偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器及其制备方法

摘要

一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器及其制备方法，该光学混频器包括外延片器件层，形成于一磷化铟衬底之上；其中：所述外延片器件层包括多模干涉区，用于实现偏振无关；所述多模干涉区为双脊型波导，用于抑制多模干涉区中更多高阶模式的激励，提高混频器输出的相位准确性；所述外延片器件层还包括减反薄膜，所述减反薄膜形成于所述外延片器件层的两端；二氧化硅上包层，形成于所述外延片器件层之上，提高外延片器件层稳定性。本发明提出的铟磷基光学混频器可直接通过光刻工艺制备，具有工艺成本低、器件微型化、偏振无关、高相位准确性、制备工艺与CMOS工艺兼容、以及易于批量制备的综合性能。

权利要求

1.一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器，其特征在于，包括：外延片器件层，形成于一磷化铟衬底之上，外延片器件层上的器件通过直波导依次连接，用于实现混频；其中：所述外延片器件层包括多模干涉区,用于实现偏振无关；所述多模干涉区为采用分步刻蚀获得的双脊型波导，用于抑制多模干涉区中更多高阶模式的激励，提高混频器输出的相位准确性；

所述外延片器件层还包括减反薄膜，所述减反薄膜形成于所述外延片器件层的两端，用于减少光在波导的两个端面之间的来回反射；

二氧化硅上包层，形成于所述外延片器件层之上，用于保护外延片器件层，并提高外延片器件层稳定性；

TE模式信号光和TM模式信号光在所述多模干涉区中形成的干涉长度近似相等；

所述二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm；所述减反薄膜采用的材料是氟化钙，厚度为反射光在光波导介质中波长的四分之一，为300-500nm；

所述外延片器件层还包括：

输入模斑转换器，将带有相位信息的信号光耦合进入所述外延片器件层；

输入单模直波导，将模斑转换器中的输入光耦合进入直波导中，并以单模形式传输；

输入宽度渐变波导，将单模直波导中的光更多的耦合进入多模干涉区；

输出宽度渐变波导，在输出端引出四个输出光到输出直波导；

输出单模直波导，将输出光以单模形式传输；

输出模斑转换器，连接耦合光波导中的光到光纤中，提高耦合效率；

其中，输入输出模斑转换器、输入输出单模直波导、输入输出宽度渐变波导的刻蚀工艺的刻蚀厚度为4μm-5μm；多模干涉区，刻蚀深度为1.3μm-1.6μm；多模干涉区扩展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm。

2.根据权利要求1所述的铟磷基光学混频器，其特征在于，所述多模干涉区激励出各阶模式，使信号光和本地振荡光发生混频，由MMI的自应像效应，出现输入光场的四个复制点。

3.根据权利要求1所述的铟磷基光学混频器，其特征在于，所述多模干涉区长度为L＝

3Lπ/4；其中Lπ为拍长，Lπ＝4nrwe2/3λ0，式中，nr为多模干涉区对应模式下的有效折射率；we为对应模式下的有效宽度，λ0为器件的工作波长。

4.根据权利要求1所述的铟磷基光学混频器，其特征在于，所述二氧化硅上包层厚度为

1μm-3μm。

5.根据权利要求1所述的铟磷基光学混频器，其特征在于，所述减反薄膜采用的材料是氟化钙，厚度为反射光在光波导介质中波长的四分之一，取值范围为300-500nm。

6.一种制备权利要求1-5中任一项所述的铟磷基光学混频器的方法，包括以下步骤：在磷化铟衬底上制备外延片器件层；

在外延片器件层之上形成二氧化硅上包层；

在光波导的两个端面形成减反薄膜。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在磷化铟衬底上制备外延片器件层，具体包括：在铟磷衬底上，通过分步光刻、分步刻蚀和镀膜工艺制备得到一外延片器件层；其中，输入模斑转换器、输入单模直波导、输入宽度渐变波导、输出模斑转换器、输出单模直波导、输出宽度渐变波导均为深刻蚀脊型波导，刻蚀工艺的刻蚀厚度为4μm-5μm。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述多模干涉区为双脊型波导，采用分布光刻与刻蚀工艺完成；其中，浅刻蚀部分为多模干涉区，刻蚀深度为1.3μm-1.6μm；较深刻蚀部分为多模干涉区扩展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述外延片器件层之上形成的二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述光波导的两个端面形成的减反薄膜生长于模斑转换器的外部侧壁上。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所有的光波导器件都是一次整合集成于同一衬底上。

