平面光学分支电路制造技术

本发明专利技术涉及一种分支波导电路，其中两个或更多波导从主波导分支，在其之间限定从所述主波导延展的中间区域。该中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使得所述孔的深度以对到主波导的距离的孔深度的平均斜率远离所述主波导来增加。这样，可以减小由于主和分支波导之间的过渡引起的损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】平面光学分支电路
本专利技术的实施例涉及平面光波电路，并且更特别地，涉及具有夹在多个分支或接 合波导（比如星形耦合器/分离器或Y分支波导）之间的区域的平面光波电路。
技术介绍
按照惯例，形成在平面基底上的平面光波电路可以具有各种功能，诸如多路复用/ 多路分解、光学分支和光学切换。对于诸如波长多路复用网络系统和接入网络的应用来说， 多路复用器/多路分解器和光学分支波导是重要的无源部件。 图8到10示出包括本领域中公知的阵列波导光栅（AWG)多路复用器/多路分解器 的平面光波电路的实施例。可以使用硅玻璃来实施所示的电路，其中形成波导的硅玻璃通 常是掺杂的以便获得比周围的覆盖材料更高的折射率。还可以使用用于形成平面波导电路 的其它材料，诸如本领域中公知的3丨0队1^他03、11^、6 &48、1成&48?、绝缘体上硅、聚合物和 纳米线。本专利技术的实施例原则上与以适用于平面光学器件的所有材料的实施方式(尤其是 前面提到的材料中的任一个）相关。图8示出阵列波导光栅多路复用器/多路分解器。图 9示出阵列波导光栅多路复用器/多路分解器的一部分。图10示出沿着图9中的线B-B' 得到的截面的一部分。 如图8中所示的那样，在该阵列波导光栅多路复用器/多路分解器中，首先，从输 入波导801入射的信号光在输入侧平板波导802中被扩展并且冲击阵列波导803。为了简 化参照，遍及本文应用笛卡尔坐标系。该坐标系由光学电路来限定以使得（X，z)坐标跨越平 面光学电路的平面并且z轴沿着光传播的方向。要注意，一般来说，当提到多个通道波导或 波导之间的中间区域时，z轴指代波导中组合光分布的传播方向而不是基本上受限于单个 通道波导的模式的传播方向。在一个实施例中，在中间区域中z轴与中心线相对应，该中心 线具有到分支通道波导的相等距离。来自2个或更多波导的组合光分布有时也被称为本领 域中的超级模式。于是X轴限定也在芯片平面中的横向方向，并且y轴限定垂直于芯片平 面的维度(参见例如局部坐标系810)。沿着X轴的度量被称为宽度，沿着y轴的度量被称为 高度并且沿着z轴的度量被称为长度。在本文中，y=0被限定在下覆层和芯层之间的界面 处。这意味着对于高度h的芯层，芯层和顶覆层之间的界面在y=h处。芯层包括2D平面光 学电路以及在横向方向上限制(多个）波导的覆盖材料。芯层被夹在下覆层和顶覆层之间。 在y=〇处的下覆层和芯层之间的界面也被称为芯层的底部，并且在y=h处的芯层和顶覆层 之间的界面也被称为芯层的顶部。通常，波导的芯部材料从芯层的底部延伸到顶部。 平板波导被限定为至少相对于单个阵列波导中的限制而言在横向X方向上对光 基本上没有限制的波导。在本专利技术的上下文中，在一个实施例中，平板波导具有单个波导的 横向延伸的2倍的横向延伸（也被称为波导的宽度)或更多，诸如3倍或更多，诸如4倍或更 多，诸如5倍或更多，诸如6倍或更多，诸如10倍或更多。在这里，在任何锥形物外部测量 单个波导的宽度。在一个实施例中，宽度是最最小的宽度。在阵列波导803中，因为在邻近 波导之间设置光学路径长度差，所以通过阵列波导803引导的并且入射在输出侧平板波导 804上的信号光具有在阵列中的邻近波导之间的固定相位差。因此，根据满足衍射条件的波 长，该信号光被不同输出波导805聚焦和多路分解。 如图9和10中所示，在阵列波导803中，夹芯803a明显彼此分离。在阵列波导 803和输入侧平板波导802或输出侧平板波导804之间的连接部分中，在夹芯803a之间形 成μm量级的间隔。如图10中所示，每个夹芯803a被夹在下和顶覆层806和807之间（该 下和顶覆层806和807由具有折射率比夹芯803a的折射率更低的材料(例如硅玻璃)制成)， 由此形成光学波导。 对分支器件的挑战是由于从主波导（即在图8中示出的AWG的情况下的平板波导 802)到分支波导803的过渡而引起的损耗。在这里，振荡电磁场经历折射率分布的突然变 化。一般来说，如果折射率的过渡被平滑或使得较不突然，则该过渡损耗可以被减小。 在分支波导之间，通常在中间区域的相应夹芯803a之间形成大约μm的间隔。在 分支点处的相应波导之间的间隔理想地为零（〇)以便使来自分支波导之间的间隔的过渡损 耗最小化。然而，在形成波导的工艺中使用的平板印刷和蚀刻技术具有它们有限的分辨率， 并且在分支点处的相应波导(夹芯）（例如基于玻璃的波导）之间的间隔因此通常是约1μm 或更多。 因为这些原因，在常规平面光波电路中，来自过渡的过多波导损耗在这样的分支 部分或组合部分处发生。因此，已经出现对降低该部分处的过渡损耗的要求。要注意，尽管 关于波导分支波导（即光从主波导传播到分支波导）讨论的本专利技术的实施例，但是本专利技术也 适用于将波导组合到主波导。在本专利技术的上下文中，因此术语分支波导也指代其中在分支 波导中的光朝向主波导传播的组合波导。 美国专利6, 304, 706提供一种降低分支点处的过渡损耗的方法。在这里，埋层被 添加在从分支点分支的两个夹芯之间的区域中，并且随着离分支点距离的增加埋层的厚 度减小，因为夹芯之间的间隔增加。图7a示出从平板波导的夹芯703延伸到形成在基底 701上的下覆层702的埋层704的高度线性减小。在这种情况下，埋层704的倾斜角Θ是 0.46°。埋层的折射率比覆层的折射率更高，并且夹芯的折射率不小于埋层的折射率。在 一些实施例中，埋层由与夹芯相同的材料制成。图7b示出在Y分支部分(诸如图4b中讨论 的Y分支部分）中的两个分支夹芯403a之间中间隔的埋层420 (图7示出沿着线B-B'的 截面)。埋层704构成材料的3D锥化，其中术语3D指代与平面光学电路的2D布局相比厚 度沿着y轴逐渐变细。 与分支波导有关的过渡损耗的问题也适用于在图4b中示出的1X8分离器电路中 应用的Y分离器。在这里，从形成在下覆层401上的输入波导402的输入端输入信号光。该 信号光由Y分支IX8分离器电路的波导403引导并且从输出波导404的输出端输出。在 由6, 304, 706专利公开的一个实施例中，在Y分支部分中实施埋层420,即，如图4b的放大 图中所示，用图4b中的圆圈包围的区域由与用于的两个分支夹心403a之间的区域中的夹 芯403a的材料相同的材料制成。当在例如沿着图4a中的线B-B'得到的截面处查看时，埋 层420被夹在下覆层401上的两个分支夹芯403a之间，如图7b中所示。上覆层404被形 成以覆盖这些部件。 该现有技术解决方案需要复杂的平板印刷技术以便产生渐进层的平滑斜面。而 且，仍可以改进过渡损耗。 因此，存在一种对减少与从一个波导分支的波导有关的过渡损耗的可替换、简化 和/或改进的方法的需要。
