【

具体实施方式

】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种硅基光混频器的制造方法，如图1所示，方法包括：

在步骤201中，在硅基片上生成指定数量对的入射波导和出射波导。

在本发明后续实施例中，为了描述上的方便，也将相对应的一条入射波导和出射波导描述为“一组入射波导-出射波导”或者“入射波导-出射波导组”。

在步骤202中，在所述硅基片上生成具有预设外轮廓的多模干涉区，在多模干涉区上与光传输方向一致的两条侧边，分别设置有指定间隔距离的坐标点。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种在生成多模干涉区初始状态时，设定好相应坐标点的效果示意图。图中采用了一种最为简便的初始方式：在所述预设外轮廓具体是与光传输方平行的两条直线型的侧边，则所述坐标点的初始状态为两条平行的侧边直线上等距离分布的点。其中，坐标点之间的距离可以根据实际情况而定，而相应影响其距离大小的通常包括2个因素：因素1、用于完成本发明实施例方法计算过程的服务器的计算能力；因素2、所要涉及的多模干涉区所要实现的加工精度，或者理解为达到指定维度的性能参数的精细程度；因素3、所要制作的多模干涉区的长度。其中，因素1中的服务器的计算能力越强，相对的坐标点数的间距可以设置的相对较小，由此，相同长度的多模干涉区就会形成更密集的坐标点，从而也会提高因素2中围绕指定维度的性能参数调整的精细程度；而因素3则是作为一种客观条件存在，在因素1和因素2条件考虑不变的情况下，因素3中多模干涉区的长度越长，相对其中设置的坐标点的间距就会增加。

在步骤203中，在生成多模干涉区的指定轮廓时，对所述坐标点到多模干涉区中轴线的距离的逐级递归调整和测试，并根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离。

在步骤204中，根据所述各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，来制作多模干涉区的指定轮廓。

如图3所示，为上述图2所示的初始状态的多模干涉区结构，在经过上述步骤203和步骤204执行过后，得到的指定轮廓下的多模干涉区。其具体执行过程，将在本发明实施例相应扩展方案中具体展开阐述。

本发明实施例通过引入指定轮廓的多模干涉区结构来改善该结构混频器的性能，获得更低、更平坦的相位误差和更大的带宽；现有技术中，不规则形状会带来工艺容差低的问题，本发明采用改进的优化算法，通过引入包含性能参数和工艺容差的指定维度的性能参数的迭代优化，可以解决不规则结构带来的工艺敏感问题，在保证高性能的情况下，有效提升混频器的工艺容差性。

在本发明实施例中，所述对所述坐标点到多模干涉区中轴线的距离的逐级递归调整和测试，如图2所示，由于在本发明实施例由于所要生成的多模干涉区的轮廓一般是非规则的图形，因此，所述多模干涉区的中轴线可以参考入射波导和出射波导对称排列的阵列中轴线而定，类似图2中有4对入射波导和出射波导，而相应中轴线则位于第二组入射波导-出射波导和第三组入射波导-出射波导之间。为了方便坐标点的表述，本发明实施例还在图2中给予各坐标点相应的标志号，并示例性的给予其中个别基本编号的坐标点，相应到中轴线的距离长度表示(如图2中d1对应编号为1的坐标点到中轴线的距离，类似的还如图中所示的d9对应编号为9的坐标点到中轴线的距离，d11对应编号为11的坐标点到中轴线的距离，d17对应编号为17的坐标点到中轴线的距离，其它坐标点编号与其到中轴线的距离没有一一罗列出来)，具体包括：

以硅基光混频器的中轴线为中心轴，确定位于中心轴两侧的每一对坐标点与中心轴之间的距离，每一坐标点中设远离中心轴的调整为正向移动，靠近中心轴的调整为负向移动；通过正向移动或负向移动，逐一调整相应多模干涉区轮廓上坐标点在位置。在具体实现过程中，由于硅基光混频器的干涉区轮廓体现的是一种相对“不规则”的形状(即在经过递归方式调整后的坐标点所呈现出的轮廓直观表现就是不规则的图形)，因此所述硅基光混频器的中轴线为中心轴最优的方式便是上述的中轴线则位于第二组入射波导-出射波导和第三组入射波导-出射波导之间。而相应的坐标点的设置，理论上是要与中轴线位于同一参考平面上的，而作为本发明实施例实现而言，最为简单的参考平面就是选择入射波导和出射波导所在的硅基平面。

