具有非对称宽度的序列波导的光电探测器制造技术

描述了具有非对称宽度波导的光学结构的各种配置。光电探测器可以包括具有不同宽度的平行波导，这些波导可以通过无源波导连接。一个或多个光吸收区域可以接近波导，以吸收通过一个或多个平行波导传播的光。在偏振分集光接收机中，具有非对称宽度波导的多个光电探测器可操作为在不同模式下对光进行转换。

【技术实现步骤摘要】
具有非对称宽度的序列波导的光电探测器
本公开一般涉及光学设备，并且更特别地涉及包含波导的光学设备。
技术介绍
由于诸如偏振相关损耗(PDL)或偏振相关增益之类的偏振相关效应，一些光学设备会出现信号失真。一些传统方法试图针对不同偏振状态通过在设备内使用不同的光学元件和光路来减轻PDL。然而，这样的解决方案对设备的带宽能力造成了不利影响，并增加了设备的尺寸。附图说明以下描述包括对具有图示的附图的讨论，该图示通过本公开实施例的实现的示例的方式给出。附图应该通过示例的方式而非限制的方式来理解。如本文所使用的，对一个或多个“实施例”的参考应被理解为对包含在本专利技术的至少一个实现中的特定特征、结构或表征进行描述。因此，本文中出现的诸如“在一个实施例中”或“在替换实施例中”等短语描述了本专利技术的各种实施例和实现，而并不必需都涉及同一实施例。然而，它们也不必需相互排斥。为了易于识别对任何特定元素或动作的讨论，附图标记中最显著的一个或多个数字指代第一次引入该元素或动作的附图号(“图号”)。图1示出了根据一些示例实施例的具有序列波导的光电探测器。图2示出了根据一些示例实施例的光电探测器的截面。图3示出了根据一些示例实施例的呈并行配置的光接收机。图4示出了根据一些示例实施例的同向传播的光电探测器。图5示出了根据一些示例实施例的具有光电探测器的示例光接收机，该光电探测器具有不同的光学元件顺序。图6示出了根据一些示例实施例的呈组配置的示例光接收机。图7示出了根据一些示例实施例的呈串接配置的示例高速光接收机。图8示出了根据一些示例实施例的用于电连接不同光电探测器的示例电气架构。图9示出了根据一些示例实施例的使用不同宽度的序列波导对光进行转换的方法的流程图。图10是根据本公开实施例的包括一个或多个光学器件的系统的图示。下文是对一些细节和实现的描述，其包括可能对以下描述的实施例的部分或全部加以描绘的所述附图的描述，以及在此提供的本专利技术构思的其他潜在实施例或实现的讨论。以下提供了本公开的实施例的概述，随后参照附图进行更详细地描述。具体实施方式出于解释的目的，在以下描述中列出了大量的具体细节，以便对本专利技术主题的各种实施例提供理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本专利技术主题的实施例。通常，不需要详细地显示已知的指令实例、结构和技术。在偏振分集光子集成电路(polarizationdiversityphotonicintegratedcircuit或PIC)接收机中，从单模光纤接收的光的偏振是未知的，并且由于诸如单模光纤的温度变化或振动之类的不同原因而可以表现出可变的偏振。在一些配置中，偏振分集PIC接收机将光分成用于正交输入偏振的两条不同路径。两条不同路径的光承受相同的光学功能，例如光电探测器(例如，吸收半导体台面(semiconductormesa))在每条路径上以实质上相同的响应性对光进行转换。响应性是由光电探测器对所接收到的光进行吸收所导致的光电流与进入光电探测器的总光功率的比率。针对其中硅波导被用于光路由和滤波功能，以及诸如III-V外延生长晶体之类的其他材料被用作光电探测器台面的异构硅光子平台(heterogeneoussiliconphotonics)而言，过程设计配置(processdesignconfiguration)可以使得硅波导的最小宽度比III-V光电探测器台面的最小宽度要窄得多。在光电二极管台面的设计中，在提高响应性和器件速度之间会进行权衡；而这两个参数的优化受III-V光电探测器台面的最小宽度的限制。尽管增加光电探测器的光吸收面积可以提高响应性(例如，增加光电探测器从附近波导吸收的光的比例)，但面积的增加也增加了设备的电容，这使得光电探测器的电阻-电容(RC)的时间常数有所降级。如果有可能使III-V光电探测器台面如同硅波导的那样窄，那么对响应性和器件速度的同时且更好优化将是可能的。为此，高速光电探测器可以通过以下方式在限制器件电容的同时来提高响应性，该方式即通过实施在同一光吸收层(例如，III-V光电探测器台面)下设置的两个平行波导，这有效地将与单个III-V光电探测器台面相互作用的光的吸收长度翻倍，以及最小化或消除了由于III-V光电探测器台面和硅波导的最小宽度的不同所导致的对响应性和器件速度进行优化的代价。两个平行波导具有不同的宽度，以避免两个波导之间的光耦合。在一个示例实施例中，两个平行波导通过无源波导连接。在该示例实施例中，在光束沿着第一波导传播时，光吸收层部分地吸收该光束，并且在光束通过无源波导的方式沿着第二光导传播时，进一步地部分吸收该同一光束。在一些示例实施例中，偏振分集PIC接收机包括第一高速光电探测器和第二高速光电探测器，它们并行工作以处理处于不同偏振状态的多束光。在一些示例实施例中，偏振分集PIC接收机包括第一高速光电探测器和第二高速光电探测器，它们以串接布置进行工作，以处理处于不同偏振状态的多束光。光电探测器所产生的电信号可以通过公共电接触进行合并。图1示出了根据一些实施例的从顶部可见的光电探测器100(例如，光电二极管)。光电探测器100包括光吸收层115(例如，半导体台面、III-V外延、II-VI外延)，该光吸收层115设置在两个波导105和110(例如，硅波导、金刚石波导)上方。在图1的示例实施例中，两个波导105和110通过无源波导环路120(例如，路由、延迟)序列连接。输入到光电探测器100的光在其沿着第一波导105(“W1”)传播时部分地被光吸收层115吸收，并且进一步地在其经由波导环路120沿第二波导110(“W2”)行进时部分地被光吸收层115吸收。以这种方式，相同的光在光吸收层115通过两次，从而使光与光吸收层115之间的相互作用长度L翻倍，而不增加光吸收层115的面积和电容。如这里所使用的，波导是序列的(即，按序列)，即光束经历两个连续的吸收事件(例如，经由W1的第一吸收事件和经由W2的第二吸收事件)。在一些示例实施例中，序列波导可以在两个以串接方式进行工作的光电探测器之间进行划分。例如，第一吸收事件W1可以发生在第一光电探测器中，以及第二吸收事件W2可以发生在第二光电探测器中，其中第一和第二光电探测器呈串接布置，如下面参照图7进一步详细讨论地。光吸收层115的顶部是第一类型的掺杂半导体(例如，p型、n型)的电接触，如由光吸收层115中的正向对角线阴影所表示的。光电探测器100还包括作为第二类型的掺杂半导体的电接触125的半导体区域，如由电接触125中的反向对角线阴影所表示的，所述第二类型的掺杂半导体与所述第一类型(例如p型、n型)相反。光吸收层可以包括半导体材料的竖直堆叠，其从上至下包括第一类型的掺杂半导体、本征(未掺杂的)半导体和第二类型的掺杂半导体。第二类型的掺杂半导体可以跨吸收层115和电接触125水平地延伸。光吸收层115和电接触125协同作用，以将在波导105和110中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于转换光的方法，所述方法包括：/n使用光学结构接收光束，所述光学结构包括不同宽度的序列波导，所述序列波导包括第一波导和第二波导，所接收到的光束从所述第一波导传播至所述第二波导，所述第二波导具有与所述第一波导不同的宽度；以及/n通过使用与所述序列波导中的一个或多个波导接近的光吸收层对光进行转换来产生电流。/n

