用于减轻波导－波导不对称的多段耦合器制造技术

一种与波长无关的多段光耦合器具有至少三个光耦合器和至少两个微分相格。每一个光耦合器具有两个波导，这两个波导形成一个具有净耦合值的耦合区域。上述至少三个光耦合器的每一个耦合区域的耦合值都不同于其它两个耦合区域的耦合值。每个微分相格连接着上述光耦合器中相邻的光耦合器。每一个微分相格在各个光耦合器之间穿行的光信号中引起微分相移，其中微分相格的微分相移以及每个耦合区域的耦合值被选定为可使得对于设计的功率分束比而言上述与波长无关的多段光耦合器的波长与制造敏感性达到最小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减轻波导-波导不对称的多段耦合器 有关申请的交叉参照 不适用。 联邦资助研究或开发的相关声明 不适用。 联合研究协议的参与方的名称 不适用。 引用了光盘上提交的"序列列表"、表格或计算机程序列表附录以及该光盘上的资料的"公司-参考"(参见§ 1.52(E) (5))。 不适用。
技术介绍
有一类重要的光学器件通常被称为"平面光波回路"或"平面光波芯片"即"PLC"。PLC包括许多技术，其中光学组件和网络被整体设置在一个或多个光学薄膜的层叠体之内，这些层叠体由公共的机械基片(比如半导体晶片或玻璃晶片)支撑着。PLC通常被设计成提供特定的传输或路由功能，可用在光纤光通信网络内。这些网络分布在多个位置分散的终端上，并且通常通过单模光纤在多个终端之间进行传输。对于在这种网络中对光信号提供透明管理的器件而言，它必须维持光信号的单模性质。这样，PLC通常是基于单模波导的配置，虽然不是很严格。因为光信号不需要返回路径，所以这些波导配置通常不符合经典的"回路"定义，但是因其与电子电路相比有物理和功能的相似性，所以波导系统也常常被称为回路。 用于PLC的标准材料系基于二氧化硅，已被广泛地证明具有优越的损耗特性。二氧化硅层叠体包括多个层，这些层可能是纯二氧化硅，也可能掺有其它元素(比如硼、磷、锗或其它元素或材料)。掺杂可允许控制这些层的折射率和其它必要的物理性质。二氧化硅(包括掺杂的二氧化硅)以及一些不太常用的其它元素的氧化物通常统称为"氧化物"。此外，尽管从技术上讲术语"玻璃"是指可由各种材料实现的物质状态，但是通常"玻璃"是指一种基于二氧化硅的透明的非晶材料。因此，常常会听到氧化物波导也被称为"玻璃"波导。接下来，"硅石"一词被用于指代适于制造波导或其它集成光子器件的氧化硅材料。重要的是，注意到在本专利技术中，其它波导材料也是合适的，比如铌酸锂、旋压玻璃、硅、氧氮化硅、氧碳化硅、聚合物或美国专利6， 614， 977所描述的其它材料(该专利全部内容引用在此作为参考)。 在典型的PLC示例中，由芯材料构成的波导位于顶部包层和底部包层之间。在一些情况下，可能不使用顶部包层。波导通常是这样形成的超出通道波导的横向限制，至少部分地除去(通常用蚀刻工艺)芯材料；用至少一层侧面包层材料来替换它，该侧面包层材料的折射率低于芯材料的折射率。侧面包层材料通常是与顶部包层材料一样的材料。在本示例中，以这样一种方式对每一层进行掺杂，使得与顶部包层或底部包层相比波导的折射率更高。当二氧化硅玻璃层被用于波导时，这些层通常位于硅晶片之上。作为第二示例，波3导可以包括三个或更多个InGaAsP的层。在本示例中，相邻的层所具有的成分中的组成元 素ln、P、Ga和As的百分比不同。作为第三示例，波导的一个或多个光学层可以包括透光的 聚合物。波导的另一个示例包括具有梯度折射率的层，使得最高折射率区域与多个较低折 射率区域相邻接。掺杂二氧化硅波导通常是较佳的，因为它具有许多吸引人的特性，其中包 括低成本、低损耗、低双折射、稳定以及适合与光纤耦合。 许多集成光学器件都要求创造高度对称的物理结构。 一个关键的示例是平面波导 耦合器，它由横跨一间隙彼此耦合着的两个光波导构成。在许多情况下，这种耦合器中的最 高性能的实现要求这两个波导彼此完全一样。实现这一目的的常规方法是通过使用光刻 和蚀刻工艺并且借助于一种由两个横截面完全一样且被一间隙分隔开的波导构成的图案 来定义光波导。在该方案中，制造完全一样的波导依赖于光刻与蚀刻工艺的极高的保真度， 以将完全一样的掩模图案再现到光波导中。这一策略将允许集成光耦合器被制造成具有一 定水平的性能，可足够用于某些类型的器件。然而，最终的性能可能因制造过程所引入的不 对称而受到限制。
技术实现思路
