[发明专利]用于减轻波导-波导不对称的多段耦合器

说明书

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。

背景技术

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，注意到在本发明中，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In、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。

发明内容