根据调整后各坐标点位置拟合生成的多模干涉区的轮廓，制作测试用硅基光混频器，采集相应测试用硅基光混频器的指定维度的性能参数。

基于上述呈现的中心轴和坐标点框架结构，在本发明实施例1步骤203中涉及的制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，具体包括：

解析所述指定维度的性能参数，当新一轮的性能参数表现更优时，保留改变后的各坐标点的设置位置；当新一轮的性能参数表现保持原状或者性能下降时，保持相应坐标点前一轮的设置位置；接着改变另一个坐标点的位置，并不断重复上述过程，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的性能参数，则结束本轮针对所述指定维度的性能参数的多模干涉区轮廓指定过程。

以图2为例，解析所述指定维度的性能参数，首先选取坐标点1，当新一轮的性能参数表现更优时，保留改变后的坐标点1的设置位置；当新一轮的性能参数表现保持原状或者性能下降时，保持相应坐标点1前一轮的设置位置；接着改变另一个坐标点2的位置，并不断重复上述过程，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的性能参数，则结束本轮针对所述指定维度的性能参数的多模干涉区轮廓指定过程。在本发明实现过程中，选择坐标点的方式会给计算过程带来一定的差异性，在本发明实现过程中，优选的坐标点调整方式，以图2为例，以中心轴对称的方式，依次选择坐标点，并从做向右的顺序依次选择坐标点进行上述调整过程，例如图2坐标点按照先后调整顺序依次为：坐标1、坐标点11、坐标点2、坐标点12、坐标点3、坐标点13、坐标点4、坐标点14、坐标点5、坐标点15、坐标点6、坐标点16、坐标点7、坐标点17、坐标点8、坐标点18、坐标点9、坐标点19、坐标点10和坐标点20；等同的还可以是：坐标1、坐标点11、坐标点12、坐标点2、坐标点3、坐标点13、坐标点14、坐标点4、坐标点5、坐标点15、坐标点16、坐标点6、坐标点7、坐标点17、坐标点18、坐标点8、坐标点9、坐标点19、坐标点20和坐标点10。

作为本发明实施例所推荐的一种指定维度的性能参数表现方式，具体为以下公式：

性能参数公式一

其中，为出射波导输出端口全波段插损IL的平均值，|PE|_max是相位误差PE的最大值、所述相位误差PE随波长λ抖动，α对应全波段插损IL的平均值的权重值，β对应相位误差PE的最大值及其随波长λ的抖动之和的权重值，γ是对应前述两项(插损平均值、相位误差PE的最大值及其随波长λ的抖动之和)随工艺误差而产生的变化的权重值，工艺误差比较大则γ取值较大，工艺误差比较小则γ取值较小，可以通过多次尝试得到；α+β+γ＝1，且α，β，γ≥0。其中，d1,..,dn的变化会改变多模干涉区的外轮廓，从而改变器件的插损IL和相位误差PE性能。

依据上面公式一，相关的本发明实施例1中的步骤203中所涉及的，所述并根据逐级递归测试结果中指定维度的性能参数的变化，制定出各个坐标点的到多模干涉区中轴线的目标距离，也将呈现出新的实现方式，如图4所示，具体包括：

在步骤301中，将α取值为1，β、γ取值为0得到的公式作为第一轮测试中的第一指定维度的性能参数。

在步骤302中，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的第一指定维度的性能参数，则结束第一测试，进入第二轮测试过程。

在本发明实施例中，坐标点正向移动和反向移动的步距可取为10～40nm，具体取值取决于加工精度。

在步骤303中，将α和β都取值为0.5得到的公式作为第二轮测试中的第二指定维度的性能参数。

在步骤304中，在第一轮测试基础上，根据所述第二指定维度的性能参数，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的第二指定维度的性能参数，则结束第二测试，进入第三轮测试过程。

在步骤305中，将α和β取值均改为0.25，γ取值为0.5得到的公式作为第三轮测试中的第三指定维度的性能参数。

在步骤306中，在第二轮测试基础上，根据所述第三指定维度的性能参数，直至改变任意一个坐标点的位移都不会产生更优的第三指定维度的性能参数，则结束第三测试，根据此时的各个坐标点的到多模干涉区中轴线的距离作为所述目标距离。

