[發明專利]用于平面光子電路的垂直光學耦合器

在審

• 申請號: 202010134639.4
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN111221076A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: H·榮;O·加恩;P·斯里尼瓦桑;A·巴爾卡伊;I-w·A·謝;M·克里希納穆爾蒂;Y-c·N·那
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/14;G02B6/26;G02B6/42;G02B1/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張亞峰

于此描述的是用于向諸如在絕緣體上硅(SOI)晶片上制備的光子電路的平面光子電路提供垂直光學耦合器(VOC)的裝置、系統以及方法。在一個實施例中，所述VOC包括波導，所述波導由具有在1.45到3.45的范圍中的折射率的材料構成，所述波導包括：第一端部，所述第一端部被配置為通過所述波導和另一介質之間的全內反射幾乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的光；以及第三端部，所述第三端部輸出所反射的光。所述VOC與具有第一區域的Si波導耦合，所述第一區域包含：接收光的第一端部；以及輸出所述接收的光的在光傳播的方向上的倒錐形的端部，其中，所述硅波導的所述倒錐形的端部位于所述波導內部。

本申請是申請號為201180073763.3、申請日為2011年9月29日、發明名稱為“用于平面光子電路的垂直光學耦合器”的中國發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明的實施例總體涉及光子領域。更具體地，本發明的實施例涉及用于向諸如在絕緣體上硅(SOI)晶片上制備的硅光子電路的平面光子電路提供垂直光學耦合器的裝置、系統、以及方法。

背景技術

在諸如絕緣體上硅(SOI)光子系統的典型的集成平面光子電路中，光被限制在晶片(或芯片)平面中。為了將光耦合進或耦合出光子電路，典型地將晶片劃片成芯片，并且對每一個芯片刻面(facet)進行光學拋光，以容許有效的光學耦合。此光學耦合方案被稱為邊緣耦合方案。此耦合方案中的輸入或輸出光束平行于表面，并且與芯片的邊緣或刻面正交。

然而，邊緣耦合方案具有數個限制。例如，基于邊緣耦合方案的光子電路只有在將晶片劃片成芯片并且對單獨的芯片進行拋光之后才能夠被測試和封裝。用于測試和封裝的此工藝是昂貴的、耗費時間的、以及幾乎不能升級為大量制造。

硅(Si)光子是基于用于有成本效益的光電子集成的平面光子電路的最流行且成功的技術平臺之一。諸如激光器、調制器、以及檢測器的基于光波導的光子設備，制備于絕緣體上硅(SOI)晶片上。

Si波導典型地設計為具有亞微米橫截面，容許有源設備和無源設備的密集集成，以實現較高的速度和較低的驅動功率。由于Si和空氣(或玻璃)之間的高的折射率差異，所以從Si芯片射出的光的數值孔徑(NA)比光纖的典型的NA大得多。結果，光學模式轉換器(OMC)典型地用于提高Si波導和光纖之間的光學耦合。常規的OMC是基于以上論述的邊緣耦合方案，其中光沿著晶片表面射出。

從晶片平面中的水平取向的光波導將光耦合出晶片表面的一種可能的方式是將光柵耦合器連接至波導。然而，光柵耦合器具有低的效率、有限的帶寬(波長相關的耦合效率)、以及強的偏振相關性。典型地，光以與晶片表面法向成一角度發射，需要例如成角度拋光的光纖來將光耦合進和/或耦合出芯片。

發明內容

本發明的于此描述的實施例涉及用于向諸如在絕緣體上硅(SOI)晶片上制備的硅光子電路的平面光子電路提供垂直(vertical)光學耦合器(VOC)的裝置、系統、以及方法。于此描述的是制備與光學模式轉換器結合的基于全內反射的垂直光學耦合器的實施例。在一個實施例中，垂直光學耦合器是波長不相關的并且偏振不相關的，并且具有表面法向耦合，使得晶片級光學測試和低成本封裝成為可能。。

在一個實施例中，所述垂直模式轉換器包括波導，所述波導由具有在1.45到3.45的范圍中的折射率的材料構成，所述波導包括：第一端部，所述第一端部被配置為通過所述波導和另一介質之間的全內反射幾乎垂直地反射光；第二端部，所述第二端部接收用于反射的光；以及第三端部，所述第三端部輸出所反射的光。所述垂直模式轉換器與具有第一區域的硅(Si)波導耦合，所述第一區域包含：接收光的第一端部；以及輸出所述接收的光的在光傳播的方向上的倒錐形的端部，其中，所述硅波導的所述倒錐形的端部位于所述波導內部。