本技术公开了一种基于混合谐振的通感一体光芯片及制备方法,涉及光电集成技术领域。本发明包括硅基片,所述硅基片的顶部沉积有氧化埋层,所述氧化埋层的上方安装有多层矩形波导,多层矩形波导的一端与氧化埋层保持齐平,另一端安装有硅矩形波导,所述多层矩形波导朝向氧化埋层中心的一端设置有反向拉锥部,硅矩形波导远离氧化埋层中心的一端设置有正向拉锥部。本发明基于片上光互连实现介质‑金属混合型谐振腔与片上硅及普通介质波导的混合集成,利用光学和等离子体模式间的强耦合激发出准连续谱束缚态,既能够实现高灵敏度的片上光传感,又极大地提升了品质因子,并且具有较低的传输损耗。
背景技术
近几年,等离子体结构被越来越多地用在基于SOI的片上光传感器件中,其不仅打破了衍射极限,而且提升了灵敏度。然而,传统的等离子体结构受限于较大的模式损耗以及较小的品质因子,难以满足当前高集成度、高灵敏度片上光传感的需求。在这种情况下,凭借准连续谱束缚态与生俱来的高品质因子优势,结合等离子体尺寸小、灵敏度高的特点,基于Si波导构建片上光互连成为突破当前等离子体瓶颈的重要手段。
2017年《Nature》报道指出,在亚微米量级的介质谐振腔内,横模与纵模的耦合能产生准连续谱束缚态,其具有极高的品质因子,这种光学谐振结构被称之为超腔。尽管超腔有很多优点,但在结构、测试、传感等方面还存在一些问题需要解决,超腔中的准连续谱束缚态一般只能在色散区间的共振回避交叉点附近被激发,对腔体截面高宽比和材料折射率都有很严格的要求,这在一定程度上限制了超腔的设计,也使其与不同单元的混合集成变得更为困难。
综合考虑以上因素,本专利主要基于光学模式的强耦合理论,研制类似于超腔的介质-金属混合型谐振腔,充分利用SOI平台的高兼容性,结合Si波导构建片上光子-等离子混合光路,探索光学-等离子模式混合型准连续谱束缚态的激发条件及亚波长等离子体谐振腔的片上光互连集成方案,从而解决等离子体传感损耗高、集成度低、品质因子小等瓶颈问题。此外,还将设计、制作新型的片上模斑转换器,降低Si波导和光纤的端面耦合损耗,为准连续谱束缚态光传感芯片在光纤系统中的应用铺平道路。基于本专利,可以大幅增强片上光传感的性能,为高性能、低成本的集成光传感芯片提供实现途径。
为此,我们提出混合型谐振腔的准连续谱束缚态集成光传感器及制备方法。
实现思路