说明书

偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及相干光通讯领域，尤其涉及一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器及其制备方法。

背景技术

[0002] 面对日益上涨的通信速率和带宽需求，相干光通讯可以解决目前数据中心提高通道信息比特的问题，400G通讯速率以及5G的问世和发展都将离不开相干光通讯系统。相干光通信是在接收端使用一个本振光源对接收信号进行相干解调的一种新型通讯系统。相干光通信系统的发展大大提高了传统光学通信系统的传输速率、传输容量和传输距离，其发展的关键在于相干光接收机的应用。由于相干通讯中，相干接收是对输入信号的相位信息进行解调，所以相干接收机中的90°光学混频器是整个相干光接收模块中起到决定性作用的核心器件，90°光学混频二器的性能直接会影响到后续接收模块中输入信号的解调复杂度和难度。

[0003] 一般的90°光学混频器通过将输入光与满足相位匹配、偏振匹配的本振光进行光学混频在探测器端得到携带幅度、相位信息的差频信号。输出的差频信号借助数字信号处理模块最终提取出传输信息。评价90°混频器性能优良的三个重要指标是传输损耗，共模抑制比和相位误差。其中，相位误差是三者中最为关键的一项参数。目前用来制作90°光学混频器主要有以Si为主流的Si基材料和深刻蚀的SOI和InP。目前，Si材料制备的混频器仍然处于分立器件的组合，并且对相位精度的控制要求十分精确，这样极大的增加了工艺的难度；SOI材料制备的混频器可以达到纳米级别，但是通常加工工艺为电子束曝光，其费用远远高于普通光刻，成本和工艺难度大幅度上升，就目前来讲，大多数科研单位和高校或多或少都依赖于国外的先进工艺，没有真正实现完全自主研发并生产。此外，由于目前SOI混频器与有源探测器集成都采用机械对准的方案，器件的尺寸越小，则需要机械对准的精度就会增加许多，这就会对后续的集成对准增加了难度。

[0004] 目前，主流的90°光学混频器是基于多模干涉原理，其主要核心部件为一多模干涉耦合器(multimode interference，MMI)。由于多模干涉原理，其输入光必须为单一偏振模式。然而，到目前为止尚且没有一款激光光源能够输出单一偏振态。这为混频器性能检测和工作模式增加了很大的复杂度。

[0005] 深刻蚀技术可以进一步增加了InP光波导的折射率差，但另一方面也会导致多模干涉区激励出更多的高阶模式，造成干涉位置处的成像模糊，严重影响到混频器的相位准确性。因此，寻求一种解决方案能够抑制高阶模式的激励，提高器件性能对光学混频器的发展具有很大的意义。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

[0007] 为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器，包括：

[0008] 外延片器件层，形成于一磷化铟衬底之上，外延片器件层上的器件通过直波导依次连接，用于实现混频；其中：

[0009] 所述外延片器件层包括多模干涉区，用于实现偏振无关；所述多模干涉区为双脊型波导，用于抑制多模干涉区中更多高阶模式的激励，提高混频器输出的相位准确性；

[0010] 所述外延片器件层还包括减反薄膜，所述减反薄膜形成于所述外延片器件层的两端，用于减少光在波导的两个端面之间的来回反射；

[0011] 二氧化硅上包层，形成于所述外延片器件层之上，用于保护外延片器件层，并提高外延片器件层稳定性。

[0012] 其中，所述外延片器件层还包括：

[0013] 输入模斑转换器，将带有相位信息的信号光耦合进入所述外延片器件层；

[0014] 输入单模直波导，将模斑转换器中的输入光耦合进入直波导中，并以单模形式传输；

[0015] 输入宽度渐变波导，将单模直波导中的光更多的耦合进入多模干涉区；

[0016] 输出宽度渐变波导，在输出端引出四个输出光到输出直波导；

[0017] 输出单模直波导，将输出光以单模形式传输；

[0018] 输出模斑转换器，连接耦合光波导中的光到光纤中，提高耦合效率。

[0019] 其中，所述多模干涉区激励出各阶模式，使信号光和本地振荡光发生混频，由MMI的自应像效应，出现输入光场的四个复制点。

[0020] 其中，所述多模干涉区长度为L＝3Lπ/4；其中Lπ为拍长，Lπ＝4nrwe2/3λ0，式中，nr为多模干涉区对应模式下的有效折射率；we为对应模式下的有效宽度，λ0为器件的工作波长；

