[发明专利]具有多层级式的层的混合边缘耦合器

说明书

本申请涉及具有多层级式的层的混合边缘耦合器，揭示包含边缘耦合器的结构以及制造包含边缘耦合器的结构的方法。该结构包含具有边缘的介电层、介电层上的波导芯区以及介电层上的多个节段。波导芯区具有端面，且波导芯区朝向端面而纵长逐渐变细。这些节段定位于波导芯区与介电层的边缘间。波导芯具有以重叠布置定位于波导芯区上方的区段。波导芯具有端面，且波导芯的区段朝向端面而纵长逐渐变细。

技术领域

本发明涉及光子芯片(photonics chip)，且更具体地说，涉及包含边缘耦合器(edge coupler)的结构以及制造包含边缘耦合器的结构的方法。

背景技术

光子芯片用于许多应用及系统，包含数据通信系统及数据计算系统。光子芯片将光学组件(例如波导、光开关、边缘耦合器及偏振器(polarizer))以及电子组件(例如场效应晶体管(field-effect transistors))集成到一个统一平台中，除其他因素外，布局面积、成本及运营开销可通过两种类型的组件的集成来减少。

边缘耦合器，也称为光斑尺寸耦合器(spot-size coupler)，通常用于将给定模式的光从光纤耦合到光子芯片上的光学组件。边缘耦合器可以包含波导芯的一区段，其定义与光子芯片的边缘相邻的倒锥体(inverse taper)。对应于模式传播方向，倒锥体是指波导芯的锥形区段，其特征在于宽度沿着模式传播方向逐渐增加。在边缘耦合器构造中，倒锥体的顶部处的窄端靠近光纤布置，倒锥体的宽端与波导芯的另一区段连接，波导芯的另一区段将光从边缘耦合器路由出去且路由到光子芯片的光学组件。

当光从光纤传输到光子芯片时，倒锥体的逐渐变化的剖面面积支持与模式转换(mode conversion)相关的模式变换(mode transformation)及模式尺寸变化。倒锥体的尖端处的窄端不能完全限制从光纤接收的入射模式，因为其窄端处的尖端的剖面面积小于模式尺寸。因此，入射模式的相当大比例的电磁场分布在倒锥体的尖端附近。随着其宽度的增加，倒锥体可支持整个入射模式且将电磁场限制在倒锥体内。

由于归因于材料硅的非线性机制，硅基边缘耦合器(silicon-based edgecoupler)可能会受到功率相关的损耗的影响。此外，硅基边缘耦合器在高输入光功率下可能容易受到不可逆损坏，这是因为随着倒锥体变宽，增强的光能量密度及远离光路径的热传输变化的组合。边缘耦合器的倒锥体可能是边缘耦合器对不可逆损坏最敏感的部分。

需要包含边缘耦合器的改进结构以及制造包含边缘耦合器的结构的方法。

发明内容

在本发明的一实施例中，提供一种用于边缘耦合器的结构。该结构包含具有边缘的介电层、该介电层上的波导芯区、以及该介电层上的多个节段(segment)。该波导芯区具有端面，且该波导芯区朝向该端面而纵长(lengthwise)逐渐变细。该多个节段定位于该波导芯区与该介电层的该边缘之间。该结构还包含波导芯，该波导芯具有以重叠布置定位于该波导芯区上方的区段。波导芯具有端面，且该波导芯的该区段朝向该端面而纵长逐渐变细。

在本发明的一实施例中，提供一种形成用于边缘耦合器的结构的方法。该方法包含在介电层上形成波导芯区，在该介电层上形成多个节段，以及形成包含以重叠布置定位于该波导芯区上方的区段的波导芯。该多个节段定位于该波导芯区与该介电层的边缘之间。该波导芯区具有端面，且该波导芯区朝向该端面而纵长逐渐变细。该波导芯具有端面，且该区段朝向该端面而纵长逐渐变细。

附图说明

包含在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的各种实施例，且与上方给出的本发明的一般描述及下方给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的实施例。在各种附图中，相同的附图标记表示相同的特征。

图1是根据本发明实施例的处理方法的初始制造阶段的结构的顶视图。

图2是通常沿着图1中的线2-2截取的结构的剖面视图。