磷化铟基无源脊波导.docVIP

  磷化铟基无源脊波导# 陈开胜，叶梦渊，陈彬，余宇，张新亮** （华中科技大学武汉光电国家实验室） 5 10 15 20 25 30 35 摘要：磷化铟（InP）基无源波导是光子集成的关键性基础器件。本文理论上分析了 InP 基 无源脊波导的单模条件，得到了该波导截止特性。同时自行开发 InP 基器件工艺，如普通光 刻、掩膜刻蚀、InP 波导刻蚀等，并设计和制作了 2μm 宽的无源单模脊波导和 5μm 宽的无 源多模脊波导；经实验测算，单模波导损耗约为 1.3dB/mm，多模波导损耗约为 1dB/mm。同 时，单模波导中被设计成锥形的输入输出端能够作为模斑转换器，从而减少无源波导与光纤 的耦合损耗。 关键词：光子集成；磷化铟；无源脊波导 中图分类号：TN252 Passive Ridge Waveguides in InP Chen Kaisheng, Ye Mengyuan, Chen Bin, Yu Yu, Zhang Xinliang (Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, School of Optoelectronic Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology) Abstract: The passive waveguides of InP are the most important building block for photonic integration. The single mode conditions and cut-off characteristics of the passive surface ridge waveguide in InP/InGaAsP were studied. And a 2-μm-wide single mode and a 5-μm-wide multi-mode passive surface ridge waveguides were designed using numerical simulation and fabricated using lithography and etching process. The propagation loss of the single mode waveguide is 1.3dB/mm, while 1dB/mm for the multi-mode waveguide. In addition, the input and output tapers are spot size converters to enable improved coupling to lensed fibers. Key words: photonic integration; InP; passive ridge waveguide 0 引言 光子集成是现今光通信领域的研究热点也是光通信发展的必然趋势，而 InP 材料由于是 直接带隙，且带隙波长位于通信波段并大范围可调的优点，能够实现有源的激光器[1]、光放 大器[2]、调制器[3]、探测器[4]和无源的波导、耦合器[5]、滤波器等等，被认为是实现单片光 子集成的理想材料[6]。InP 基无源波导是 InP 基单片集成中最简单但也是最重要的一个基础 器件，作用如同集成电路中的导线一样，连接各个片上的功能器件，实现低损耗的信号传输。 InP 基无源波导主要有如下性能指标：传输损耗、透明波长、支持的模式、偏振特性等。 而对于应用于单片集成器件中的无源波导，其传输损耗是最重要的指标。而损耗的大小除了 与设计的波导结构有关外，还与制作工艺息息相关。 无源波导一般分为条波导、掩埋波导、脊波导这几种类型，主要区别是基模的有效折射 率依次变弱，对光场的限制也是依次变弱；而且由于表面脊波导刻蚀深度较浅，侧壁粗糙对 损耗的影响较小，因而有更高的工艺容忍度。 本文通过分析 InP 基体材料结构的脊波导的单模条件和截止特性，设计并制作了 2μm 基金项目：中国高等学校博士点基金(20090142110052)，中国国家重点基础研究发展计划 (2011CB301704)， 中国国家自然科学基金和中国教育部新世纪优秀人才计划 (NCET-13-0240) 作者简介：陈开胜（1987-），男，在读博士，光通信系统和 InP 基集成器件 通信联系人：张新亮（1971-），男，教授，光通信系统及器件. xlzhang@mail.hust.edu.cn -1-   40 45 50