[0021] 作为优选，TE模式信号光和TM模式信号光在所述多模干涉区中形成的干涉长度近似相等。

[0022] 其中，所述二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm。

[0023] 其中，所述减反薄膜采用的材料是氟化钙，厚度为反射光在光波导介质中波长的四分之一，取值范围为300-500nm。

[0024] 作为本发明的另一方面，提供了一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器的制备方法，包括以下步骤：

[0025] 在磷化铟衬底上制备外延片器件层；

[0026] 在外延片器件层之上形成二氧化硅上包层；

[0027] 在光波导的两个端面形成减反薄膜。

[0028] 其中，所述在磷化铟衬底上制备外延片器件层，具体包括：

[0029] 在铟磷衬底上，通过分步光刻、分步刻蚀和镀膜工艺制备得到一外延片器件层；其中，输入模斑转换器、输入单模直波导、输入宽度渐变波导、输出模斑转换器、输出单模直波导、输出宽度渐变波导均为深刻蚀脊型波导，刻蚀工艺的刻蚀厚度为4μm-5μm。

[0030] 其中，所述多模干涉区为双脊型波导，采用分布光刻与刻蚀工艺完成；其中，浅刻蚀部分为多模干涉区，刻蚀深度为1.3μm-1.6μm；较深刻蚀部分为多模干涉区拓展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm。

[0031] 其中，所述外延片器件层之上形成的二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm；

[0032] 作为优选，所述光波导的两个端面形成的减反薄膜生长于模斑转换器的外部侧壁上；

[0033] 作为优选，所述所有的光波导器件都是一次整合集成于同一衬底上。

[0034] 基于上述技术方案可知，本发明的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器及其制备方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

[0035] (1)本发明提出的铟磷基光学混频器，在CMOS工艺的基础上，借助普通光刻就可以完成模斑转换器和90°混频器集成在同一衬底上的制备，易于制备和集成，重复性高，可大规模生产，大大节省了制作时间和成本。另外，此方案所设计的90°混频器具有小尺寸等特点，其结构尺寸一般在微米量级，可实现集成小型化。除此之外，该材料的混频器便于与后续的相同材料的平衡光电探测器集成，可进一步提高集成度和耦合效率，避免了混合集成机械的耦合对准，真正实现了材料之间、工艺之间有源与无源器件的完美结合。为未来高性能光学相干光探测器的集成化、小型化打下了坚实的基础。

[0036] (2)在本发明提出的铟磷基光学混频器中，对混频器的多模干涉区及各个波导的尺寸通过BPM(Beam Propagation Method)软件进行结构尺寸的仿真优化，得到了一个对于输入任意TE模式和TM模式的偏振光，其光场的干涉位置都近似相同的结构，实现了偏振无关。因此，我们不用精确调整输入光源的偏振模式，这对器件后续的检测工作节省了大量时间，提高测试效率。

[0037] (3)本发明提出的铟磷基光学混频器，通过在2×4MMI的输入输出通道集成了模斑转换器，增加了波导与接入和接出光纤的模式耦合，提高了器件的整体性能。

[0038] (4)本发明提出的铟磷基光学混频器，通过采用分步刻蚀的方法，对MMI多模干涉区刻蚀形成双脊型波导，而输入输出依然保留全刻蚀的技术方案。改变了以往多模干涉区同输入输出波导全刻蚀的方法，从而抑制了多模干涉区中更多高阶模式的激励，改善了干涉位置成像质量不佳的缺陷，提高了混频器输出的相位准确性，提升了混频器解调信号信息的能力。

[0039] (5)本发明提出的铟磷基光学混频器，在CMOS工艺的基础上，将模斑转换器的外侧采用镀膜技术镀了一层减反膜，减少了光在波导的两个端面之间的来回反射，进而抑制了反射带来的噪声，使最后的测试结果更趋近于理论值。

附图说明

[0040] 图1为本发明提出的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器中外延片器件层的平面结构示意图；

[0041] 图2为本发明提出的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器MMI多模干涉区的横截面结构示意图；

[0042] 图3为本发明提出的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器外延片上制得的器件结构立体示意图；

[0043] 图4为本发明提出的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器在外延片上四个输出波导的横截面结构示意图；

