双末端光耦合器制造技术

本文公开的实施例一般地涉及用于在光学设备中的波导和外部载光介质之间传输光信号(反之亦然)的光耦合器。耦合器包括第一和第二部分，这两个部分朝面向载光介质的光接口远离波导延伸。第一部分附接于波导，而第二部分未附接于波导。在一个示例中，第一部分的第一端附接于波导，而与第一端相对的第二端面向光接口。第一部分可以随着其从第一端向第二端延伸而逐渐减小。耦合器的第二部分可以与第一部分和波导二者物理地分离。然而，在一个实施例中，第一和第二部分沿朝向光接口的同一方向延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文提出的实施例一般地涉及光学设备中的波导，并且更具体地，涉及光学设备中用于将波导耦合于外部载光介质的光耦合器。
技术介绍
绝缘硅(SOI)光学设备可包括活性表面层，该活性表面层包括波导、光调制器、检测器、CMOS电路、用于通过接口与外部半导体芯片相连接的金属引线等。从该活性表面层传输光信号或向该活性表面层传输光信号引入许多挑战。例如，光纤光缆可附接于SOI光学设备并通过接口与它的表面层上的波导相连接。然而，光缆的一个或多个模(mode)的模场直径(例如，对于单模电缆大约为10微米)与亚微米维度的波导(被分派在SOI设备中路由光信号的任务)的模相比可能具有非常不同的尺寸。因此，直接将光纤光缆与亚微米波导通过接口相连接可能导致低传输效率或高耦合损耗(例如，小于1％的耦合效率)。在某些光学设备中，镜头用于将来自外部光纤光缆或激光源的光聚焦在波导中，从而收缩模或调整数值孔径以便光信号可被高效地传送到亚微米波导中。然而，使用镜头增加光学设备的成本和复杂度。此外，镜头需要被对准以确保来自载光介质的信号聚焦在波导上。因此，不仅镜头增加了光学系统的成本，而且若镜头未正确地对准则耦合效率会受损。附图说明为了可以详细地理解本公开的上述特征，参考实施例可提供本公开的更具体的描述(在上面被简要总结)，实施例中的一些在附图中被示出。然而，注意到的是，附图仅示出了本公开的典型实施例并因此不被视为对本公开的范围的限制，因为本公开可认同其他等同的有效实施例。图1根据本文公开的一个实施例一般地示出了SOI设备；图2根据本文公开的一个实施例示出了具有光耦合器的SOI设备；图3根据本文公开的一个实施例示出了连接于光耦合器的波导的顶视图；图4A-4C根据本文公开的实施例示出了图3中的结构的横截面视图；图5根据本文公开的一个实施例示出了具有与光耦合器对准的光纤的光学系统；图6根据本文公开的一个实施例示出了具有与光耦合器对准的激光的光学系统；图7A-7D根据本文公开的实施例示出了图5中描绘的各个位置处的光模；图8根据本文公开的一个实施例示出了具有对准的光源的光学系统；图9A-9D根据本文公开的一个实施例示出了两个不同光学系统的对准公差；图10A-10B根据本文公开的实施例示出了具有偏移组件的光耦合器；图11A-11E根据本文公开的实施例示出了与具有偏移组件的光耦合器相对应的背反射剖面；图12是根据本文描述的一个实施例的背反射功率的曲线图。为了有助于理解，在可能的情况下，相同的参考标号已被用于指定附图所共有的相同元件。预期的是，一个实施例中所公开的元件在没有具体叙述的情况下可被有益地用于其他实施例。具体实施方式概览本公开提出的一个实施例是光学设备，该光学设备包括光接口、波导、以及光耦合器，光耦合器耦合于波导并被配置为至少跨光接口来发送和/或接收光信号。光耦合器包括第一部分和第二部分，其中，第一部分包括附接于波导的第一端和与第一端相对并面向光接口的第二端，第二部分沿远离波导且朝向光接口的方向延伸。第二部分包括面向光接口的第三端，并且第二部分通过间隙与第一部分和波导二者分离。此外，第一部分的第二端距光接口偏移第一距离并且第二部分的第三端距光接口偏移第二距离，其中，第一和第二距离相差最多1微米。本文提出的另一实施例是光学系统，该光学系统包括载光介质和在光接口处与载光介质对准的光学设备。光学设备包括波导和光耦合器。光耦合器包括第一部分和第二部分，其中，第一部分具有附接于波导的第一端和与第一端相对并面向光接口的第二端，第二部分沿远离波导且朝向光接口的方向延伸，其中，整个第二部分通过间隙与第一部分和波导二者分离。此外，载光介质的中心轴线与第一和第二部分之间的区域相交。本文提出的另一实施例是光学设备，该光学设备包括光接口和在第一端处连接到光学组件的波导。光学设备还包括光耦合器，该光耦合器连接到波导的第二端并被配置为跨光接口来发送和/或接收光信号。光耦合器包括第一部分，该第一部分包括附接于波导的第二端的第三端和与第三端相对并面向光接口的第四端。此外，第一部分的宽度随着第一部分从第三端向第四端延伸而逐渐减小。光耦合器还包括第二部分，该第二部分沿远离波导且朝向光接口的方向延伸，其中，第二部分与第一部分和波导二者分离。示例实施例光学设备可包括光耦合器，该光耦合器将外部载光介质(例如，光纤光缆或诸如激光之类的信号生成器)耦合于嵌入在光学设备中的波导。在一个实施例中，从载光介质发出的光信号进入耦合器，该耦合器绝热地转换模以更好地匹配波导的模。使用耦合器相对于直接将载光介质耦合(例如，对接耦合)于波导可提升传输效率。具体地，耦合器可使得载光介质在不使用任何外部镜头的情况下，能够直接将光信号发送到光学设备中或直接从光学设备接收光信号，即使波导是亚微米波导。在一个实施例中，光耦合器包括远离波导朝面向外部载光介质的光接口延伸的第一部分和第二部分。第一部分附接于硅波导，而第二部分未附接于硅波导。在一个示例中，第一部分的第一端附接于波导，而与第一端相对的第二端面向光接口。第一部分随着它从第一端向第二端延伸可逐渐减小(即，第一部分的宽度减小)。耦合器的第二部分可以与第一部分和波导二者物理地分离(即，不直接相耦合)。