[發(fā)明專利]制造容錯的非線性波導(dǎo)錐

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011443328.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN114265198A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: N·達(dá)爾凡德;E·J·諾伯格
• 申請（專利權(quán)）人: 瞻博網(wǎng)絡(luò)公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B6/122
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 馬明月

用于波導(dǎo)過渡的制造容錯的非線性波導(dǎo)錐可以通過如下被設(shè)計：對于表征波導(dǎo)過渡的參數(shù)值的多個集合(例如，標(biāo)稱參數(shù)值的集合和與工藝拐角相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值的集合，工藝拐角表示來自標(biāo)稱參數(shù)值的工藝變化)中的每個集合，將與波導(dǎo)過渡相關(guān)聯(lián)的散射率作為波導(dǎo)錐的波導(dǎo)寬度的函數(shù)進(jìn)行計算；確定所計算的寬度相關(guān)散射率的包絡(luò)；以及基于包絡(luò)計算波導(dǎo)錐的非線性錐輪廓。對于參數(shù)值的多個集合，可以進(jìn)一步計算性地仿真沿著波導(dǎo)過渡的光傳播和耦合，以確定與針對指定錐長度的波導(dǎo)過渡相關(guān)聯(lián)的最小傳輸值，和/或確定最小錐長度，在最小錐長度處，與波導(dǎo)過渡相關(guān)聯(lián)的傳輸值超過指定的閾值傳輸值。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及光子集成電路(PIC)中的光學(xué)波導(dǎo)過渡，例如，硅波導(dǎo)與III-V族波導(dǎo)之間的異質(zhì)過渡。更特別地，所公開的實施例涉及針對低損耗過渡的錐形波導(dǎo)的設(shè)計和制造。

背景技術(shù)

基于硅的PIC受益于低光學(xué)損耗、易于與電子組件集成、以及使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)的可制造性。為了允許將有源光子設(shè)備(諸如激光器、光學(xué)放大器、光學(xué)調(diào)制器、和光電探測器)集成到光子電路中，以高電光效率為特征的III-V族材料可以在異質(zhì)(有時也被稱為“混合”)材料平臺中與硅組合。實現(xiàn)這種異質(zhì)材料集成的一種常規(guī)方法涉及將III-V族裸片鍵合到被預(yù)先圖案化的絕緣體上硅(SOI)晶片，并且將光耦合在晶片中的硅波導(dǎo)和光學(xué)活性III-V族區(qū)域之間。在一些應(yīng)用中，光從硅波導(dǎo)漸逝地耦合到活性區(qū)域，但是這種方法僅在光學(xué)模式和活性區(qū)域之間提供了有限的重疊，因為光學(xué)模式的大部分仍在硅波導(dǎo)中被引導(dǎo)。因此，為了使與活性區(qū)域的重疊最大化，許多應(yīng)用在硅波導(dǎo)和III-V族波導(dǎo)之間使用錐形波導(dǎo)過渡，以將光學(xué)模式完全傳遞到III-V族波導(dǎo)和/或返回到硅波導(dǎo)。

利用錐形波導(dǎo)過渡的激光器或其他有源設(shè)備的性能在很大程度上取決于由于導(dǎo)光散射到不期望的高階模中而沿著波導(dǎo)入射的光學(xué)損耗。通常，可以通過使寬度的變化更加平緩、并且因此使錐更長來減小散射損耗。但是，更長的錐會帶來它們自己的問題。例如，在單模激光應(yīng)用中，優(yōu)選將包括波導(dǎo)錐的激光腔做得盡可能短，以使單模操作更加簡單。而且，波導(dǎo)的主體中的光傳播損耗隨長度線性增加。因此，期望低損耗但緊湊的波導(dǎo)過渡。

發(fā)明內(nèi)容

一種在兩個波導(dǎo)之間制作波導(dǎo)過渡的方法，所述波導(dǎo)過渡包括波導(dǎo)錐，所述方法包括：指定針對表征所述波導(dǎo)過渡的參數(shù)的參數(shù)值的多個集合；對于參數(shù)值的所述多個集合中的每個集合，計算作為所述波導(dǎo)錐的波導(dǎo)寬度的函數(shù)的散射率；對于參數(shù)值的所述多個集合，確定所述散射率的包絡(luò)；基于所述包絡(luò)，計算所述波導(dǎo)錐的非線性錐輪廓；以及基于所計算的所述非線性錐輪廓，制造所述波導(dǎo)過渡。

一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀介質(zhì)，其存儲處理器可執(zhí)行指令以用于設(shè)計針對兩個波導(dǎo)之間的波導(dǎo)過渡的波導(dǎo)錐，所述指令在由一個或多個硬件處理器執(zhí)行時，使所述一個或多個硬件處理器執(zhí)行操作，所述操作包括：對于針對表征所述波導(dǎo)過渡的參數(shù)的參數(shù)值的多個集合中的每個集合，獲得作為所述波導(dǎo)錐的波導(dǎo)寬度的函數(shù)的散射率；對于參數(shù)值的所述多個集合，確定所述散射率的包絡(luò)；以及基于所述包絡(luò)，計算非線性錐輪廓。

一種波導(dǎo)過渡，包括：底部波導(dǎo)，被形成在第一半導(dǎo)體層中；頂部波導(dǎo)，被形成在被布置在所述第一半導(dǎo)體層上方的第二半導(dǎo)體層中，所述頂部波導(dǎo)在重疊區(qū)域中與所述底部波導(dǎo)重疊，其中所述波導(dǎo)過渡由針對標(biāo)稱設(shè)計和針對工藝拐角的參數(shù)值的集合表征，所述工藝拐角表示來自所述標(biāo)稱設(shè)計的工藝變化，并且其中根據(jù)非線性錐輪廓，所述底部波導(dǎo)或所述頂部波導(dǎo)中的至少一個在所述重疊區(qū)域中被錐化，所述非線性錐輪廓從參數(shù)值的所述集合通過如下被確定：對于參數(shù)值的所述集合中的每個集合，計算作為所述波導(dǎo)錐的波導(dǎo)寬度的函數(shù)的散射率；對于參數(shù)值的所述集合，確定所述散射率的包絡(luò)；以及基于所述包絡(luò)，計算所述非線性錐輪廓。

附圖說明

在下面對所公開的主題的實施例的描述中，對附圖進(jìn)行參考。

圖1A和圖1B分別是根據(jù)各種實施例的示例異質(zhì)光子結(jié)構(gòu)的俯視圖和側(cè)視圖，該示例異質(zhì)光子結(jié)構(gòu)包括具有錐形底部波導(dǎo)的波導(dǎo)過渡。