利用波导结构和集成光学耦合器进行光通信的装置、方法和系统制造方法及图纸

本文公开了用于将光子集成电路(PIC)芯片经由平面光波导结构光学耦合至光纤的技术和机制。在实施例中，PIC芯片包括集成电路设备、光子波导以及经由光子波导耦合至集成电路设备的集成边缘取向耦合器(IEC)。该PIC芯片形成所述IEC的相应发散透镜表面，所述IEC均位于所述光子波导中的对应光子波动的相应末端处。与IEC相邻的平面光波导结构包括光学耦合在该PIC芯片与光纤阵列之间的芯。在另一个实施例中，PIC的边缘形成台阶结构，其中，该台阶结构的上部部分包括多个共平面的IEC并且该台阶结构的下部部分延伸超过所述多个共平面的IEC。构的下部部分延伸超过所述多个共平面的IEC。构的下部部分延伸超过所述多个共平面的IEC。

【技术实现步骤摘要】
利用波导结构和集成光学耦合器进行光通信的装置、方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请与同时提交的序列号待定的美国专利申请有关，该美国专利申请是2021年6月25日提交的、专利技术名称为“用于利用光子集成电路芯片和横向取向透镜结构进行光通信的装置、方法和系统(DEVICE,METHOD AND SYSTEM FOR OPTICAL COMMUNICATION WITH A PHOTONIC INTEGRATED CIRCUIT CHIP AND A TRANSVERSE ORIENTED LENS STRUCTURE)”，该美国专利申请被转让给了当前主张保护的主题的受让人，并且通过引用被并入本文。


