本发明专利技术的实施例是针对光学波导到光纤的互连。在一个方面中，一种光纤到波导的互连包括位于波导的末端的光栅耦合器（102）以及布置在光纤（112）的末端上的光栅层（110）。所述光纤包括芯（118），以及所述光栅层包括平面的非周期性亚波长光栅（116）。由所述波导载送到所述光栅耦合器中的光通过所述亚波长光栅被输出并耦合到所述芯中，以及沿着所述芯透射到所述光栅层的光被所述亚波长光栅导入所述光栅耦合器中以用于在所述波导中透射。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及光纤到波导的耦合器。
技术介绍
在光纤与波导之间耦合光是任何芯片上和芯片外光学通信系统的不可缺少的一部分。然而，把光从光纤耦合到波导中或者把光从波导耦合到光纤中带来许多问题。举例来说，用于把光从波导耦合到光纤中的常规技术包括对波导的末端进行配置以散射由波导载送的光，以及将透镜放置在光纤末端处或其附近以将散射光的一部分导入光纤芯。对于多模光纤，可以使用透镜在纤芯的数值孔径内引导聚焦束的最大光线，这样可以把由所述透镜捕获的光有效地耦合到纤芯中。另一方面，为了把光耦合到单模光纤中，纤芯的模式与由所述透镜捕获的光的模式必须紧密匹配。 在单模光纤与波导之间稱合光的一种常规技术是使用光栅稱合器。来自波导的光传播经过光栅，并且以与法向成某一有限角度在自由空间内散射。因此需要以与法向成一角度放置收集光纤以用于高效的耦合。法向输入/输出操作是可能的但不是很高效，这是由于光栅区域内左与右传播波之间的耦合造成的。虽然可以以一角度放置光纤，但是这常常使芯片的设计和封装复杂化。物理学家和工程师们继续寻求降低成本并且提高光纤到波导的耦合器的效率的增强。附图说明图I示出根据本专利技术的一个或多个实施例配置的示例光纤到波导的互连的等距视图。图2A-2B示出根据本专利技术的实施例操作的沿着图I中所示的线A-A的互连的剖面图。图3A-3C示出根据本专利技术的一个或多个实施例的被配置成具有一维和二维亚波长光栅图案(pattern)的亚波长光栅的俯视图。图4示出根据本专利技术的一个或多个实施例的来自两个单独的光栅子图案的线条的剖面图，其揭示出由透射的光获得的相位。图5示出根据本专利技术的一个或多个实施例的来自两个单独的光栅子图案的线条的剖面图，其揭示出透射的波前如何改变。图6示出由根据本专利技术的一个或多个实施例配置的亚波长光栅图案产生的示例透射相位改变轮廓(contour)图的等距视图。图7A-7B示出根据本专利技术的实施例的附着到光纤的末端并操作的第一示例光栅层的侧视图。图8示出根据本专利技术的一个或多个实施例获得的作为周期和占空比的函数的相位变化的透射相位轮廓曲线图。图9A-9B示出根据本专利技术的一个或多个实施例的被配置成具有一维非周期性亚波长光栅的光栅层的俯视图。图10A-10B示出根据本专利技术的一个或多个实施例的被配置成具有二维非周期性亚波长光栅的两个光栅层的俯视图。具体实施例方式本专利技术的实施例是针对光学波导到光纤的互连。图I示出根据本专利技术的一个或多个实施例配置的示例光纤到波导的互连100的等距视图。互连100包括形成在波导104的末端处的光栅I禹合器102。如图I的实例中所不，光栅I禹合器102包括锥形波导106和光栅块108。光栅块108包括由通过与波导104近似垂直地定向的凹槽分开的一系列线条构成的光栅。互连100还包括布置在光纤112的平面化末端上的光栅层110。图I还包括光栅层110的端视图114，其揭示出所述光栅层包括平面的非周期性亚波长光栅(“SWG”)116。SffG 116近似位于光栅层110的中心，并且其尺寸被确定成覆盖光纤112的芯118的末端。 图I还揭示出，光栅耦合器102与光栅层110通过气隙分开，并且光纤112的末端部分被定向成基本上与光栅耦合器102的平面垂直。如图I中所示，波导104具有比芯118的剖面面积小得多的剖面面积。光纤112可以是单模光纤或多模光纤。举例来说，在某些实施例中，波导的宽度可以处在近似2-4// m的范围，单模光纤的芯118的直径可以处在近似8-12//m的范围，以及多模光纤的芯118的直径可以处在近似20-70// m的范围。互连100可以被操作来把光从尺寸较小的波导104耦合到尺寸相对较大的芯118中，并且互连100可以被反向操作以把光从芯118耦合到波导104中。当互连100被操作来把由波导104载送的光耦合到芯118中时，光沿着波导104透射到锥形波导106中，在该处光发散并且进入光栅块108。