单模光耦合器制造技术

本公开的实施例涉及用于单模光耦合器设备的技术和配置。在一些实施例中，该设备可以包括多级光学锥形，用于将来自第一模场直径的光转换成大于第一模场直径的第二模场直径，以及以相对于介电层的平面成大约45度在介电层中形成的镜子，以基本上垂直地反射来自多级光学锥形的光，从而以单模方式传播光。可以描述和/或要求保护其他实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单模光耦合器相关申请本申请要求于2016年9月30日提交的题为“SINGLEMODEOPTICALCOUPLER”的美国申请15/282,728的优先权，该申请要求于2016年5月20日提交的题为“SINGLEMODEOPTICALCOUPLER”的美国临时申请62/339,624的优先权。
本公开的实施例一般涉及光电子领域，并且更具体地，涉及用于为诸如在绝缘衬底上的硅(SOI)晶片上制造的硅光子电路的平面光子电路提供单模光耦合器的技术和配置。附图说明通过以下结合附图的详细描述将容易理解实施例。为了便于描述，相同的附图标记指定相同的结构元件。通过示例而非限制的方式在附图中示出了实施例。图1是根据一些实施例的光电子器件的框图，该光电子器件可以包括配置有多级锥形和如本文所述的用于反射光的镜子的单模光耦合器。图2A是现有技术光耦合器的横截面侧视图。图2B是根据各种实施例的包括多级锥形的光耦合器的横截面侧视图。图3A是图2A的现有技术光耦合器的横截面图，示出了对应于图2A中所示的光传播区域的波导段。图3B是图2B的光耦合器的横截面图，示出了对应于图2B中所示的光传播区域的波导段。图4A至图4D示出了根据各种实施例的示例光模式。图5示出了根据各种实施例的对应于各种输出耦合器设计的红外模式表征。图6示出了根据各种实施例的区域(ii)的末端处的波导部分的示例光学模式分布。图7示出了根据各种实施例的作为针对不同抗反射涂层设计的波长的函数的建模反射率。图8示出了根据各种实施例的2层和3层ARC堆叠的示意图。图9示出了根据各种实施例的用于2层ARC的每种模式的波导输出和建模反射率的示例模式分布。图10示出了根据各种实施例的器件选择性灰度设计选择。图11示出了根据各种实施例的作为示例光耦合器的镜角θ的函数的单模背反射。图12示出了根据各种实施例的与图11的背反射相关的各种镜角的相对应的有限差分时域(FDTD)场分布。图13是具有一种或多种集成中间材料的光耦合器的另外实施例的横截面侧视图。图14是根据一些实施例的光电系统的框图，该光电系统可包括配置有多级锥形和如本文所述的用于反射光的镜子的光耦合器。图15示意性地示出了根据一些实施例的包括具有光耦合器的光学器件的示例计算设备。具体实施方式本公开的实施例描述了用于被配置为提供与其他光学器件的光学耦合的光学器件的技术和配置。在各种实施例中，单模光耦合器可包括多级光学锥形，以将来自第一模场直径的光转换成大于第一模场直径的第二模场直径，以及形成在介电层中的镜子，相对于介电层的平面大约45度角，用于基本上垂直地反射来自多级光学锥形的光，从而以单模方式传播光。在一些实施例中，多级锥形可包括作为第一级的倒锥形和作为第二级的肋形波导锥形。硅光子学通常被认为是基于平面光子电路的最流行和最成功的技术平台之一，用于经济有效的光电子集成。基于光波导的光子器件如激光器、调制器和检测器通常在绝缘体上硅(SOI)晶片上制造。在SOI光子系统中，光通常被限制在晶片(或芯片)平面中。硅波导通常设计有亚微米横截面，允许有源和无源器件的密集集成，以实现更高的速度和更低的驱动功率。由于硅与其他介质(例如，空气或玻璃)之间的高折射率对比度，离开硅芯片的光的数值孔径(NA)可能大于光纤的典型NA。先前的耦合配置和技术包括基于光栅耦合器的光耦合器和用于边缘和垂直发射的模式转换器。模式转换器解决方案通常限于边缘耦合方法，除非在光路中引入大约45度的镜子以向上重定向光。此外，这些方法还没有特别优化用于耦合到单模光纤；这可能需要优化单模输出特性和最小化发射角变化。先前的模式转换器方法通常也限于单层抗反射(AR)涂层。各种实施例可以包括旨在最小化电介质和空气界面之间的反射的多层AR涂层。尽管已经证明光栅耦合器具有近垂直发射和单模输出特性，但它们通常遭受高背反射，除非发射取向远离垂直(由于二阶衍射)和有限的光谱带宽。虽然光栅耦合器能够实现有利于宽松对准公差的低NA发射模式，但是这种低NA会增加与发射角度变化相关的损失(这是一种高度制造敏感的参数，因此需要极高的制造公差或单模光纤附着的有效角度对准方案)。在以下描述中，将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实现方式的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以仅利用所描述的一些方面来实践本公开的实施例。出于解释的目的，阐述了具体的数字、材料和配置，以便提供对说明性实现的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，省略或简化了众所周知的特征，以免模糊说明性实现方式。在以下详细描述中，参考形成其一部分的附图，其中相同的附图标记始终表示相同的部分，并且其中通过图示的方式示出了可以实践本公开的主题的实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义，并且实施例的范围由所附权利要求及其等同物限定。