[發明專利]高折射率對比度光子器件及其應用

有效

• 申請號: 201680017340.2
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN107407776B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 阿爾南·米切爾;撒奇·G·阮;基普里莫·耶戈;安東尼·霍普
• 申請（專利權）人: 皇家墨爾本理工大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/14
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

光子處理模塊(100)包括高折射率對比度波導器件，其包括基板(102)、具有第一折射率的設置在基板上的第一層(104)和設置在第一層上的相對薄的第二層(106)。第二層具有提供與第一層的高折射率對比度的第二折射率，并且該器件包括在第二層中形成的至少一個薄脊波導元件(108)，其在縱向方向上支持導引模式。光輸入端口(110)被配置成將輸入光束引導到第二層的平板模式，該光束被引導以與薄脊波導元件的縱向方向成預定角度θ傳播。角度θ與第二層的平板模式與薄脊波導元件的導引模式之間的諧振耦合相關聯。因此，當輸入光束包括對應于諧振耦合的一個或更多個光學元件時，生成輸出光束。光輸出端口(112)被配置成接收輸出光束。

發明領域

本發明涉及光子電路，更具體地涉及絕緣體上硅(SOI)以及包括諧振結構的其他高折射率對比度光子器件(high index-contrast photonic device)連同此類器件和結構的應用。

發明背景

硅基技術長期以來一直是現代微電子學的主導者。在第一個初步的硅電子器件展示之后的幾十年中，持續的進步已經產生越來越小、更快、更高度集成的部件和電路。

近年來，通過光學而不是電子信號運送的信息的光子技術已經成熟為信息傳輸技術，特別是長距離光纖通信系統的形式。基本光子系統包括光源(例如，激光器)、用于將信息加到光信號的調制器、波導和光電檢測器。然而，與其中所有部件可以集成到單個芯片上的硅電子技術相比，當前階段的光子系統主要基于分立部件和串聯制造。長期以來，人們一直希望將成熟的硅制造技術的優勢轉移到光子學領域，包括組合光子和電子部件的集成電路的開發。光傳輸可以實現比金屬導體高得多的數據速率，而不會產生與電磁干擾相關聯的問題。因此，集成的光子/電子電路可以提供新的功能，以及電路板、板上的芯片之間和甚至單個芯片上的不同元件之間的更快的通信。

硅光子技術還可用于在光通信系統中提供光學處理功能，諸如開關、濾波和基于波長的處理，諸如光信道的復用和解復用。光子電路的應用也可在感測領域中找到。

除了成熟的制造工藝的可用性之外，硅本身具有許多理想的物理特性。例如，硅具有高導熱性和高光學損傷閾值，并因此是光子應用材料的有利選擇。絕緣體上硅(SOI)晶圓以相對較低的成本和高質量可獲得，這提供了CMOS兼容的平面光波電路的有效和性價比高的制造前景。

類似的考慮也適用于其他已建立的技術和材料，如氮化硅(Si₃N₄)，半導體材料(如InP和其他III-V族半導體)，以及高折射率玻璃(如硫屬化合物玻璃和碲酸鹽玻璃)。

范圍廣泛的光學電路應用中的關鍵要素為諧振器。諧振器可用于一系列應用，如波長濾波、色散工程和場增強。

因此，存在對于開發新型諧振結構的持續需求，該諧振結構可以以SOI技術有效制造，是緊湊的，并且可以用于一系列光學和光電信號處理、通信、感測和其他應用。本發明的實施例提供了一系列滿足這些要求的新型器件。

發明概述

一方面，本發明提供了光子處理模塊，包括：

高折射率對比度波導器件，其包括基板、具有第一折射率的設置在基板上的第一層和設置在第一層上的相對薄的第二層，該第二層具有提供與第一層的高折射率對比度的第二折射率，該器件包括在第二層中形成的至少一個薄脊波導元件，該薄脊波導元件在縱向方向上支持導引模式；

光輸入端口，其被配置成將輸入光束引導到第二層的平板模式，該光束被引導以與薄脊波導元件的縱向方向成預定角度θ傳播，其中，預定角度θ與在第二層的平板模式和薄脊波導元件的導引模式之間的諧振耦合相關聯，由此當輸入光束包括與諧振耦合相對應的一個或更多個光學分量時生成輸出光束；以及

第一光輸出端口，其被配置成接收輸出光束。