[發明專利]用于耦合光的光學芯片和方法

有效

• 申請號: 201780078916.0
• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN110088670B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 馬科·蘭波尼;馬汀·塔薩特
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02B6/42
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明提供了用于耦合光的一種光學芯片100和一種方法600。所述光學芯片100包括輸入邊緣耦合器101，所述輸入邊緣耦合器101具有至少一個輸入波導102，并用于在具有相同偏振的兩個正交模式上接收光。所述光學芯片100還包括解復用器103，用于將所述兩個正交模式劃分成第一中間波導104上承載的模式和第二中間波導105上承載的模式，所述第二中間波導105與所述第一中間波導104相互獨立。所述光學芯片100還包括偏振復用器103，用于將所述中間波導104、105上承載的所述模式重組成一個輸出波導107上承載的兩個偏振正交模式。

技術領域

本發明涉及用于耦合光的光學芯片和方法。具體地，所述光學芯片和方法的目的在于光耦合至諸如激光器之類的有源光學器件，以及從其接收光。本發明的光學芯片優選地基于硅光子技術。

背景技術

硅光子學作為一種廣泛應用在電信、數據通訊、互聯及傳感的通用技術平臺正迅速變得日益重要。硅光子通過在高品質、低成本的硅基板上使用CMOS可兼容的晶圓級技術以實現光子功能，來制造硅光子芯片。

特別是對于數據通訊、互聯或接入網這樣的短距離應用，芯片成本是一個主要問題。通過硅量產的優勢，集成了數百個基本構建的光子芯片的價格將極具競爭力。但是，由于硅是間接帶隙材料這一事實，很難單片集成有源組件。因此，光子芯片和有源器件需要對接耦合或倒裝芯片耦合，這將導致昂貴的封裝費用。否則，制造過程會變得更加復雜。

這個問題的一種解決方案是在硅上生長鍺。雖然此解決方案允許制造光探測器和電吸收調制器，但制造過程非常復雜。此外，制造的元件也沒有傳統的III-V半導體元件那么好。再者，此解決方案仍無法使用放大器和激光器。

作為替代解決方案，提出了通過晶片鍵合的異構集成。雖然使用此解決方案獲得了滿意的結果，但由于需要在硅晶片上進行III-V半導體處理，因此仍然不切實際。

第三種解決方案使用轉移技術(例如倒裝芯片或轉印)，這種技術允許成品器件的高吞吐量放置。如圖7所示，有源器件701和光子芯片702可以使用對接耦合方法連接，其中兩個器件701、702各自的波導面703面對面機械放置。如果波導703的模式遵循某些規則，若對準精確(如圖7中的左側所示)，則光可以在所述兩個對接耦合的器件701、702之間以最小的損耗流動。

這種技術甚至可進一步降低硅光子芯片的成本，同時提高其性能。這種可能性有多重原因。所有III-V半導體處理都可以在專門的III-V晶片廠中完成，也可以在具有相同器件的密集陣列的晶片上完成。由于這些器件可以緊密地封裝在一起，因此每個器件的成本可以非常低。此外，還可以針對器件充分優化晶片，這點優于單片集成。此外，III-V半導體器件還可以轉移或結合到硅光子平臺上。

然而，此解決方案存在一個問題：使用當前可用的機器為這種技術實現的對準精度是有限的(例如，限于約3σ1.5μm)。當兩個波導703失準時(如圖7右側所示)，插入損耗會迅速增加。也就是說，為了能夠使用此解決方案制造高性能通信應用產品，需要提供有源器件701和光子芯片702之間的對準容差接口。

具有更多對準容差接口的傳統解決方案涉及使用波導工程，特別是為了在有源器件和光子芯片面處放大光學模式。相比緊湊的光學模式，更寬的光學模式本質上對失準不太敏感。但是，無論是在有源器件側，還是在光子芯片側，通常都需要更復雜的處理，這顯著增加了芯片成本。

如圖8所示，提出了用于光子芯片側的所謂三叉型耦合器800，作為增加水平對準容差而不增加制造復雜性的方法。所述三叉型耦合器800的使用允許光子芯片側上具有更大的光學模式輪廓，因此，與諸如傳統的倒錐形耦合器等相比，實際上允許容差更大的耦合。具體地，利用所述三叉型耦合器800，通過雙芯硅波導801從諸如激光器之類的有源器件接收光，然后在所述三叉型耦合器800內絕熱地傳輸到單個硅波導802。