一种基于脊型光波导的微环谐振器

本发明涉及光波导，尤其涉及一种基于脊型光波导的微环谐振器。

背景技术：

1、与传统的非光学气体检测方法相比，基于红外吸收光谱的气体传感技术具有灵敏度高，选择性好，响应时间短和使用寿命长等优点。大多数气体分子在红外波段有较强的吸收，所以可在红外波段进行气体检测。常用的气体检测技术，如可调谐激光二极管吸收光谱和非分散红外吸收光谱技术，一般使用体积较大的气室。而基于光波导的传感器具有体积小，便于制造，可与激光器和探测器等实现片上集成的优势，从而使得光学气体传感器逐渐由体积较大的分立系统向片上集成系统演变。

2、近年来，光波导在气体检测领域表现出巨大的发展潜力，使用光波导进行气体传感时，部分光没有被限制在芯层中，被称为消逝场，消逝场与气体分析物相互作用。基于光波导气体检测原理的光波导微环谐振器已被广泛的研究和报道，传统的光波导微环谐振器中，气体分析物充当波导上包层，即光波导微环谐振器只有上层消逝场和气体分子相互作用，同时在传统微环结构，微环传输芯层通常采用长高相等的矩形波导来维持单模传输，故传统微环结构存在以下缺陷：

3、1、由于光波导均采用单模传输，若光在波导中传输多种模式则会引起模式间的相互干涉和变换，从而增大波导的传输损耗；

4、2、由于传统的矩形光波导一般采用波导宽度等于波导高度的方法来达到单模传输的状态，因此在波导高度一定时，其波导宽度也随之确定，此时，光在波导传输中所产生消逝场相对过小，导致消逝场与气体分子接触面积减小，检测时间较长，检测灵敏度较低。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种基于脊型光波导的微环谐振器，通过脊型结构的设计，可以在波导宽度远大于波导高度时形成单模传输，因此当波导高度确定时，脊型波导可采用更大的波导宽度，从而大幅度提高波导和空气的接触面积，提供更大的消逝场。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于脊型光波导的微环谐振器，包括由下到上依次固定的硅基平板衬底层、二氧化硅包层、硅基微环芯层，硅基微环芯层包括沿微环传输的方向设置的环形脊波导、对称脊波导和直波导，对称脊波导和直波导关于环形脊波导相对设置；

3、对称脊波导包括设置于环形脊波导内外两侧的内侧半环形脊波导和外侧半环形脊波导。

4、优选的，二氧化硅包层包括遮挡区域和半环形镂空区域，遮挡区域设置于直波导的底端，半环形镂空区域位于对称脊波导的底端；

5、内侧半环形脊波导与外侧半环形脊波导的对称位置均开设有多个渗透孔，渗透孔与半环形镂空区域连通，用于使得腐蚀液或者气体分析物通过渗透孔进入半环形镂空区域内部。

6、优选的，渗透孔为长度和宽度均为10um的正方形开口。

7、优选的，半环形镂空区域的环宽等于80um。

8、优选的，对称脊波导的脊高度等于0.5um，脊下高度等于0.5um，脊宽为2um，厚度等于1um。

9、优选的，直波导与环形脊波导靠近直波导的一侧之间设置有耦合间距，耦合间距等于0.2um。

10、优选的，二氧化硅包层的厚度不小于2um，宽度不小于100um。

11、优选的，硅基平板衬底层的厚度不小于100um。

12、优选的，硅基平板衬底层和硅基微环芯层材料均为硅，二氧化硅包层的材料为二氧化硅。

13、本发明具有以下有益效果：

14、1、通过脊型结构的设计，可以在波导宽度远大于波导高度时形成单模传输，因此当波导高度确定时，脊型波导可采用更大的波导宽度，从而大幅度提高波导和空气的接触面积，提供更大的消逝场，从而增加光波导微环谐振器检测灵敏度，降低检测时间；

15、2、通过包层镂空的设计，攻克了微环谐振器下层消逝场不能与气体分析物接触的问题，提高了检测灵敏度，降低了检测时间，同时芯层采用开孔的设计，不仅可以让气体分子进入到包层镂空区，而且也能让刻蚀液体进入到包层镂空区，从而降低器件加工难度。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于脊型光波导的微环谐振器，包括由下到上依次固定的硅基平板衬底层、二氧化硅包层、硅基微环芯层，其特征在于：硅基微环芯层包括沿微环传输的方向设置的环形脊波导、对称脊波导和直波导，对称脊波导和直波导关于环形脊波导相对设置；

2.根据权利要求1所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：二氧化硅包层包括遮挡区域和半环形镂空区域，遮挡区域设置于直波导的底端，半环形镂空区域位于对称脊波导的底端；

3.根据权利要求2所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：渗透孔为长度和宽度均为10um的正方形开口。

4.根据权利要求2所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：半环形镂空区域的环宽等于80um。

5.根据权利要求1所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：对称脊波导的脊高度等于0.5um，脊下高度等于0.5um，脊宽为2um，厚度等于1um。

6.根据权利要求1所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：直波导与环形脊波导靠近直波导的一侧之间设置有耦合间距，耦合间距等于0.2um。

7.根据权利要求1所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：二氧化硅包层的厚度不小于2um，宽度不小于100um。

8.根据权利要求1所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：硅基平板衬底层的厚度不小于100um。

9.根据权利要求1所述的一种基于脊型光波导的微环谐振器，其特征在于：硅基平板衬底层和硅基微环芯层材料均为硅，二氧化硅包层的材料为二氧化硅。

技术总结本发明公开了一种基于脊型光波导的微环谐振器，属于光波导领域，包括由下到上依次固定的硅基平板衬底层、二氧化硅包层、硅基微环芯层，硅基微环芯层包括沿微环传输的方向设置的环形脊波导、对称脊波导和直波导，对称脊波导和直波导关于环形脊波导相对设置；对称脊波导包括设置于环形脊波导内外两侧的内侧半环形脊波导和外侧半环形脊波导。本发明采用上述基于脊型光波导的微环谐振器，通过脊型结构的设计，可以在波导宽度远大于波导高度时形成单模传输，因此当波导高度确定时，脊型波导可采用更大的波导宽度，从而大幅度提高波导和空气的接触面积，提供更大的消逝场。技术研发人员：唐婷婷,左建伟,黄华,李朝阳,梁潇,李杰,何宇受保护的技术使用者：成都信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5