[發(fā)明專(zhuān)利]耦合波導(dǎo)裝置及其結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280039466.1
• 申請(qǐng)日: 2012-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104246560A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伊恩·里阿爾曼;邁克爾·羅伯遜;孫義申
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 集成光子學(xué)中心有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02B6/122
• 分類(lèi)號(hào): G02B6/122;G02B6/124;G02B6/293;H01S5/10
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于在光電子器件結(jié)構(gòu)、組件或系統(tǒng)中使用的耦合波導(dǎo)裝置及其結(jié)構(gòu)，以及制造此類(lèi)裝置和結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明實(shí)施例尤其用于有源器件的光模擴(kuò)展，例如用在光子集成（photonic?integration）中。

背景技術(shù)

現(xiàn)已知，可以使用耦合波導(dǎo)來(lái)將光輻射從一個(gè)器件或結(jié)構(gòu)傳播到另一個(gè)器件或結(jié)構(gòu)，以及使用耦合波導(dǎo)的特性來(lái)改善這種傳播。

例如，歷史上，半導(dǎo)體光學(xué)器件曾具有很小的波導(dǎo)模（waveguide?mode），而光纖則傾向于具有大很多的波導(dǎo)模，例如為前者的10倍。在模尺寸上的不匹配會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)與光纖之間的耦合效率極低。

現(xiàn)已知，使用輔助波導(dǎo)來(lái)擴(kuò)展半導(dǎo)體光學(xué)器件的模斑（mode?spot）尺寸。第5,985,685號(hào)和第6,282,345號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中揭示了這些實(shí)例。但是，這樣做存在一些問(wèn)題，諸如制造產(chǎn)量、可重現(xiàn)性以及/或者性能相對(duì)較低，而這些可以帶來(lái)昂貴的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種用于對(duì)由基板支撐的波導(dǎo)之間的光學(xué)輻射進(jìn)行耦合的平面波導(dǎo)裝置，所述裝置包含無(wú)源波導(dǎo)以及相對(duì)于所述基板至少部分地覆于所述無(wú)源波導(dǎo)之上的波導(dǎo)，該上覆波導(dǎo)具有至少一個(gè)漸細(xì)區(qū)段以在使用所述裝置時(shí)支持所述上覆波導(dǎo)與所述無(wú)源波導(dǎo)之間的所述耦合，并且所述無(wú)源波導(dǎo)包含纖芯層和包層材料，其中所述無(wú)源波導(dǎo)在截面中包含由纖芯材料組成的肋，所述肋在所有側(cè)面上由所述包層材料環(huán)繞，從而提供內(nèi)埋肋波導(dǎo)。

在實(shí)踐中可以將所述包層材料制成多個(gè)層，其中各個(gè)層含有一種或多種不同材料。

使用一種無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中在任一側(cè)面上纖芯層均被完全蝕刻并打穿，然后埋入包層材料中，這樣的結(jié)構(gòu)克服諸如在蝕刻深度上的關(guān)鍵依賴(lài)性以及所暴露的四元層的過(guò)度生長(zhǎng)等問(wèn)題，如在US6,282,345中描述。

所述上覆波導(dǎo)可以包含有源材料以在使用中提供光學(xué)增益。然后可以將此類(lèi)波導(dǎo)實(shí)施為有源器件，諸如半導(dǎo)體光學(xué)放大器（SOA）或激光器。

所述漸細(xì)區(qū)段可以在一個(gè)或多個(gè)維度中漸細(xì)化。在許多已知的制造技術(shù)中，例如光刻技術(shù)，會(huì)出于便利而將所述漸細(xì)區(qū)段在平行于或大體平行于基板的平面中漸細(xì)化，但并非必須如此。唯一重要的是所述漸細(xì)區(qū)段支持在所述上覆波導(dǎo)與所述無(wú)源波導(dǎo)之間的至少一種光模的耦合。

