本發(fā)明屬于硅基光電子器件，涉及具有雙波段特性的層間與多路復(fù)用器，具體涉及一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件。

背景技術(shù)：

1、在集成光子學(xué)領(lǐng)域，光信號的多波長傳輸與處理是提升通信帶寬和系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)有技術(shù)通常采用單一波導(dǎo)或多模波導(dǎo)進行光信號的傳輸，但這些設(shè)計在不同波長之間的耦合和轉(zhuǎn)換效率低，且存在較大的光損耗問題。尤其在多層集成光子芯片中，不同波導(dǎo)層之間的光信號耦合更加復(fù)雜，需要解決空間耦合與方向耦合兩方面的問題。

2、光子層間耦合器和多路復(fù)用器是常用的光耦合結(jié)構(gòu)，廣泛用于不同波導(dǎo)層或相鄰波導(dǎo)之間的光信號傳輸。然而，現(xiàn)有的耦合器設(shè)計通常僅針對單一波長的光信號進行優(yōu)化，無法同時高效耦合多個波長的光信號，從而限制了其在多波段集成系統(tǒng)中的應(yīng)用。特別是在波分復(fù)用(wdm)系統(tǒng)中，不同波長的光信號通常需要通過獨立的光路進行處理，這不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，還降低了處理效率。因此，迫切需要一種能夠同時處理o波段(1260-1360nm)與c波段(1530-1565nm)光信號的集成光子器件，以降低耦合損耗、提高集成度，并簡化整體光路設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，本發(fā)明的目的是提供具有雙波段特性的層間與多路復(fù)用器件，解決了現(xiàn)有集成光回路多波長耦合效率低、光路設(shè)計復(fù)雜、集成度低的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：雙波段融合的三維光子集成耦合器件，包括第一波導(dǎo)層，第二波導(dǎo)層，二氧化硅上包層，二氧化硅下包層以及硅襯底，其中第二波導(dǎo)層包括氮化硅耦合波導(dǎo)，氮化硅連接波導(dǎo)以及氮化硅彎曲雙s型波導(dǎo)，其中第二波導(dǎo)層設(shè)置在第一波導(dǎo)層的上方，硅襯底上依次設(shè)置有二氧化硅下包層、二氧化硅上包層。

3、作為本發(fā)明的一種改進，第一波導(dǎo)層的前端為硅直波導(dǎo)，后端緊密連接的是硅錐度波導(dǎo)；第一波導(dǎo)層的材料為硅，厚度為0.22μm，直波導(dǎo)寬度為0.5μm，硅錐度波導(dǎo)寬度線性變化，硅錐度波導(dǎo)前端與直波導(dǎo)寬度相同，后端寬度為0.2μm，硅錐度波導(dǎo)長度為16.6μm；氮化硅連接波導(dǎo)的前端為氮化硅錐度波導(dǎo)，后端緊密連接的是氮化硅直波導(dǎo)；氮化硅連接波導(dǎo)與第一波導(dǎo)層在z方向上有0.25μm距離，材料為氮化硅，厚度為0.4μm，錐度波導(dǎo)寬度線性變化，氮化硅錐度波導(dǎo)前端寬度為0.2μm，氮化硅錐度后端寬度為1μm，直波導(dǎo)寬度與錐度后端寬度相同，氮化硅錐度波導(dǎo)長度為16.3μm。

4、作為本發(fā)明的一種改進，氮化硅耦合波導(dǎo)為錐度型波導(dǎo)，左端寬度1μm，右端寬度1.05μm，長度為145μm；其中氮化硅彎曲雙s型波導(dǎo)的寬度為1μm，氮化硅彎曲雙s型波導(dǎo)的前端是氮化硅直波導(dǎo)，后端緊密連接的是氮化硅彎曲波導(dǎo)，氮化硅彎曲波導(dǎo)的占地面積為15μm×7μm，彎曲波導(dǎo)后端緊密連接的是第二氮化硅直波導(dǎo)。

5、作為本發(fā)明的一種改進，第二氮化硅直波導(dǎo)與氮化硅耦合波導(dǎo)之間的間距最大值為0.075μm，最小值為0.05μm。

6、作為本發(fā)明的一種改進，第一波導(dǎo)層的制備采用標準的光刻圖形化和硅材料刻蝕工藝，第二波導(dǎo)層的制備采用標準的光刻圖形化和氮化硅材料刻蝕工藝。

7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:

8、本發(fā)明的雙波段層間與多路復(fù)用器件，通過將c波段光信號和o波段光信號分別輸入到層間耦合器和多路復(fù)用器，實現(xiàn)了不同波長光信號的高效耦合與合成輸出。該設(shè)計能夠顯著提高多波長集成光路系統(tǒng)的耦合效率。

9、本發(fā)明的雙波段層間與多路復(fù)用器件，通過在不同波導(dǎo)層中實現(xiàn)不同波段光信號的合成與分束，簡化了傳統(tǒng)波分復(fù)用(wdm)系統(tǒng)中的復(fù)雜光路結(jié)構(gòu)，從而降低了器件占用面積，提升了集成度。

10、本發(fā)明的雙波段層間與多路復(fù)用器件，通過采用層間耦合器和多路復(fù)用器的組合結(jié)構(gòu)，有效減少了不同波導(dǎo)層之間的耦合損耗，同時保證o波段與c波段光信號在輸出波導(dǎo)中的低損耗傳輸。

技術(shù)特征：

1.一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，其特征在于，包括第一波導(dǎo)層，第二波導(dǎo)層，二氧化硅上包層，二氧化硅下包層以及硅襯底，其中第二波導(dǎo)層包括氮化硅耦合波導(dǎo)，氮化硅連接波導(dǎo)以及氮化硅彎曲雙s型波導(dǎo)，其中第二波導(dǎo)層設(shè)置在第一波導(dǎo)層的上方，硅襯底上依次設(shè)置有二氧化硅下包層、二氧化硅上包層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，其特征在于，氮化硅耦合波導(dǎo)為錐度型波導(dǎo)，左端寬度1μm，右端寬度1.05μm，長度為145μm；其中氮化硅彎曲雙s型波導(dǎo)的寬度為1μm，氮化硅彎曲雙s型波導(dǎo)的前端是氮化硅直波導(dǎo)5，后端緊密連接的是氮化硅彎曲波導(dǎo)，氮化硅彎曲波導(dǎo)的占地面積為15μm×7μm，彎曲波導(dǎo)后端緊密連接的是第二氮化硅直波導(dǎo)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，其特征在于，第二氮化硅直波導(dǎo)與氮化硅耦合波導(dǎo)之間的間距最大值為0.075μm，最小值為0.05μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種雙波段融合的三維光子集成耦合器件，包括第一波導(dǎo)層，第二波導(dǎo)層，二氧化硅上包層，二氧化硅下包層以及硅襯底，其中第二波導(dǎo)層包括氮化硅耦合波導(dǎo)，氮化硅連接波導(dǎo)以及氮化硅彎曲雙S型波導(dǎo)，其中第二波導(dǎo)層設(shè)置在第一波導(dǎo)層的上方，硅襯底上依次設(shè)置有二氧化硅下包層、二氧化硅上包層。該方案解決了現(xiàn)有集成光回路多波長耦合效率低、光路設(shè)計復(fù)雜、集成度低的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：姚俊杰,林曈,冀柏榮,蔡易輝
受保護的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15