波导阵列中的相位调谐制造技术

本公开涉及波导阵列中的相位调谐。根据各种实施例，可以使用邻近阵列波导设置的一个或多个加热器以赋予波导之间的增量热致相移，来调谐阵列波导光栅的波长色散。备选地，根据各种实施例，可以使用包括一个或多个加热器的束扫描器以使在束扫描器与阵列波导光栅的输入自由传播区域的界面处由束扫描器聚焦的光的横向位置移位，来调谐阵列波导光栅的波长响应。阵列波导光栅、束扫描器和(一个或多个)加热器可以被实现在绝缘体上硅衬底中，绝缘体上硅衬底可以包括在相应加热器下面的一个或多个背部蚀刻区域。

Phase tuning in waveguide array

【技术实现步骤摘要】
波导阵列中的相位调谐本申请是国际申请日为2016年5月6日、于2018年3月13日进入中国国家阶段、中国国家申请号为201680053053.7、专利技术名称为“波导阵列中的相位调谐”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2015年7月24日提交的美国临时申请No.62/196,437的优先权和权益，其通过引用整体并入本文。
本公开内容涉及例如在光子集成电路(PIC)领域中适用的阵列中的波导之间的相对相位的调谐。
技术介绍
在波分复用系统中，阵列波导光栅(AWG)通常用作光学复用器或解复用器。参考图1，AWG100通常包括波导103的阵列102，其通常在相邻波导103之间具有恒定的光程长度增量，相邻波导连接在输入自由传播区域(FPR)104与输出FPR106之间。如所描绘的，当AWG100作为波长解复用器来操作时，包括从输入波导108或其他输入耦合器衍射到输入FPR104中的多个波长的输入光传播通过输入FPR104，以照射波导103的阵列102的输入端口。在传播通过波导103的阵列102并且由于不同的相应光程长度而在波导103中的不同波导中累积不同的光学相位之后，在其输出端口处离开波导103的阵列102的光被重新聚焦在输出FPR106中，由此不同波长的光相长干涉，并且因此在不同位置处重新聚焦。多个输出波导110或其他输出耦合器可以被放置在各个焦点处，以便捕获相应波长的光。为了使AWG100作为复用器来操作，光传播通过AWG100的方向以及因此FPR104、106的作用可以被颠倒：多个波长的光从多个相应的波导110耦合到FPR106中(其由此用作到AWG100的输入)并且在FPR106中被色散，以照射波导103的阵列102，并且在传播通过波导103的阵列102之后，来自所有阵列波导103的此刻混合波长的光在FPR104(现在用作AWG的输出)中被重新聚焦，其从FPR104出射到波导108中。当被实施在PIC中时，AWG易受到能够影响其波长响应的多种因素的影响，常常导致波长到输出波导的误映射。例如，由于PIC的制造公差，阵列中波导的有效指标可能不能被精确地控制到足以实现预期的波长响应。在波导尺寸小时，在AWG波导芯在厚度控制差的沉积层中时，或者在波导芯的折射率取决于材料生长或沉积条件时，与预期响应的基于制造的偏离是特别可能的。除了这些问题之外，阵列中波导的有效指标以及因此AWG作为整体的波长响应根据温度而变化。这种效应在使用具有大热光系数的波导芯材料(例如硅)的情况下特别明显，并且趋向于限制AWG能够被使用的温度范围。减少由于环境温度波动而引起的AWG响应的不期望的波长偏移、和/或补偿与期望的波长响应的基于制造的偏离的一种方法涉及主动地控制AWG的温度，然而这需要大量的功率，致使PIC效率较低。附图说明图1是可以在各种实施例中使用的AWG的示意性俯视图。图2A是根据各种实施例的耦合到AWG的输入FPR的束扫描器(sweeper)的俯视图。图2B是根据各种实施例的包括双向AWG和耦合到AWG的两个FPR的束扫描器的系统的俯视图。图3是根据各种实施例的图2A的束扫描器与AWG之间的耦合区域的特写俯视图。图4是根据各种实施例的图2的束扫描器的另一俯视图，还图示了加热区域在笔直波导区段中的放置。图5是根据各种实施例的具有设置在波导的笔直区段上方的加热器的AWG的俯视图。图6是根据各种实施例的具有多波导结构以及实施在其中的相关联的加热器和温度感测元件的SOI衬底的横截面视图。图7是根据各种实施例的设置在笔直波导区段上方的加热器的俯视细节图。图8是图7的加热器的另一俯视细节图，还图示了根据各种实施例的温度感测元件和隔热沟槽的放置。具体实施方式本文在各种实施例中描述的是用于通过向波导主动地、受控地施加热来调谐阵列中波导之间的相对相位的系统、设备和结构，例如用于调谐AWG或其他色散光栅的波长响应的目的。在一些实施例中，一个或多个加热器在AWG中被直接设置在波导附近(例如，在阵列波导上方、之间或者甚至与阵列波导部分重叠)，以赋予波导之间的增量热致相移。(通过“波导之间的增量相移”在本文中意指相邻波导之间的相移全部在相同方向上，使得累积的相移跨阵列单调地变化。在许多实施例中但不一定是所有的实施例中，相邻波导之间的增量跨阵列是恒定的)。在其他的一些实施例中，耦合到AWG的输入FPR并将光聚焦到AWG的输入FPR上的单独的多波导结构包括一个或多个加热器，以控制单独的结构的波导之间的相对相位，以便使焦点的横向位置移位，由此改变AWG的波长响应；这种单独的多波导结构在本文中被称为“束扫描器”(或简称为“扫描器”)。(本文中的“横向位置”是指沿着与总体传播方向垂直的方向的位置)。在AWG的输入处使用束扫描器而不是直接放置在AWG中的加热器是有益的，特别是在其中AWG包括大量波导使得AWG波导的直接加热能量消耗高的实施例中。比AWG本身具有更少的波导的单独的束扫描器可以允许更高效地调谐AWG波长响应。根据本文的束扫描器也可以与除了AWG之外的色散光栅一起使用，诸如与例如中阶梯光栅或垂直光栅耦合器一起使用(其中束扫描器可以用于调谐耦合束的方向)。此外，本文公开的束扫描器可以找到除了任何色散光栅之外的应用，例如在光学开关中。在这些实施例中的任何中的AWG或束扫描器中使用的加热器可以基于利用合适的温度感测元件而测量的波导温度来控制。在AWG的上下文中，术语“输入FPR”和“输出FPR”在本文中用于限定(definiteness)，并且用于参考作为解复用器操作的AWG来将它们与结构而不是功能联系起来。在这些指定的情况下，作为复用器的AWG的操作涉及在输出FPR处进入AWG并在输入FPR处离开AWG的光。以这种方式，术语“输入FPR”一致地用于指代复用(混合波长)的光被耦合到其中或从其中被耦合出来的FPR，并且术语“输出FPR”一致地用于指代解复用的光(多个单独的波长的光)从其中被耦合出来或被耦合到其中的FPR；在结构上，输出FPR可以例如借助于从其发出的多个输出波导(例如，参考图1的波导110)与输入FPR区分开。此外，在包括扫描器和AWG的实施例中，扫描器被一致地耦合到AWG的输入FPR，而不管AWG是用作解复用器(在这种情况下，光在进入AWG之前传播通过扫描器)还是用作复合器(在这种情况下，光在进入扫描器之前传播通过AWG)。注意，根据一些实施例，AWG可以是双向的，因为它展现出对称性，这允许其在任一方向上用作复用器或解复用器。在这种情况下，在波导阵列的两侧上的FPR用作输入FPR和输出FPR两者，例如通过各自连接到输入波导和多个输出波导两者。为了调谐这种双向AWG的波长响应，束扫描器可以被对称地耦合到输入FPR/输出FPR两者。根据各种实施例，AWG和/或束扫描器以及相关联的加热器被实现为SOI衬底中的PIC的一部分，SOI衬底包括硅处理部(handle)、设置在硅处理部的顶部上的掩埋氧化物层、设置在掩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n束扫描器，所述束扫描器包括：/n输入自由传播区域(FPR)，/n输出FPR，/n连接在所述输入FPR与所述输出FPR之间的至少三个波导，所述至少三个波导被配置为将在所述输入FPR处接收的并且在所述至少三个波导中从所述输入FPR向所述输出FPR传播的混合波长光聚焦在所述输出FPR的出口表面处的单个焦点处，以及/n至少一个加热器，与所述至少三个波导横向地重叠，并且被配置为赋予在所述至少三个波导中传播的所述光之间的增量相移，从而使所述焦点的横向位置移位。/n

