利用悬挂加热器实现可见光硅氮光波导的热力学折射率修整

我们演示了利用悬挂加热器结构对可见光硅氮(SiN)光波导进行折射率修整。悬挂加热器的热隔离效果使温度分布相对均匀，波导中温度约为$∼$350${}^{\circ}$C，而火焰氮化钛阻热式加热器则未达到潜在损伤温度。热隔离还使在仅30至40 mW的功耗下即可达到修整温度。在561 nm波长下，观察到热修整后模式有效折射率变化最高达$-8.3 \times 10^{-3}$，且在97天的观测期间，折射率变化保持稳定。该器件制造于我们200 mm直径硅晶圆上的可见光集成光子学平台上。悬挂加热器还作为高效热光相位移器，实现$π$相位移的功耗约为$1.2-1.8$ mW。该修整方法用于设置热光马赫海仑干涉开关的偏置点，将五个器件的偏置功耗从$0.29-2.32$ mW降低至$0.1-0.16$ mW。还演示了在445 nm波长下的热修整。通过热处理前后的材料分析，我们推测硅氧(SiO$_2$)波导包覆层的折射率修整可能是潜在的作用机制。此外，根据测量的修整数据外推，我们估算了在较低(125-250${}^{\circ}$C)工作温度下SiN波导的热老化行为。