[0003]本公开总体上涉及光子装置，并且更具体地但非排他地涉及促进波导结构与由光子集成电路芯片形成的沿边缘取向的透镜的光学耦合的结构。

技术介绍

[0004]在光通信中，信息是通过光载波传输的，光载波的频率通常处于电磁波谱的可见光或近红外区域中。具有这样的高频率的载波有时被称为光信号、光载波或光波信号。典型的光通信网络包括几条光纤，每条光纤可以包括几条信道。信道是电磁信号的专用频带，并且有时被称为波长。
[0005]当今的技术进步包括光子集成电路(PIC)芯片的级别上的光通信。这是因为PIC具有在计算机系统中具有吸引力的尺寸优势。诸如激光器、调制器和检测器的光学光子装置通常被制作到绝缘体上硅(SOI)晶圆上，所述晶圆接下来被单个化以形成PIC芯片。PIC芯片的硅波导通常被设计为具有亚微米截面，从而允许有源装置和无源装置的密集集成，以实现更高的速度和更低的驱动功率。光栅结构通常充当光学模式转换器(OMC)，以在PIC芯片的硅波导与光纤之间提供光学耦合。
[0006]随着后续各代半导体技术在尺寸以及速度和其他能力方面的持续缩放，可以预见到越来越多的费用会被投入到对用于在不同装置之间提供光信号通信的技术的改进上。
附图说明
[0007]在附图的图示中通过举例方式而非限制方式例示了本专利技术的各种实施例，并且在附图中：
[0008]图1A示出了根据实施例的包括光子集成电路(PIC)的封装装置的截面侧视图。
[0009]图1B以透视图示出了图1A中表示的封装装置的结构。
[0010]图2示出了根据实施例的促进PIC芯片与波导之间的光学耦合的方法的特征。
[0011]图3示出了根据实施例的在PIC与波导之间提供光学耦合的组件的透视图。
[0012]图4A、图4B示出了均根据对应实施例的相应PIC的特征。
[0013]图5A到图5F均示出了根据实施例的提供PIC的圆柱形透镜的相应处理阶段的截面
视图。
[0014]图6A到图6C均示出了根据对应实施例的对PIC和波导进行光学耦合的相应组件的相应视图。
[0015]图7A示出了根据实施例的将PIC光学耦合至波导的组件的分解视图。
[0016]图7B通过截面顶视图示出了图7A中表示的组件的结构。
[0017]图8A、图8B均示出了根据对应实施例的将PIC经由波导光学耦合至光纤的相应组件的特征。
[0018]图9示出了根据实施例的在PIC的集成波导结构与光纤阵列之间提供光学耦合的组件的透视图。
[0019]图10是示出了根据一个实施例的计算装置的功能框图。
[0020]图11是根据一个实施例的示出了示例性计算机系统的功能框图。
[0021]图12是实施一个或多个实施例的内插器的截面视图。
具体实施方式
[0022]本文论述的实施例以各种方式提供了用于将光子集成电路(PIC)芯片的透镜结构经由有别于该PIC的波导耦合至光纤的技术和机制。本文描述的技术可以被实施到一种或多种电子装置中。可以利用本文描述的技术的电子装置的非限制性示例包括任何种类的移动装置和/或固定装置，例如相机、蜂窝电话、计算机终端、台式计算机、电子阅读器、传真机、资讯站、膝上型计算机、上网本计算机、笔记本计算机、因特网装置、支付终端、个人数字助理、媒体播放器和/或记录仪、服务器(例如，刀片服务器、机架安装服务器、它们的组合等)、机顶盒、智能电话、平板个人计算机、超便携个人计算机、有线电话以及它们的组合等。更一般地，本文描述的技术可以被采用到各种各样的包括PIC的电子装置中的任何电子装置中，该PIC被耦合至衬底，从而容纳经由波导在光纤与由在该PIC的边缘处形成的圆柱形透镜之间的光学耦合。
[0023]在下文的描述中将讨论很多细节，以提供对本公开的实施例的更加透彻的解释。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他情况下，公知的结构和装置被以框图的形式而非详尽的方式示出，以便避免使本公开的实施例难以理解。
[0024]注意，在实施例的对应附图中，用线表示信号。一些线可能较粗，以指示更高数量的构成信号路径，和/或在一端或多个端具有箭头，以指示信息流的方向。这样的指示并非意图进行限制。相反，这些线是结合一个或多个示例性实施例使用的，以促进对电路或逻辑单元的更容易的理解。任何所表示的信号(根据设计需要或者偏好而指定的)可以实际上包括一个或多个信号，所述信号可以沿任一方向传播，并且可以是利用任何适当类型的信号方案实施的。
[0025]在说明书中通篇采用的以及在权利要求中采用的术语“连接”是指被连接的事物之间的直接连接，例如电、机械或磁连接，而没有任何中间装置。术语“耦合”是指直接或间接连接，例如被连接的事物之间的直接电、机械或磁连接或者通过一个或多个无源或有源中间装置的间接连接。术语“电路”或“模块”可以指被布置为相互协作以提供预期功能的一个或多个无源和/或有源部件。术语“信号”可以指至少一个电流信号、电压信号、磁信号或
者数据/时钟信号。“一”和“所述”的含义包括复数个引述对象。“在
……
中”的含义包括“在
……
中”和“在
……
上”。
[0026]术语“装置”可以根据该术语的使用语境泛指设备。例如，装置可以指层或结构的堆叠体、单个结构或层、具有有源和/或无源元件的各种结构的连接等。一般而言，装置是具有沿x
‑
y
‑
z笛卡尔坐标系的x
‑
y方向的平面以及沿所述坐标系的z方向的高度的三维结构。装置的平面也可以是包括该装置的设备的平面。
[0027]术语“缩放”是指将设计(示意图和布局)从一种工艺技术转换至另一种工艺技术，并且随后布局面积被减小。术语“缩放”一般还指降低同一技术节点内的布局和装置的尺寸。术语“缩放”还可以指相对于另一参数(例如，电源电平)调整(例如，放慢或者加快，即，分别为缩减或放大)信号频率。
[0028]术语“基本上”、“接近”、“大致”、“附近”和“大约”一般是指处于目标值的+/
‑
10％以内。例如，除非在明确的使用语境中另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于传送光信号的光子装置，所述光子装置包括：封装衬底；以及在所述封装衬底的第一区域之上延伸的光子集成电路(PIC)芯片，所述PIC芯片包括：多个共平面的光子波导；以及多个共平面的集成边缘取向耦合器(IEC)，其中，所述多个共平面的IEC中的各个IEC均端接所述共平面的光子波导中的相应光子波导，并且所述多个共平面的IEC中的各个IEC具有在至少部分厚度上基本上平直的相应发散透镜表面；其中，所述光子装置的平面光波导结构在所述封装衬底的第二区域之上延伸，所述平面光波导结构包括芯，其中，所述芯的边缘与所述多个共平面的IEC相邻。2.根据权利要求1所述的光子装置，其中，所述平面光波导结构是耦合至独立于所述PIC的所述封装衬底的波导预制件。3.根据权利要求1所述的光子装置，其中，所述PIC包括所述平面光波导结构。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的光子装置，其中：所述PIC形成台阶结构；所述台阶结构的上部部分包括所述多个共平面的IEC；所述台阶结构的下部部分延伸超过所述多个共平面的IEC；并且所述平面光波导结构与所述下部部分重叠。5.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的光子装置，其中：所述平面光波导结构的所述边缘包括多个表面凹陷；并且所述多个表面凹陷中的各个表面凹陷均与所述多个共平面的IEC中的对应IEC对接。6.根据权利要求5所述的光子装置，其中，所述多个表面凹陷中的各个表面凹陷具有与所述多个共平面的IEC的相应发散透镜表面的轮廓互补的轮廓。7.根据权利要求6所述的光子装置，其中，所述多个表面凹陷中的各个表面凹陷均在所述芯的至少部分厚度上形成相应的基本上平直的表面。8.根据权利要求7所述的光子装置，其中，所述多个表面凹陷中的各个表面凹陷延伸穿过所述平面光波导结构的底部包层的整个厚度。9.根据权利要求5所述的光子装置，其中，所述平面光波导结构的所述边缘是第一边缘，并且所述多个表面凹陷是第一多个表面凹陷，其中，所述平面光波导结构的与所述第一边缘相对的第二边缘包括第二多个凹透镜表面。10.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的光子装置，其中，所述平面光波导结构的所述边缘是第一边缘，所述光子装置还包括与所述平面光波导结构的与所述第一边缘相对的第二边缘相邻的多条光纤。11.一种用于传送光信号的光子集成电路(PIC)芯片，所述PIC芯片包括：衬底；在所述衬底的平面之上的材料的厚度内的多个共平面的光子波导；以及多个共平面的集成边缘取向耦合器(IEC)，其中，所述多个共平面的IEC中的各个IEC均端接所述共平面的光子波导中的相应光子波导，并且具有在至少部分所述厚度上基本上平直的相应发散透镜表面；其中：
所述PIC形成台阶结构；所述台阶结构的上部部分包括所述多个共平面的IEC；并且所述台阶结构的下部部分延伸超过所述多个共平面的IEC。12.根据权利要求11所述的PIC芯片，还包括平面光波导结构，所述平面光波导结构包括芯，其中，所述芯的边缘与所述多个共平面的IEC相邻。13.根据权利要求11或权利要求12所述的PIC芯片，其中，所述多个共平面的IEC的第一发散透镜表面包括关于所述第一发散透镜表面的主轴对称分布的多个分立的衍射边缘小面，并且其中，所述边缘小面中的各个边缘小面是基本上平直的。14.根据权利要求11或权利要求12所述的PIC芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌华，P，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：