绝热耦合的光学系统技术方案

一种光学系统，包括硅(Si)衬底(102)、形成在衬底(102)上的隐埋氧化物(BOX)层(104)，形成在BOX层上方的氮化硅(SiN)层(112)，以及形成在SiN层(112)中的SiN波导(114)。在一些实施例中，光学系统可以另外包括绝热耦合到SiN波导(114)的中介层波导(116)，以形成SiN‑中介层绝热耦合器，其至少包括SiN波导的锥形部分，该光学系统还包括以下中的至少一个：至少在SiN‑中介层绝热耦合器下方形成在Si衬底中的空腔(402)或在SiN波导的SiN核心的顶部和中介层波导的底部之间形成的氧化物覆盖层(822)。可替换地或另外地，光学系统可以另外包括多模Si‑SiN绝热耦合器，其包括SiN波导的SiN锥形(1008)和Si波导的Si锥形(1006)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】绝热耦合的光学系统相关申请的交叉引用本申请要求享有于2016年5月16日提交的美国临时申请No.62/337,245和于2016年9月20日提交的美国临时申请No.62/397,185的权益和优先权。上述两个申请都通过引用的方式整体并入本文。本申请涉及于2016年8月2日授权的美国专利No.9,405,066(下文称为'066专利)。'066专利通过引用的方式整体并入本文。
本文讨论的一些实施例涉及绝热耦合的光学系统。
技术介绍
除非本文另有说明，否则本文所述的材料不是本申请权利要求的现有技术，并且不因包含在本部分中而被承认是现有技术。'066专利描述了各种两级绝热耦合的光学系统。包含在这种光学系统中的BOX层的厚度可能对一些绝热耦合器的耦合效率具有显著影响。另外，如果这种光学系统中的SiN波导的锥形部分的尖端宽度可以做得足够小，例如，至少与阈值尖端宽度一样窄，则聚合物波导可以相对靠近SiN波导放置，在某些情况下，与SiN波导直接接触。然而，由于给定制造工艺的制造限制和/或其他因素，可能难以或不可能使锥形部分的尖端宽度与阈值尖端宽度一样窄。本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些的环境中操作的实施例。相反，提供该背景仅用于说明可以实践本文描述的一些实施例的一个示例性

技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。本文描述的一些示例性实施例总体上涉及绝热耦合的光学系统。在示例性实施例中，一种光学系统包括Si衬底、BOX层、SiN波导层、SiN波导、中介层波导和空腔。BOX层可以形成在Si衬底上。SiN波导层可以形成在BOX层上方。SiN波导可以形成在SiN波导层中并且可以包括锥形部分。中介层波导可以绝热地耦合到SiN波导以形成SiN-中介层绝热耦合器，其至少包括SiN波导的锥形部分。可以在Si衬底中至少在SiN-中介层绝热耦合器下方形成空腔。在另一示例性实施例中，一种光学系统包括Si衬底、BOX层、SiN波导层、SiN波导、中介层波导和氧化物覆盖层。BOX层可以形成在Si衬底上。SiN波导层可以形成在BOX层上方。SiN波导可以形成在SiN波导层中并且可以包括锥形部分。中介层波导可以绝热地耦合到SiN波导以形成SiN-中介层绝热耦合器，其至少包括SiN波导的锥形部分。氧化物覆盖层可以形成在SiN波导的SiN核心的顶部和中介层波导的底部之间。在另一示例性实施例中，一种光学系统包括Si衬底、BOX层、Si波导层、多模Si波导、SiN波导层和SiN波导。BOX层可以形成在Si衬底上。Si波导层可以形成在BOX层上方。多模Si波导可以形成在Si波导层中，并且可以包括尖锥宽度大于或等于100纳米(nm)的Si锥形。SiN波导层可以形成在Si波导层上方。SiN波导可以形成在SiN波导层中并且可以包括SiN锥形。SiN波导可以与多模Si波导在两个正交方向上对准，其中，SiN锥形与Si锥形不重叠。