用于耦合光的光学芯片和方法技术

本发明专利技术提供了用于耦合光的一种光学芯片100和一种方法600。所述光学芯片100包括输入边缘耦合器101，所述输入边缘耦合器101具有至少一个输入波导102，并用于在具有相同偏振的两个正交模式上接收光。所述光学芯片100还包括解复用器103，用于将所述两个正交模式划分成第一中间波导104上承载的模式和第二中间波导105上承载的模式，所述第二中间波导105与所述第一中间波导104相互独立。所述光学芯片100还包括偏振复用器103，用于将所述中间波导104、105上承载的所述模式重组成一个输出波导107上承载的两个偏振正交模式。

Optical chips and methods for coupling light

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于耦合光的光学芯片和方法
本专利技术涉及用于耦合光的光学芯片和方法。具体地，所述光学芯片和方法的目的在于光耦合至诸如激光器之类的有源光学器件，以及从其接收光。本专利技术的光学芯片优选地基于硅光子技术。
技术介绍
硅光子学作为一种广泛应用在电信、数据通讯、互联及传感的通用技术平台正迅速变得日益重要。硅光子通过在高品质、低成本的硅基板上使用CMOS可兼容的晶圆级技术以实现光子功能，来制造硅光子芯片。特别是对于数据通讯、互联或接入网这样的短距离应用，芯片成本是一个主要问题。通过硅量产的优势，集成了数百个基本构建的光子芯片的价格将极具竞争力。但是，由于硅是间接带隙材料这一事实，很难单片集成有源组件。因此，光子芯片和有源器件需要对接耦合或倒装芯片耦合，这将导致昂贵的封装费用。否则，制造过程会变得更加复杂。这个问题的一种解决方案是在硅上生长锗。虽然此解决方案允许制造光探测器和电吸收调制器，但制造过程非常复杂。此外，制造的元件也没有传统的III-V半导体元件那么好。再者，此解决方案仍无法使用放大器和激光器。作为替代解决方案，提出了通过晶片键合的异构集成。虽然使用此解决方案获得了满意的结果，但由于需要在硅晶片上进行III-V半导体处理，因此仍然不切实际。第三种解决方案使用转移技术(例如倒装芯片或转印)，这种技术允许成品器件的高吞吐量放置。如图7所示，有源器件701和光子芯片702可以使用对接耦合方法连接，其中两个器件701、702各自的波导面703面对面机械放置。如果波导703的模式遵循某些规则，若对准精确(如图7中的左侧所示)，则光可以在所述两个对接耦合的器件701、702之间以最小的损耗流动。这种技术甚至可进一步降低硅光子芯片的成本，同时提高其性能。这种可能性有多重原因。所有III-V半导体处理都可以在专门的III-V晶片厂中完成，也可以在具有相同器件的密集阵列的晶片上完成。由于这些器件可以紧密地封装在一起，因此每个器件的成本可以非常低。此外，还可以针对器件充分优化晶片，这点优于单片集成。此外，III-V半导体器件还可以转移或结合到硅光子平台上。然而，此解决方案存在一个问题：使用当前可用的机器为这种技术实现的对准精度是有限的(例如，限于约3σ<1.5μm)。当两个波导703失准时(如图7右侧所示)，插入损耗会迅速增加。也就是说，为了能够使用此解决方案制造高性能通信应用产品，需要提供有源器件701和光子芯片702之间的对准容差接口。具有更多对准容差接口的传统解决方案涉及使用波导工程，特别是为了在有源器件和光子芯片面处放大光学模式。相比紧凑的光学模式，更宽的光学模式本质上对失准不太敏感。但是，无论是在有源器件侧，还是在光子芯片侧，通常都需要更复杂的处理，这显著增加了芯片成本。如图8所示，提出了用于光子芯片侧的所谓三叉型耦合器800，作为增加水平对准容差而不增加制造复杂性的方法。所述三叉型耦合器800的使用允许光子芯片侧上具有更大的光学模式轮廓，因此，与诸如传统的倒锥形耦合器等相比，实际上允许容差更大的耦合。具体地，利用所述三叉型耦合器800，通过双芯硅波导801从诸如激光器之类的有源器件接收光，然后在所述三叉型耦合器800内绝热地传输到单个硅波导802。为了进一步改善对准容差，如图9所示，提出了替代性光耦合器900。在此版本中，在边缘处还有一个双芯波导901用于从诸如激光器之类的有源器件接收光。然而，接收的光随后并非绝热地重组到单个波导中，就像在图8的三叉型耦合器800中那样，而是保留在两个单独的输出波导902中。采用这种设计，激光器或光纤等相对于光子芯片900的横向失准是通过所述光所传输至的两个片上单模输出波导902之间的变化相位差来适应。与图8中的三叉型耦合器800设计相比，改善了对准容差，因为可以在芯片边缘处耦合至所述双芯波导901的一阶和二阶光学模式。此光耦合器900的设计的主要缺点是所述两个输出波导902只能单独使用。也就是说，由于所述两个输出波导902的光学模式之间取决于耦合器件之间的失准的相位失配，所述两个输出波导902的功率无法轻易地重组到单个通道中。将两种模式重组到单个波导或通道中，例如光纤，可以导致建设性重组(无损耗)或破坏性重组(无传输)，这取决于相位关系。对于大多数应用，两个单独的输出波导902是不可接受的，因此无法使用图9中所示的解决方案。
技术实现思路