[0044] 图5为本发明提出的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器的制备方法的流程图。

[0045] 上述附图中，附图标记含义如下：

[0046] 1     磷化铟衬底

[0047] 2     外延片器件层

[0048] 3     氧化硅上包层

[0049] 211   第一输入模斑转换器

[0050] 212   第一输入单模直波导

[0051] 213   第一输入宽度渐变波导

[0052] 221   第二输入模斑转换器

[0053] 222   第二输入单模直波导

[0054] 223   第二输入宽度渐变波导

[0055] 204   MMI多模干涉区拓展区

[0056] 205   MMI多模干涉区

[0057] 231   第一输出模斑转换器

[0058] 232   第一输出单模直波导

[0059] 233   第一输出宽度渐变波导

[0060] 241   第二输出模斑转换器

[0061] 242   第二输出单模直波导

[0062] 243   第二输出宽度渐变波导

[0063] 251   第三输出模斑转换器

[0064] 252   第三输出单模直波导

[0065] 253   第三输出宽度渐变波导

[0066] 261   第四输出模斑转换器

[0067] 262   第四输出单模直波导

[0068] 263   第四输出宽度渐变波导

具体实施方式

[0069] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相同或相似部分使用相同的图号。附图中未显示或描述的实现方式，为该技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是在可接受的误差容限或涉及约束内近似于相应的值。

[0070] 具体地，本发明提供了一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器，包括：

[0071] 外延片器件层，形成于一磷化铟衬底之上，外延片器件层上的器件通过直波导依次连接，用于实现混频；其中：

[0072] 所述外延片器件层包括多模干涉区，用于实现偏振无关；所述多模干涉区为双脊型波导，用于抑制多模干涉区中更多高阶模式的激励，提高混频器输出的相位准确性；

[0073] 所述外延片器件层还包括减反薄膜，所述减反薄膜形成于所述外延片器件层的两端，用于减少光在波导的两个端面之间的来回反射；

[0074] 二氧化硅上包层，形成于所述外延片器件层之上，用于保护外延片器件层，并提高外延片器件层稳定性。

[0075] 其中，所述外延片器件层还包括：

[0076] 输入模斑转换器，将带有相位信息的信号光耦合进入所述外延片器件层；

[0077] 输入单模直波导，将模斑转换器中的输入光耦合进入直波导中，并以单模形式传输；

[0078] 输入宽度渐变波导，将单模直波导中的光更多的耦合进入多模干涉区；

[0079] 输出宽度渐变波导，在输出端引出四个输出光到输出直波导；

[0080] 输出单模直波导，将输出光以单模形式传输；

[0081] 输出模斑转换器，连接耦合光波导中的光到光纤中，提高耦合效率。

[0082] 其中，所述多模干涉区激励出各阶模式，使信号光和本地振荡光发生混频，由MMI的自应像效应，出现输入光场的四个复制点。

[0083] 其中，所述多模干涉区长度为L＝3Lπ/4；其中Lπ为拍长，Lπ＝4nrwe2/3λ0，式中，nr为多模干涉区对应模式下的有效折射率；we为对应模式下的有效宽度，λ0为器件的工作波长；

[0084] 作为优选，TE模式信号光和TM模式信号光在所述多模干涉区中形成的干涉长度近似相等。

[0085] 其中，所述二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm。

[0086] 其中，所述减反薄膜采用的材料是氟化钙，厚度为反射光在光波导介质中波长的四分之一，取值范围为300-500nm。

[0087] 本发明还提供了一种偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器的制备方法，包括以下步骤：

[0088] 在磷化铟衬底上制备外延片器件层；

[0089] 在外延片器件层之上形成二氧化硅上包层；

[0090] 在光波导的两个端面形成减反薄膜。

[0091] 其中，所述在磷化铟衬底上制备外延片器件层，具体包括：

[0092] 在铟磷衬底上，通过分步光刻、分步刻蚀和镀膜工艺制备得到一外延片器件层；其中，输入模斑转换器、输入单模直波导、输入宽度渐变波导、输出模斑转换器、输出单模直波导、输出宽度渐变波导均为深刻蚀脊型波导，刻蚀工艺的刻蚀厚度为4μm-5μm。

[0093] 其中，所述多模干涉区为双脊型波导，采用分布光刻与刻蚀工艺完成；其中，浅刻蚀部分为多模干涉区，刻蚀深度为1.3μm-1.6μm；较深刻蚀部分为多模干涉区拓展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm。

