多个轴梯度折射率光子耦合制造技术

光学耦合可以包括定向波导以及镜片，使得将光线聚焦在表面上。镜片可以包括具有可变的折射率的材料的使用以将光线沿着第一轴聚焦，以及使用弯曲的表面以将光线沿着第二轴聚焦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
下文的公开总体涉及光子或光学耦合，更具体地，涉及使用用于沿多个轴聚焦的梯度折射率镜片的光子耦合。技术背景光学耦合将电路与诸如光学导电光纤或线缆的其他组件集成，涉及经由组件的光线的传播，该组件被配置以将光线从集成电路转换到其他组件。由于在转换过程中光线的低效率传播，该转换可能导致数据的丢失或破坏。这种破坏可能导致集成电路与所耦合的组件之间的更慢的或低效率的数据传输。附图说明参考以下附图在本文中描述了本专利技术的示例性实施例：图1是示出了用于沿多个轴聚焦的梯度折射率镜片的示例的实施例。图2A-2B是示出了经由梯度折射率镜片传播的光线的示例。图3A-3B是示出了耦合对齐的梯度折射率镜片的实施例。图4是示出了用于创建梯度折射率镜片耦合设备的实施例的示例的流程图。图5A-5F是示出了创建梯度折射率耦合的装置的示例的阶段。图6是示出了实现梯度折射率镜片以在多个轴中聚焦光线的耦合设备的示例的实施例。具体实施方式概述在一个实施例中，镜片可以被提供以光学地将集成电路与其他组件耦合。镜片可以采用具有可变的折射率的材料将光线沿着第一轴聚焦，以及用弯曲的表面来将光线沿第二轴聚焦。示例的实施例光子或光学的耦合器可以将光线聚焦到两个维度，例如沿着所耦合的集成电路或芯片的横轴或纵轴聚焦，该芯片与被提供用于将芯片黏着到其他组件上的面元(facet)相关。如俯视图所示，沿横向维度的聚焦可以通过将芯片的平面或面元定型到圆柱或抛物线的形状而实现。沿纵向维度的聚焦可以通过订制(tailor)耦合过程中的较低或高的覆盖层级的折射率的分布而实现。具体地，折射率可以将被配置为作为耦合中的纵向位置的函数遵循椭圆的、球形的、非球形的、或抛物线的分布。镜片可以与芯片相集成、或被添加到芯片以提供耦合。此外，镜片可以被理解为互补式金氧半导体(“CMOS”)或其他微电子系统(“MEMS”)的晶元级制造过程的一部分。例如，在制造过程中，镜片材料的层级可以被添加到芯片作为层级。同样，可以用这些或相似的技术将多镜片形成在单独的芯片中，该多个镜片的每一个都可能具有不同的经配置的光学特性。镜片可以与锥形波导组合，以将传播光线从波导边界光学模式转变到基于光纤的光学模式。波导锥可以持续波导的变尖最终在镜片附近结束，这使得在波导中的光学模式在靠近镜片处直径的扩大。从锥形波导中放射出来的光线或光束的集合可以具有大孔径，意味着光线在空间中迅速地发散，并且因此在没有镜片的帮助下，将不能够有效地将芯片耦合到光纤上。镜片的配置可使得光线转变为比较不迅速地将光线发散到平行光束、或汇聚光线，因此允许芯片与光纤有效的耦合。可以选择锥形波导的位置以及维度，以产生具有诸如模场直径或数值孔径的所期望特性的光束。波导锥的其他特性可以用时域有限差分法(“FDTD”)模拟来计算。相似地，镜片的焦距、尺寸、孔径清晰度或颜色、以及其他镜片特性可以被选择来转变从波导中发射的光束，使得能够将光束有效地耦合到外部的光纤、其他组件、或外部固定装置。镜片的具体的焦点特性可以被配置以用各种技术将光束聚焦到多个方向。同样，波导以及镜片的相对位置还可以提供用于耦合的面元区域的具体的位置。在实施例中，控制镜片与波导的光学的中心线对齐可以提供耦合设备的聚焦区域或耦合面元的具体的位置。例如，光束可以沿着被对齐或同轴的波导与镜片的共同的光学中心线传播，使得光束继续沿共同的光学中心线传播到提供了耦合面元区域的耦合的边缘。在另一个示例中，波导光学中心线与镜片光学中心线可以被偏移，使得光束的传播中心线对于耦合的表面的区域形成一个角度，该光束的传播中心线不沿镜片或波导中任何一个的光学中心线。可以用镜片或波导锥的组合将光束耦合进芯片或出芯片。具体的实施例可以涉及镜片与波导焦点特性的具体的组合或配置，可以针对不同的芯片、固定装置、光纤、或其他组件配置来定制以提供高耦合效率。此外，镜片制造作为晶元级别的可控制的过程，可以被控制在精度很高的级别。将镜片对于芯片上波导的对齐可以用现有的MEMS处理技术精确到200纳米或更高的精度之内。此外，可以将镜片材料的光学特性以可预测的和高的可重复的方式调整为具体的与特定的配置。同样，在芯片、波导、和/或镜片之间的材料空缺可以用针对镜片制造的晶元级别的技术减少或消除。具有多个轴焦点特性的梯度折射率镜片可以被用来光学地耦合任何光子组件。例如，这种镜片可以被用于光学收发器模块制造，以及短距离光学内联(诸如动态光学线缆、板对板耦合、架对架耦合、或可以涉及芯片对光纤的光学耦合的任何实现)。在实施例中，在诸如锥形的或纳米锥形的波导的光学波导之前，可以将槽嵌入晶元表面。介电材料的多个层级，诸如硅的氮氧化物(“SiON”)能够被放置在槽里。可以控制对于所放置的材料的每一个层级的材料(诸如SiON)的成分，使得形成具有沿镜片轴可变的折射率的梯度折射率镜片以控制光束的焦点高度。