一种基于Y分支对称结构的硅基马赫曾德尔干涉仪

技术领域

本发明涉及硅光子器件技术领域，特别是涉及一种基于Y分支对称结构的硅基马赫曾德尔干涉仪。

背景技术

在过去的几十年中，由于光通信及光互连日益增长的需求，硅光子技术得以迅速发展，同时因其具有结构紧凑，能耗低，CMOS工艺兼容以及高集成度等特性而成为近些年来的研究热点。其中硅基马赫曾德尔干涉仪是最基础的硅光子器件，在硅基波分复用技术、高速硅基调制器、光开关等中起到重要作用。现有的硅基马赫曾德尔干涉仪传输效率不稳定难以满足不同应用的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Y分支对称结构的硅基马赫曾德尔干涉仪，能够使得波导长度在10μm到40μm变化时具有稳定的传输效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于Y分支对称结构的硅基马赫曾德尔干涉仪，包括输入Y分支波导和输出Y分支波导，所述输入Y分支波导和输出Y分支波导的结构相同，所述输入Y分支波导的第一输出端通过第一直波导与输出Y分支波导的第一输入端相连；所述输入Y分支波导的第二输出端与第一弯曲波导的一端相连，所述输出Y分支波导的第二输入端与第二弯曲波导的一端相连，所述第一弯曲波导的另一端与所述第二弯曲波导的另一端通过所述第二直波导相连；所述第一弯曲波导与第二弯曲波导结构相同，并沿着第二直波导的中线对称。

所述输入Y分支波导的第一输出端和第二输出端之间的距离与所述输入Y分支波导输入端的长度相等；所述输出Y分支波导的第一输入端和第二输入端之间的距离与所述输出Y分支波导的输出端长度相等。

所述输入Y分支波导的第一输出端和第二输出端之间的距离为5μm；所述输出Y分支波导的第一输入端和第二输入端之间的距离为5μm。

所述第一弯曲波导的一端与另一端之间的距离与所述第一弯曲波导的长度比为3.05：4；所述第二弯曲波导的一端与另一端之间的距离与所述第二弯曲波导的长度比为3.05：4。

所述第一弯曲波导的一端与另一端之间的距离为3.05μm；所述第一弯曲波导的长度为4μm；所述第二弯曲波导的一端与另一端之间的距离为3.05μm；所述第二弯曲波导的长度为4μm。

所述第一弯曲波导和第二弯曲波导均为S型弯曲波导。

所述输入Y分支波导和输出Y分支波导在分支部分均采用弧形设计。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的Y分支波导在分支部分采用弧形设计，且通过S形弯曲波导使得器件整体的宽度和损耗均变小，通过Y分支及S形弯曲波导的参数的优化设计，使得波导长度在10μm到40μm变化时，其传输效率在96.3％以上，干涉谱线平坦，器件的消光比在12dB以上，并且在波导厚度和宽度在±20nm变化时，性能依然保持稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明各部分长度示意图；

图3是本发明各部分宽度示意图；

图4是本发明的仿真结果图；

图5是本发明中波导厚度分别在±10nm、±20nm变化时的仿真结果图；

图6是本发明中波导宽度分别在±10nm、±20nm变化时的仿真结果图；

图7是本发明的制作工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于Y分支对称结构的硅基马赫曾德尔干涉仪，如图1所示，包括输入Y分支波导和输出Y分支波导，所述输入Y分支波导和输出Y分支波导的结构相同，所述输入Y分支波导的第一输出端通过第一直波导与输出Y分支波导的第一输入端相连；所述输入Y分支波导的第二输出端与第一弯曲波导的一端相连，所述输出Y分支波导的第二输入端与第二弯曲波导的一端相连，所述第一弯曲波导的另一端与所述第二弯曲波导的另一端通过所述第二直波导相连；所述第一弯曲波导与第二弯曲波导结构相同，均为S型弯曲波导，并沿着第二直波导的中线对称。所述输入Y分支波导和输出Y分支波导在分支部分均采用弧形设计。

入射光输入的光信号由输入Y分支波导分为相同的两个光束，两束光分别在上下两个长度不同的波导中传输，在输出端口通过输出Y分支波导重新组合，其中不同长度的波导能够改变光束的相位，最后实现干涉。

本实施方式中，所述输入Y分支波导的第一输出端和第二输出端之间的距离与所述输入Y分支波导输入端的长度相等；所述输出Y分支波导的第一输入端和第二输入端之间的距离与所述输出Y分支波导的输出端长度相等。所述第一弯曲波导的一端与另一端之间的距离与所述第一弯曲波导的长度比为3.05：4；所述第二弯曲波导的一端与另一端之间的距离与所述第二弯曲波导的长度比为3.05：4。

如图2所示，本实施方式中各个器件的长度分布如下：所述输入Y分支波导的输入端的长度为5μm，输出端的长度为5.4μm；所述第一弯曲波导的长度为4μm；所述第二直波导的长度为L；所述第二弯曲波导的长度为4μm；所述输出Y分支波导的输入端的长度为5.4μm，输出端的长度为5μm；所述第一直波导的长度为4μm+L+4μm。

如图3所示，本实施方式中各个器件的宽度分布如下：所述输入Y分支波导的第一输出端和第二输出端之间的距离为5μm；所述第一弯曲波导的一端与另一端之间的距离为3.05μm；所述第二弯曲波导的一端与另一端之间的距离为3.05μm；所述输出Y分支波导的第一输入端和第二输入端之间的距离为5μm。

当波长为1550nm时，器件的传输效率随长度L变化情况如图4所示。从图4中可以看出，当器件的波导长度在10μm到40μm变化时，可以在仿真结果中看到干涉图样，器件的传输效率在96.3％以上，干涉谱线平坦，器件的消光比在12dB以上。

本实施方式的器件工艺容差仿真如下：

本实施方式中器件的波导厚度为220nm，当波导厚度分别在±10nm、±20nm变化时，仿真结果如图5所示，可以看到器件在顶层硅厚度变化±20nm以内时，性能依然保持稳定。

本实施方式中器件的波导宽度为500nm,当波导宽度分别在±10nm、±20nm变化时，仿真结果如图6所示，可以看到器件在硅波导宽度变化±20nm以内时，性能依然保持稳定。

本实施方式的制作工艺流程如图7所示，从SOI晶圆开始(220nm顶层硅，2μm的BOX层)，首先是掩膜版沉积，之后是旋涂光刻胶进行光刻，再进行硅刻蚀，最后沉积上包层。

不难发现，本发明的的Y分支波导在分支部分采用弧形设计，且通过S形弯曲波导使得器件整体的宽度和损耗均变小，通过Y分支及S形弯曲波导的参数的优化设计，使得波导长度在10μm到40μm变化时，其传输效率在96.3％以上，干涉谱线平坦，器件的消光比在12dB以上，并且在波导厚度和宽度在±20nm变化时，性能依然保持稳定。