包括两级接续器的模尺寸转换器制造技术

一种用于减小光束的模尺寸的装置和方法。在一个实施方案中，根据本发明专利技术的实施方案的装置包括被置于半导体层的第一半导体材料中的第一光波导。所述第一光波导包括被置于所述第一光波导的未锥形化外核中的倒置的锥形内核。所述倒置的锥形内核包括较小端和较大端。所述装置还包括被置于所述半导体层的第二半导体材料中的第二光波导。所述第二光波导是具有较大端和较小端的锥形光波导。所述第二光波导的所述较大端被放置为靠近所述第一光波导的所述倒置的锥形内核的所述较大端，从而光束从所述第一光波导的所述较小端被引导到所述第一光波导的所述较大端、再引导到所述第二光波导的所述较大端、再引导到所述第二光波导的所述较小端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术
技术介绍
领域本专利技术一般地涉及光学装置，并且更具体地，本专利技术涉及光波导接续器(taper)。背景信息随着国际互联网数据业务增长率正在超过语音业务，推动了对光通信的需求，对快速且高效的基于光学的技术的需求正日益增加。在密集波分复用(DWDM)系统以及吉比特(GB)以太网系统中，多个光学信道在同一光纤上的传输提供了使用由光纤光学装置提供的史无前例的容量(信号带宽)的简单方法。在系统中一般使用的光学元件包括波分复用(WDM)发射器和接收器、例如衍射光栅的光学滤波器、薄膜滤波器、光纤布拉格(Bragg)光栅、阵列波导光栅、光学分插复用器、激光器，以及光学开关。这些构建块光学元件中的很多可以在半导体器件中实现。这样，这些器件通常被连接到光纤，因此，在光纤和包含光学元件的半导体器件之间获得高效的光耦合很重要。光通常通过光纤和半导体器件中的光波导以单模传播。为了实现单模光纤和单模半导体波导器件之间的高效光耦合，三维的锥形波导或模(mode)尺寸转换器很重要，因为和光纤模尺寸相比，半导体波导器件通常具有更小的模尺寸。这通常是因为半导体波导系统大的折射率差异(index contrast)和针对器件性能所需的较小波导尺寸，所述器件性能例如硅基光子器件(photonic device)中的高速度。先前在三维锥形波导或模尺寸转换器上的尝试包括各种锥形化方案以及例如基于要求复杂的蚀刻工艺的灰度(gray scale)光刻技术的制造方法。其他的尝试包括很难与电气上活跃的光子器件工艺结合的锥形方法，所述工艺一般涉及很多后端工艺步骤。附图简要说明在附图中通过实施例而非限制来说明本专利技术。附图说明图1是根据本专利技术教导的锥形波导的一个实施方案的图示，所述锥形波导包括具有倒置的锥形内核(inner core)的第一光波导和被锥形化的第二光波导。图2是根据本专利技术教导的锥形波导的一个实施方案的侧视图，示出通过具有倒置的锥形内核的第一光波导和锥形化的第二光波导传播的光束的模。图3是根据本专利技术教导的锥形波导器件的倒置锥形内核的较小端或尖端端面(tip end)的一个实施方案的剖视图。图4是示出光耦合损耗和根据本专利技术教导的锥形波导器件的倒置锥形内核的较小端的一个实施方案的尖端宽度(tip width)之间的关系的图。图5是根据本专利技术教导的锥形波导器件的倒置锥形内核的较大端的一个实施方案的剖视图。图6是根据本专利技术教导的被锥形化的第二光波导的较大端的一个实施方案的剖视图。图7是根据本专利技术教导的被锥形化的第二光波导或第三光波导的较小端的一个实施方案的剖视图，示出在光束的光学模已经收缩之后的所述光束。图8是根据本专利技术实施方案的系统的一个实施方案的框示，所述系统包括半导体器件的一个实施方案，所述半导体器件包括锥形波导器件和光子器件。详细描述公开了利用锥形波导器件减小或者收缩光束的模尺寸的方法和装置，所述锥形波导器件包括具有倒置的锥形内核的第一光波导和被锥形化的第二光波导。在下面的描述中，给出了很多具体细节，以提供对本专利技术透彻的理解。但是，对于本领域普通技术人员将很清楚，实践本专利技术无需采用这些具体细节。此外，为了避免模糊本专利技术，没有详细描述公知的材料或者方法。在整篇说明书中提及“一个实施方案”或“实施方案”表示结合该实施方案描述的特定特征、结构或者特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”在本说明书中各处，的出现不一定全都指同一个实施方案。而且，所述特定特征、结构或者特性可以在一个或更多个实施方案中以任何适当的方式组合。此外要理解，这里提供的附图是用于向本领域普通技术人员解释的目的，并且这些图不一定按比例绘制。