硅衬底上构成可调变光学衰减器阵列。最后应说明的是以上所述仅为说明本实用新型的实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种可调变光学衰减器，包括二氧化硅衬底，其特征在于所述二氧化硅衬底上设有外部二氧化硅上包层，所述外部二氧化硅上包层内部设有凹槽，所述外部二氧化硅上包层与凹槽之间设有侧沟槽，所述侧沟槽内充满热光材料，所述外部二氧化硅上包层、侧沟槽、凹槽的上部覆有封帽，所述凹槽底部设有波导芯，所述波导芯上部设有内部二氧化硅上包层，所述封帽内部与内部二氧化硅上包层相接处设有金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种可调变光学衰减器，其特征在于所述外部二氧化硅上包层、内部二氧化硅上包层与二氧化硅衬底折射率相同。
3.根据权利要求1所述的一种可调变光学衰减器，其特征在于所述波导芯为掺杂的二氧化硅。
专利摘要本实用新型为一种可调变光学衰减器，属于光学通信领域，其包括二氧化硅衬底及设于其上的外部二氧化硅上包层，外部二氧化硅上包层内部设有凹槽，外部二氧化硅上包层与凹槽之间设有侧沟槽，侧沟槽内充满热光材料，外部二氧化硅上包层、侧沟槽、凹槽的上部覆有封帽，凹槽底部设有波导芯，波导芯上部设有内部二氧化硅上包层，所述封帽内部与内部二氧化硅上包层相接处设有金属电极。通过在二氧化硅衬底上直接生长出波导芯，不仅减去了二氧化硅下包层的生长时间，缩短了产品的生长周期，而且降低了产品成本；另外，由于衬底和下包层为同种材料，消除了衬底对器件的应力影响，有效地降低了器件的偏振相关损耗。
文档编号G02F1/01GK202306053SQ20112044153
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者孙麦可, 宋齐望 申请人:孙其琴