[发明专利]用于在硅光子芯片与光纤之间有效耦合的方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体涉及光学器件，更具体地，本发明涉及光波导锥形。

背景技术

因特网与网络数据业务增长率推动了对光基数据通信的期望。密集波分复用(DWDM)系统和吉比特以太网(GBE)系统中相同光纤上多个光信道的传输提供了使用由光纤光学器件提供的较高数据容量(信号带宽)的简单方式。数据通信系统中通常使用的光部件包括波分复用(WDM)发送器和接收器、光学滤光器，诸如衍射光栅、薄膜滤光器、光纤布拉格光栅、阵列波导光栅、光分插复用器、调制器、激光器、以及光开关。

许多这些积木式光学部件能够实施于半导体器件中。同样，半导体器件典型地连接至光纤。三维渐缩波导或模式尺寸转换器典型地用于在半导体波导器件与光纤之间耦合光，因为与光纤模式尺寸相比，半导体波导器件通常具有较小的模式尺寸。半导体波导容许光传播通过含有各种部件的光子芯片，各种部件诸如是调制器、开关、复用器等。半导体波导系统中可能的折射系数的大的差异容许较小的波导尺度。

硅光子集成芯片(PIC)用于高速光互连，用于调制和开关。因为PIC中的硅波导的尺寸通常比光纤的芯径小得多，所以使用波导锥形。锥形引导并扩展硅波导的光模态尺寸，以与光纤匹配。

附图说明

以示例性而非限制性的方式在附图中示例了本发明。

图1是根据本发明的教导的渐缩波导耦合器的一个实施例的顶正视图；

图2是根据本发明的教导的沿线A-A’取得的图1的耦合器的横截面侧视图；

图3是根据本发明的教导的沿线B-B’取得的图1的耦合器的横截面侧视图；

图4是根据本发明的教导的沿线C-C’取得的图1的耦合器的横截面侧视图；

图5是根据本发明的教导的图1的耦合器的透视图；

图6是根据本发明的实施例的并入有图1的耦合器与用于光数据通信的光子器件的系统的框图。

具体实施方式

在以下描述中，阐明了许多具体细节，以提供对本发明的全面的理解。然而，明显地，对本领域技术人员来说，不必采用具体细节来实践本发明。在其它实例中，不详细描述公知的材料或方法，以避免使本发明难理解。

整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。从而，整个此说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不必全指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合于一个或多个实施例中。另外，应当理解，这里提供的附图是为向本领域技术人员解释的目的，并且附图不必按照比例绘制。此外，还应当理解，这里示例的具体尺度、系数值、材料等是为解释目的，并且也可以根据本发明的教导使用其它合适的尺度、系数值、材料等。

在本发明的一个实施例中，公开了一种新颖的渐缩波导器件，该波导器件包括：第一光波导，具有第一锥形；和第二光波导，具有进入第三光波导以耦合至光纤的第二锥形。公开的渐缩波导器件的实施例具有低的光耦合损耗，并可以与基于微型化单模半导体的波导一起使用，使得能够以基于半导体的光子器件进行高速操作，光子器件诸如是例如硅基光调制器、微环谐振器、光子带隙器件等。

在本发明的一个实施例中，渐缩波导器件包括渐缩硅脊形波导，以缩小在硅波导中导引、耦合至通过锥形刻蚀限定的第二渐缩光波导、耦合到单片集成于半导体层中的氮氧化硅(SiON)波导中的光束的模式尺寸。为示例，图1示出了根据本发明的教导的设置于半导体材料中的渐缩波导器件101的一个实施例。如所描绘的实施例中所示，渐缩波导器件101设置于半导体层中，并包括第一光波导103、第二光波导109、以及第三光波导111。

图1示意性地示出了绝缘体上硅(SOI)基底上的硅锥形。该锥形可以集成到光子集成电路(PIC)上或为单独的部件。从硅或其它小的波导传输的光引导至第一波导103的开口(opening)105中。此波导通过脊形刻蚀限定并且是为了符合特定器件设计和特定应用的性能限制。虽然示出了SOI结构，但对于本发明这不是必需的，并且可以使用其它技术。另外，光可以从与开口105相邻耦合或设置于其附近的任何其它器件进入波导。