此外，还要理解，这里所示出的具体尺寸、折射率值、材料等等是为了解释的目的而提供，并且，根据本专利技术的教导，也可以使用其他适合的尺寸、折射率值、材料等等。在本专利技术的一个实施方案中，公开了一种新颖的锥形波导器件，所述器件包括具有倒置的锥形内核的第一光波导和被锥形化的第二光波导。所公开的锥形波导器件的实施方案具有低光耦合损耗，并且可以与基于半导体的小型化单模波导一起应用，使与基于半导体的光子器件的高速工作能进行，所述光子器件例如硅基光学调制器、微环谐振器(micro-ring resonator)、光子带隙器件，等等。在本专利技术的一个实施方案中，锥形波导器件包括氮氧化硅(SiON)波导接续器，所述接续器与锥形硅脊形波导(tapered silicon rib waveguide)一起单片集成在半导体层中，以收缩光束的模尺寸。为了说明，图1示出根据本专利技术教导被置于半导体材料中的锥形波导器件101的一个实施方案。如所绘出的实施方案中所示，锥形波导器件101被置于半导体层中，并且包括第一光波导103和第二光波导109。在一个实施方案中，第一光波导包括被置于未锥形化外核(outer core)105中的倒置锥形内核107。在所示出的实施方案中，倒置的锥形内核107是带状波导(strip waveguide)，并且包括尖端或较小端119以及较大端121。在一个实施方案中，倒置的锥形内核107和未锥形化外核105由例如SiON的第一半导体材料制成。具体来说，在一个实施方案中，倒置的锥形内核107包括具有例如n≈1.8的折射率的SiON，并且未锥形化外核105包括具有例如n≈1.46的折射率的SiON。在一个实施方案中，第一光波导103的倒置的锥形内核107和未锥形化外核105被具有例如n≈1.44的折射率的氧化物覆盖。继续在图1中描绘的实施方案，第二光波导109是具有较大端123和较小端125的锥形光波导。在一个实施方案中，第二光波导是脊形波导，并且第二光波导109的较大端123被放置为靠近倒置锥形内核107的较大端121。在一个实施方案中，第二光波导的较小端125被放置为靠近置于同一半导体层中的第三光波导111。在一个实施方案中，第三光波导111是脊形波导。在一个实施方案中，第二和第三光波导109和111均由第二半导体材料制成，所述第二半导体材料例如硅(Si)，具有例如n≈3.48的折射率。在工作中，图1的示例性实施方案示出，光纤113在靠近倒置的锥形内核107的较小端119处将光束115导入锥形波导器件101的第一光波导103。在一个实施方案中，较小端119的尖端宽度足够小，以便当光束115被导入第一光波导103时，基本上光束115的全部被导入未锥形化外核105。如将要讨论的那样，根据本专利技术的教导，倒置的锥形内核107的较小端119相对小的尖端宽度导致展现出足够小的光耦合损耗的锥形波导器件101。在一个实施方案中，在SiON被包括在第一光波导103的倒置的锥形内核107和未锥形化外核105中的情况下，倒置的锥形核107的较小端119的尖端宽度约等于0.08μm，并且较小端119的尖端高度约等于1μm。要理解，在各种实施方案中，根据本专利技术的教导，倒置的锥形内核107可以被线性地、非线性地或分段线性地锥形化。继续所描述的实施例，当光束115沿着第一光波导103从较小端119向着较大端121传播时，基本上光束115的全部从未锥形化外核105被导入倒置的锥形内核107中，因为倒置的锥形内核107具有比未锥形化外核1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：被置于半导体层的第一半导体材料中的第一光波导，所述第一光波导包括被置于所述第一光波导的未锥形化外核中的倒置的锥形内核，其中，所述倒置的锥形内核包括较小端和较大端；以及被置于所述半导体层的第二半导体材料中的第二 光波导，其中，所述第二光波导是具有较大端和较小端的锥形光波导，其中，所述第二光波导的所述较大端被放置为靠近所述第一光波导的所述倒置的锥形内核的所述较大端，从而光束从所述第一光波导的所述较小端被引导到所述第一光波导的所述较大端、再引导到所述第二光波导的所述较大端、再引导到所述第二光波导的所述较小端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A刘，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]