[發明專利]用于減輕波導-波導不對稱的多段耦合器

有效

• 申請號: 200880102024.0
• 申請日: 2008-07-17
• 公開（公告）號: CN101779150A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: B·E·利特爾;陳偉
• 申請（專利權）人: 英飛聶拉股份有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/125;G02B6/13
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張政權

有關申請的交叉參照

不適用。

聯邦資助研究或開發的相關聲明

不適用。

聯合研究協議的參與方的名稱

不適用。

引用了光盤上提交的“序列列表”、表格或計算機程序列表附錄以及該光盤 上的資料的“公司-參考”(參見§1.52(E)(5))。

不適用。

背景技術

有一類重要的光學器件通常被稱為“平面光波回路”或“平面光波芯片”即 “PLC”。PLC包括許多技術，其中光學組件和網絡被整體設置在一個或多個光 學薄膜的層疊體之內，這些層疊體由公共的機械基片(比如半導體晶片或玻璃 晶片)支撐著。PLC通常被設計成提供特定的傳輸或路由功能，可用在光纖光 通信網絡內。這些網絡分布在多個位置分散的終端上，并且通常通過單模光纖 在多個終端之間進行傳輸。對于在這種網絡中對光信號提供透明管理的器件而 言，它必須維持光信號的單模性質。這樣，PLC通常是基于單模波導的配置， 雖然不是很嚴格。因為光信號不需要返回路徑，所以這些波導配置通常不符合 經典的“回路”定義，但是因其與電子電路相比有物理和功能的相似性，所以波 導系統也常常被稱為回路。

用于PLC的標準材料系基于二氧化硅，已被廣泛地證明具有優越的損耗特 性。二氧化硅層疊體包括多個層，這些層可能是純二氧化硅，也可能摻有其它 元素(比如硼、磷、鍺或其它元素或材料)。摻雜可允許控制這些層的折射率 和其它必要的物理性質。二氧化硅(包括摻雜的二氧化硅)以及一些不太常用 的其它元素的氧化物通常統稱為“氧化物”。此外，盡管從技術上講術語“玻璃” 是指可由各種材料實現的物質狀態，但是通常“玻璃”是指一種基于二氧化硅的 透明的非晶材料。因此，常常會聽到氧化物波導也被稱為“玻璃”波導。接下來， “硅石”一詞被用于指代適于制造波導或其它集成光子器件的氧化硅材料。重要 的是，注意到在本發明中，其它波導材料也是合適的，比如鈮酸鋰、旋壓玻璃、 硅、氧氮化硅、氧碳化硅、聚合物或美國專利6,614,977所描述的其它材料(該 專利全部內容引用在此作為參考)。

在典型的PLC示例中，由芯材料構成的波導位于頂部包層和底部包層之 間。在一些情況下，可能不使用頂部包層。波導通常是這樣形成的：超出通道 波導的橫向限制，至少部分地除去(通常用蝕刻工藝)芯材料；用至少一層側 面包層材料來替換它，該側面包層材料的折射率低于芯材料的折射率。側面包 層材料通常是與頂部包層材料一樣的材料。在本示例中，以這樣一種方式對每 一層進行摻雜，使得與頂部包層或底部包層相比波導的折射率更高。當二氧化 硅玻璃層被用于波導時，這些層通常位于硅晶片之上。作為第二示例，波導可 以包括三個或更多個InGaAsP的層。在本示例中，相鄰的層所具有的成分中的 組成元素In、P、Ga和As的百分比不同。作為第三示例，波導的一個或多個 光學層可以包括透光的聚合物。波導的另一個示例包括具有梯度折射率的層， 使得最高折射率區域與多個較低折射率區域相鄰接。摻雜二氧化硅波導通常是 較佳的，因為它具有許多吸引人的特性，其中包括低成本、低損耗、低雙折射、 穩定以及適合與光纖耦合。

許多集成光學器件都要求創造高度對稱的物理結構。一個關鍵的示例是平 面波導耦合器，它由橫跨一間隙彼此耦合著的兩個光波導構成。在許多情況下， 這種耦合器中的最高性能的實現要求這兩個波導彼此完全一樣。實現這一目的 的常規方法是：通過使用光刻和蝕刻工藝并且借助于一種由兩個橫截面完全一 樣且被一間隙分隔開的波導構成的圖案來定義光波導。在該方案中，制造完全 一樣的波導依賴于光刻與蝕刻工藝的極高的保真度，以將完全一樣的掩模圖案 再現到光波導中。這一策略將允許集成光耦合器被制造成具有一定水平的性 能，可足夠用于某些類型的器件。然而，最終的性能可能因制造過程所引入的 不對稱而受到限制。

發明內容