鉴于上述问题和缺点，本专利技术旨在改进传统的解决方案。具体地，本专利技术的目的在于提供一种用于将光学芯片耦合至有源器件的解决方案，其改进了对准容差。同时，应该可以将光学芯片接收的光的功率重组到具有低损耗的单个通道。换句话说，应避免将注入的光功率分到两个单独的输出通道。因此，目的为提供一种失准容差耦合设计，以实现可用于广泛应用的低成本组件。本专利技术的目的通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现。本专利技术的有利的实现方案在从属权利要求中进一步定义。具体地，本专利技术的解决方案基于包括边缘耦合器的光学芯片，所述边缘耦合器能够在两个正交光学模式上接收光，所述两个正交光学模式具有相同的偏振。例如，这些模式可以是单尖端输入波导内的两种模式，或是双尖端输入波导内的两种模式(例如超模式)。本专利技术的第一方面提供了一种光学芯片，包括：输入边缘耦合器，其具有至少一个输入波导，用于在具有相同偏振的两个正交模式上接收光；解复用器，用于将所述两个正交模式划分成第一中间波导上承载的模式和第二中间波导上承载的模式，所述第二中间波导与所述第一中间波导相互独立；偏振复用器，用于将所述中间波导上承载的模式重组成一个输出波导上承载的两个偏振正交模式。所述光学芯片允许将来自两个单独中间波导的光重组到一个单一通道而没有额外损耗，并且单独将来自所述光学芯片的对准位置的光重组到有源器件，其中所述光从所述有源器件接收。因此，所述光学芯片适用于广泛的应用。一旦光重组到一个输出波导后，就可以进一步使用从诸如激光器之类的有源器件耦合至所述光学芯片中的全功率，例如通过将其耦合至标准单模光纤。当重组所述中间波导的两个光学模式时，通过使用偏振分集来避免解构干扰。为此，所述两个中间波导的模式作为两个偏振正交模式重组到输出波导中，例如，所述两个模式是单个波导的横电TE模式和横磁TM模式。由于偏振是正交的，因此即使两个模式是相干的，两者之间也没有功率交换。因此，两个模式的总功率保持不变。偏振分集通过使用偏振复用器获得。根据所述第一方面，在所述光学芯片的第一种实现方式中，所述输入边缘耦合器具有两个用于接收光的输入波导。在根据所述第一方面的所述第一种实现方式，在所述光学芯片的第二种实现方式中，两个输入波导都朝向所述输入边缘耦合器的输入面锥化。因此，光能够以低损耗绝热地耦合至所述光学芯片。根据所述第一方面的所述第一种或第二种实现方式，在所述光学芯片的第三种实现方式中，所述两个具有相同偏振的正交模式是所述两个输入波导的偶超模和奇超模。利用所述两个输入波导以及使用这些超模，可以容易地获得宽光学模式轮廓，从而改善对准容差。根据所述第一方面的所述第一种至第三种实现方式，在所述光学芯片的第四种实现方式中，所述解复用器包括两个大半径弯曲，所述两个大半径弯曲将具有较小间距的两个输入波导分成具有较大间距的两个中间波导。所述中间波导的间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学芯片(100)，其特征在于，包括：输入边缘耦合器(101)，其具有至少一个输入波导(102、202、402)，用于在具有相同偏振的两个正交模式上接收光；解复用器(103)，用于将所述两个正交模式划分成第一中间波导(104)上承载的模式和第二中间波导(105)上承载的模式，所述第二中间波导(105)与所述第一中间波导(104)相互独立；及偏振复用器(106)，用于将所述中间波导(104、105)上承载的所述模式重组成一个输出波导(107)上承载的两个偏振正交模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.23 EP 16206810.01.一种光学芯片(100)，其特征在于，包括：输入边缘耦合器(101)，其具有至少一个输入波导(102、202、402)，用于在具有相同偏振的两个正交模式上接收光；解复用器(103)，用于将所述两个正交模式划分成第一中间波导(104)上承载的模式和第二中间波导(105)上承载的模式，所述第二中间波导(105)与所述第一中间波导(104)相互独立；及偏振复用器(106)，用于将所述中间波导(104、105)上承载的所述模式重组成一个输出波导(107)上承载的两个偏振正交模式。2.根据权利要求1所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述输入边缘耦合器(101)具有两个用于接收光的输入波导(202)。3.根据权利要求2所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述两个输入波导(202)都朝向所述输入边缘耦合器(101)的输入面锥化。4.根据权利要求2或3所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述两个具有相同偏振的正交模式是所述两个输入波导(202)的偶超模和奇超模。5.根据权利要求2至4任一项所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述解复用器(103)包括两个大半径弯曲(203)，所述两个大半径弯曲(203)将具有较小间距的所述两个输入波导(202)分成具有较大间距的所述两个中间波导(104、105)。6.根据权利要求1所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述输入边缘耦合器(101)具有一个用于接收所述光的多模输入波导(402)。7.根据权利要求6所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述两个具有相同偏振的正交模式是所述多模输入波导(402)的基本模式(T0)和一阶模式(T1)。8.根据权利要求6或7所述的光学芯片(100)，其特征在于：所述解复用器(103...

【专利技术属性】
技术研发人员：马科·兰波尼，马汀·塔萨特，
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