基于载流子诱导布拉格波导光栅的高速硅基光子器件的研制

硅光子器件具有体积小、低成本、低功耗、超高速、与CMOS工艺兼容等特点，是当前国际最热门的研究领域之一。硅光子布拉格波导光栅是一种重要的硅光子器件，具有分波、滤波的功能，在光通信、光传感、光学信息处理等领域具有广阔的应用前景。目前可变硅光子布拉格波导光栅器件均是采用硅刻蚀工艺形成布拉格光栅并通过波长漂移来实现其功能，这种机制在任何时候都会产生滤波功能，其构成的可变滤波器、可变光分插复用器等器件在DWDM网络中会导致传输能力的降低。鉴于此，本项目提出一种新型的基于载流子诱导布拉格波导光栅结构。该结构是通过载流子在硅基波导上的分布形成布拉格光栅，能够实现在导波-滤波两种工作模式。本项目拟研究载流子分布、浓度与滤波特性的关系；研究诱导布拉格波导光栅的高速调制技术；通过结构与工艺优化，制作出高速调制的诱导布拉格光栅单元滤波器；最终制作出低耦合损耗的高调制/传输能力的载流子诱导可变光分插复用器。

在分析与计算载流子的浓度和分布对载流子诱导布拉格波导光栅的形成影响，我们首先设计出了pin型载流子诱导光栅，通过与新加坡微电子研究所合作进行了流片，在220nm顶层硅的SOI晶片上通过掺杂制作出pin型载流子光栅，测试结果显示光栅具有明显的滤波功能，并能够在正向偏压下进行调制，但该光栅不能在反向偏压下工作，调制速度较慢。在进一步对调制机理进行分析研究，我们设计出了pn型结构载流子诱导光栅，经制作测试，结果显示出该pn结构的光栅具有良好的滤波功能，在正反方向都能实现调制从而实现导波功能，在反向偏压下器件实现了低损耗和高速信号传输。在pn型结构基础上，我们设计并制作了其与悬桥结构的光斑耦合器、2×2MZI集成的光路分插复用器，实现了与光纤的低损耗耦合，但下载信号微弱。我们正在对基于诱导波导光栅的光分插复用器进行改良研究。