例如，这种受控的化工或成分可以变化在该材料中氧和/或氮的含量。此外，镜片表面的波状形状可以提供用于焦点宽度的控制。这样的表面可以用槽的相似的波状的墙(wall)或通过其他形成技术所生成。以这种方式，焦距可以通过镜片的波状表面以及梯度折射率分布的组合来控制。图1是示出了用于沿着多个轴聚焦的梯度折射率镜片101的示例。镜片101具有沿第一轴121偏移距离132布置的两个相对的表面111、112。镜片101还具有第三平面113，该平面相对于第一轴121被弯曲。镜片101可以被以下述方式排布朝向：该排布使得光线或光束的集合通过镜片101沿着第二轴122或传播轴在相对的表面111、112之间并且向第三表面113传播。在实施例中，第三表面113可以垂直于由相对的表面111、112的第一表面111和/或第二表面112所定义的平面。镜片101可以由具有沿着第一轴121可变的折射率的材料所形成。可变的折射率可以被配置以沿着第一轴121操作或聚焦光线。在实施例中，镜片101可以由大体上单一的材料组成。大体上单一的材料可以是相同的或相似的化学成分的材料，但由于制造的错误或不纯净而导致成分的浓度上轻微的变化。此外，大体上单一的材料可以涉及相同元素的组合，但涉及具体元素结构的浓度的变化。此外，大体上相似的材料可以涉及具有相似的或相同的元素配方但在成分上变化的材料种类。例如，镜片可以由具有沿着第一轴121的氧和氮的变化的相对含量的SiON形成。在材料中氧和氮的相对含量的变化可以被配置来提供沿第一轴的抛物线变化的折射率。在实施例中，在材料中氧和氮的相对含量的变化可以是关于镜片101的中心线或其他轴对称。同样，镜片101的第三表面113的曲面可以被配置来将沿着第三轴123聚焦。在实施例中，第一轴121、第二轴122、和/或第三轴123可以是垂直的。同样，第四表面114可以同样地或另外地围绕第一轴121弯曲以将光线沿着第三轴123聚焦。此外，第三表面113和/或第四表面114的曲面可以取决于各种实施例所表明的光学特征，以凹或凸的方式被弯曲。图2A是示出了通过镜片101的Z轴(例如图1中的轴122)中的长度134的光线202传播的侧视图。光线202在地点212处进入镜片101，该地点212具有在Y轴中的轨迹。镜片101包括具有沿着在Y轴中镜片101的高度132本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：两个相对的表面，该表面之间具有由沿着第一轴的距离；第三表面，向第一轴弯曲；以及材料，具有沿第一轴的可变的折射率，其中所述可变的折射率被配置以沿着所述第一轴聚焦光线到区域上，并且其中所述第三表面被配置以沿着第二轴聚焦光线到所述区域上，所述第二轴垂直于所述第一轴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.14 US 14/330,4871.一种装置，包括：两个相对的表面，该表面之间具有由沿着第一轴的距离；第三表面，向第一轴弯曲；以及材料，具有沿第一轴的可变的折射率，其中所述可变的折射率被配置以沿着所述第一轴聚焦光线到区域上，并且其中所述第三表面被配置以沿着第二轴聚焦光线到所述区域上，所述第二轴垂直于所述第一轴。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述材料是氮氧化硅(“SiON”)，并且其中所述材料的氧和氮的相对含量沿着所述第一轴变化。3.根据权利要求1所述的装置，其中，沿所述第一轴的可变的折射率被配置以提供沿着所述第一轴的抛物线的可变折射率。4.一种系统，包括：光线耦合器，该光线耦合器还包括：波导，以及镜片，包括沿着第一轴的梯度折射率焦点特性，以及由在镜片表面中的弯曲所产生的焦点特性，其中，所述镜片是可导向的，使得经由波导传播的光线沿着所述第一轴与所述第二轴被聚焦到所述光线耦合器的外表面上。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述镜片包括第三材料。6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述镜片大体上包括单一的材料。7.根据权利要求3所述的系统，其中，所述镜片包括氮氧化硅(“SiON”)，以及其中在所述镜片中的氧和氮的相对含量沿着所述第一轴变化。8.根据权利要求3所述的系统，其中，所述波导的光学中心线与对于所述镜片的所述第一轴的光学中心线被对齐。9.根据权利要求3所示的系统，其中，所述波导的光学中心线以及对于所述镜片的第一轴的光学中心线被偏移，使得将没有与任何一个中心线相对齐的光线聚焦在所述表面上的区域。10.根据权利要求3所述的系统，其中所述波导包括在在第三轴中的锥形，该第三轴平行于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：西恩·安德森，李唯茁，威普库马·帕特尔，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US