悬置式脊形氧化物波导制造技术

一种波导，包括：单模光芯，该单模光芯被配置成在倒锥形波导与光纤之间传送光信号，其中，芯沿倒锥形波导与光纤之间的光信号传播轴纵向地延伸；以及空气包层，该空气包层被布置成沿光信号传播轴与芯相邻。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求由Qianfan Xu等人于2014年4月11日提交的题目为“Suspended Ridge Oxide Waveguide(悬置式脊形氧化物波导)”的第61/978,361号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并至本文中，如同其全部内容在本文中再现一样。关于联邦赞助研究或开发的声明不适用。引用微缩胶片附录不适用。
技术介绍
硅(silicon，Si)光子装置可以是指将硅用作芯片中的光学介质的光子装置。硅光子装置可以在由光纤电信系统采用的红外波长下工作。硅可以位于二氧化硅(silicon dioxide，SiO2)层或硅石(silica)层的顶部，并且用作绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)。硅光子装置可以通过采用工业标准半导体制造技术来制造。由于硅通常用作集成电路的衬底，所以包括光学部件和电子部件二者的混合装置可以被集成至单个芯片上。这样的混合装置可以提供电数据操作，而且还提供可以使得芯片之间以及芯片内的数据传输能够更快的光学互联。因此，对硅光子的关注度增大。
技术实现思路
在一种实施方式中，本公开内容包括一种波导，该波导包括：单模光芯，该单模光芯被配置成在倒锥形波导与光纤之间传送光信号，其中，芯沿倒锥形波导与光纤之间的光信号传播轴纵向地延伸；以及空气包层，该空气包层被布置成沿光信号传播轴与芯相邻。在另一实施方式中，本公开内容包括一种方法，该方法包括：将光信号引导至倒锥形Si波导中；使光信号从倒锥形Si波导传送至单模波导，该单模波导包括芯和包围该芯的空气包层；以及从单模波导朝向光纤发送光信号，其中，单模波导包括比倒锥形Si波导的光模式更大的光模式，并且其中，单模波导的光模式与光纤的光模式相兼容。在又一实施方式中，本公开内容包括一种光学装置，该光学装置包括：衬底；被布置在衬底上的单模波导，其中，单模波导包括芯和包围该芯的空气包层，其中，单模波导包括第一端以及沿光信号传播轴与第一端相反的第二端，以及其中，第一端被配置成耦合至单模光纤(single-mode fiber，SMF)；以及被布置在单模波导的芯的一部分内的倒锥形波导，其中，倒锥形波导从第二端朝向第一端以逐渐减小的宽度延伸，以及其中，倒锥形波导沿光信号传播轴与单模波导对准，以提供倒锥形波导与光纤之间的光路。根据以下结合附图和权利要求进行的详细描述可以更清楚地理解这些和其他特征。附图说明为了更全面地理解本公开内容，现在参照以下结合附图进行的简要描述以及具体实施方式，其中，相似的附图标记表示相似的部件。图1是多模悬置式通道波导的顶视图。图2是示出多模悬置式通道波导的光场分布的图。图3A至图3D示出了单模悬置式脊形波导的实施方式。图4是示出针对单模悬置式脊形波导的光场分布的实施方式的示意图。图5是示出单模脊形波导的在横电(transverse electric，TE)模下的电(electric，E)场分布的横截面视图的实施方式的图。图6是示出单模脊形波导的在TE模下的E场分布的顶视图的实施方式的图。图7是示出单模脊形波导的在横磁(transverse magnetic，TM)模下的E场分布的横截面视图的实施方式的图。图8是示出单模脊形波导的在TM模下的E场分布的顶视图的实施方式的图。图9是包括单模悬置式脊形波导的光学装置的实施方式的横截面视图。图10是光学边缘耦合方法的实施方式的流程图。具体实施方式首先应当理解，尽管下文提供一种或更多种实施方式的说明性实现，但所公开的系统和/或方法可以使用任何数目的技术来实现，无论所述技术是否为当前已知或现有的。本公开内容决不应当限于下文所说明的包括本文所说明并描述的示例性设计和实现在内的说明性实现、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同方式的全部范围内修改。有效地耦合至硅光子器件中以及从硅光子器件中有效地耦合出来是具有挑战性的，这是因为高限制Si波导模式与光纤模式或自由空间光束(例如，高斯光束)模式之间的失配较大。例如，高限制Si波导可以包括在小于1微米(micrometer，μm)的亚微米尺寸范围内的横截面，而SMF可以包括数十微米的横截面。如此，Si波导包括比光纤模式小约一个数量级的光模式。若干光模式转换技术是基于采用具有涂覆层的倒锥体的。倒锥体是宽度沿光路的方向显著地减小的波导。例如，Vilson R.Almeida等人在Optics Letters，第28卷，第15期，2003年8月1日的“Nanotaper for compact mode conversion”中采用被较低折射率的包层包围的包括硅波导芯或氮化硅波导芯的倒锥体，该文献通过引用合并至本文中。包层材料形成多模波导的围绕倒锥体的另一层，以用于限定具有较大模式尺寸的光模式。