具有竖直锥化的波导的绝热耦合光子系统技术方案

在示例中，光子系统和方法包括光子集成电路(PIC)，该光子集成电路包括硅(Si)波导和第一氮化硅(SiN)波导。该系统还包括中介层，该中介层包括第二SiN波导，该第二SiN波导通过以下操作在第二SiN波导上包括竖直锥形部：在朝向第一SiN波导的方向上增加第二SiN波导的厚度以允许绝热光模式转移，并在离开第一SiN波导的方向上减小第二SiN波导的厚度以抑制光模式转移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有竖直锥化的波导的绝热耦合光子系统相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月6日提交的美国临时专利申请第62/595,463号的权益和优先权，该美国临时专利申请通过引用并入本文中。
本文所讨论的实施方式涉及多级绝热耦合光子系统。
技术介绍
除非本文另外指出，否则本文所描述的材料不是本申请的权利要求的现有技术，并且不会由于被包括在本部分中而被承认是现有技术。一种将光耦入或耦出硅(Si)光子集成电路(PIC)的常见解决方案包括平面耦合器或边缘耦合器。可以实现从SiPIC的边缘开始的边缘耦合以将光耦入或耦出SiPIC。然而，边缘耦合可能需要可能对由于制造公差引起的导致不可接受的效率的变化敏感的部件外形。本文所要求保护的主题不限于解决任何缺点的实施方式或者仅在诸如上述环境的环境中操作的实施方式。确切地，提供此背景仅用于示出可以实践本文所描述的一些实施方式的一个示例

技术实现思路
提供本
技术实现思路
以以简化的形式介绍一系列构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。本文所描述的一些示例实施方式总体上涉及两级绝热耦合光子系统。在示例实施方式中，光子系统包括光子集成电路(PIC)，该光子集成电路包括硅(Si)波导和第一氮化硅(SiN)波导。光子系统还可以包括中介层(interposer)，该中介层包括第二SiN波导，该第二SiN波导通过以下操作在第二SiN波导上包括竖直锥形部(taper)：在朝向第一SiN波导的方向上增加第二SiN波导的厚度以允许光模式转移，并在离开第一SiN波导的方向上减小第二SiN波导的厚度以抑制光模式转移。Si波导可以包括第二横向锥形部以允许从Si波导到第一SiN波导的光模式转移。此外，第一SiN波导可以包括第一横向锥形部，以允许从第一SiN波导到第二SiN波导的光模式转移。中介层的第二SiN波导上的竖直锥形部可以离开PIC的第一SiN波导而减小厚度，以不允许从第一SiN波导到第二SiN波导的光模式转移。在另一示例实施方式中，光子系统可以包括硅(Si)波导，该硅(Si)波导在终端上包括第一横向锥形部，该Si波导被配置成以光模式传播光信号。该系统还可以包括第一氮化硅(SiN)波导，该第一氮化硅波导包括非锥形部分，该非锥形部分被配置成对来自Si波导的横向锥形部的光信号进行绝热地光耦合，该第一SiN波导还在终端上包括第二横向锥形部。该系统还可以包括第二SiN波导，该第二SiN波导包括第一竖直锥形部以增加第二SiN波导的厚度，该第一竖直锥形部被配置成将光信号从第一SiN波导绝热耦合至第二SiN波导，第二SiN波导还包括第二竖直锥形部以减小第二SiN波导的厚度，从而抑制与第一SiN波导的光耦合。该系统还可以包括第三SiN波导，该第三SiN波导被配置成对来自第二SiN波导的信号进行光耦合。此外，Si波导和第一SiN波导可以被配置为光子集成电路(PIC)的一部分，并且第二SiN波导和第三SiN波导可以被配置为用于与PIC耦合的中介层的一部分。另外，第二SiN波导和第三SiN波导可以包括被配置成呈现用于将光信号光纤耦合至光纤的低对比的部分。第二SiN波导可以在约20nm至约250nm的厚度之间竖直锥化。第二SiN波导和第三SiN波导可以分隔开约1μm的距离。在又一实施方式中，一种方法包括在包括有第一横向锥形端的硅(Si)波导中传播光信号。另外，该方法可以包括：首先，将光信号从Si波导的第一横向锥形端光耦合至包括有第二横向锥形端的第一氮化硅(SiN)波导。此外，该方法可以包括：其次，响应于第二SiN波导在第一SiN波导的第二横向锥形端附近被竖直锥化至增加的厚度，将光信号从第一SiN波导的第二横向锥形端光耦合至第三SiN波导。另外，该方法还可以包括：再者，响应于第二SiN波导离开第一SiN波导而竖直，将光信号从第二SiN波导光耦合至第三SiN波导。另外，第二SiN波导和第三SiN波导可以是高对比波导，其中，第二SiN波导具有约250nm的厚度且第三SiN波导具有约20nm的厚度，并且第二SiN波导和第三SiN波导分隔开约1μm的距离。本专利技术的附加特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地根据该描述将是明显的，或者可以通过本专利技术的实践而获知。本专利技术的特征和优点可以借助于所附权利要求书中特别指出的仪器和组合来实现和获得。根据以下描述和所附权利要求书，本专利技术的这些特征和其他特征将变得更加完全明显，或者可以通过在下文中所阐述的本专利技术的实践来获知。附图说明为了进一步阐明本专利技术的以上及其他优点和特征，将通过参照在附图中示出的本专利技术的具体实施方式来呈现对本专利技术的更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了本专利技术的典型的实施方式，并且因此不应认为是对本专利技术的范围的限制。通过使用附图，将以附加的特征和细节来描述和说明本专利技术。图1是示例光电系统(以下称为“系统”)的立体图。图2是图1的示例两级绝热耦合光子系统(以下称为“光子系统”)的侧视图。图3A至图3G包括图1和图2中的光子系统的各部分的各种视图。图4包括中介层波导带中的模拟光模式的图形表示。图5A至图5B示出了与波导的锥形部中出现的有效折射率和模式有关的图。图6示出了针对系统中的波导，锥形部长度与耦合效率的比较。图7示出了系统中第一SiN波导的末端尺寸相对于与第二SiN波导的耦合损耗的影响。图8包括图1和图2中的光子系统的根据另一实施方式的各部分的视图。图9示出了用于将中介层耦合至PIC的结合过程。图10示出了用于将光信号从PIC耦合至SMF的方法。具体实施方式本文所描述的一些实施方式总体上涉及光从硅(Si)波导到中间氮化硅(SixNy，在本文中通常称为SiN)波导并且然后从SiN波导到中介层波导(例如，聚合物或高折射率玻璃波导)的绝热耦合，或者光从中介层波导到SiN波导并且然后从SiN波导到硅(Si)波导的绝热耦合。为了便于在下面的讨论中参考，通常在单个Si波导至SiN波导至中介层波导耦合的背景下讨论绝热耦合，但是应当理解，在给定系统中可以包括多个这样的耦合。Si波导可以具有第一光模式尺寸，第一SiN波导可以具有基本上大于第一光模式尺寸的第二光模式尺寸，并且中介层波导可以具有基本上大于第二光模式尺寸的第三光模式尺寸。例如，第一光模式尺寸可以为约0.3μm，或者在0.25μm至0.5μm的范围内；第二光模式尺寸可以为约1μm，或者在0.7μm至3μm的范围内；并且第三光模式尺寸可以为约10μm，或者在8μm至12μm的范围内。第三光模式尺寸可以基本上类似于标准的单模光纤的光模式尺寸。例如，标准的单模光纤可以具有基本上类似于第三光模式尺寸的约10μm的光模式尺寸。Si波导可以被倒锥化至约80纳米(nm)的宽度以增加光模式的尺寸并将其带入Si波导的包层中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子系统，包括：/n光子集成电路(PIC)，其包括第一氮化硅(SiN)波导；以及/n中介层，其包括第二SiN波导，所述第二SiN波导通过在朝向所述第一SiN波导的方向上增加厚度来竖直锥化，以允许在所述第一SiN波导之间进行绝热光模式转移并且通过在离开所述第一SiN波导的方向上减小厚度来竖直锥化，以允许在所述第二SiN波导与第三SiN波导之间进行绝热光模式转移。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171206 US 62/595,4631.一种光子系统，包括：
光子集成电路(PIC)，其包括第一氮化硅(SiN)波导；以及
中介层，其包括第二SiN波导，所述第二SiN波导通过在朝向所述第一SiN波导的方向上增加厚度来竖直锥化，以允许在所述第一SiN波导之间进行绝热光模式转移并且通过在离开所述第一SiN波导的方向上减小厚度来竖直锥化，以允许在所述第二SiN波导与第三SiN波导之间进行绝热光模式转移。


