光波导及其生长方法

本公开涉及光子集成领域，尤其涉及一种光波导及其生长方法。

背景技术：

1、光波导是一种用于传输和引导光信号的结构，通过光波导，光信号可以被限制在一个特定的区域内传输，并在波导中通过反射和衍射实现光信号的传输与处理。光波导广泛应用于光通信、激光技术、生物医学等领域，在光电子学和光学领域具有重要意义。

2、目前制作的光波导由于存在较大的吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗，所以难以实现特别低的传输损耗和高的集成度，会导致采用光波导制作的器件存在插损偏大和尺寸偏大的缺点，进而导致器件性能下降、难以提高集成度。

3、因此，如何提供一种低传输损耗、高集成度的光波导成为一项亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种光波导及其生长方法，能够解决现有光波导传输损耗高、集成度低的问题。

2、本公开的一方面提供了一种光波导，包括衬底、下包层、芯层和上包层，所述衬底、下包层、芯层和上包层由下至上依次生长；所述下包层中设有第一结构和第二结构，所述第二结构设于所述第一结构上；所述上包层中设有第三结构和第四结构，所述第四结构设于所述第三结构上；其中，所述第一结构和第四结构的折射率垂直于光波传播方向周期性变化，所述第一结构和所述第四结构形成光子能带间隙，所述光子能带间隙调整所述光波导弯曲部分模式与直线部分模式的色散关系；所述第二结构和第三结构的折射率平行于光波传播方向周期性变化，将预设衍射波长的光波反射回芯层。

3、可选地，所述预设衍射波长满足：，其中，其中，为衍射级数，d为第二结构和所述第三结构的距离，为入射角，为衍射角，且n取值为0，±1，±2。。

4、可选地，所述芯层的折射率大于所述下包层的折射率。

5、可选地，所述芯层的折射率大于所述上包层的折射率。

6、可选地，所述芯层的厚度与所述芯层和所述下包层/上包层的折射率差负相关。

7、可选地，所述芯层为掺杂锗的二氧化硅材料。

8、可选地，所述上包层为掺杂磷和硼的二氧化硅材料。

9、本公开的另一个方面提供了一种光波导的生长方法，包括：在衬底上生长下包层；在所述下包层中生长在垂直于光波传播方向上折射率周期性变化的第一结构；在所述第一结构上生长在平行于光波传播方向上折射率周期性变化的第二结构；在所述下包层上生长芯层；在所述芯层上生长上包层；在所述芯层上生长在平行于光波传播方向上折射率周期性变化的第三结构；在所述第三结构上生长在垂直于光波传播方向上折射率周期性变化的第四结构。

10、可选地，采用pecvd工艺生长所述光波导。

11、在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

12、1、本公开实施例提供的一种光波导通过在下包层中设置第一结构，在上包层中设置第四结构，第一结构和第四结构的折射率垂直于光波传播方向周期性变化，可以使光波导在大的拐角处实现低损耗甚至零损耗传输，进而使光波导更加容易集成，提高集成度；

13、2、本公开实施例提供的一种光波导通过在下包层中设置第二结构，在上包层设置第三结构，第二结构和第三结构的折射率平行于光波传播方向周期性变化，且第二结构和第三结构靠近芯层，能够将特定波长的光反射回芯层，使得波导芯层中传播的单模与在上包层、下包层中传播的高阶泄露模之间的耦合，进而降低波导的传输损耗。

技术特征：

1.一种光波导，其特征在于，包括衬底（1）、下包层（2）、芯层（3）和上包层（4），所述衬底（1）、下包层（2）、芯层（3）和上包层（4）由下至上依次生长；

2.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述预设衍射波长满足：

3.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述下包层（2）和所述上包层（4）以所述芯层（3）为对称轴对称分布。

4.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述芯层（3）的折射率大于所述下包层（2）的折射率。

5.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述芯层（3）的折射率大于所述上包层（4）的折射率。

6.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述芯层（3）的厚度与所述芯层（3）和所述下包层（2）/上包层（4）的折射率差负相关。

7.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述芯层（3）为掺杂锗的二氧化硅材料。

8.根据权利要求1所述的一种光波导，其特征在于，所述上包层（4）为掺杂磷和硼的二氧化硅材料。

9.一种光波导的生长方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种光波导的生长方法，其特征在于，采用pecvd工艺生长所述光波导。

技术总结
本公开提供了一种光波导及其生长方法，光波导包括衬底、下包层、芯层和上包层，衬底、下包层、芯层和上包层由下至上依次生长；下包层中设有第一结构和第二结构，第二结构设于第一结构上；上包层中设有第三结构和第四结构，第四结构设于第三结构上；其中，第一结构和第四结构的折射率垂直于光波传播方向周期性变化，第一结构和第四结构形成光子能带间隙，光子能带间隙调整光波导弯曲部分模式与直线部分模式的色散关系；第二结构和第三结构的折射率平行于光波传播方向周期性变化，将预设衍射波长的光波反射回芯层。本公开能够解决现有光波导传输损耗高、集成度低的问题。

技术研发人员：黄淞,王玥,张家顺,安俊明
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2