[0094] 其中，所述外延片器件层之上形成的二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm；

[0095] 作为优选，所述光波导的两个端面形成的减反薄膜生长于模斑转换器的外部侧壁上；

[0096] 作为优选，所述所有的光波导器件都是一次整合集成于同一衬底上。

[0097] 下面结合具体实施例及附图对本发明的技术方案进行进一步解释说明。

[0098] 根据本发明的一方面，在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种低偏振相关性高相位准确性的铟磷基光学混频器，请参照图1及图4所示，该偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器包括：

[0099] 外延片器件层2，形成于铟磷衬底1之上，用于实现信号光和本地振荡光之间的混频；

[0100] 二氧化硅上包层3，形成于所述外延片器件层之2上，用于保护外延片器件层2，并提高外延片器件层稳定性；以及

[0101] 减反薄膜，形成于所述外延片器件层2两端，用于减少光在器件中的反射。

[0102] 其中，外延片器件层2包括通过输入模斑转换器211、221依次连接的输入单模直波导212、222，输入宽度渐变波导213，、223，MMI多模干涉区205和扩展区204，输出宽度渐变波导233、243、253、263，输出单模直波导232、242、252、262，输出模斑转换器231、241、251、261。

[0103] 第一输入模斑转换器211，将带有相位信息的信号光耦合进入第一输入单模直波导；

[0104] 第一输入单模直波导212，信号光耦合进入直波导中，并以单模形式传输；

[0105] 第一输入宽度渐变波导213，将信号光由宽度渐变波导耦合进入多模干涉区；

[0106] 第二输入模斑转换器221，将同频率的本地振荡光耦合进入外延片器件层；

[0107] 第二输入单模直波导222，本振光耦合进入直波导中，并以单模形式传输；

[0108] 第二输入宽度渐变波导223，将本振光由宽度渐变波导耦合进入多模干涉区；

[0109] MMI多模干涉区拓展区204，抑制高阶模式的产生；

[0110] MMI多模干涉区205，信号光与同频率的本振光发生混频，干涉产生自映像，并产生干涉长度和干涉位置；

[0111] 第一输出宽度渐变波导233，在第一干涉位置处接收光，减少反射并逐渐过渡到单模波导；

[0112] 第一输出单模直波导232，从渐变波导中耦合过来的光保持单模形式传播；

[0113] 第一输出模斑转换器231，将单模波导中的光耦合进入光纤中；

[0114] 第二输出宽度渐变波导243，在第二干涉位置处接收光，减少反射并逐渐过渡到单模波导；

[0115] 第二输出单模直波导242，从渐变波导中耦合过来的光保持单模形式传播；

[0116] 第二输出模斑转换器241，将单模波导中的光耦合进入光纤中；

[0117] 第三输出宽度渐变波导253，在第三干涉位置处接收光，减少反射并逐渐过渡到单模波导；

[0118] 第三输出单模直波导252，从渐变波导中耦合过来的光保持单模形式传播；

[0119] 第三输出模斑转换器251，将单模波导中的光耦合进入光纤中；

[0120] 第四输出宽度渐变波导263，在第四干涉位置处接收光，减少反射并逐渐过渡到单模波导；

[0121] 第四输出单模直波导262，从渐变波导中耦合过来的光保持单模形式传播；

[0122] 第四输出模斑转换器261，将单模波导中的光耦合进入光纤中；

[0123] 其中，多模干涉区长度205计算是基于MMI的多模干涉原理和导模传输分析法，其拍长Lπ为Lπ＝4nrwe2/3λ0，式中，nr为多模干涉区对应模式下的有效折射率；we为对应模式下的有效宽度，λ0为器件的工作波长；因此，2×4MMI 205的干涉区长度为L＝3Lπ/4。

[0124] 同时，为了实现混频器的低偏振相关，要求TE模式信号光和TM模式信号光在多模干涉区中形成的干涉长度近似相等LTE＝LTM，其中LTE为TE模式下的干涉区长度，LTM为TM模式下的干涉区长度。

[0125] 另外，所述二氧化硅上包层厚度为1μm-3μm；所述减反膜位于所述整个器件的两侧，采用的材料是氟化钙，厚度为反射光在光波导介质中波长的四分之一，为300-500nm。

[0126] 其中，模斑转换器、输入输出单模直波导、宽度渐变波导的刻蚀工艺的刻蚀厚度为4μm-5μm。多模干涉区，刻蚀深度为1.3μm-1.6μm；多模干涉区扩展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm。

[0127] 并且，由于本发明提供的铟磷基光学混频器所选用的磷化铟衬底，便于与后续相同材料的平衡光电探测器集成可进一步提高集成度和耦合效率，为未来高性能光学相干光探测器的集成化、小型化打下了坚实的基础。

