本技术聚焦于微纳光电子芯片技术,特别提出了一种耦合消光薄膜铌酸锂波导及其制造方法。该波导结构由铌酸锂、包层、衬底和金属层组成,其中包层位于衬底之上,铌酸锂层覆盖包层,金属层则覆盖于铌酸锂层之上。
背景技术
偏振是光子编码信息的自由度,光电子芯片上的偏振控制对于实现特定的功能很重要。部分光电子器件能够利用偏振自由度增加信息处理的维度和速度,而一些光电子器件支持单偏振工作,其他偏振分量的输入会产生串扰,使得器件的性能指标产生恶化。为了消除杂散偏振光的干扰,片上需要引入单偏振的波导结构。单偏振波导可以通过设计波导几何尺寸或者引入金属等高吸收率材料等方式实现。通过调节波导的几何尺寸,能够改变TE/TM偏振模式(TE模式,中文全称:横电模,英文全称:Transverse Electric mode;TM模式,中文全称:横磁模,英文全称:Transverse Magnetic mode)的等效折射率和辐射损耗;TE/TM模式的模场分布不同,在TE/TM模式的光场集中区域引入金属等高吸收率材料能够引入额外损耗,实现另一偏振模式的单偏振传输。单偏振波导结构具有很多应用场景,包括电光调制器、片上陀螺仪、传感器件等。其性能指标主要包括插入损耗、尺寸以及偏振消光比等。其中最主要的性能是偏振消光比。对于端面耦合的光电子芯片,端面耦合中保偏光纤的偏振轴和芯片的晶向存在对准误差,会在光波导中激励起不同偏振的分量,这对于调制效率或者陀螺中的Sagnac效应的传感精度都会造成恶化。此前的技术方案主要是通过高精度的六轴对准平台结合透过谱测试来确保芯片单偏振工作,随后再进行紫外固化封装。
现有的几种实现高偏振消光比铌酸锂波导的方案,它们分别存在以下缺陷和不足:(1)利用波导几何尺寸调节等效折射率的方案很依赖微纳加工的精度,包括在芯片制备流程中的电子束曝光系统或者光刻的线条精度会影响模式折射率,进而影响器件的单偏振工作特性,并且后续的芯片刻蚀加工中的刻蚀深度误差也会造成影响。(2)在波导结构上方或侧壁直接引入金属等结构虽然能够增大偏振消光比,但与工作模式存在交叠会引入额外的插入损耗。(3)传统基于钛扩散或者质子交换定义的铌酸锂波导折射率对比度较小,难以实现TE/TM模式间的大等效折射率差。(4)器件本身如果不能实现较高的偏振消光比,需要采取高精度的六轴对准平台结合透过谱测试来确保芯片单偏振工作,随后再进行紫外固化封装的封装方式,该工艺流程比较繁琐,难以大批量制备器件。
实现思路