在一个实施例中，第一部分的中心轴线和第二部分的中心轴线是平行的，并沿朝向光接口的相同方向延伸。为了在光从外部载光介质被传输到波导耦合器中时最小化背反射的影响，在一个实施例中，第一和第二部分可从光接口凹进不同的长度。例如，面向光接口的第一部分的端与也面向光接口的第二部分的端相比可以离光接口更近(或更远)。以这种方式偏移第一和第二部分增加了背反射与在光接口处接收的光信号的模之间的差异，从而最小化背反射在外部载光介质(例如，激光)上的影响。图1根据本文公开的一个实施例一般地示出了绝缘硅(SOI)设备100。SOI设备100包括表面层105、埋藏的绝缘层110(还被称为埋藏的氧化(BOX)层)、以及半导体衬底115。尽管本文的实施例把表面层105和衬底115称为硅，但本公开不被限制于这类材料。例如，其他半导体或光透射材料可用于形成此处示出的结构100。此外，表面层105和衬底115可由相同的材料制成或可由不同的材料制成。表面层105的厚度可以在从少于100纳米到多于1微米的范围内。更具体地，表面层105的厚度可以在100-300纳米之间。绝缘层110的厚度可根据期望的应用来变化。在一个实施例中，绝缘层110的厚度可以在从少于1微米到数十微米的范围内。衬底115的厚度可根据SOI设备100的具体应用来广泛地变化。例如，衬底115可以是典型的半导体晶片的厚度(例如，100-700微米)或可变薄和/或安装在另一衬底上。对于光学应用，硅表面层105和绝缘层110(例如，二氧化硅、氮氧化硅等)可提供将硅波导中的光信号限制在表面层105中的对比折射率。在后面的处理步骤中，SOI设备100的表面层105可被蚀刻或图案化以形成一个或多个硅波导。由于硅相比于绝缘体(例如，二氧化硅)具有更高的折射率，因此当光信号跨越表面层105传播时主要保留在波导中。图2根据本文公开的一个实施例示出了SOI设备200，或更具体地，示出了具有光耦合器225的光学设备。类似于图1中的SOI设备1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学设备，包括：光接口；波导；以及光耦合器，所述光耦合器耦合于所述波导并被配置为执行下列项中的至少一项：跨所述光接口来发送和接收光信号，所述光耦合器包括：第一部分，所述第一部分包括附接于所述波导的第一端和与所述第一端相对并面向所述光接口的第二端；以及第二部分，所述第二部分沿远离所述波导且朝向所述光接口的方向延伸，所述第二部分包括面向所述光接口的第三端，并且其中，所述第二部分的整体通过间隙与所述第一部分和所述波导二者分离；其中，所述第一部分的第二端距所述光接口偏移第一距离并且所述第二部分的第三端距所述光接口偏移第二距离，其中，所述第一距离和所述第二距离相差最多1微米。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.02 US 14/322,6611.一种光学设备，包括：光接口；波导；以及光耦合器，所述光耦合器耦合于所述波导并被配置为执行下列项中的至少一项：跨所述光接口来发送和接收光信号，所述光耦合器包括：第一部分，所述第一部分包括附接于所述波导的第一端和与所述第一端相对并面向所述光接口的第二端；以及第二部分，所述第二部分沿远离所述波导且朝向所述光接口的方向延伸，所述第二部分包括面向所述光接口的第三端，并且其中，所述第二部分的整体通过间隙与所述第一部分和所述波导二者分离；其中，所述第一部分的第二端距所述光接口偏移第一距离并且所述第二部分的第三端距所述光接口偏移第二距离，其中，所述第一距离和所述第二距离相差最多1微米。2.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述第一部分的宽度随着所述第一部分从所述第一端向所述第二端延伸而逐渐减小。3.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述第一距离和所述第二距离是在0微米到6微米的范围内。4.如权利要求3所述的光学设备，其中，所述第一距离和所述第二距离是不等的。5.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述波导包括第四端和第五端，其中，所述第四端连接于所述光学设备中的光学组件并且所述第五端连接于所述光耦合器的第一部分。6.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述间隙被填充介电材料。7.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述第二部分包括与所述第三端相对的第四端，其中，所述第二部分随着所述第二部分从所述第三端向所述第四端延伸而逐渐减小。8.如权利要求1所述的光学设备，其中，所述第一部分和所述第二部分沿朝向所述光接口的共同方向延伸。9.一种光学系统，包括：载光介质；以及在光接口处与所述载光介质对准的光学设备，所述光学设备包括：波导；以及光耦合器，所述光耦合器包括：第一部分，所述第一部分包括附接于所述波导的第一端和与所述第一端相对并面向所述光接口的第二端；以及第二部分，所述第二部分沿远离所述波导且朝向所述光接口的方向延伸，其中，整个第二部分通过间隙与所述第一部分和所述波导二者分离；其中，所述载光介质的中心轴线与所述第一部分和所述第二部分之间的区域相交。10.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉维·图米甸，大卫·佩德，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US