[0128] 请参照图2、图3，所述外延片器件层2位于磷化铟衬底1上方，整个外延片借助MOCVD生长。所述外延片器件层中的器件结构211-263均通过在外延片上刻蚀形成。

[0129] 图2为图1所示的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器多模干涉区的横截面结构示意图。

[0130] 采用分步刻蚀的方法，对MMI多模干涉区刻蚀形成双脊型波导，多模干涉区，刻蚀深度为1.3μm-1.6μm；多模干涉区扩展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm。改变了以往多模干涉区同输入输出波导全刻蚀的方法，从而抑制了多模干涉区中更多高阶模式的激励，改善了干涉位置成像质量不佳的缺陷，提高了混频器输出的相位准确性，提升了混频器解调信号信息的能力。

[0131] 图3为图1所示的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器外延片上制得的器件结构立体示意图。

[0132] 图4为图1所示的偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器在外延片上四个输出波导的横截面结构示意图。其中，直波导结构为深脊InP波导，脊高4-5μm，宽2.6μm，可以保证C波段的信号光在直波导中单模传输。除此之外，深脊有利于进一步降直低波导传输损耗，提高器件响应度。

[0133] 基于图1-4所示的铟磷基光学混频器，本发明还提供了一种制备图1-4所示的铟磷基光学混频器的方法，该制备方法包括：

[0134] 步骤1、制备一外延片器件层，形成于一磷化铟衬底上；

[0135] 步骤2：在外延片器件层之上，生长一二氧化硅上包层；

[0136] 步骤3：在外延器件两端，生长一氟化钙减反薄膜。

[0137] 本发明的一实施例提供了更为详细的制备步骤，如图5所示，具体包括如下步骤：

[0138] 步骤S501：提供一磷化铟衬底；

[0139] 步骤S502：制备外延片器件层，具体包括：

[0140] 步骤S5021：在磷化铟衬底上，外延生长InP-InGaAsP-InP外延片；

[0141] 步骤S5022：在InP-InGaAsP-InP外延片上，生长一二氧化硅掩模；

[0142] 步骤S5023：在所述二氧化硅掩模上旋涂正性光刻胶后，进行曝光并显影；

[0143] 步骤S5024：刻蚀出全部外延器件结构；

[0144] 步骤S5025：刻蚀二氧化硅层，去胶，并以二氧化硅为硬掩膜刻蚀铟磷外延片；

[0145] 步骤S5026：清洁外延片表面；

[0146] 步骤S5027：正性光刻胶曝光光刻，刻蚀出多模干涉区以外的扩展区结构；

[0147] 步骤S5028：以正性光刻胶为掩膜，刻蚀出台阶结构，形成双脊型；

[0148] 步骤S5029：加热、去胶、并清洗后，得到所述模斑转换器、所述单模直波导、所述宽度渐变波导、所述双脊型多模干涉区；

[0149] 步骤S403：生长二氧化硅上包层；

[0150] 步骤S404：解理出波导端面并进行镀膜。最终完成偏振无关的双脊型铟磷基光学混频器制备。

[0151] 其中，外延片是通过MOCVD外延生长得到的；

[0152] 其中，二氧化硅包层是通过PECVD生长得到，厚度为1-2μm；

[0153] 其中，全部外延器件的刻蚀深度为4-5μm；

[0154] 其中，多模干涉区扩展区，刻蚀深度为2.7μm-3.4μm；

[0155] 其中，镀膜采用侧向镀膜方法，材料为氟化钙，厚度为300-500nm。

[0156] 特别注意的是，在制备过程中对磷化铟衬底以及外延片器件层进行清洗时，由于无机清洗会对芯片产生腐蚀，因此采用：在丙酮溶液中水浴加热；用乙醇水浴加热去除残余丙酮；用去离子水冲洗残余乙醇；氮气吹干的清洗方法。

[0157] 基于图1-4所示的磷化铟基光学混频器，本发明提供的磷化铟基光学混频器对信号光的混频过程如下：

[0158] 带有相位信息的信号光通过模斑转换器耦合进入直波导，通过与本地振荡光在多模干涉区中进行混频，由于MMI的自映像效应，在特定的干涉长度出现4个干涉位置，由四个输出波导相连，通过输出位置可以探测到四个携带不同相位的光，分别为0°，90°，270°和180°。

[0159] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。