橫向錐形內縮式主動波導光模轉換器與高速電致光吸收調變器之整合

Monolithic Integration of Optical Spot-Size Converter and High-Speed Electroabsorption Modulator Using Laterally Tapered Undercut Waveguide

林方正 ； 邱逸仁

《光學工程》 109期 (2010/03) Pp. 1-16

https://doi.org/10.30011/OE.201003.0001

摘要

在本篇論文中，我們提出一新穎的結構一橫向錐形內縮式主動波導，來製作光模轉換器與高速電致光吸收調變器之積體化元件。此光模轉換器是由非對稱性光波導（高折射率小尺寸的主動波導與低折射率大尺寸的被動波導）所構成。利用光在波導間共振耦合的原理，當主動波導的覓度逐漸變細時，主動波導光模態的有效折射率變低，因此可與被動波導光模態的有效折射率達到匹配，光便能由小尺寸的主動波導有效率地耦合至大尺寸的被動波導，或由大尺寸的被動波導有效率地耦合至小尺寸的主動波導，完成光模場的轉換。而於光模轉換器中的錐形主動波導結構，在此我們利用一種選擇性內縮蝕刻主動層的製程方式來製作一橫向錐形內縮式主動波導，透過即時監控內縮蝕刻的深度，此橫向錐形內縮式主動波導可由一大尺寸的錐形脊狀波導來形成，因此可以避免因製作錐形光波導所需之次微米曝光顯影所產生的困難度，而且此結構也不會牽涉到其他複雜的製程，如選擇區域長晶、選擇區域蝕刻與製程後長晶等技術。經由積體整合電致光吸收調變器與光模轉換器，電致光吸收調變器的本質層覓度可以進一步縮小以提高電致光吸收調變器的操作頻覓，然而透過光模轉換器，元件與單模光纖閒的耦合損耗並不會因本質層覓度縮小而增加。
而於完成元件的特性上，光模轉換器與單模光纖間的-1dB對率誤差可達±2.9微米（水平方向）與±2.2微米（垂直方向），而電致光吸收調變器與單模光纖間的-1dB對率誤差僅±1.9微米（水平方向）與±1.6微米（垂直方向）；光模轉換器的遠場發散角爲6.0（水平方向）與9.3（垂直方向），電致光吸收調變器的遠場發散角則爲11（水平方向）與20（垂直方向）；光模轉換器的轉換損耗可低到-1.6dB。而所有量測的結果與理論計算的結果相當吻合，充份驗證此橫向錐形內縮式主動波導可用來完成光模轉換器的製作。元件電致光吸收調變器部分的波導覓度爲2.5微米，造就元件的-3dB頻覓可達40 GHz。在此研究中，我們成功地開發以橫向錐形內縮式主動波導製程技術，完成製作高效率光模轉換器與高速電致光吸收調變器積體化元