2.根据权利要求1所述的光子系统，还包括：Si波导，所述Si波导在一端处包括锥形部，以在所述Si波导与所述第一SiN波导之间对光进行绝热耦合。


3.根据权利要求1所述的光子系统，其中，所述中介层的所述第二SiN波导在厚度减小之后终止。


4.根据权利要求1所述的光子系统，其中，所述第一SiN波导包括第一横向锥形部，以允许在所述第一SiN波导与所述第二SiN波导之间进行光模式转移。


5.根据权利要求1所述的光子系统，其中，所述第三SiN波导邻近所述第二SiN波导，所述第三SiN波导被配置成允许在所述第二SiN波导与所述第三SiN波导之间进行光模式转移。


6.根据权利要求5所述的光子系统，其中，在所述第二SiN波导和所述第三SiN波导被配置为高对比波导，其中所述第二SiN波导和所述第三SiN波导分别具有约250nm和20nm的厚度且间隔开约1μm的情况下，所述第二SiN波导和所述第三SiN波导被配置成促进与所述第一SiN波导的光模式转移。


7.根据权利要求6所述的光子系统，其中，在所述第二SiN波导和所述第三SiN波导被配置为低对比波导，其中所述第二SiN波导和所述第三SiN波导分别具有约20nm的厚度且间隔开约1μm的情况下，所述第二SiN波导和所述第三SiN波导被配置成抑制与所述第一SiN波导的光模式转移。


8.根据权利要求1所述的光子系统，其中，
所述第一SiN波导包括具有第一有效折射率n1的锥形端；并且
所述第二SiN波导和所述第三SiN波导一起形成两端处的有效折射率n2的第一低折射率对比部分和第二低折射率对比部分、所述第一低折射率对比部分与所述第二低折射率对比部分之间的第三高折射率对比部分，所述第三高折射率对比部分具有第三有效折射率n3和竖直锥形部，所述竖直锥形部将所述第一低折射率对比部分与所述第二低折射率对比部分绝热地耦合至所述第一低折射率对比部分与所述第二低折射率对比部分之间的所述第三高折射率对比部分，
其中，n3接近n1且n3>n2，并且所述第一SiN波导的锥形端光耦合至所述中介层的所述第三高折射率对比部分。


9.一种光子系统，包括：
硅(Si)波导，其在终端上包括第一横向锥形部，所述Si波导被配置成以光模式传播光信号；
第一氮化硅(SiN)波导，其包括非锥形部分，所述非锥形部分被配置成对来自所述Si波导的所述第一横向锥形部的光信号进行绝热地...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·马格雷夫特，李珍亨，贝恩德·许布纳，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国;US