其原始是在优化的初期，为了获得较低的器件插损，将α取值为1，β、γ取值为0；待上一步过程收敛后，为了进一步获得较平坦的相位误差谱，将α值设为0.5，将β值取为0.5；待以上两步收敛后，为了获得具有较大工艺容差的器件，将α和β取值均改为0.25，γ取值为0.5；上述取值方式可根据加工厂能达到的工艺条件及器件参数指标进行调整。

经过上述优化和FOM迭代过程，该器件可经标准工艺制备完成，最终得到的具有不规则轮廓多模干涉区的光混频器，可实现在1.5～1.6μm超宽带波长范围内，相位误差保持小于4.5°，且相位误差曲线平滑无抖动；在C波段(1530nm-1565nm)内，相位误差小于3°，见图5(b)，插损小于0.5dB；实现了工艺误差的高容忍度，在刻蚀工艺±10nm范围内，保持相位误差在C波段内小于3°，见图5(a-c)。

实施例2：

本发明实施例还提供了一种硅基光混频器结构，使用实施例1所述的硅基光混频器的制造方法得到，包括至少两根入射波导，以及对应入射波导数量的出射波导，相应入射波导和出射波导分别分布在等间距的平行线上，入射波导和出射波导之间设置有一个具有指定轮廓的多模干涉区。需要说明的是，本发明实施例1中所描述的指定轮廓的多模干涉区，在本发明实施例中也被描述为不规则轮廓的多模干涉区。通过本发明实施例1描述可知，相应的不规则是相对的，其主要是用于呈现多模干涉区轮廓的直观感受。

在本发明实施例中，入射波导和出射波导的宽度为200-600nm。多模干涉区的尺寸宽度值8～12μm，长度≤100μm。每个波导都有锥形展模过渡结构，锥形展模区长度为1-3μm，宽端取宽度1.6～2.6μm，边缘间隔≥400nm。在整个器件均为脊波导结构时，相应刻蚀深度为60～90nm。

相较于本发明实施例上述给予的参数区间，在具体实验过程中，还给与了一组参数值的具体实现论证，其中包括：所取加工材料为普通SOI基片，采用脊波导结构设计整个器件，刻蚀深度可取70nm；输入/输出波导宽度均取硅波导宽度的典型值500nm；锥形展模区长度取典型值2μm，宽端取宽度2μm，边缘间隔600nm(该限制条件取决于工艺水平，所述边缘间隔为图2中两侧锥形图形的底边间隔距离)；多模干涉区初始宽度取4×4MMI典型宽度值9μm，80μm。如图6所示，为相应生成的多模干涉区的轮廓实物图。

在如图6所示的4×4MMI中(参考图3)，包括4根入射波导，4根出射波导，信号光和本振光分别从第1根波导和第3根波导输出，在不规则轮廓的多模干涉区进行光混频，最后在4根输出波导分别以不同的相位差输出：以第一根波导的相位差为0°基准，则第2根波导、第3根波导和第4根波导的相位差分别为-90°、90°和180°。

该器件可经标准工艺制备完成，最终得到的具有不规则轮廓多模干涉区的光混频器，可实现在1.5～1.6μm超宽带波长范围内，相位误差保持小于4.5°，且相位误差曲线平滑无抖动；在C波段(1530nm-1565nm)内，相位误差小于3°，见图5(b)，插损小于0.5dB；实现了工艺误差的高容忍度，在刻蚀工艺±10nm范围内，保持相位误差在C波段内小于3°，见图5(a)和图5(c)。

实施例3：

如图7所示，是本发明实施例的硅基光混频器的制造装置的架构示意图。本实施例的硅基光混频器的制造装置包括一个或多个处理器21以及存储器22。其中，图7中以一个处理器21为例。

处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。

存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序和非易失性计算机可执行程序，如实施例1中的硅基光混频器的制造方法。处理器21通过运行存储在存储器22中的非易失性软件程序和指令，从而执行硅基光混频器的制造方法。

存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述实施例1中的硅基光混频器的制造方法，例如，执行以上描述的图1和图4所示的各个步骤。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。