本专利技术的另外特征和优点将在下面的说明中阐述，并且部分地将依据说明而显而易见，或者可以通过实践本公开内容来学习。借助于所附权利要求中特别指出的仪器和组合，可以实现并获得本公开内容的特征和优点。根据以下说明和所附权利要求，本公开内容的这些和其他特征将变得更加明显，或者可以通过实践下文阐述的本公开内容来学习。附图说明为了进一步阐明本公开内容的上述和其他优点和特征，将通过参考在附图中示出的其具体实施例对本公开内容进行更具体的说明。应理解，这些附图仅示出了本公开内容的典型实施例，因此不应视为限制其范围。将通过使用附图利用附加的特征和细节来说明和解释本公开内容，附图中：图1示出了包括两级绝热耦合器的示例性光学系统的横截面图；图2包括对于SiN-中介层绝热耦合器的各种不同的锥形部分长度和各种不同的光偏振分量，作为波长的函数的每绝热耦合器的损耗的模拟；图3包括作为SiN锥形宽度的函数的衬底泄漏模拟；图4示出了包括两级绝热耦合器的另一示例性光学系统的横截面图；图5示出了包括两级绝热耦合器的另一示例性光学系统的横截面图；图6包括图4的SiN-中介层绝热耦合器的俯视图和横截面侧视图；图7A和7B是示出另一光学系统的对准和附接的侧视图；图8示出了可以包括在光学系统中的示例性SiN-中介层绝热耦合器；图9示出了对于各种覆盖厚度hoverlay，作为图8的绝热耦合器的SiN波导的锥形部分的锥形长度的函数的SiN-中介层耦合效率的两组模拟；图10是示例性SiN-Si多模绝热耦合器的俯视图；图11示出了其中可以实施图10的SiN-Si多模绝热耦合器的示例性光学系统；图12A包括示出来自SiN波导的输入SiNTM00模式光与具有100nm尖端宽度的Si锥形的多模Si波导的模拟耦合的图表；图12B包括示出作为Si锥形长度的函数的图12A的Si波导中的模拟耦合的图表；图13A是示出对于各种光学模式，作为Si波导宽度的函数的模拟SiN-Si超结构有效折射率的图表；图13B是示出在Si锥形尖端处的图13A的每个光学模式的计算幅度的图表；图14包括示出前图的SiN-Si超结构中的模式演变的各种图表；图15包括各种图表，其中假设前图的SiN-Si超结构的Si锥形从尖端处的120nm逐渐变细至1μm；及图16包括示出来自SiN波导的输入SiNTM00模式光与具有120nm尖端宽度的Si锥形的多模Si波导的模拟耦合的图表；所有这些都根据本文所述的至少一个实施例布置。具体实施方式图1示出了根据本文所述的至少一个实施例布置的示例性光学系统100的横截面图，该光学系统100包括如'066专利中所公开的两级绝热耦合器。特别地，图1示出了光学系统100的层的示例性一般堆叠。图1的光学系统100可以包括硅(Si)衬底102，形成在Si衬底102上的隐埋氧化物(BOX)层104，形成在BOX层104上并包括一个或多个Si波导108的Si波导层106，形成在Si波导层106上的氮化硅(SiN)板110，形成在SiN板110上并包括一个或多个SiN波导114的SiN波导层112，包括在聚合物中介层中的一个或多个聚合物波导116，以及形成在SiN波导层112上的一个或多个介电层118。可替换地，一个或多个聚合物波导116和聚合物中介层可以被替换为包括在'066专利中描述的高折射率玻璃中介层中的一个或多个高折射率玻璃波导，或其它合适的中介层波导和中介层。'066专利公开了包括在光学系统100中的以及各种替代布置(例如，不同的层顺序)和/或其他实施例中的元件的各种示例性细节。本文公开的原理可以不与'066专利的细节、替代布置和/或其他实施例中的任何一个组合实现或与其中一个或多个组合实现。每个Si波导108包括Si核心108A和包层。每个Si波导108的包层可以包括例如二氧化硅(SiO2)或可以包括在Si波导层106中的其他合适的材料。每个SiN波导114包括SiN核心114A和包层。每个SiN波导114的包层可以包括例如SiO2或可以包括在SiN波导层112中的其他合适的材料。