图2A示出沿着图I所示的线A-A的互连100的剖面图，其根据本专利技术的一个或多个实施例被操作来把光从波导104耦合到芯118中。形成在光栅块108内的光栅204使光202以与法向206成角度离开光栅块108，如由定向箭头208所示。SWG 116被配置成使得离开光栅块108并且以角度A射在SWG 116上的光被透射到芯118中，如由定向箭头210所示。图2B示出沿着图I所示的线A-A的互连100的剖面图，其根据本专利技术的一个或多个实施例被操作来把光从芯118耦合到波导104中。在图2B中，沿着芯118透射到亚波长光栅116的光由定向箭头212代表。SWG 116被配置成使得透射经过SWG 116的光以角度a入射在光栅204上，如由定向箭头214所示。光栅204捕获离开SWG 116的光。光216离开光栅块108并且由锥形波导106以漏斗方式输送(funnel)到较窄的波导104中。注意,SWG 116被配置成把光以角度导向光栅块108,使得可以把光以漏斗方式输送到波导104 中。如图2A-2B中所示，SffG 116避免了对倾斜光纤以便收集从光栅块108输出的光的需要。SWG 116还能够操作为抗反射涂层，这是通过俘获入射光并且将光从近场投射到远场中来实现的，正如下面参照图4所描述的那样。波导104、锥形波导106和光栅块108可以被形成为半导体或电介质材料的单个固体实件或集成件。半导体包括但不限于诸如硅(“Si”)和锗(“Ge”)之类的元素半导体、以及化合物半导体。化合物半导体包括III-V化合物半导体和II-VI化合物半导体。III-V化合物半导体由选自硼(“B”)、铝(“Al”)、镓(“Ga”)和铟(“In”)的IIIa列元素与选自氮(“N”)、磷(“P”)、砷(“As”)和锑(“Sb”)的Va列元素组合构成。III-V化合物半导体是根据III和V元素的相对数量来分类的，比如二元化合物半导体、三元化合物半导体、四元化合物半导体。举例来说，二元半导体化合物包括但不限于GaAs、GaAl、InP> InAs和GaP ;三元化合物半导体包括但不限于IrvGa^1As或GaAs/y其中处于O与I之间的范围；以及四元化合物半导体包括但不限于Ir^GahAs/h，其中义和_7都独立地处于O与I之间的范围。II-VI化合物半导体由选自锌(“Zn”)、镉(“Cd”)、汞(“Hg”)的IIb列元素与选自氧(“O”)、硫(“S”)和硒(“Se”)的VIa元素组合构成。举例来说，合适的II-VI化合物半导体包括但不限于CdSe、ZnSe, ZnS和ZnO，这些是二元II-VI化合物半导体的实例。合适的电介质材料包括氧化硅(“Si02”)、氧化铝(“A1203”)和碳化硅(“SiC”)。 可以通过首先利用化学汽相沉积、物理汽相沉积、或者晶片接合将材料沉积在衬底上来形成光栅耦合器102。随后可以利用纳米印刻、光刻、活性离子蚀刻、聚焦束铣、或者 用于形成脊形波导和光栅的任何其他合适的公知方法来形成波导104、锥形波导106和具有光栅204的光栅块108。平面的非周期性亚波长光栅 图3A示出根据本专利技术的一个或多个实施例的被配置成具有形成在光栅层301中的一维光栅图案的SWG 300的俯视图。所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光纤到波导的互连，包括 位于波导的末端的光栅耦合器(102);以及 布置在光纤(112)的末端上的光栅层(110)，所述光纤包括芯(118)，以及所述光栅层包括平面的非周期性亚波长光栅(116)，其中由所述波导载送到所述光栅耦合器中的光通过所述亚波长光栅被输出并耦合到所述芯中，并且沿着所述芯透射到所述光栅层的光被所述亚波长光栅导入所述光栅耦合器中以用于在所述波导中透射。2.权利要求I所述的互连，其中，所述光栅耦合器还包括附着到所述波导的锥形波导(106)以及附着到所述锥形波导的光栅块。3.权利要求2所述的互连，其中，所述光栅耦合器还包括由集成材料构成的所述波导、锥形波导和光栅块。4.权利要求I所述的互连，其中，所述亚波长光栅还包括一维光栅图案(300)。5...
【专利技术属性】
技术研发人员：DA法塔尔，RG博索莱尔，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：
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