[發(fā)明專利]用于SOI芯片?光纖耦合的堆疊式光子芯片耦合器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580015692.X
• 申請(qǐng)日: 2015-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN107076931A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣嘉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/30
• 分類號(hào): G02B6/30;G02B6/34
• 代理公司: 深圳市深佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44285
• 代理人: 王仲凱

本申請(qǐng)要求于2014年10月15日提交的題目為“Stacked Photonic Chip Coupler for SOI Chip-Fiber Coupling(用于SOI芯片-光纖耦合的堆疊式光子芯片耦合器)”的第14/515,211號(hào)美國非臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，該美國非臨時(shí)申請(qǐng)通過引用并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光傳輸系統(tǒng)，并且在特定實(shí)施方式中，涉及用于光子芯片與光纖耦合的系統(tǒng)和設(shè)備。

背景技術(shù)

邊緣耦合是用于實(shí)現(xiàn)光纖與光子芯片耦合的常規(guī)方法，這是因?yàn)檫吘夞詈峡梢栽诖蠓秶牟ㄩL內(nèi)工作并且其與用于較大的光子芯片的成熟封裝技術(shù)例如硅上氧化硅(silica-on-silicon)技術(shù)相兼容。然而，常規(guī)的邊緣耦合導(dǎo)致大的光損耗(例如，光纖至SOI芯片)，這顯著地影響了光子芯片的效率。這樣的光損耗通常歸因于光纖與絕緣體上硅(silicon-on-insulator，SOI)波導(dǎo)模式之間的大的失配(例如，10微米相對(duì)于0.5微米)以及歸因于由高折射率襯底造成的光泄漏。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)實(shí)施方式，一種用于將光子芯片耦合至光纖的光耦合器包括：光子芯片，所述光子芯片包括納米級(jí)光波導(dǎo)、與芯片處于相同平面中的光學(xué)衍射光柵以及覆蓋波導(dǎo)和衍射光柵的第一覆層；以及光耦合芯片，所述光耦合芯片包括嵌入在第一耦合覆層中且嵌在第二耦合覆層上的微米量級(jí)耦合波導(dǎo)和耦合衍射光柵，其中，光耦合芯片的第一覆層連接至光子芯片的第一覆層，其中，光耦合芯片被構(gòu)造成對(duì)在光子芯片與光纖之間傳輸?shù)墓膺M(jìn)行耦合。

根據(jù)實(shí)施方式，一種被構(gòu)造用于光數(shù)據(jù)處理的光網(wǎng)絡(luò)部件包括：控制器；以及光子集成電路，例如光收發(fā)器和光交換路由器。其中，光信號(hào)單元的輸入/輸出(I/O)包括：光子芯片，該光子芯片包括納米量級(jí)波導(dǎo)、與芯片處于相同平面中的光學(xué)衍射光柵以及覆蓋光子波導(dǎo)和光子光柵的第一覆層；以及光耦合芯片，所述光耦合芯片包括嵌入在第一耦合覆層中且嵌在第二耦合覆層上的耦合波導(dǎo)和耦合光柵，其中，第一耦合覆層連接至第一光子覆層，其中，光耦合芯片被構(gòu)造成對(duì)在光子芯片與光纖之間傳輸?shù)墓膺M(jìn)行耦合。

根據(jù)實(shí)施方式，一種制造用于絕緣體上硅(SOI)芯片-光纖耦合的光子芯片耦合器的方法包括：制造氧化硅芯片，所述氧化硅芯片包括第一覆層、氧化硅波導(dǎo)、氧化硅光柵和第二覆層；制造光子集成電路(photonic integrated circuit，PIC)例如硅光子芯片，其中，PIC包括由頂部覆層覆蓋的納米級(jí)硅波導(dǎo)和表面光柵；以及將氧化硅芯片的第一覆層連接至PIC的頂部覆層，以生成光子芯片耦合器。

附圖說明

為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，在附圖中：

圖1是實(shí)施方式的光纖與光子芯片耦合系統(tǒng)的橫截面圖的示意圖；

圖2是實(shí)施方式的芯片耦合器的頂視立體圖的示意圖；

圖3是實(shí)施方式的芯片耦合器的三維立體圖的示意圖；

圖4是實(shí)施方式的芯片耦合器的頂視圖的示意圖；

圖5是示出實(shí)施方式的用于制造芯片-光纖耦合器的方法的示意圖；

圖6是示出實(shí)施方式的用于制造芯片-光纖耦合器的方法的流程圖；以及

圖7是實(shí)施方式的光數(shù)據(jù)路由器的框圖。

具體實(shí)施方式

下文詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供了可以在各種特定情境中實(shí)施的許多適用性發(fā)明構(gòu)思。所討論的具體實(shí)施方式僅僅例示了用于實(shí)施和使用本發(fā)明的特定方式，并不限制本發(fā)明的范圍。

硅納米光子電路由于其基于SOI平臺(tái)的高折射率對(duì)比而呈現(xiàn)出高的緊湊性以及高的功能集成水平。硅納米光子電路的波導(dǎo)橫截面在亞微米量級(jí)范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)光傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的硅芯片，這樣的電路必須與通常具有10微米模場(chǎng)直徑(mode field dimension，MFD)的光纖(或其他光傳輸裝置)連接。硅波導(dǎo)與光纖之間的這樣的失配導(dǎo)致在界面處存在顯著的損耗。這是影響光傳輸效率的主要障礙。已經(jīng)研究了各種方案來提高耦合比，但是耦合技術(shù)仍然存在著挑戰(zhàn)。