在許多實(shí)施例中，出于便利，所述無(wú)源波導(dǎo)提供相對(duì)于所述上覆波導(dǎo)的模擴(kuò)展。這樣就能夠在諸如SOA或激光器等可能具有嚴(yán)格限制的上覆波導(dǎo)與諸如光纖等具有較大模斑尺寸的波導(dǎo)之間對(duì)光學(xué)輻射進(jìn)行耦合。

在大多數(shù)情況下，在使用所述裝置時(shí)，如果所述上覆波導(dǎo)的漸細(xì)區(qū)段的傳播方向，與發(fā)生耦合的內(nèi)埋肋波導(dǎo)中的一部分的傳播方向相互平行或者至少基本上遵循相同路徑，就能夠以最佳方式達(dá)成有效耦合。然而，可能存在傳播方向并非完全相同或并非一直相同的布置。

在所述無(wú)源波導(dǎo)與所述上覆波導(dǎo)在相互耦合距離內(nèi)延伸之處，可能會(huì)傳播一種或多種寄生模。（在這種情況中，寄生模指的是例如由于傳遞到上覆波導(dǎo)的模不完整而在無(wú)源波導(dǎo)中留下的不想要的光模。）在所述無(wú)源波導(dǎo)中的斷點(diǎn)或終止點(diǎn)提供了與上覆波導(dǎo)相關(guān)的至少一個(gè)無(wú)引導(dǎo)區(qū)域，這樣在使用所述裝置時(shí)可以減少或避免此類(lèi)寄生模。此類(lèi)斷點(diǎn)或終止點(diǎn)具體來(lái)說(shuō)可以由所述無(wú)源波導(dǎo)的纖芯層中的斷點(diǎn)或間隔來(lái)提供，并且優(yōu)選地在設(shè)置之后在使用所述裝置時(shí)不會(huì)影響在所述上覆波導(dǎo)中傳播的一個(gè)或多個(gè)模，例如通過(guò)改變模斑尺寸或形狀來(lái)設(shè)置。

如果所述上覆波導(dǎo)具有一個(gè)或多個(gè)電驅(qū)動(dòng)區(qū)域，例如如果所述上覆波導(dǎo)并入到有源器件或波導(dǎo)中，那么可能尤其重要的是要避免寄生模。在此情況中，在使用所述裝置時(shí)，至少一個(gè)無(wú)引導(dǎo)區(qū)域可能相對(duì)于所述基板位于上覆波導(dǎo)的至少一個(gè)電驅(qū)動(dòng)區(qū)域之下。

所述無(wú)源波導(dǎo)還可以通過(guò)具有至少一個(gè)彎曲引導(dǎo)部分來(lái)提供路由，以將光學(xué)輻射引導(dǎo)偏離所述上覆波導(dǎo)的傳播方向。同樣地，此類(lèi)結(jié)構(gòu)可能尤其有益，其中彎曲引導(dǎo)部分有部分相對(duì)于所述基板處于所述上覆波導(dǎo)的電驅(qū)動(dòng)區(qū)域之下。

所述無(wú)源波導(dǎo)的其他修改為，所述無(wú)源波導(dǎo)可能包含至少一個(gè)光柵，所述光柵用作濾波器或分布式布拉格反射器。所述無(wú)源波導(dǎo)可能會(huì)分支耦合到單獨(dú)的上覆波導(dǎo)，并且這種耦合可能偏向不同的各自光學(xué)傳播模，例如，不同的偏振模。

進(jìn)而可以存在通過(guò)修改上覆波導(dǎo)而引入的特征。舉例而言，在所述上覆波導(dǎo)中的斷點(diǎn)可以提供基于所述上覆波導(dǎo)或并入所述上覆波導(dǎo)的兩個(gè)或多個(gè)電驅(qū)動(dòng)器件之間的電隔離。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種制造用于對(duì)漸細(xì)波導(dǎo)與無(wú)源波導(dǎo)之間的光學(xué)輻射進(jìn)行耦合的波導(dǎo)裝置的方法，所述方法包含以下步驟：