【技术特征摘要】
20181227 US 16/233,4981.一种用于转换光的方法，所述方法包括：
使用光学结构接收光束，所述光学结构包括不同宽度的序列波导，所述序列波导包括第一波导和第二波导，所接收到的光束从所述第一波导传播至所述第二波导，所述第二波导具有与所述第一波导不同的宽度；以及
通过使用与所述序列波导中的一个或多个波导接近的光吸收层对光进行转换来产生电流。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光吸收层接近所述第一波导和所述第二波导，以及其中所述光吸收层对在所述第一波导和所述第二波导中的光进行转换。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述光学结构呈平行配置，所述光学结构还包括具有不同宽度的第三波导和第四波导，以及与所述光吸收层平行的附加光吸收层，所述附加光吸收层接近所述第三波导和第四波导。


4.根据权利要求3所述的方法，还包括：
使用所述光学结构接收附加光，所述附加光从所述第三波导传播到所述第四波导；以及
使用所述附加光吸收层，通过对所述第三波导和所述第四波导中的所述附加光进行转换而产生附加电流。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
将初始光分为所述光和所述附加光，所述光和所述附加光具有不同偏振状态；以及
通过将所述电流与所述附加电流相合并而产生合并电流。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学结构为串接配置，所述光学结构还包括具有不同宽度的第三波导和第四波导，以及与所述光吸收层接近的附加光吸收层；
其中所述光吸收层接近所述第一波导和所述第四波导，以及所述附加光吸收层接近所述第二波导和所述第三波导；以及
其中通过使用所述光吸收层对所述第一波导和所述第四波导中的光进行转换而产生所述电流。


7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
接收附加光束，所述附加光束从所述第三波导传播到所述第四波导；以及
使用所述附加光吸收层，通过对所述第三波导和所述第四波导中的光进行转换而产生附加电流。


8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一波导与所述第三波导具有相同的宽度以及所述第二波导与所述第四波导具有相同的宽度。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学结构为组配置，所述光学结构还包括第三波导和第四...

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