【技术特征摘要】
20150724 US 62/196,4371.一种系统，包括：
束扫描器，所述束扫描器包括：
输入自由传播区域(FPR)，
输出FPR，
连接在所述输入FPR与所述输出FPR之间的至少三个波导，所述至少三个波导被配置为将在所述输入FPR处接收的并且在所述至少三个波导中从所述输入FPR向所述输出FPR传播的混合波长光聚焦在所述输出FPR的出口表面处的单个焦点处，以及
至少一个加热器，与所述至少三个波导横向地重叠，并且被配置为赋予在所述至少三个波导中传播的所述光之间的增量相移，从而使所述焦点的横向位置移位。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
色散光栅，所述色散光栅在所述输出FPR的所述出口表面处耦合到所述束扫描器。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述色散光栅包括阵列波导光栅(AWG)、中阶梯光栅或垂直光栅耦合器中的至少一项。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包括光学开关，所述光学开关包括所述束扫描器。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述束扫描器的所述至少三个波导在长度上均相等，并且所述束扫描器的所述至少三个波导在紧接在所述输出FPR之前的区域中、沿着从所述输出FPR的出口表面处的共同中心点发出的射线被布置。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个加热器被配置为赋予所述至少三个波导中的所有相邻波导对之间的恒定增量相移。


7.根据权利要求6所述的系统，其中所述加热器中的每个加热器被配置为将与所述至少三个波导在空间上重叠的加热区域加热到基本上均一的温度，以便赋予每单位长度加热波导的均一相移，所述加热区域被成形和定位以使得加热的波导部分在所有相邻波导对之间以恒定长度增量增加。


8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少三个波导被均一地间隔开，并且所述加热区域的形状为三角形。


9.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少三个波导之间的间距基于与所述加热器相关联的温度分布而被选择，以实现所述恒定增量相移。


10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个加热器包括加热丝，所述加热丝跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·鲍特斯，B·科赫，J·罗斯，G·A·菲什，
申请(专利权)人：瞻博网络公司，
类型：发明
国别省市：美国;US