本专利技术一般涉及与波长无关的多段光耦合器，它包括至少三个光耦合器和至少两 个微分相格(differential phase cell)。每一个光耦合器具有两个波导，这两个波导形成 一个具有净耦合值的耦合区域。上述至少三个光耦合器的每一个耦合区域的耦合值都不同 于其它两个耦合区域的耦合值。每一个微分相格连接着上述光耦合器中相邻的光耦合器。 每一个微分相格在各个光耦合器之间穿行的光信号中引起微分相移，其中对于设计的功率 分束比而言，微分相格的微分相移以及每个耦合区域的耦合值被选定为可使得上述与波长 无关的多段光耦合器的波长与制造敏感性达到最小。 在本专利技术的一个版本中，第一和第二微分相格都具有第一波导分支和第二波导分 支。第一波导分支具有第一路径程度(Pl)，第二波导分支具有第二路径程度(P2)，其中P1 > P2。通常，Pl和P2之差大约小于在上述第一和第二波导分支中穿行的光信号的一个波 长。 在本专利技术较佳的方面中，对于1530nm-1570nm的波长而言，在形成耦合区域的波 导之间的不对称介于士30nm的情况下，与波长无关的光耦合器的归一化交叉-端口功率的 偏差离期望的功率分束比不到2%。在本专利技术更佳的方面中，对于1530nm-1570nm的波长而 言，在形成耦合区域的波导之间的不对称介于士30nm的情况下，与波长无关的光耦合器的 归一化交叉-端口功率的偏差离期望的功率分束比不到1%。 在另一个版本中，本专利技术涉及一种制造与波长无关的多段光耦合器的方法，该与 波长无关的多段光耦合器具有至少三个光耦合器和至少两个微分相格。在本方法中，计算 微分相格的微分相移以及每个耦合区域的唯一的净耦合值，使得对于设计的功率分束比而 言上述与波长无关的多段光耦合器的波长与制造敏感度达到最小。然后，形成至少三个光 耦合器以及至少两个微分相格，使得微分相格在各个光耦合器之间交错，每个光耦合器具 有两个波导，这两个波导形成具有净耦合值的耦合区域，每个微分相格在各个光耦合器之 间穿行的光信号中引起微分相移。 在一个方面中，形成的步骤被进一步定义为形成具有第一波导分支和第二波导，第一波导分支具有第一路径长度(PI)，第二波导分支具有第二路径长度 (P2)，其中P1 >P2。在另一个方面中，计算微分相移的步骤被进一步定义为计算P1和P2 以使其大约小于在上述第一和第二波导分支中穿行的光信号的一个波长。附图说明 上述关于本专利技术的特征和优点可以得到详细地理解，关于本专利技术的更特别的描述可以参照附图所示的本专利技术的各实施方式。然而，应该理解，附图仅仅示出了本专利技术的典型实施方式，因此，并不被视为限定其范围，因为本专利技术可以有其它等效的实施方式。图1是现有技术中由两个波导构成的一段式定向耦合器的示意图。 图2a是图2所示的分束比为3dB的一段式定向耦合器的性能模拟图，并且其中假定了两个波导具有完全一样的宽度。 图2b是图2所示的分束比为3dB的一段式定向耦合器的性能模拟图，并且其中假 定了波导宽度相差了 10nm。 图3是根据本专利技术构造的多段耦合器的示意图。 图4a是图4所示的分束比为3dB的多段耦合器的性能模拟图，并且其中假定了用 于形成该多段耦合器的波导具有完全一样的宽度。 图4b是图4所示的分束比为3dB的多段耦合器的性能模拟图，并且其中假定了用 于形成该多段耦合器的波导的宽度相差了 10nm。 图5是根据本专利技术用于将光掩模上的图案转移到基片上的薄膜光学材料上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与波长无关的多段光耦合器，包括：至少三个光耦合器，每个光耦合器具有用于形成耦合区域的两个波导，所述耦合区域具有净耦合值，所述至少三个光耦合器的每个耦合区域的耦合值都不同于其它两个耦合区域的耦合值；以及两个微分相格，每个微分相格连接着所述光耦合器中相邻的光耦合器，每个微分相格在所述光耦合器之间穿行的光信号中引起微分相移，其中，所述微分相格的微分相移以及每个耦合区域的耦合值被选定，使得对于设计的功率分束比而言所述与波长无关的多段光耦合器的波长与制造敏感度达到最小。

【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：BE利特尔，陈伟，
申请(专利权)人：英飞聂拉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]