[發明專利]光學波導光柵耦合器

無效

• 申請號: 201180016962.0
• 申請日: 2011-03-22
• 公開（公告）號: CN102859406A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 陳龍;章力明;克里斯托弗·多爾;尼古拉斯·杜普伊斯
• 申請（專利權）人: 阿爾卡特朗訊
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/30;G02B6/34;G02B6/136
• 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

本申請案一般來說涉及光學裝置，且更具體來說涉及一種光學耦合器。

背景技術

一些光學裝置利用形成于襯底上的平面波導，例如絕緣體上硅(SOI)或InP上的InGaAsP。通常，必需將所述平面波導耦合到光纖波導以將光學信號傳輸到所述平面波導或從所述平面波導傳輸光學信號。

發明內容

一個方面提供一種包含結晶無機半導體襯底的設備。平面光學波導核心位于所述襯底上方以使得所述平面光學波導核心的第一長度直接在所述襯底上。光學散射結構的規則陣列位于所述平面光學波導核心的第二長度內。腔位于所述襯底中所述規則陣列與所述襯底之間。

另一方面提供一種方法。所述方法包含提供具有位于其上方的平面光學波導核心的半導體襯底。光學散射結構的規則陣列位于所述平面光學波導核心內。移除所述襯底的一部分以形成位于所述規則陣列與所述襯底的剩余部分之間的腔。

又一方面提供一種方法。所述方法包含提供結晶半導體襯底，所述結晶半導體襯底具有位于其上方的平面波導、位于平面光學波導核心內的光學散射結構的規則陣列及位于所述襯底與所述規則陣列之間的間隙。光纖波導經定位以照射所述規則陣列，以便將來自所述光纖波導的光耦合到所述平面波導。

附圖說明

現在結合附圖參考以下說明，其中：

圖1A及圖1B圖解說明設備的實施例，所述設備包含經配置以將光纖光學波導介接到平面光學波導的光學散射元件的規則陣列；

圖2圖解說明可用于(例如)圖1A的設備中的光柵耦合器的實施例，所述光柵耦合器包含光學散射元件的規則陣列；

圖3A及圖3B圖解說明光學系統的實施例，所述光學系統包含光柵耦合器(例如(舉例來說)圖2的光柵耦合器)，所述光柵耦合器經配置以將來自光纖光學波導的光學信號耦合到平面光學波導(圖3A)或將來自平面光學波導的光學信號耦合到光纖光學波導(圖3B)；

圖4圖解說明光學系統的實施例，所述光學系統包含光柵耦合器(例如(舉例來說)圖5A的光柵耦合器)，所述光柵耦合器經配置以將光學信號的偏振模式分離；

圖5A及5B圖解說明光柵耦合器的實施例，所述光柵耦合器包含平面光學波導及經配置以將光學信號的偏振模式分離的光柵元件的規則陣列；

圖6A及6B圖解說明制造與圖2的光柵耦合器一致的光柵耦合器的方法的實施例；

圖7A到7L圖解說明實施圖6A的方法的方法的實施例；

圖8A及8B呈現與圖2的光柵耦合器一致且通過與(例如)由圖7A到7L所描述的方法一致的方法形成的光柵耦合器的實施例的顯微圖；及

圖9圖解說明制造與圖的設備一致的設備的方法的實施例。

具體實施方式

平面光學波導通常在波導核心與波導包覆層之間具有相對高的折射率對比度。此些波導可傳播具有低于一微米的模式寬度的單模式光學信號且因此可具有類似大小的寬度。然而，光纖波導可傳播具有最高約十微米的模式寬度的單模式光學信號，其中光纖的直徑具有類似大小。模式大小的差導致所述平面波導與所述光纖波導之間的顯著模式不匹配。此不匹配可使得所述平面波導與所述光纖波導之間的光學信號的耦合困難或不切實際。

各種實施例通過在波導的核心層中的光柵元件的規則陣列與下伏襯底之間形成腔來大致改進經由所述規則陣列在平面波導與光纖波導之間進行的光學耦合。所述腔增加平面波導核心與在光柵附近的平面波導包覆層之間的折射率差，借此增加所述規則陣列的耦合效率。此耦合效率增加可使得光柵耦合器在先前未受益于此些耦合器的使用的光學應用中的使用變為可行。

下文中，兩種鄰近介質之間的折射率的差稱為“折射率對比度”或簡稱為“對比度”。

如上文所簡要描述，在一些情況中，平面波導可具有一微米或小于一微米的寬度，而光纖波導在(例如)~1.5μm的波長下可具有大約10μm的直徑。大小的差通常導致傳播模式的巨大不匹配。當所述不匹配頗大時，多數信號可損失于光纖波導與平面波導之間的反射及輻射上。

減輕光纖波導與平面半導體波導之間的不匹配的各種方法是可能的。在一種方法中，將在下伏于所述平面波導的襯底的小面附近的平面轉換器對接耦合到所述光纖。此有時是借助(例如)具有強模態限制的大核心波導或具有弱模態限制的小核心波導來完成。此方法可使用多個材料層以幫助使所述光纖模式與所述平面波導模式大小匹配，使制造更復雜且更昂貴。