[發明專利]具有波導光柵耦合器的光子集成電路

有效

• 申請號: 201080057169.0
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102656494A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·杜普伊斯;克里斯托弗·R·多爾
• 申請（專利權）人: 阿爾卡特朗訊
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉國偉

技術領域

本發明通常涉及光學通信設備，且更明確地說(但不排他地)涉及用于將光耦合到光子集成電路中及將光從光子集成電路中耦合出的光學器件。

背景技術

這部分介紹可有助于更好地理解本發明的方面。因此，應在此背景下閱讀這部分的陳述，且不應將其理解為對現有技術中存在的內容或現有技術中不存在的內容的承認。

光子集成電路(PIC)用于長途通信、儀器儀表及信號處理領域中的各種應用。PIC通常使用光學波導實施和/或互連各種芯片上組件，例如光學開關、耦合器、路由器、分離器、多路復用器/多路分配器、調制器、放大器、波長轉換器、光/電(O/E)及電/光(E/O)信號轉換器等。PIC中的波導通常為芯片上固體光導管，其歸因于波導的核心與外殼之間的折射率對比度而引導光。

為了進行適當操作，PIC通常需要高效地在外部光纖與芯片上波導中的一個或一個以上者之間耦合光。可用于此目的的示范性光柵耦合器揭示于(例如)第7,065,272號美國專利中，所述專利的全部內容以引用的方式并入本文中。然而，一些光柵耦合器存在的一個問題是，其僅在使用提供核心與上外殼層及下外殼層兩者之間的相對高的折射率對比度的材料實施時才良好地發揮作用，然而，PIC的某些有源光學元件要求使用僅可提供相對較低的折射率對比度的材料。

發明內容

有利的是，本文中揭示的波導光柵耦合器的一些實施例不具有現有技術波導光柵耦合器的低光耦合效率，且便于集成到具有基于III-V半導體的有源光學元件的光子集成電路(PIC)中。特定來說，通過提供具有兩個漸逝耦合的波導的波導光柵耦合器來解決現有技術的問題。第一波導是使用適于制造有源光學元件的材料制造，且第二波導是使用能夠為組成的波導光柵提供相對高的折射率對比度的材料制造。

根據一個實施例，提供一種裝置，所述裝置具有：(i)第一光學波導，其支撐在襯底的表面上；(ii)第二光學波導，其支撐在所述表面上；(iii)光學耦合器，其支撐在所述表面上且以光學方式耦合所述第一及第二波導；及(iv)波導光柵，其支撐在所述表面上且適于在第二波導的一個或一個以上波導模式與由波導光柵形成或施加到波導光柵的光束之間傳送光學功率。所述第二波導具有偏移-躍遷區域，針對所述區域，第二波導的核心具有偏移距離，所述偏移距離從對應耦合器的第一距離到不同的第二距離逐漸變化。

在各種額外實施例中，所述裝置可具有以下特征中的一個或一個以上者：(a)第二波導的核心及外殼中的至少一者包含不同于第一波導的核心及外殼中的材料的材料；(b)所述襯底形成第一波導的外殼。

根據另一實施例，提供一種光子集成電路(PIC)，所述電路具有：(i)襯底；(ii)光學信號處理(OSP)電路，其支撐在所述襯底上且具有至少一個有源光學元件；(iii)第一光學波導，其以光學方式耦合到有源光學元件；(iv)第二光學波導，其具有適于在第二光學波導的一個或一個以上波導模式與由波導光柵形成或施加到波導光柵的光束之間傳送光學功率的波導光柵；及(v)光學耦合器，其僅通過漸逝場耦合所述第一及第二波導。所述第二光學波導具有偏移-躍遷區域，在所述區域中，第二光學波導的核心具有相對于襯底的偏移距離，所述距離從第一距離到不同的第二距離逐漸改變。

根據又一實施例，提供一種制造光學器件的方法，所述方法具有以下步驟：(A)提供其上具有第一光學波導的襯底，所述第一光學波導具有帶有楔形部分的外殼層；(B)在所述楔形部分及第一波導的外殼的暴露部分上形成第二光學波導的核心；及(C)在第二光學波導的核心中形成空腔陣列以在其中界定波導光柵。

在各種額外實施例中，所述方法可具有在襯底上形成OSP電路的額外步驟，其中具有以下特征中的一個或一個以上者：(a)第一光學波導以光學方式耦合到OSP電路；(b)OSP電路包含至少一個有源光學元件；(c)所述第一及第二光學波導、波導光柵及OSP電路為形成在所述襯底上的光子集成電路(PIC)的部分；(d)第一光學波導的核心包含三元的、四元的或五元的III-V族合金；(e)第一波導的外殼包含二元III-V族化合物；(f)第二波導的核心包含硅：(g)所述楔形部分包含二氧化硅；及(h)對于指定的操作波長，波導光柵與第一光學波導的外殼和第二波導的外殼的界面之間的偏移距離經選擇以在下列光之間引起相長干涉：(i)由波導光柵朝界面衍射且接著由界面反射回的所述波長的光及(ii)在與反射光的傳播方向共線的方向上由波導光柵衍射的所述波長的光。

附圖說明