混合氮化硅波导的无热化色散工程

The chromatic dispersion and thermo-optic properties of nano waveguide are essential to efficient and stable nonlinear device. This program proposes a novel athermal dispersion engineering for silicon nitride hybrid slot waveguide. The vertical slot is filled by polymer with low refractive index and negative thermo-optical coefficient. To simultaneously realize athermal operation and flat anomalous dispersion, the geometric parameters of waveguide are jointly optimized. The research is conducted by theoretical investigation of mode couple theory and anti-crossing effect, developing the thick silicon nitride film deposition and polymer integration technology, measurement of dispersion and thermo-optic character and experimental validation on super-continuum generation. The proposed athermal dispersion engineering for hybrid silicon nitride waveguide has great potential in building up practical nonlinear photonic circuits.

微纳波导的色散和热光特性直接影响非线性器件的效率和稳定性。本项目拟研究新的无热化色散调控技术：在氮化硅垂直狭缝波导的基础上，填充负热光系数的低折射率聚合物，以平坦色散和热光稳定为目标，联合优化波导截面几何参数，在实现温度漂移补偿的同时，灵活而有效的调控波导色散。本课题通过对模式耦合、抗交叉效应等基础问题的理论分析和数值模拟，综合考虑氮化硅厚膜加工和狭缝聚合物集成等实际问题，实现氮化硅混合波导的设计、制备和表征，实验测量其色散曲线及热光特性，探索其在超连续谱生成时的效率和稳定性。针对混合氮化硅混合波导的无热化色散工程可满足实用化非线性光芯片对低阈值和高稳定度的迫切需求。

微纳波导的色散和热光特性直接影响非线性器件的效率和稳定性。本项目使用CMOS兼容的负热光材料二氧化钛补偿氮化硅波导的热光系数，完成了无热化氮化硅波导的设计、制备和表征。项目首先在氮化硅厚膜波导的基础上，填充负热光系数的二氧化钛夹层，联合优化波导截面几何参数，提出了一种宽带无热化反常色散异质混合波导结构。其次根据设计要求，本项目探明了氮化硅-二氧化钛-氮化硅混合波导的工艺流程，通过ICPECVD和磁控溅射技术，交替生长二氧化硅和二氧化钛，制备了耦合光栅、直波导及环形谐振器等器件。最后本项目搭建了温控测试平台，实验测量了无热化波导的色散值及热光系数。该波导在1550nm呈现近零热光系数，较纯氮化硅波导的热光系数下降一个数量级，满足无热化设计要求，并且呈现近零反常色散，可支持光频梳等非线性应用。在本项目支持下，发表SCI期刊论文3篇，发表国际会议论文2篇，申报专利1项。培养了多名青年骨干教师、博士、硕士，成功完成了项目目标。