出于本公开的目的，短语“A和/或B”意指(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)。描述可以使用基于透视的描述，诸如顶部/底部、输入/输出、上方/下方等。这些描述仅用于促进讨论，并不旨在将本文描述的实施例的应用限制于任何特定的取向。描述可以使用短语“在实施例中”或“在各个实施例中”，其可以各自指代相同或不同实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。这里可以使用术语“与...耦合”及其衍生物。“耦合”可以表示以下中的一个或多个。“耦合”可以表示两个或更多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”还可以意味着两个或更多个元件彼此间接接触，但仍然彼此协作或交互，并且可以意味着一个或多个其他元件耦合或连接在被称为彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可以表示两个或更多个元件直接接触。在各种实施例中，短语“形成、沉积或以其他方式设置在第二层上的第一层”可以表示第一层形成、沉积、生长、粘合或以其他方式设置在第二层上，并且第一层的至少一部分可以与第二层的至少一部分直接接触(例如，直接物理和/或电接触)或间接接触(例如，在第一层和第二层之间具有一个或多个其他层)。如这里所使用的，术语“模块”可以指执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适的硬件组件的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)或存储器(共享、专用或组)，是其一部分或包括这些。各种实施例可以包括用于使用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)处理技术耦合来自硅光子发射器芯片的光的技术、配置、设备和/或系统。各种实施例可以包括：单模发射分布，以实现从发射器芯片到单模光纤的高效耦合，具有最小角度变化的垂直或近垂直发射，以及用于最小化激光反馈的低背反射。一些实施例可以使用以下组件或技术中的一个或多个来解决上面列出的三个项目中的一个或多个。(1)多级锥形和～45度镜面设计，用于实现高效的垂直/近垂直单模耦合，占地面积小。以前的方法没有使用多级锥形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学装置，包括：多级光学锥形，其用于将光从第一模场直径转换到大于所述第一模场直径的第二模场直径；以及形成在介电层中的镜子，所述镜子相对于所述介电层的平面成约45度角，以基本上垂直地反射来自所述多级光学锥形的光从而以单模方式传播反射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 US 62/339,624;2016.09.30 US 15/282,7281.一种光学装置，包括：多级光学锥形，其用于将光从第一模场直径转换到大于所述第一模场直径的第二模场直径；以及形成在介电层中的镜子，所述镜子相对于所述介电层的平面成约45度角，以基本上垂直地反射来自所述多级光学锥形的光从而以单模方式传播反射光。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述多级光学锥形包括作为第一级的倒锥形和作为第二级的肋锥形。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述肋锥形是无尖肋锥形。4.如权利要求2所述的装置，其中，所述第二级肋锥形通过肋到通道锥形部分耦合到通道波导。5.如权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述倒锥形由包括硅、氮化硅、富硅氮化物、氮化铝、氧化钽或氮氧化硅的材料形成，并且其中，所述倒锥形比所述通道波导具有更高的折射率。6.如权利要求2至4中任一项所述的装置，其中，所述肋锥形的一部分与所述倒锥形重叠。7.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述光学装置绝热地将光从所述第一模场直径转换到所述第二模场直径。8.如权利要求1所述的装置，还包括抗反射涂层(ARC)，其被设置使得从所述镜子反射的光通过所述ARC。9.如权利要求8所述的装置，其中，所述ARC是多层ARC。10.如权利要求9所述的装置，其中，所述多层ARC的第一层包括富硅氮化物，并且所述多层ARC的第二层包括二氧化硅。11.如权利要求8-10中任一项所述的装置，其中，所述ARC的层在与所述多级光学锥形相同的芯片、管芯或晶片上的电有源器件上延伸。12.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述装置包括硅波导区域中的输入侧灰度斜率。13.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述多级...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·里克曼，H·弗里希，G·A·吉乌尔卡恩，A·刘，H·荣，P·斯里尼瓦桑，C·布兰特，I·星野，M·A·克赖顿，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US