可替选地，Qing Fang等人在OPTICS EXPRESS，第18卷，第8期，2010年的“Suspended optical fiber-to-waveguide mode size converter for Silicon photonics”中以及Long Chen等人在IEEE Photonics Technology Letters，第22卷，第23期，第1744-1746页，2010年的“Low-Loss and Broadband Cantilever Couplers Between Standard Cleaved Fibers and High-Index-Contrast Si3N4or Si Waveguides”中采用被空气包围的悬置式多模硅石通道波导来提供光模式转换，所述文献通过引用合并至本文中。然而，这些技术中的一些技术的性能受高阶模干扰的限制。本文中所公开的是用于通过采用围绕倒锥形波导并且耦合至光纤的单模悬置式脊形波导来提供光纤与硅光子平台上的高限制倒锥形波导之间的光学边缘耦合的各种实施方式。单模波导是指仅传导工作波长处的光信号在每个偏振态(例如，TE模和TM模)下的基模的波导。波导包括SiO2芯和包围该芯的空气包层。芯包括沿光信号传播轴纵向地延伸的脊形结构。例如，脊形结构由被布置在平板上的脊部来形成。脊部和平板的尺寸被设计成沿脊部提供单模光信号传播。通过将波导设计成单模而非多模，可以避免或减少来自高阶模的干扰和/或耦合。因此，当与多模通道波导相比较时，这可以提高耦合效率。在实施方式中，脊部的高度与定位有脊部的平板的高度之间的竖直高度比被配置成在约1.5(例如，±10％)至约5之间的范围内以保持单模光信号传播。在实施方式中，平板包括被布置在两个纵向地延伸的阶跃部之间的基部。脊部被定位在基部的大约中间部位处并且每个阶跃部被布置在离开脊部的边缘的一定距离处，从而在脊部与阶跃部之间形成空气间隙。空气间隙对应于空气包层。分隔距离被配置成为至少约1μm，使得平板的阶跃部与沿脊部传播的光信号可以不在光学上相干扰。在实施方式中，沿阶跃部和/或平板的基部经由底切来形成空气孔或空气腔，以使波导悬置在空气中。在另一实施方式中，波导被布置在衬底上并且衬底的与波导相邻的部分被移除或蚀刻掉，以使波导悬置在空气中。通过使波导悬置在包括低折射率的空气中，波导可以提供较高的耦合效率。为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单模波导，包括：光芯，所述光芯被配置成在倒锥形波导与光纤之间耦合光信号，其中，所述芯沿所述倒锥形波导与所述光纤之间的光信号传播轴纵向地延伸；以及空气包层，所述空气包层被布置成沿所述光信号传播轴与所述芯相邻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.11 US 61/978，3611.一种单模波导，包括：光芯，所述光芯被配置成在倒锥形波导与光纤之间耦合光信号，其中，所述芯沿所述倒锥形波导与所述光纤之间的光信号传播轴纵向地延伸；以及空气包层，所述空气包层被布置成沿所述光信号传播轴与所述芯相邻。2.根据权利要求1所述的波导，其中，所述芯还包括：平板；以及被布置在所述平板上的脊部，其中，所述平板和所述脊部沿所述光信号传播轴纵向地延伸，以及其中，所述平板和所述脊部包括二氧化硅(SiO2)材料。3.根据权利要求2所述的波导，其中，所述脊部包括约2微米(μm)至约15μm的高度。4.根据权利要求2所述的波导，其中，所述脊部包括约2微米(μm)至约15μm的宽度。5.根据权利要求2所述的波导，其中，所述平板包括约0.5微米(μm)至约10μm的高度。6.根据权利要求2所述的波导，其中，所述平板包括：基部；以及被布置成与所述基部相邻的阶跃部，其中，所述基部和所述阶跃部沿所述光信号传播轴延伸，其中，所述基部包括第一高度，以及其中，所述阶跃部包括大于所述第一高度的第二高度。7.根据权利要求6所述的波导，其中，所述脊部被布置在所述基部的大约中间部位处，其中，所述脊部包括约等于所述阶跃部的所述第二高度的第三高度，其中，所述基部包括比所述脊部的宽度更大的宽度，使得所述空气包层的一部分被布置在所述脊部与所述阶跃部之间，以及其中，所述空气包层的所述部分包括大于1微米(μm)的宽度。8.根据权利要求7所述的波导，其中，所述脊部的所述第三高度与所述平板的所述基部的所述第一高度之比为约1.5至约5。9.根据权利要求6所述的波导，其中，所述平板包括沿所述光信号传播轴被布置在所述阶跃部中的底切空气孔，并且其中，所述底切空气孔竖直地延伸通过所述平板的所述阶跃部。10.根据权利要求6所述的波导，其中，所述平板包括沿所述光信号传播轴被布置在所述基部中的底切空气孔。11.根据权利要求1所述的波导，其中，所述倒锥形波导在所述芯的至少一部分内沿所述光信号传播轴纵向地延伸，并且其中，所述倒锥形波导包括硅(Si)材料。12.一种方法，包括：将光信号引导至倒锥形硅(Si)波导中；使所述光信号从所述倒锥形硅波导传送至单模波导，所述单模波导包括芯和包围所述芯的空气包层；以及从所述单模波导朝向光纤发送所述光信号，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐千帆，沈晓安，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44