每个聚合物波导116包括聚合物核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，包括：硅(Si)衬底；隐埋氧化物(BOX)层，其形成在所述Si衬底上；氮化硅(SiN)波导层，其形成在所述BOX层上方；SiN波导，其形成在所述SiN波导层中，所述SiN波导包括锥形部分；中介层波导，其绝热地耦合到所述SiN波导以形成SiN‑中介层绝热耦合器，该SiN‑中介层绝热耦合器至少包括所述SiN波导的所述锥形部分；及空腔，其至少在所述SiN‑中介层绝热耦合器下方形成在所述Si衬底中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.16 US 62/337,245;2016.09.20 US 62/397,1851.一种光学系统，包括：硅(Si)衬底；隐埋氧化物(BOX)层，其形成在所述Si衬底上；氮化硅(SiN)波导层，其形成在所述BOX层上方；SiN波导，其形成在所述SiN波导层中，所述SiN波导包括锥形部分；中介层波导，其绝热地耦合到所述SiN波导以形成SiN-中介层绝热耦合器，该SiN-中介层绝热耦合器至少包括所述SiN波导的所述锥形部分；及空腔，其至少在所述SiN-中介层绝热耦合器下方形成在所述Si衬底中。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，在所述Si衬底中形成的所述空腔的宽度为至少20μm。3.根据权利要求1所述的光学系统，还包括回填到在所述Si衬底中形成的所述空腔中的低折射率材料。4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述低折射率材料具有1.4至1.6之间的折射率。5.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述低折射率材料包括环氧树脂。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，在所述Si衬底中形成的所述空腔的长度在所述SiN中介层绝热耦合器的相互作用长度的量级上。7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，在所述空腔的一端和所述Si衬底的边缘之间沿光传播方向的剩余Si衬底的厚度至少为250微米。8.根据权利要求1所述的光学系统，还包括有包括所述SiN-中介层绝热耦合器的多个SiN-中介层绝热耦合器，其中，所述空腔至少在所述多个SiN-中介层绝热耦合器中的两个SiN-中介层绝热耦合器下方形成在所述Si衬底中。9.根据权利要求8所述的光学系统，其中，所述空腔的宽度小于1毫米。10.根据权利要求1所述的光学系统，还包括形成在所述SiN波导的SiN核心的顶部与所述中介层波导的底部之间的氧化物覆盖层。11.根据权利要求1所述的光学系统，还包括：Si波导层，其形成在所述BOX层上方且所述SiN波导层下方；和多模Si波导，其形成在所述Si波导层中，所述Si波导包括尖端宽度大于或等于100纳米(nm)的Si锥形；其中：所述多模Si波导绝热耦合到在所述SiN波导层中形成的多模SiN波导；和所述多模SiN波导包括与所述Si锥形不重叠的SiN锥形。12.一种光学系统，包括：硅(Si)衬底；隐埋氧化物(BOX)层，其形成在所述Si衬底上；氮化硅(SiN)波导层，其形成在所述BOX层上方；SiN波导，其形成在所述SiN波导层中，所述SiN波导包括锥形部分；中介层波导，其绝热地耦合到所述SiN波导以形成SiN-中介层绝热耦合器，该SiN-中介层绝热耦合器至少包括所述SiN波导的所述锥形部分；及氧化物覆盖层，其形成在所述SiN波导的SiN核心的顶部和所述中介层波导的底部之间。13.根据权利要求12...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·马哈格里夫特，布赖恩·帕克，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国,US