技术实现思路
在所公开的实施例中，提供一种平面光学分支器件以减少光在构成平面光波电路 的波导的分支点和该分支点的外围部分处的过渡损耗。例如，该分支器件包括： a. 由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层， b. 由下覆盖材料形成的平面下覆层， c. 直接在所述顶覆和下覆层之间的平面芯层，其中由受限于覆盖材料的夹芯材料形成 波导，以及 d. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面光学分支器件，包括：由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层；由下部覆盖材料形成的平面下覆层；直接在所述顶覆和下覆层之间的平面芯层，其中由受限于覆盖材料的夹芯材料形成波导；以及在从主波导分支的所述芯层中的一对分支通道波导，在其之间限定中间区域，其中所述中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使得所述孔的深度在所述中间区域的至少30%上以小于10%的作为离所述主波导的距离的函数的平均斜率来远离所述主波导增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.31 US 13/3632741. 一种平面光学分支器件，包括： 由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层； 由下部覆盖材料形成的平面下覆层； 直接在所述顶覆和下覆层之间的平面芯层，其中由受限于覆盖材料的夹芯材料形成波 导；以及 在从主波导分支的所述芯层中的一对分支通道波导，在其之间限定中间区域，其中所 述中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使 得所述孔的深度在所述中间区域的至少30%上以小于10%的作为离所述主波导的距离的函 数的平均斜率来远离所述主波导增加。2. 根据权利要求1所述的器件，其中所述平均斜率小于或等于4%。3. 根据权利要求1所述的器件，其中所述中间材料是夹芯材料。4. 根据权利要求1所述的器件，其中在整个中间区域上的所述平均斜率小于10%。5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中分支通道波导限定具有到所述分支 通道波导相等距离的中心线，沿着所述中心线中间材料的厚度作为离主波导的距离的函数 基本上逐步变化，以使得从芯层顶部的每一步的深度从所述主波导到所述中间区域的末端 以作为到主波导的距离的函数的小于10%的平均斜率来增加。6. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述孔的深度与所述孔在顶覆层和 芯层之间的界面处的所述孔的面积，即从上面看到的孔面积，基本上成比例。7. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中孔被布置有沿着具有到所述分支通 道波导相等距离的中心线的中心到中心节距，所述节距在中间区域的多于80%上小于10微 米。8. 根据权利要求7的器件，其中所述节距根据到主波导的距离而基本上恒定。9. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中通过芯层中的覆层将所述孔的至少 20%与邻近孔连接。10. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述主波导是阵列波导光栅（AWG) 的平板波导。11. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述主波导和分支通道波导形成Y 分离器。12. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述孔包括沿着x轴展开的多个 孔。13. 根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述中间区域包括30或更多个孔。14. 根据权利要求1所述的器件，其中中间区域的孔的至少50%比最大特征长度更短。15. 根据权利要求1所述的器件，其中中间区域的孔的百分比仅仅比最大特征长度长3 倍，并且所述百分比是10%或更多。16. 根据权利要求14或15所述的器件，其中利用小于-0. 002dB的阈值损耗来根据等 式2确定最大特征长度。17. 根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有8ym或 更小的沿着z轴长度的孔。18. 根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有Sum或 更小的沿着X轴的宽度的孔。19. 根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有沿着x轴 的宽度的孔，所述宽度随着到主波导的距离增加〇. 3pm或更多。20. 根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有小于或...

【专利技术属性】
技术研发人员：M鲍兰格，Y申，D祖纳，
申请(专利权)人：丹麦伊格尼斯光子有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK