兩級(jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)的制作方法

本文所討論的實(shí)施方案涉及兩級(jí)絕熱耦合光子系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

除非另有說(shuō)明，否則本文所述的材料對(duì)于本申請(qǐng)中的權(quán)利要求來(lái)說(shuō)不是現(xiàn)有技術(shù)，并且不因?yàn)榘诒竟?jié)中就承認(rèn)其為現(xiàn)有技術(shù)。

將光耦合進(jìn)或出硅(si)光子集成電路(pic)有兩種常見(jiàn)的方案。例如，sipic上的表面光柵耦合器可將光耦合進(jìn)或出sipic。然而，許多表面光柵耦合器高度依賴(lài)波長(zhǎng)并且可具有相對(duì)小的通帶。

作為另一個(gè)實(shí)例，可以從sipic的邊緣進(jìn)行邊緣耦合以將光耦合進(jìn)或出sipic。然而，邊緣耦合可能要求sipic具有切割小面(facet)，并且一些制造廠/制造商可能不能或不愿意試驗(yàn)這種工藝。

本文要求保護(hù)的主題不限于解決任何缺點(diǎn)或只在諸如上述環(huán)境中工作的實(shí)施。相反，僅提供該背景以說(shuō)明可以實(shí)踐本文描述的一些實(shí)施的一個(gè)示例性技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供本發(fā)明內(nèi)容來(lái)以簡(jiǎn)化形式引入一些概念，這些概念在下面的詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述。本發(fā)明內(nèi)容不是旨在確定所要求保護(hù)的主題的主要特征或基本特征，也不旨在用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。

本文描述的一些示例性實(shí)施方案一般地涉及兩級(jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，耦合系統(tǒng)可以包括第一波導(dǎo)、至少一個(gè)第二波導(dǎo)和中介件。第一波導(dǎo)可以具有第一折射率n1和錐形端。至少一個(gè)第二波導(dǎo)可以各自具有第二折射率n2。中介件可以包括具有第三折射率n3和耦合器部分的第三波導(dǎo)。第一波導(dǎo)的錐形端可以絕熱耦合至至少一個(gè)第二波導(dǎo)中的一個(gè)的耦合器部分。至少一個(gè)第二波導(dǎo)中的一個(gè)的錐形端可以絕熱耦合至中介件的第三波導(dǎo)的耦合器部分。第一折射率n1可以大于第二折射率n2，二者都可以大于第三折射率n3。耦合系統(tǒng)可以被構(gòu)造為在第一波導(dǎo)和至少一個(gè)第二波導(dǎo)之間以及在至少一個(gè)第二波導(dǎo)和第三波導(dǎo)之間絕熱耦合光。

本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中闡述，并將從該描述部分地變得顯而易見(jiàn)，或者可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐來(lái)獲知。本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)所附權(quán)利要求中特別指出的儀器和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)并獲得。本發(fā)明的這些和其他特征從以下描述和所附權(quán)利要求將變得更加顯而易見(jiàn)，或者可以通過(guò)下文闡述的本發(fā)明的實(shí)踐來(lái)獲知。

附圖說(shuō)明

為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)和特征，將通過(guò)參考附圖中所示的其具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述。應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實(shí)施方案，因此不應(yīng)認(rèn)為是限制其范圍。將通過(guò)使用附圖以額外的特征和細(xì)節(jié)來(lái)描述和解釋本發(fā)明，其中：

圖1是示例性光電子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)”)的透視圖；

圖2是圖1的示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的側(cè)視圖；

圖3a至3b包括圖1和圖2的光子系統(tǒng)的部分的多種視圖；

圖4包括圖3a至3b的從si波導(dǎo)到sin波導(dǎo)的tm偏振光的模擬耦合效率的圖形表示；

圖5a至5b包括在參考線2處的圖3a至3b的sin波導(dǎo)中的tm和te偏振光的模擬光模式的圖形表示；

圖6包括圖3a至3b的從sin波導(dǎo)到中介件波導(dǎo)的tm偏振光和te偏振光的模擬耦合效率的圖形表示；

圖7是另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的側(cè)視圖。

圖8a至8b包括圖7的光子系統(tǒng)的部分的多種視圖；

圖9是另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的側(cè)視圖。

圖10包括與圖9的光子系統(tǒng)相關(guān)的多種模擬；

圖11是另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的側(cè)視圖。

圖12a和12b包括另一示例性光電子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)”)的俯視圖和縱向剖視圖。

圖13是另一示例性光電子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)”)的俯視圖。

圖14是可以使用sin形成為無(wú)源光學(xué)器件如wdm組件的示例性陣列波導(dǎo)光柵(awg)的俯視圖；

圖15是可以使用sin形成為無(wú)源光學(xué)器件如wdm組件的示例性級(jí)聯(lián)的mz干涉儀的俯視圖；

圖16是另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的側(cè)視圖；

圖17是限定了蝕刻窗口的示例性sipic的透視圖；

圖18包括可以在圖17的蝕刻窗口內(nèi)耦合至圖17的sipic的中介件的一部分的實(shí)施的仰視圖和側(cè)視圖；

圖19a和19b是描繪了圖18的中介件和圖17的sipic的對(duì)齊和附接的側(cè)視圖；

圖20是描繪了另一中介件和sipic的對(duì)齊的側(cè)視圖；

圖21是描繪了另一中介件和sipic的對(duì)齊的側(cè)視圖；

圖22包括具有中介件對(duì)齊脊和虛擬中介件島的中介件的另一布置的側(cè)視圖和仰視圖；

圖23a是包括sipic、中介件和光纖端接頭2306(以下稱(chēng)為“接頭”)的另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的側(cè)視圖；

圖23b是圖23a的中介件的透視圖；

圖24是另一示例性光子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)”)的透視圖；

圖25a和25b示出了rx對(duì)txsin波導(dǎo)的兩種不同偏移構(gòu)造；

圖26包括氮氧化硅(sion)中介件的側(cè)視圖和仰視圖；

圖27是描繪了圖26的sion中介件與圖17的sipic的對(duì)齊的側(cè)視圖。

圖28示出了在玻璃中介件上各自包含至少一種聚合物的兩個(gè)示例性光電子系統(tǒng)(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)”)。

圖29a示出了示例性的玻璃中介件上的聚合物和sipic；

圖29b示出了另一示例性的玻璃中介件上的聚合物；

圖30示出了示例性sipic的剖視圖；

圖31a示出了另一示例性sipic；

圖31b示出了圖31a的sipic的第一至第三模擬；

圖32示出了多模sin-至-si絕熱耦合器區(qū)域(以下稱(chēng)為“耦合器”)。

圖33a至33d包括具有多種不同參數(shù)設(shè)置的圖32的耦合器的多種模擬；

圖34a和34b示出了解復(fù)用器系統(tǒng)的實(shí)施方案(統(tǒng)稱(chēng)為“解復(fù)用器”)；

圖35是對(duì)于絕熱耦合器區(qū)域的si和sin波導(dǎo)中的te和tm偏振，作為si波導(dǎo)寬度的函數(shù)的有效折射率(effectiveindex)的模擬的圖形表示；

圖36是對(duì)于180nm和150nm的si波導(dǎo)尖端寬度，作為si波導(dǎo)錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的te和tm偏振耦合效率的模擬的圖形表示；

圖37是對(duì)于三個(gè)不同波長(zhǎng)信道的160nm的si波導(dǎo)尖端寬度，作為si波導(dǎo)錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的te和tm偏振耦合效率的模擬的圖形表示；

圖38a至38c示出了示例性sipic偏振分路器或合路器(以下統(tǒng)稱(chēng)為“偏振分路器”)；

圖39a和39b包括描繪了高折射率(index)玻璃中介件(以下稱(chēng)為“中介件”)和圖17的sipic的對(duì)齊和附接的側(cè)視圖。

圖40a包括另一高折射率玻璃中介件(以下稱(chēng)為“中介件”)的倒置透視圖；并且

圖40b包括絕熱耦合至sipic4008的圖40a的中介件的透視圖，

所有這些都根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行布置。

具體實(shí)施方式

本文描述的一些實(shí)施方案一般地涉及光從硅(si)波導(dǎo)到中間氮化硅(sixny，本文一般稱(chēng)為sin)波導(dǎo)然后從sin波導(dǎo)到中介件波導(dǎo)(例如聚合物或高折射率玻璃波導(dǎo))的絕熱耦合，反之亦然。為了便于以下討論的參考，絕熱耦合通常在單個(gè)si波導(dǎo)到sin波導(dǎo)到中介件波導(dǎo)耦合的上下文中討論，其理解是在給定的系統(tǒng)中可以包括多個(gè)這種耦合。

si波導(dǎo)可以具有第一光學(xué)模尺寸，sin波導(dǎo)可以具有顯著大于第一光學(xué)模尺寸的第二光學(xué)模尺寸，聚合物或另一些中介件波導(dǎo)可以具有顯著大于第二光學(xué)模尺寸的第三光學(xué)模尺寸。例如，第一光學(xué)模尺寸可以是約0.3μm，或在0.25μm和0.5μm之間的范圍內(nèi)；第二光學(xué)模尺寸可以為約1μm，或在0.7μm和3μm之間的范圍內(nèi)；第三光學(xué)模尺寸可以為約10μm，或在8μm和12μm之間的范圍內(nèi)。第三光學(xué)模尺寸可以基本類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的光學(xué)模尺寸。例如，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖可以具有約10μm的光學(xué)模尺寸，其基本類(lèi)似于第三光學(xué)模尺寸。

si波導(dǎo)可以逆向漸變至約80納米(nm)的寬度，以增加光模的尺寸并將其輸出到si波導(dǎo)的包層中。sin波導(dǎo)可以在包括si波導(dǎo)的si光子集成電路(pic)上制造。sin波導(dǎo)可以接收來(lái)自si倒錐的光。類(lèi)似于si波導(dǎo)，sin波導(dǎo)可以逆向漸變至80nm至300nm的寬度。具有大約3至8(μm)芯的中介件波導(dǎo)可以被放置成與sin波導(dǎo)緊密光學(xué)接觸。來(lái)自si波導(dǎo)倒錐的光可以絕熱耦合至sin波導(dǎo)，然后沿著傳播方向逐步絕熱耦合至中介件波導(dǎo)，并且可以完全或基本上完全地轉(zhuǎn)換到它。中介件波導(dǎo)可以在單獨(dú)的剛性或柔性基底上加工，并且可以使用包括熱機(jī)械附接的多種技術(shù)或通過(guò)使用折射率匹配粘合劑將其附接到sin波導(dǎo)。sipic可以在si基底上在絕緣體上si(例如，二氧化硅(sio2)隱埋氧化物層上的硅)中包括調(diào)制器、波導(dǎo)、檢測(cè)器、耦合器和另一些光學(xué)組件。集成電路(ic)可以在sipic的遠(yuǎn)離sin波導(dǎo)和中介件波導(dǎo)可以位于的耦合區(qū)域的一部分中被倒裝芯片接合(例如由銅柱)在sipic上。中介件波導(dǎo)可以包括在可以是透明的和/或具有對(duì)齊標(biāo)記的中介件中，以便容易地使sipic上的sin波導(dǎo)與中介件上的中介件波導(dǎo)光學(xué)對(duì)齊。中介件波導(dǎo)和sin波導(dǎo)可以被動(dòng)或主動(dòng)對(duì)齊。

sin波導(dǎo)或波導(dǎo)可以在sipic的制造過(guò)程中進(jìn)行限定，向所述sipic的制造過(guò)程添加sin/sio2層段用于耦合和無(wú)源功能。標(biāo)準(zhǔn)si光子堆疊層具有si基底、sio2氧化物層(稱(chēng)為box或sio2隱埋氧化物)和si波導(dǎo)層，其中si波導(dǎo)被sio2包層包圍以限制光。本文描述的實(shí)施方案可以向該標(biāo)準(zhǔn)堆疊添加sin層，用于兩級(jí)耦合和可選的無(wú)源光學(xué)功能。sin層具有由sio2包層包圍的sin芯波導(dǎo)區(qū)域以限制光。sin具有si和聚合物的折射率之間的中間折射率，因此允許兩層之間的有效的絕熱耦合，其中錐形寬度在一些標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)制造廠的臨界尺寸內(nèi)。與si和sio2相比，sin的低損耗和sin相對(duì)于sio2包層較低的芯/包層折射率差允許制造具有更好性能的無(wú)源組件。例如，sin中的波分復(fù)用器(wdm復(fù)用器)和解復(fù)用器(wdm解復(fù)用器)具有比在si中更高的信道隔離度。此外，sin中的無(wú)源組件相對(duì)于si中相同組件具有5乘以小的隨溫度的峰值波長(zhǎng)漂移。

在一些實(shí)施方案中，sipic上的發(fā)射(tx)和接收(rx)si波導(dǎo)可以在一個(gè)平面中或在sipic的一個(gè)平界面處可進(jìn)入，而用于平行單模光纖的mt連接器可以通過(guò)其中tx陣列在一行中且rx陣列位于其下方的行中多的源協(xié)議(msa)以具有多個(gè)構(gòu)造。tx和rx也可能在同一行中，但是是分開(kāi)的。本文描述的實(shí)施方案包括中介件，其可以從sipic的平面中的sin波導(dǎo)輸入/輸出連接并且呈現(xiàn)到例如mt連接器，兩個(gè)垂直分開(kāi)的輸入/輸出行。

在一些實(shí)施例中，可以將波分復(fù)用或另一些無(wú)源光學(xué)功能集成在其中形成sin波導(dǎo)的相同的sin/sio2層中。與在另一些層和/或材料中實(shí)現(xiàn)這樣的光學(xué)功能相比，使用sin/sio2層可以是有利的，因?yàn)槠淇梢杂捎谳^低的sin損耗和較小的芯和包層之間的折射率差而提供更低的損耗、更好的信道隔離度。

本文描述的一些實(shí)施方案在一定的操作范圍內(nèi)可以是波長(zhǎng)獨(dú)立的。例如，本文描述的一些實(shí)施例在1310nm標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)距離(lr)標(biāo)準(zhǔn)的操作范圍內(nèi)可以是波長(zhǎng)獨(dú)立的，而表面光柵耦合器可以具有相對(duì)窄的20nm至30nm的通帶。

si波導(dǎo)和sin波導(dǎo)包括在sipic的不同層中。si波導(dǎo)可以包括si作為波導(dǎo)芯，所述波導(dǎo)芯被作為波導(dǎo)包層的sio2包圍。類(lèi)似地，sin波導(dǎo)可以包括sin作為波導(dǎo)芯，所述波導(dǎo)芯被作為波導(dǎo)包層的sio2包圍。

在一些實(shí)施方案中，包括sin波導(dǎo)的sipic的層在包括si波導(dǎo)的sipic層下方并在中介件波導(dǎo)的下方。為了制造與標(biāo)準(zhǔn)si光子工藝(目前可能不包括sin波導(dǎo)的層)兼容的si/sio2與sin/sio2，可以使用晶片接合來(lái)制造其中sin在下層的具有完全加工的si(所謂的前段制程(feol)和后段制程(beol))的結(jié)構(gòu)。給定這種結(jié)構(gòu)和可以蝕刻用于耦合的窗口，可以實(shí)現(xiàn)sin波導(dǎo)和中介件波導(dǎo)之間的光學(xué)耦合。因此，從si波導(dǎo)傳播到sin波導(dǎo)到中介件波導(dǎo)的光可以從si波導(dǎo)向下到sin波導(dǎo)，然后向上進(jìn)入到中介件波導(dǎo)中，然后可以將其耦合到光纖等中，或者光可以在反向路徑上傳輸。在這些和另一些實(shí)施方案中，中介件波導(dǎo)可以包括聚合物或具有接近1.5的類(lèi)似包層折射率的高折射率玻璃波導(dǎo)。

無(wú)論包括sin波導(dǎo)的sipic的層是在包括si波導(dǎo)的sipic的層下方或上方，sin波導(dǎo)都可以包括在在sipic中包括波分復(fù)用(wdm)組件的sipic的區(qū)域中?；蛘呋蛄硗猓鼑鷖in波導(dǎo)的sio2包層可以相對(duì)較厚，和/或sin波導(dǎo)可以具有正方形截面輪廓以使sin波導(dǎo)偏振不敏感。

在其中包括sin波導(dǎo)的sipic的層在包括si波導(dǎo)的sipic的層下方的一些實(shí)施方案中，具有基于磷化銦(inp)的增益元件或基于inp的pin探測(cè)器的半導(dǎo)體芯片可以晶片接合至包括si波導(dǎo)的sipic的層上方的sipic。在基于inp的增益元件的情況下，由基于inp的增益元件發(fā)出的光可以光學(xué)耦合到si波導(dǎo)中，然后進(jìn)入sin波導(dǎo)，然后進(jìn)入中介件波導(dǎo)，然后進(jìn)入例如光纖。在基于inp的pin探測(cè)器的情況下，接收到中介件波導(dǎo)中的光可以耦合到sin波導(dǎo)中，然后到si波導(dǎo)中，然后到基于inp的pin探測(cè)器中。

在一些實(shí)施方案中，sipic的頂層至少在限定要被蝕刻為用于聚合物(或其他材料)波導(dǎo)帶的刻蝕窗口的面積的區(qū)域中可以包括金屬“虛擬物”，所述聚合物(或其他材料)波導(dǎo)帶包括中介件波導(dǎo)，例如，在該實(shí)施例中為聚合物波導(dǎo)。金屬“虛擬物”是電介質(zhì)堆疊中的金屬填充孔的陣列，其功能是在beol工藝中化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)之后平均地在晶片上產(chǎn)生機(jī)械平坦的表面。其為所謂的虛擬物，因?yàn)槠洳黄痣娪|點(diǎn)的作用，而beol過(guò)程中的其他金屬可在pic的多個(gè)觸點(diǎn)與輸出電氣端口之間起電氣連接的作用。頂層和任何中間層下至包括sin波導(dǎo)的sipic的層可以被刻蝕直到穿過(guò)包括sin波導(dǎo)的層，以在蝕刻窗口中接收聚合物波導(dǎo)帶并允許聚合物波導(dǎo)光學(xué)耦合至sin波導(dǎo)。在一些實(shí)施方案中，可以提供聚合物脊、錨窗口和/或虛擬聚合物島，以促進(jìn)sipic和包括聚合物波導(dǎo)的聚合物中介件之間的對(duì)齊和機(jī)械連接。

在一些實(shí)施方案中，包括在sipic中的wdm組件可以是偏振敏感的。例如，wdm組件如基于sin的中階梯光柵(echellegrating)的可以呈現(xiàn)出偏振相關(guān)的濾波功能。特別地，這種wdm組件的濾波功能可以使光的一種偏振位移多于光的另一種偏振，這可以導(dǎo)致在接收器處的信道的串?dāng)_。例如，基于sin的中階梯光柵可以將1310nm波長(zhǎng)信道上的te偏振偏移到也在不同波長(zhǎng)信道處接收tm偏振的輸出導(dǎo)，導(dǎo)致兩個(gè)信道之間的串?dāng)_。

因此，sipic可以另外包括偏振分路器。通常，偏振分路器可以使用sin/si絕熱耦合器，其包括兩個(gè)sin波導(dǎo)和至少一個(gè)具有兩個(gè)錐形端的si波導(dǎo)。si波導(dǎo)的錐形端可以具有這樣的尖端寬度，其有利于光的兩種偏振中一種的絕熱耦合，優(yōu)于另一種。例如，tm偏振可以以比te偏振更窄的si尖端寬度從sin耦合到si。si尖端寬度可以選擇為通常將te偏振從第一sin波導(dǎo)通過(guò)si波導(dǎo)絕熱耦合到第二sin波導(dǎo)，同時(shí)tm偏振通常保留在第一sin波導(dǎo)中。

在下面的討論中，公開(kāi)了多個(gè)實(shí)施方案。除非上下文另有說(shuō)明，否則多個(gè)實(shí)施方案不是相互排斥的。例如，除非上下文另有說(shuō)明，否則一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案的一部分或全部可以與一個(gè)或更多個(gè)其他實(shí)施例的一部分或全部組合。

現(xiàn)在將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多個(gè)方面。應(yīng)當(dāng)理解，附圖是這些示例性實(shí)施方案的圖解和示意性表示，并不限制本發(fā)明，也不一定按比例繪制。

圖1是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的示例性光電子系統(tǒng)100(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)100”)的透視圖。如所示，系統(tǒng)100包括sipic102、中介件104、三維(3d)堆疊區(qū)域106和倒裝芯片接合的集成電路(ic)108。sipic102和中介件104一起形成兩級(jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)200(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)200”)。

通常，sipic104可以在絕緣體上硅基底中包括一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)元件如調(diào)制器、波導(dǎo)、耦合器或另一些光學(xué)元件。

通常，3d堆疊區(qū)域106可以為sipic104的一個(gè)或更多個(gè)有源光學(xué)組件提供電連接。因此，3d堆疊區(qū)域106可以包括例如金屬化柱、跡線(trace)和/或觸點(diǎn)以及絕緣電介質(zhì)和/或另一些材料和元件。

通常，倒裝芯片接合的ic108可以包括一個(gè)或更多個(gè)有源和/或無(wú)源電器件，其可以通過(guò)3d堆疊區(qū)域106通信耦合到sipic104的一個(gè)或更多個(gè)有源光學(xué)組件。

中介件104可以機(jī)械耦合到sipic102。中介件104的中介件波導(dǎo)以及sipic102的sin波導(dǎo)和si波導(dǎo)可以被構(gòu)造為將光絕熱耦合進(jìn)或出sipic102。如本文所使用，在轉(zhuǎn)換交互區(qū)域(有時(shí)在本文中稱(chēng)為絕熱耦合器區(qū)域)中，光可以從一個(gè)光學(xué)組件或器件(這里我們稱(chēng)為“初始狀態(tài)”波導(dǎo))絕熱耦合到另一個(gè)(這里稱(chēng)為最終狀態(tài)波導(dǎo))。為了將光功率從初始狀態(tài)波導(dǎo)傳遞到最終狀態(tài)波導(dǎo)，初始狀態(tài)波導(dǎo)和最終狀態(tài)波導(dǎo)之一或兩者的一種或更多種光學(xué)特性如寬度、高度、有效折射率等沿光軸變化。這里，初始狀態(tài)和最終狀態(tài)波導(dǎo)在轉(zhuǎn)換交互區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)系統(tǒng)，并且在物理上從初始狀態(tài)波導(dǎo)傳輸?shù)阶罱K狀態(tài)波導(dǎo)時(shí)，光保持為聯(lián)合系統(tǒng)的單模。初始狀態(tài)和最終狀態(tài)波導(dǎo)可以分別對(duì)應(yīng)于si波導(dǎo)和sin波導(dǎo)，反之亦然?；蛘呋蛄硗猓跏己妥罱K狀態(tài)波導(dǎo)可以分別對(duì)應(yīng)于sin波導(dǎo)和中介件波導(dǎo)，反之亦然。或者或另外，當(dāng)兩個(gè)組件如本文所述構(gòu)造以形成絕熱耦合器區(qū)域時(shí)，兩個(gè)部件可以被稱(chēng)為絕熱耦合在一起或彼此絕熱耦合。

此外，本文中通常使用的光是指任意合適波長(zhǎng)的電磁輻射，并且可以包括波長(zhǎng)為例如約800nm至900nm、2200nm至1360nm、1360nm至1460nm、1530nm至1565nm或另一些合適的波長(zhǎng)的光。光還可以具有te或tm偏振。

在這些和另一些實(shí)現(xiàn)中，sipic102中的sin波導(dǎo)可以與sipic102中的si波導(dǎo)對(duì)齊并且光學(xué)耦合至sipic102中的si波導(dǎo)。另外，中介件104中的中介件波導(dǎo)可以與sinsipic102中的sin波導(dǎo)對(duì)齊并且光學(xué)耦合至sinsipic102中的sin波導(dǎo)。si波導(dǎo)可以具有第一折射率n1。sin波導(dǎo)可以具有第二折射率n2。中介件波導(dǎo)可以具有第三折射率n3。通常，sin波導(dǎo)的第二折射率n2可以介于si波導(dǎo)的第一折射率n1和中介件波導(dǎo)的第三折射率n3之間。另外，n1>n2>n3。在一些實(shí)施方案中，對(duì)于具有三個(gè)波導(dǎo)的兩級(jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每個(gè)具有折射率n1、n2、n3中的相應(yīng)之一，第一折射率n1可以在3至3.5的范圍內(nèi)，第二折射率n2可以在1.8至2.2的范圍內(nèi)，第三折射率n3可以在1.49至1.6的范圍內(nèi)。

中介件104中的中介件波導(dǎo)可以另外與一個(gè)或更多個(gè)光信號(hào)的輸入和/或輸出對(duì)齊并且光學(xué)耦合至一個(gè)或更多個(gè)光信號(hào)的輸入和/或輸出。示例性輸入源可以包括光信號(hào)源(例如，激光器)、光纖、光纖端連接器、透鏡或另一些光學(xué)組件或器件，來(lái)自所述輸入源的入射光信號(hào)(例如，朝向sipic102的信號(hào))被提供給中介件104以輸入到sipic102?？梢园l(fā)送輸出的示例輸出器件可以包括激光器、光學(xué)接收器(例如，光電二極管)、光纖、光纖端連接器、透鏡或另一些光學(xué)組件或器件，輸出信號(hào)(例如，離開(kāi)sipic102的信號(hào))可以通過(guò)中介件104提供至所述輸出器件。sipic102的一個(gè)或更多個(gè)有源光學(xué)組件可以產(chǎn)生或以其他方式成為通過(guò)si波導(dǎo)、sin波導(dǎo)和中介件波導(dǎo)從光子系統(tǒng)200輸出的輸出信號(hào)源?；蛘呋蛄硗猓瑂ipic102的一個(gè)或更多個(gè)有源光學(xué)組件可以被構(gòu)造為接收并處理通過(guò)中介件波導(dǎo)、sin波導(dǎo)和si波導(dǎo)輸入到光子系統(tǒng)200的輸入信號(hào)。

圖2是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案的圖1的光子系統(tǒng)200的側(cè)視圖。光子系統(tǒng)200包括sipic102和中介件104。圖2另外示出了3d堆疊區(qū)域106。sipic102包括si基底202、sio2隱埋氧化物204、包括一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)208的第一層206，以及包括一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)212的第二層210。在所示實(shí)施方案中，第一層206和第二層210都形成在sio2隱埋氧化物204的上方。特別地，第一層206形成在第二層210上(或至少形成在第二層210上方)，第二層210形成在sio2隱埋氧化物204上(或至少形成在sio2隱埋氧化物204上方)?；蛘呋蛄硗猓辽僭趕i波導(dǎo)212光學(xué)耦合到sin波導(dǎo)208的區(qū)域中，可以在第一層206和第二層210之間形成sin的板214。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，sin波導(dǎo)208包括作為波導(dǎo)芯的si3n4，沿著所述波導(dǎo)芯的長(zhǎng)度在至少兩側(cè)所述波導(dǎo)芯被sio2或其他合適的波導(dǎo)包層包圍。

盡管圖2中未示出，但是sipic102還可以包括形成在第二層210中的一個(gè)或更多個(gè)有源光學(xué)組件。在這些和另一些實(shí)施方案中，sipic102還可包括形成在第二層210上和/或上方的一個(gè)或更多個(gè)介電層216，以及形成在介電層216中的一個(gè)或更多個(gè)金屬化結(jié)構(gòu)218。金屬化結(jié)構(gòu)218可以從sipic102的頂部延伸通過(guò)介電層216，以與形成在sipic102中的第二層210或別處的有源光學(xué)組件電接觸。介電層216可以包含sio2或另一些合適的介電材料。介電層216和金屬化結(jié)構(gòu)218一起為3d堆疊區(qū)域106的實(shí)例。

結(jié)合參考圖1和圖2，倒裝芯片接合的ic108可以倒裝芯片接合到3d堆疊區(qū)域106。倒裝芯片接合的ic可以包括一個(gè)或更多個(gè)有源和/或無(wú)源電子器件，其可以通過(guò)3d堆疊區(qū)域123通信耦合至形成在sipic102的第二層210中的一個(gè)或更多個(gè)有源光學(xué)組件。

中介件104可以包括中介件基底220和形成在中介件基底220上和/或耦合到中介件基底220的波導(dǎo)帶222。波導(dǎo)帶222包括一個(gè)或更多個(gè)中介件波導(dǎo)224。每個(gè)中介件波導(dǎo)224包括具有不同的折射率的中介件芯224a和中介件包層224b。中介件波導(dǎo)224的耦合器部分可以設(shè)置在第一層206中sin波導(dǎo)208的錐形端上方并且與sin波導(dǎo)208的錐形端對(duì)齊，如以下更詳細(xì)的描述。

si波導(dǎo)212(或更具體地，si波導(dǎo)212的芯)可以具有上述的第一折射率n1。sin波導(dǎo)208(或更具體地，sin波導(dǎo)208的芯)可以具有上述的第二折射率n2。中介件波導(dǎo)224(或更具體地，中介件波導(dǎo)224的中介件芯224a)可以具有上述的第三折射率n3，其中n1>n2>n3。

圖3a至3b包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖2的光子系統(tǒng)200的部分的多種視圖。具體地，圖3a包括俯視圖300a和縱向剖視圖300b，圖3b包括分別由圖3a中的參考線1至4表示的位置處的橫向剖視圖300c至300f。

圖3a的俯視圖300a示出了根據(jù)設(shè)置在圖3a的視圖300a至300b的每個(gè)中以及設(shè)置在本文的另一些圖中的任意定義的x-y-z坐標(biāo)軸，多個(gè)部件相對(duì)于彼此的相對(duì)x軸和z軸對(duì)齊。由于所有四個(gè)視圖300c至300f具有相同的取向，因此為圖3b的所有四個(gè)視圖300c-300f提供了x-y-z坐標(biāo)軸的單個(gè)實(shí)例。有時(shí)x方向可以被稱(chēng)為側(cè)面或橫向方向，并且諸如寬度、側(cè)面、橫向、側(cè)、側(cè)邊等術(shù)語(yǔ)可用于表示例如x方向上的尺寸、相對(duì)位置和/或運(yùn)動(dòng)，除非上下文另有說(shuō)明。有時(shí)y方向可以被稱(chēng)為垂直方向，并且諸如高度、厚度、垂直、垂直地、上方、下方、向上、向下等可以用于指例如在y方向上的尺寸、相對(duì)位置和/或者移動(dòng)，除非上下文另有說(shuō)明。有時(shí)z方向可以被稱(chēng)為縱向或光傳播方向，并且諸如長(zhǎng)度、縱向、上游、下游、向前，向后，前部、后部等的術(shù)語(yǔ)可用于指例如在z方向上的尺寸、相對(duì)位置和/或移動(dòng)，除非上下文另有說(shuō)明。

圖3a的縱向剖視圖300b示出了用于多個(gè)組件的示例性材料堆疊。圖3a的俯視圖300a包括材料堆疊中的不同級(jí)別的多個(gè)組件的輪廓或所占區(qū)域(footprint)，當(dāng)從上方觀察時(shí)其可能不一定是可見(jiàn)的，但是示出為輪廓或所占區(qū)域以示出多個(gè)組件相對(duì)于彼此x和y對(duì)齊。

在圖3a的視圖300a中示出的光子系統(tǒng)200的部分包括si波導(dǎo)212的錐形端。si波導(dǎo)212的錐形端在參考線1處比在參考線2處相對(duì)較寬?？梢哉J(rèn)為si波導(dǎo)212的錐形端具有結(jié)構(gòu)上相當(dāng)?shù)腻F形或倒錐形。如本文所使用的，可以認(rèn)為波導(dǎo)如圖3a的si波導(dǎo)212相對(duì)于入射光信號(hào)(例如在波導(dǎo)的相對(duì)較窄部分進(jìn)入波導(dǎo)并傳播通過(guò)波導(dǎo)朝向波導(dǎo)的相對(duì)較寬部分的光信號(hào))具有錐形。相比之下，可以認(rèn)為波導(dǎo)如圖3a的si波導(dǎo)212相對(duì)于出射光信號(hào)(例如在從較寬到較窄的方向傳播通過(guò)波導(dǎo)以離開(kāi)波導(dǎo)的光信號(hào))具有倒錐形。為了以下討論的簡(jiǎn)便，術(shù)語(yǔ)“錐形”及其變體應(yīng)被廣泛地解釋為波導(dǎo)寬度沿光軸變化。在一些實(shí)施方案中，有利的是沿著光軸線性地或非線性地或以線性和非線性變化的分段改變波導(dǎo)的寬度。可以改變圍繞初始狀態(tài)和最終狀態(tài)波導(dǎo)的交互區(qū)域的錐形的寬度，以?xún)?yōu)化耦合或減小耦合區(qū)域的長(zhǎng)度以產(chǎn)生物理上較小的器件。

包括錐形端的si波導(dǎo)212可以形成在第二層210中并且位于包括sin波導(dǎo)208的第一層206的下方。例如，第二層210可以位于sin板214的下方，sin板214又位于第一層206的下方。在第二層210內(nèi)，sio2通?？梢脏徑黶i波導(dǎo)212的側(cè)面設(shè)置(例如，在x正方向和x負(fù)方向上)，以形成用作芯的si波導(dǎo)212的包層，如圖3b視圖300c和300d所示。在一些實(shí)施方案中，sipic102的si波導(dǎo)212和/或另一些si波導(dǎo)的厚度tsi(例如，在y方向上)可以為約0.3μm，折射率可以為約3.4。本文提供的折射率、厚度、寬度、長(zhǎng)度的具體值和其他值僅作為示例提供，并且除了明確表述的那些之外的值可以落在所描述的實(shí)施方案的范圍內(nèi)。

如圖3a所示，sin板214可以形成在或以其他方式位于包括si波導(dǎo)212的第二層210上。在一些實(shí)施方案中，sin板214的厚度(例如，在y方向上)可以為約0至50nm。

圖3a的視圖300b還示出了sin波導(dǎo)208。sin波導(dǎo)208包括耦合器部分和錐形端二者。sin波導(dǎo)208的耦合器部分通常包括sin波導(dǎo)208的在參考線1和2之間的部分，sin波導(dǎo)208的錐形端通常包括sin波導(dǎo)208的在參考線3和4之間的部分。錐形sin波導(dǎo)208的錐形端在參考線3處比在參考線4處相對(duì)較寬。在第一層206內(nèi)，sio2通?？梢脏徑黶in波導(dǎo)208的側(cè)面設(shè)置(例如，在x正方向和x負(fù)方向上)，以用作sin波導(dǎo)208的包層，如圖3b的視圖300c至300f所示。在一些實(shí)施方案中，第一層206的sin波導(dǎo)208和/或另一些sin波導(dǎo)的厚度可以為約0.5μm至1μm(例如在z方向上)并且折射率可以為約1.99。

從圖3a可以看出，盡管sin波導(dǎo)208在y方向從si波導(dǎo)212移位，但是si波導(dǎo)212的錐形端在x和z方向上與sin波導(dǎo)208的耦合器部分對(duì)齊，使得si波導(dǎo)212的錐形端在x和z方向上與sin波導(dǎo)208的耦合器部分重疊(如視圖300a所示)并且與其平行(如視圖300b所示)。

圖3a另外示出了中介件波導(dǎo)224。中介件波導(dǎo)224包括芯224a和包層224b。此外，中介件波導(dǎo)224包括耦合器部分和從耦合器部分延伸的端。中介件波導(dǎo)224的耦合器部分通常包括中介件波導(dǎo)224在參考線3和4之間的部分，并且該端遠(yuǎn)離耦合器部分延伸(例如，向圖3a中的右側(cè))。中介件波導(dǎo)224可以連同可能存在的一個(gè)或更多個(gè)其他中介件波導(dǎo)耦合至圖2的中介件基底220。在一些實(shí)施方案中，圖2的中介件104的中介件波導(dǎo)224和/或另一些中介件波導(dǎo)的厚度ti(例如，在y方向上)可以為約3μm，寬度wi(例如，在x方向上)可以為約4μm，并且中介件芯224a的折射率可以為約1.51，內(nèi)插層包層224b的折射率可以為約1.5。更一般地，如果中介件芯224a的折射率大于中介件包層224b的折射率，則中介件芯224a的折射率可以在1.509至1.52的范圍內(nèi)。注意，中介件的折射率范圍的低端值由sin制造工藝提供的最小錐形尖端寬度確定，此處假定其為約200nm。例如，sin波導(dǎo)的最小錐形尖寬度可以是180nm。如果該工藝使sin的尖端寬度更小，則允許相應(yīng)較低的中介件折射率。這是因?yàn)楫?dāng)sin波導(dǎo)和中介件波導(dǎo)的有效折射率基本相同時(shí)，發(fā)生絕熱耦合轉(zhuǎn)換。減小sin尖端寬度(例如通過(guò)使用更復(fù)雜的工藝)降低了sin波導(dǎo)的有效折射率，從而允許更小的中介件材料折射率。

從圖3a可以看出，盡管中介件波導(dǎo)224在y方向上從sin波導(dǎo)208移位，但是中介件波導(dǎo)224的耦合器部分仍然在x和z方向上與sin波導(dǎo)208的錐形端對(duì)齊，使得中介件波導(dǎo)224的耦合器部分與sin波導(dǎo)208的錐形端重疊(如視圖300a所示)并且與其平行(如視圖300b所示)。

圖3b的視圖300c至300f描繪了si波導(dǎo)212和sin波導(dǎo)208中的每一者分別在圖3a的參考線1至4處的錐形端的寬度(例如，在x方向上)。例如，從視圖300c和300d可以看出，si波導(dǎo)212的寬度從參考線1處的約0.32μm的寬度wsi1逐漸縮減到參考線2處的約0.08μm(或80nm)的寬度wsi2。此外，從視圖300e和300f可以看出，sin波導(dǎo)208的寬度從參考線3處的約1.0μm的寬度wsin1逐漸縮減到參考線4處的約0.20μm(或200nm)的寬度wsin2。作為另一設(shè)計(jì)實(shí)例，寬度wsin1在參考線3處可以為約1.5μm，逐漸縮減到參考線4處的為約0.08μm的寬度wsin2。

si波導(dǎo)212和sin波導(dǎo)208的錐形端為從si波導(dǎo)212到sin波導(dǎo)208以及從sin波導(dǎo)208到中介件波導(dǎo)224的光信號(hào)提供絕熱轉(zhuǎn)換，或者為相反方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)提供絕熱轉(zhuǎn)換?？梢酝ㄟ^(guò)以足夠慢的方式改變si波導(dǎo)212和sin波導(dǎo)208的錐形端的結(jié)構(gòu)和/或有效折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)絕熱轉(zhuǎn)換，使得當(dāng)光入射到錐形端時(shí)光不會(huì)從其模式散射，并且當(dāng)其離開(kāi)錐形端并進(jìn)入sin波導(dǎo)208或中介件波導(dǎo)224的耦合部分時(shí)以相同的模式繼續(xù)傳播。也就是說(shuō)，光可能在si波導(dǎo)212或sin波導(dǎo)208的錐形端與sin波導(dǎo)208或中介件波導(dǎo)224的y軸位移和相鄰的耦合器部分之間經(jīng)歷逐漸轉(zhuǎn)換，使得該模式不變，并且不發(fā)生明顯的光散射。因此，與sin波導(dǎo)208的耦合器部分組合的si波導(dǎo)212的錐形端是絕熱耦合器區(qū)域的實(shí)例。sin波導(dǎo)208的錐形端和中介件波導(dǎo)224的耦合器部分是絕熱耦合器區(qū)域的另一實(shí)例。

在操作中，光學(xué)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、折射率和/或另一些特點(diǎn)可以確定光學(xué)介質(zhì)的有效折射率。有效折射率類(lèi)似于量子力學(xué)中的能級(jí)。較高的有效折射率類(lèi)似于較低的能級(jí)。因此，對(duì)于具有不同有效折射率的兩個(gè)相鄰的光學(xué)介質(zhì)來(lái)說(shuō)，光趨于以較高的有效折射率傳播通過(guò)介質(zhì)。

在本文描述的實(shí)施方案中，并且特別參考圖3a和3b，si波導(dǎo)通常可以具有比sin波導(dǎo)更高的有效折射率，并且sin波導(dǎo)通常可以具有比聚合物波導(dǎo)更高的有效折射率。通過(guò)使si波導(dǎo)的端發(fā)生漸變，有效折射率可以沿錐形端的長(zhǎng)度減小，直到si波導(dǎo)的有效折射率近似匹配或甚至變得小于y軸移位的sin波導(dǎo)的有效折射率，如圖3a和3b所示。因此，通過(guò)si波導(dǎo)212傳播并通過(guò)其錐形端離開(kāi)的光可以在si波導(dǎo)212的錐形端的有效折射率與sin波導(dǎo)208的有效折射率匹配的點(diǎn)處離開(kāi)si波導(dǎo)212的錐形端并進(jìn)入sin波導(dǎo)208。類(lèi)似地，sin波導(dǎo)208可以在其端發(fā)生漸變，直到其有效折射率近似匹配或甚至變得小于y軸移位的聚合物波導(dǎo)的有效折射率，如圖3a和3b所示。因此，通過(guò)sin波導(dǎo)208傳播并通過(guò)其錐形端離開(kāi)的光可以在sin波導(dǎo)208的錐形端的有效折射率與中介件波導(dǎo)224的有效折射率匹配的點(diǎn)處離開(kāi)sin波導(dǎo)208的錐形端并進(jìn)入中介件波導(dǎo)224。

另一些絕熱耦合系統(tǒng)包括單一絕熱耦合器區(qū)域或階段，其中聚合物波導(dǎo)或高折射率玻璃(或另一些中介件)波導(dǎo)從si波導(dǎo)的錐形端直接接收光。這樣的系統(tǒng)通常需要非常薄的si波導(dǎo)(例如，在圖3a-3b的y方向上為190nm至200nm厚)和/或使si波導(dǎo)漸變到非常薄的寬度(例如，在x方向上為為40nm寬)以達(dá)到足夠小以匹配聚合物或高折射率玻璃波導(dǎo)的有效折射率的有效折射率。這種精細(xì)尺寸可能對(duì)于一些制造廠/制造商來(lái)說(shuō)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，和/或可能與這些制造廠/制造商的現(xiàn)有工藝不一致。此外，較小的si波導(dǎo)通常具有比相對(duì)較大的si波導(dǎo)更高的插入損耗，這使得其變得不利。si波導(dǎo)和聚合物波導(dǎo)之間的絕熱耦合長(zhǎng)度可以約為2mm，超過(guò)該值這樣窄的si波導(dǎo)將引入不期望的光損耗。相比之下，本文所述的一些實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)兩級(jí)絕熱耦合，其中sin波導(dǎo)具有介于si波導(dǎo)的折射率和中介件波導(dǎo)的折射率之間的中間折射率，使得通過(guò)制造較大尺寸的sin波導(dǎo)和/或其錐形端(可通過(guò)制造廠/制造商實(shí)現(xiàn))，si波導(dǎo)的有效折射率可以匹配于sin波導(dǎo)的有效折射率，并允許使用更大的較低損耗的sin波導(dǎo)。這里，從si波導(dǎo)到sin波導(dǎo)的絕熱耦合長(zhǎng)度可以非常小，例如約50μm至200μm。在這種情況下，小的約80nm寬的si波導(dǎo)的較高的損耗不會(huì)引起顯著的損耗，并且損耗明顯小于如上所述的2mm以上的較窄的si波導(dǎo)。sin波導(dǎo)和中介件波導(dǎo)之間的絕熱耦合器區(qū)域可以是大約2mm，其中與si和中介件波導(dǎo)之間的直接絕熱耦合相比，sin波導(dǎo)相對(duì)于si波導(dǎo)的較低損耗得到更少的損耗。

圖4包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的從圖3a至3b的si波導(dǎo)212到sin波導(dǎo)208的光的tm偏振的模擬耦合效率的圖形表示。圖4的橫軸是sin波導(dǎo)208的高度或厚度tsin(例如，在圖3a至3b的y方向上)，縱軸是耦合效率。從圖4可以看出，耦合效率隨著sin波導(dǎo)208的高度或厚度tsin的增加而增加。在1μm的高度或厚度tsin處，tm偏振光的耦合效率為約96％。

圖5a至5b包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖3a至3b參考線2處的sin波導(dǎo)208中的tm和te偏振光的模擬光模的圖形表示。對(duì)于圖5a至5b的模擬，假設(shè)sin波導(dǎo)208的高度或厚度tsin(例如，在y方向上)為約1μm，寬度wsin1(例如，在x方向上)為約1.5μm。

如圖5a所示，在圖3a至3b中的參考線2處，大多數(shù)tm偏振光已經(jīng)移動(dòng)到sin波導(dǎo)208中，盡管一些仍然保留在si波導(dǎo)212的錐形端的尖端中。如圖5b所示，在圖3a至3b中的參考線2處，幾乎所有的te偏振光已經(jīng)移出si波導(dǎo)212并進(jìn)入sin波導(dǎo)208。

圖5a至5b進(jìn)一步示出了作為單光模的光。然而，sin波導(dǎo)208在一些情況下可以支持多模光。當(dāng)單模光從si波導(dǎo)212絕熱耦合到sin波導(dǎo)208時(shí)，在一些實(shí)施方案中，僅可以激發(fā)sin波導(dǎo)208的單模并且光可以保持為單模。在另一些實(shí)施方案中，si-sin絕熱耦合器區(qū)域可以被構(gòu)造為支持多模光在期間的透射，如下所述。在另一些實(shí)施方案中，sin波導(dǎo)可以被構(gòu)造為僅支持單模。

圖6包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的從圖3a至3b的sin波導(dǎo)208到中介件波導(dǎo)224的tm偏振光和te偏振光(圖6中分別標(biāo)記為“tm”和“te”)的模擬耦合效率的圖形表示。圖6的橫軸是sin波導(dǎo)208的錐形端的長(zhǎng)度(例如，在圖3a至3b的z方向上)，縱軸是耦合效率。從圖6可以看出，te偏振光的耦合效率通常更好，并且隨著sin波導(dǎo)208的錐形端的長(zhǎng)度增加，te和tm偏振光二者的耦合效率增加。

圖7是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合光子系統(tǒng)700(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)700”)的側(cè)視圖。光子系統(tǒng)700包括sipic702和中介件704。與光子系統(tǒng)200類(lèi)似，光子系統(tǒng)700通?？杀粯?gòu)造為將光絕熱耦合進(jìn)和/或出光子系統(tǒng)700。

sipic702包括si基底706、sio2隱埋氧化物708、包括sin波導(dǎo)712的第一層710和包括si波導(dǎo)716的第二層714。在所示實(shí)施方案中，第一層710形成在sio2隱埋氧化物708上(或至少形成在sio2隱埋氧化物708上方)，并且第二層714形成在第一層710上(或至少形成在第一層710上方)。或者或另外，sin的板718可以至少在si波導(dǎo)716光學(xué)耦合至sin波導(dǎo)712的區(qū)域中形成在第一層710和第二層714之間。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，sin波導(dǎo)712包括作為波導(dǎo)芯的si3n4，沿著其長(zhǎng)度的至少兩側(cè)被sio2或其他合適的波導(dǎo)包層包圍。

如圖7所示，sipic702還可以包括一個(gè)或更多個(gè)形成在第二層714中的有源光學(xué)組件720、一個(gè)或更多個(gè)形成在第二層714上和/或上方的介電層722，以及一個(gè)或更多個(gè)形成在介電層722中金屬化結(jié)構(gòu)724。金屬化結(jié)構(gòu)724可以從sipic702的頂部延伸通過(guò)介電層722以與有源光學(xué)組件720電接觸。介電層722可以包含sio2或其他合適的介電材料。介電層722和金屬化結(jié)構(gòu)724共同為可以包括于sipic(如圖7的sipic702)中的3d堆疊區(qū)域的示例。或者或另外，包括有源光學(xué)組件720的sipic702的區(qū)域可以被稱(chēng)為sipic702的有源區(qū)域(在圖7中標(biāo)記為“有源”)，而沒(méi)有這種有源光學(xué)組件720的sipic702的單個(gè)區(qū)域或多個(gè)區(qū)域可以被稱(chēng)為sipic702的無(wú)源區(qū)域(圖7中標(biāo)記為“無(wú)源”)。

sipic702可以限定穿過(guò)sipic702的下到第一層710的層的蝕刻窗口725，包括通過(guò)圖7的實(shí)例中的介電層722、第二層714和sin板718。

中介件704可以包括中介件基底726以及形成在聚合物基底上和/或耦合至聚合物基底的波導(dǎo)帶728。波導(dǎo)帶728包括一個(gè)或更多個(gè)中介件波導(dǎo)730。每個(gè)中介件波導(dǎo)730包括具有不同折射率的中介件芯和中介件包層。每個(gè)中介件波導(dǎo)730的耦合器部分設(shè)置在sipic702的蝕刻窗口725內(nèi)的每個(gè)sin波導(dǎo)712的錐形端上方，并且與對(duì)應(yīng)的sin波導(dǎo)712的錐形端對(duì)齊，如以下更詳細(xì)的描述。

圖7的sipic702、中介件704、si基底706、sio2隱埋氧化物708、第一層710、sin波導(dǎo)712、第二層714、si波導(dǎo)716、sin板718、有源光學(xué)組件720、介電層722、金屬化結(jié)構(gòu)724、中介件基底726、波導(dǎo)帶728和中介件波導(dǎo)730中的每一者可以通常分別與本文公開(kāi)的另一些sipic、中介件、si基底、sio2隱埋氧化物、第一層、sin波導(dǎo)、第二層、si波導(dǎo)、sin板、有源光學(xué)組件、介電層、金屬化結(jié)構(gòu)、中介件基底、波導(dǎo)帶和中介件波導(dǎo)中的任一者相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。

圖8a至8b包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖7的光子系統(tǒng)700的部分的多種視圖。特別地，圖8a包括俯視圖800a和縱向剖視圖800b，圖8b包括分別在由圖8a中的參考線1至4指示的位置處的橫向剖視圖800c至800f。

圖8a的俯視圖800a示出了多個(gè)組件相對(duì)于彼此相對(duì)x軸和z軸對(duì)齊。圖8a的縱向剖視圖800b示出了用于多個(gè)組件的示例性材料堆疊。圖8a的俯視圖800a包括材料堆疊中的不同級(jí)別的多個(gè)組件的輪廓或所占區(qū)域，當(dāng)從上方觀察時(shí)其可能不一定是可見(jiàn)的，但是示出為輪廓或所占區(qū)域以示出多個(gè)組件相對(duì)于彼此x和z對(duì)齊。

在圖8a的視圖800a中示出的光子系統(tǒng)700的部分包括si波導(dǎo)716的錐形端。si波導(dǎo)716的錐形端在參考線1處比在參考線2處相對(duì)較寬。包括錐形端的si波導(dǎo)716可以形成在第二層714(圖7)中在包括sin波導(dǎo)712的第一層710(圖7)上或上方。例如，第二層714可以形成在第一層710上方的sin板718上。在第二層714內(nèi)，如圖8b的視圖800c和800d所示，sio2可以通常鄰近si波導(dǎo)716的側(cè)面設(shè)置(例如，在x正方向和x負(fù)方向上)，以形成用于作為芯的si波導(dǎo)716的包層。si波導(dǎo)716的厚度和/或折射率可以與上述si波導(dǎo)212的厚度和/或折射率相同或不同。

如圖8a所示，sin板718可以形成或以其他方式位于包括sin波導(dǎo)712的第一層710(圖7)上。sin板718的厚度可以與上述sin板214的厚度相同或不同的。

圖8a的視圖800b還示出了sin波導(dǎo)712。sin波導(dǎo)712包括耦合器部分和錐形端二者。sin波導(dǎo)712的耦合器部分通常包括sin波導(dǎo)712在參考線1和2之間的部分，sin波導(dǎo)712的錐形端通常包括sin波導(dǎo)712在參考線3和4之間的部分。sin波導(dǎo)712的錐形端在參考線3處比在參考線4處相對(duì)較寬。在第一層710(圖7)內(nèi)，sio2可以通常鄰近sin波導(dǎo)712的側(cè)面布置，以用作sin波導(dǎo)712的包層(例如，在x正方向和x負(fù)方向上)，如圖8b的視圖800c至800f所示。第一層710的sin波導(dǎo)712和/或其他sin波導(dǎo)可以具有與上述sin波導(dǎo)208的厚度和/或折射率相同或不同的厚度(例如，在y方向上)和/或折射率。

從圖8a可以看出，盡管sin波導(dǎo)712在y方向上從si波導(dǎo)716移位，但是si波導(dǎo)716的錐形端在x和z方向上與sin波導(dǎo)712的耦合器部對(duì)齊，使得si波導(dǎo)716的錐形端在x和z方向上與sin波導(dǎo)712的耦合器部分重疊(如視圖800a所示)并且與sin波導(dǎo)712的耦合器部分平行(如視圖800b所示)。

圖8a另外示出了中介件波導(dǎo)730。中介件波導(dǎo)730包括中介件芯730a和插入層包層730b。此外，中介件波導(dǎo)730包括耦合器部分和從耦合器部分延伸的端。中介件波導(dǎo)730的耦合器部分通常包括中介件波導(dǎo)730在參考線3和4之間的部分，并且端遠(yuǎn)離耦合器部分延伸(例如，圖8a中向右)。中介件波導(dǎo)730可以連同可能存在的一個(gè)或更多個(gè)其他中介件波導(dǎo)耦合至圖7的中介件基底726。在一些實(shí)施中，圖7的中介件704的中介件波導(dǎo)730和/或另一些中介件波導(dǎo)可以具有上述中介件波導(dǎo)224的厚度、寬度和/或折射率相同或不同的厚度(例如，在y方向上)、寬度(例如，在x方向上)和/或折射率。

從圖8a可以看出，盡管中介件波導(dǎo)730在y方向上從sin波導(dǎo)712移位，但是中介件波導(dǎo)730的耦合器部分仍然在x和z方向上與sin波導(dǎo)712的錐形端對(duì)齊，使得中介件波導(dǎo)730的耦合器部分與sin波導(dǎo)712的錐形端重疊(如視圖800a所示)并且與其平行(如視圖800b所示)。

si波導(dǎo)716、sin波導(dǎo)712、其錐形端和/或中介件波導(dǎo)730可以具有與上述si波導(dǎo)212、sin波導(dǎo)208、其錐形端和/或中介件波導(dǎo)224的寬度(例如，在x方向上)和/或長(zhǎng)度(例如，在z方向上)相同或不同的寬度和/或長(zhǎng)度?；蛘呋蛄硗?，si波導(dǎo)716和sin波導(dǎo)712的錐形端可以為從si波導(dǎo)716到sin波導(dǎo)712以及從sin波導(dǎo)712到中介件波導(dǎo)730的光信號(hào)提供絕熱轉(zhuǎn)換，如以上關(guān)于si波導(dǎo)212、sin波導(dǎo)208和中介件波導(dǎo)224所述。

圖9是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)900(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)900”)的側(cè)視圖。光子系統(tǒng)900在許多方面與上述討論的光子系統(tǒng)700類(lèi)似，包括sipic902和中介件704。sipic902在許多方面與上述sipic702相似，包括例如sio2隱埋氧化物708、第二層714、si波導(dǎo)716、有源光學(xué)組件720、介電層722和金屬化結(jié)構(gòu)724，并且sipic902另外限定了蝕刻窗口925。

sipic902還包括類(lèi)似于圖7的第一層710的第一層910。特別地，第一層910包括具有耦合器的第一sin波導(dǎo)912a，其與以上討論的具有耦合器的sin波導(dǎo)712相似。特別地，如關(guān)于si波導(dǎo)716和sin波導(dǎo)712所述，si波導(dǎo)716的錐形端和第一sin波導(dǎo)912a的耦合器部分彼此對(duì)齊，以便將來(lái)自si波導(dǎo)716的光絕熱耦合到第一sin波導(dǎo)912a，反之亦然。

sipic902的第一層910另外包括通常以914表示的wdm組件。wdm組件914可以用作例如wdm復(fù)用器或wdm解復(fù)用器。wdm組件914可以包括一個(gè)或更多個(gè)級(jí)聯(lián)的mach-zehnders、中階梯光柵或陣列波導(dǎo)光柵(awg)。wdm組件914根據(jù)光的波長(zhǎng)將第一sin波導(dǎo)912a光學(xué)耦合到一個(gè)或更多個(gè)第二sin波導(dǎo)912b、912c?；蛘呋蛄硗?，wdm組件914可以將可以承載具有不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的第二sin波導(dǎo)912b、912c中的一者或每者光學(xué)耦合到一個(gè)或更多個(gè)第一sin波導(dǎo)912a，所述一個(gè)或更多個(gè)第一sin波導(dǎo)912a又被耦合到一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)716。第二sin波導(dǎo)912c可以包括錐形端，以將光絕熱耦合到中介件波導(dǎo)730中，如以上關(guān)于sin波導(dǎo)712和中介件波導(dǎo)730所述。

為了減少和/或消除wdm組件914的偏振依賴(lài)性，第一和第二sin波導(dǎo)912a至912c(以下一般稱(chēng)為“sin波導(dǎo)912”)中的一個(gè)或更多個(gè)可以具有相同的光的te和tm偏振的有效折射率和分組折射率。為了構(gòu)造具有相同的光的te和tm偏振的有效折射率和分組折射率的sin波導(dǎo)912，sin波導(dǎo)912可以設(shè)置有對(duì)稱(chēng)的正方形截面并且可通常被sio2包圍。

例如，在圖9中，至少sin波導(dǎo)912b可具有沿著其長(zhǎng)度或沿著其長(zhǎng)度的至少一部分的正方形截面。沿著sin波導(dǎo)912b的長(zhǎng)度的至少一部分的正方形截面可以為約500nm×約500nm。在側(cè)面，sin波導(dǎo)912b可以具有與其相鄰的sio2。在垂直方向(例如，y方向)上，sin波導(dǎo)912b可以具有在其下面并與其相鄰的sio2隱埋氧化物708或另外的sio2層，其中sio2隱埋氧化物708或另外的sio2層的厚度至少為200nm。此外，sin波導(dǎo)912b可以具有在其上方并與其相鄰的一個(gè)或更多個(gè)sio2層，例如第二層714和/或介電層722。在sin波導(dǎo)912b上方并與其相鄰的一個(gè)或更多個(gè)sio2層在圖9中的合計(jì)厚度可以大于330nm。

圖10包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的與圖9的實(shí)施方案相關(guān)聯(lián)的多種模擬1000a至1000c。模擬1000c描繪了作為sin波導(dǎo)912b的寬度的函數(shù)的圖9的sin波導(dǎo)912b的有效折射率/分組折射率，其中假定sin波導(dǎo)912b的厚度為500nm。在模擬1000c中，曲線1002a和1002b表示分別對(duì)于光的te和tm偏振的sin波導(dǎo)912b的分組折射率，而曲線1004a和1004b表示分別對(duì)于光的te和tm偏振的sin波導(dǎo)912b的有效折射率。從模擬1000c可以看出，在500nm處出現(xiàn)光的te和tm偏振的相同分組折射率和有效折射率，例如，其中sin波導(dǎo)912b的寬度等于500nm厚。這可產(chǎn)生零雙折射操作。

圖10另外包括表1006，其列出由模擬1000c確定的sin波導(dǎo)912b的500nm×500nm截面測(cè)量以及sin波導(dǎo)中使用的sin和sio2的折射率。

圖10的模擬1000a和1000b假設(shè)表1004中列出的參數(shù)。從模擬1000a和1000b可以看出，在沿著sin波導(dǎo)912b的長(zhǎng)度全部四個(gè)側(cè)面上被sio2包圍的500nm×500nm的sin波導(dǎo)912b發(fā)生零雙折射操作。

圖11是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)1100(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)1100”)的側(cè)視圖。光子系統(tǒng)1100在許多方面與上述討論的光子系統(tǒng)900類(lèi)似，并且尤其包括中介件704和具有sio2隱埋氧化物708的sipic1102、包括一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)1112a至1112c(下文稱(chēng)為“sin波導(dǎo)1112”)和wdm組件1113的第一層1110、包括一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)1116的第二層、一個(gè)或更多個(gè)介電層1122和金屬化結(jié)構(gòu)1124。第一層1110、sin波導(dǎo)1112、wdm組件1113、第二層1114、si波導(dǎo)1116、介電層1122和金屬化結(jié)構(gòu)1124通常可以分別與本文公開(kāi)的另一些第一層、sin波導(dǎo)、wdm組件、第二層、si波導(dǎo)、介電層和金屬化結(jié)構(gòu)中的任一者相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。

光子系統(tǒng)1100與例如光子系統(tǒng)900之間的一個(gè)區(qū)別是圖11的sipic1102的第一層1110和第二層1114與圖9的sipic902的第一層910和第二層714相比被轉(zhuǎn)換。特別地，在圖11中，包括si波導(dǎo)1116的第二層1114在包括sin波導(dǎo)1112的第一層1110的下方。電介質(zhì)層1122可以設(shè)置在第一層1110上方并與第一層1110接觸，并且厚度可以大于800nm。第二層1114可以設(shè)置在第一層1110下面并與第一層1110接觸，并且厚度可以大于330nm。

另外地，sipic1102可以通常類(lèi)似于圖9的sipic902。例如，以與上述相似的方式，光可以從si波導(dǎo)1116絕熱耦合到sin波導(dǎo)1112a，反之亦然，并且可以從sin波導(dǎo)1112c絕熱耦合到中介件波導(dǎo)730，反之亦然。另外，sin波導(dǎo)1112b可以具有相同的光的te和tm偏振的有效折射率和分組折射率。

圖12a和12b包括另一示例性光電子系統(tǒng)1200(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)1200”)的俯視圖和縱向剖視圖，所述光電子系統(tǒng)1200包括由根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖3a至3b的si波導(dǎo)212、sin波導(dǎo)208和中介件波導(dǎo)224構(gòu)成的兩個(gè)絕熱耦合器區(qū)域。

系統(tǒng)1200還包括分布式反饋(dfb)激光器1202或其他半導(dǎo)體激光器、第一透鏡1204、光學(xué)隔離器1206和第二透鏡1208，全部安裝于激光底座1210。第一透鏡1204可以位于從dfb激光器1202輸出的光信號(hào)的光路中。光學(xué)隔離器1206可以位于第一透鏡1204之后的光路中。第二透鏡1208可以位于光學(xué)隔離器1206之后的光路中。如圖所示，中介件波導(dǎo)224的一端可以位于第二透鏡1208之后的光路中。

圖13是根據(jù)本文描述的至少一些實(shí)施方案布置的另一示例性光電子系統(tǒng)1300(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)1300”)的俯視圖。系統(tǒng)1300包括被構(gòu)造為發(fā)射不同波長(zhǎng)λ1至λn的光信號(hào)的n(n>＝2)個(gè)dfb激光器1302a至1302d，其中在圖13的實(shí)例中n為4。dfb激光器1302a至1302d中的每一個(gè)通過(guò)相應(yīng)的第一透鏡1306a至1306d、相應(yīng)的光學(xué)隔離器1308a至1308d和相應(yīng)的第二透鏡1310a至1310d光學(xué)耦合到相應(yīng)的中介件波導(dǎo)1304a至1304d，如關(guān)于圖12a至12b所述。

dfb激光器1302a至1302d中的每一個(gè)的輸出由相應(yīng)的中介件波導(dǎo)1304a至1304d(每個(gè)由中介件芯和中介件包層構(gòu)成并形成在中介件基底上)中之一接收，并且從相應(yīng)的中介件波導(dǎo)1304a至1304d絕熱耦合到圖13的系統(tǒng)1300中包括的sipic的第一層中包括的相應(yīng)的sin波導(dǎo)1312a至1312d中。系統(tǒng)1300的sipic可以與本文所描述的其他sipic中的一個(gè)或更多個(gè)相似或相同。絕熱耦合如上所述完成，例如通過(guò)提供具有錐形端的sin波導(dǎo)1312a-1312d，其與相應(yīng)的中介件波導(dǎo)1304a-1304d的對(duì)應(yīng)耦合器部分在兩個(gè)正交維度對(duì)齊。不是sin波導(dǎo)1312a至1312d立即絕熱耦合由n個(gè)dfb激光器1302a至1302d輸出的n個(gè)光信號(hào)中的相應(yīng)中的一個(gè)到sipic的在第一層上方或下方垂直移位的第二層中的相應(yīng)si波導(dǎo)中，而是將sin波導(dǎo)1312a-1312d在sipic的第一層內(nèi)光學(xué)耦合到包括于圖13的sipic的第一層中的無(wú)源光學(xué)器件1314。

在圖13的實(shí)例中，無(wú)源光學(xué)設(shè)備1314包括wdm組件，例如wdm復(fù)用器。wdm復(fù)用器可以包括級(jí)聯(lián)的mach-zehnder(mz)干涉儀、陣列波導(dǎo)光柵(awg)、中階梯光柵或其他合適的wdm復(fù)用器。更一般地，無(wú)源光學(xué)器件1314可以包括適于在sin中形成的任何無(wú)源光學(xué)器件。

由n個(gè)dfb激光器1302a至1302d輸出的n個(gè)光信號(hào)由sin波導(dǎo)1312a至1312d引導(dǎo)到無(wú)源光學(xué)器件1314中。無(wú)源光學(xué)器件1314將n個(gè)光信號(hào)復(fù)用為輸出到包括在圖13的sipic的第一層中的公共sin輸出波導(dǎo)1316的復(fù)用的光信號(hào)。公共sin輸出波導(dǎo)1316可以被構(gòu)造為與本文所述的其他sin波導(dǎo)相似或相同。復(fù)用的光信號(hào)從公共sin輸出波導(dǎo)1316絕熱耦合到形成與sipic的第二層中的si波導(dǎo)1318中。絕熱耦合如上所述完成，例如通過(guò)提供具有錐形端的si波導(dǎo)1318，所述錐形端與公共sin輸出波導(dǎo)1316的耦合器部分在兩個(gè)正交維度對(duì)齊。

圖14是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的示例性awg1400的俯視圖，其可以在例如sipic102、702、902、1102的第一層206、710、910、1110中使用sin形成為無(wú)源光學(xué)器件如wdm組件(例如，wdm復(fù)用器或wdm解復(fù)用器)。sipic的第一層可以包括sin波導(dǎo)1402、awg1400和sin波導(dǎo)1404a至1404d。中介件的中介件波導(dǎo)1406與sin波導(dǎo)1402形成絕熱耦合器區(qū)域。形成在sipic的第二層中的si波導(dǎo)1408a與sin波導(dǎo)1404a形成絕熱耦合器區(qū)域。盡管在圖14中未示出，但是形成在sipic的第二層中的其他si波導(dǎo)可以與其他sin波導(dǎo)1404b至1404d形成絕熱耦合器區(qū)域。

在一些實(shí)施方案中，awg1400是wdm解復(fù)用器，在這種情況下，復(fù)用光信號(hào)從中介件波導(dǎo)1406絕熱耦合到sin波導(dǎo)1402中，并提供給awg1400，awg1400將復(fù)用的光信號(hào)解復(fù)用為多個(gè)輸出信號(hào)(例如分離的波長(zhǎng)信道)分別輸出到sin波導(dǎo)1404a至1404d。然后，每個(gè)輸出信號(hào)可以從相應(yīng)的sin波導(dǎo)1404a至1404d絕熱耦合到相應(yīng)的si波導(dǎo)中，例如在sin波導(dǎo)1404a的情況下，絕熱耦合到si波導(dǎo)1408a中。

在一些實(shí)施方案中，awg1400是wdm復(fù)用器，在這種情況下，多個(gè)輸入信號(hào)(例如，分離的波長(zhǎng)信道)中的不同的一個(gè)從相應(yīng)的si波導(dǎo)(例如sipic的si波導(dǎo)1408a或其他si波導(dǎo))絕熱耦合到相應(yīng)的sin波導(dǎo)1404a至1404d。sin波導(dǎo)1404a至1404d向awg1400提供其各自的輸入信號(hào)，awg1400將多個(gè)輸入信號(hào)復(fù)用為輸出到sin波導(dǎo)1402的復(fù)用的光信號(hào)。然后復(fù)用的光信號(hào)可以從sin波導(dǎo)1402絕熱耦合到中介件波導(dǎo)1406。

在圖14(和圖13)中，sin波導(dǎo)1402和1404a至1404d中的每一個(gè)可以從相對(duì)寬的sin波導(dǎo)向下漸變?yōu)橄鄬?duì)窄的sin波導(dǎo)，其te和tm的有效折射率是相同的。因此，圖14的基于sin的awg1400可以基于零雙折射sin波導(dǎo)。

圖15是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的示例級(jí)聯(lián)的mz干涉儀1500的俯視圖，其可以使用例如sipic102、702、902、1102的第一層206、710、910、1110中的sin形成為無(wú)源光學(xué)器件如wdm組件(例如，wdm復(fù)用器)。級(jí)聯(lián)的mz干涉儀1500可以包括或?qū)?yīng)于圖13的無(wú)源光學(xué)器件1314。盡管圖15的級(jí)聯(lián)mz干涉儀1500被示出為接受n(n>＝2)個(gè)輸入光信號(hào)并輸出一個(gè)復(fù)用的光信號(hào)的wdm復(fù)用器，但是級(jí)聯(lián)mz干涉儀1500可以替代地被實(shí)現(xiàn)為接收一個(gè)復(fù)用的光信號(hào)并輸出n個(gè)單獨(dú)的光信號(hào)的wdm解復(fù)用器。

級(jí)聯(lián)的mz干涉儀1500可以包括mz干涉儀的第一級(jí)1502，第一級(jí)1502的每個(gè)mz干涉儀的一個(gè)臂中延遲為δl；mz干涉儀的第二級(jí)1504，其中第二級(jí)1504的每個(gè)mz干涉儀的一個(gè)臂中延遲為2·δl；具有一個(gè)mz干涉儀的第三級(jí)1506，其中第三級(jí)1506的mz干涉儀的一個(gè)臂中延遲為4·δl。每級(jí)的每個(gè)mz干涉儀的輸入可以包括2×2多模干涉(mmi)耦合器，并且每級(jí)的每個(gè)mz干涉儀的輸出可以包括1×2mmi耦合器。每級(jí)的每個(gè)mz干涉儀的輸入可以替代地包括50/50定向耦合器。

mz干涉儀的第一級(jí)1502可以具有耦合到sin波導(dǎo)1508的輸入。類(lèi)似于圖13的sin波導(dǎo)1312a，圖15的sin波導(dǎo)1508可以形成具有對(duì)應(yīng)的中介件波導(dǎo)的絕熱耦合器區(qū)域，以將不同波長(zhǎng)通道從對(duì)應(yīng)的光信號(hào)源如圖13的dfb1302a至1302d中相應(yīng)之一絕熱耦合到級(jí)聯(lián)的mz干涉儀1500。

mz干涉儀的第三級(jí)1506可以具有耦合到sin波導(dǎo)1510的輸出。類(lèi)似于圖13的sin波導(dǎo)1316，圖15的sin波導(dǎo)1510可以形成具有si波導(dǎo)的絕熱耦合器區(qū)，以將復(fù)用的輸出信號(hào)從級(jí)聯(lián)的mz干涉儀1500絕熱耦合到si波導(dǎo)中。

圖16是根據(jù)本文所描述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合光子系統(tǒng)1600(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)1600”)的側(cè)視圖。光子系統(tǒng)1600包括sipic1602、中介件704和半導(dǎo)體芯片1604。

sipic1602包括si基底1606；sio2隱埋氧化物1608；具有一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)1612a、1612b的第一層1610；以及具有一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)1616a、1616b的第二層1614。si基底1606；sio2隱埋氧化物1608；第一層1610；sin波導(dǎo)1612a、1612b；第二層1614以及si波導(dǎo)1616a、1616b通常可以分別與本文公開(kāi)的任何其他si基底、sio2隱埋氧化物、第一層、sin波導(dǎo)、第二層和si波導(dǎo)相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。例如，與以上一般所述類(lèi)似的方式，si波導(dǎo)1616b可以絕熱耦合到sin波導(dǎo)1612a，并且sin波導(dǎo)1612b可以絕熱耦合到中介件波導(dǎo)730。在一些實(shí)施方案中，第一層110可以包括wdm組件和/或如本文別處所描述的另一些特征。

半導(dǎo)體芯片1604可以晶片接合至sipic1602的第二層1614上方的sipic1602。半導(dǎo)體芯片1604可以包括有源光學(xué)器件1605，如形成激光器或基于inp的pin探測(cè)器需要的基于inp的增益元件或增益區(qū)域。半導(dǎo)體芯片1604的有源光學(xué)器件1605可以光學(xué)耦合到si波導(dǎo)1616a或si波導(dǎo)1616b中之一或二者?；蛘?，si波導(dǎo)1616a和1616b可以包括相同si波導(dǎo)的相反端。因此，光可以在有源光學(xué)器件1605與si波導(dǎo)1616a或1616b中之一或二者之間相互交換。在一個(gè)示例性實(shí)施中，si波導(dǎo)1616b包括錐形端，以將光絕熱耦合進(jìn)(或出)sin波導(dǎo)1612a，并且與si波導(dǎo)1616b的錐形端相反的一端可以包括可以絕熱耦合至半導(dǎo)體芯片1604的有源光學(xué)器件1605的si波導(dǎo)1616a。所謂的混合激光器結(jié)構(gòu)可以通過(guò)inp增益元件和si通過(guò)在inp增益區(qū)域的任一側(cè)上的si中加入反射分布布拉格反射器(dbr)來(lái)形成。inp增益區(qū)域的任一側(cè)中的sidbr形成具有增益的光腔，因此產(chǎn)生激光。

在本文描述的一些sipic中，sipic可以包括用于與sipic的有源光學(xué)組件電接觸的金屬層和/或金屬化結(jié)構(gòu)。這種有源光學(xué)組件可以以所謂的后段制程(beol)工藝制造。此外，為了在如本文所述的sipic和中介件之間耦合光，可以形成穿過(guò)一個(gè)或更多個(gè)上層下至包含sin波導(dǎo)的層的蝕刻窗口，以露出sin波導(dǎo)用于耦合至包括在中介件中的中介件波導(dǎo)。在這些和另一些實(shí)施中，sipic的頂層可以包括金屬虛擬物，以在cmp之后保持平坦度。金屬虛擬物可能必須保持一定的填充因子。蝕刻窗口的面積可以由金屬虛擬填充因子確定，并且可以限制為幾平方毫米(mm²)。

圖17是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的限定了蝕刻窗口1702的示例性sipic1700的透視圖。sipic1700包括第一層1710，所述第一層1710具有多個(gè)sin波導(dǎo)1712，其錐形端在蝕刻窗口1702中可見(jiàn)。sipic1700、蝕刻窗口1702、第一層1710和sin波導(dǎo)1712通?？梢耘c本文公開(kāi)的其他sipic、蝕刻窗口、第一層和sin波導(dǎo)相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。sipic1700可以另外包括與關(guān)于本文公開(kāi)的一個(gè)或更多個(gè)其他sipic的描述的那些相似的一個(gè)或更多個(gè)其他組件或元件。

sipic1700另外包括在第一層1710上方的一個(gè)或更多個(gè)介電層1722，該介電層可以與本文公開(kāi)的其他介電層相似或相同。蝕刻窗口1702可以通過(guò)蝕刻穿過(guò)介電層1722到第一層1710而形成。因此，蝕刻窗口1702可以通過(guò)介電層1722限制在三個(gè)側(cè)面(其中兩個(gè)在圖17中可見(jiàn))上。至少最頂部的一個(gè)介電層1722至少在在三個(gè)側(cè)面上限制蝕刻窗口1702的區(qū)域中包括金屬虛擬物1704。或者，金屬虛擬物1704可以從最頂部的一個(gè)介電層1722向下延伸到所有介電層1722或其一些部分。

在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，sin波導(dǎo)1712的每個(gè)錐形端可以是約2.2毫米(mm)長(zhǎng)，使得蝕刻窗口1702也至少那么長(zhǎng)，介電層1722可以是約5μm至6μm厚，使得蝕刻窗口1702蝕刻通過(guò)介電層1722至少那么深，并且sin波導(dǎo)1712可以具有約50μm的間距，并且蝕刻窗口1702可以具有400μm的寬度。根據(jù)期望的實(shí)施，另一些特定值是可能的。

圖18包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的中介件704的部分的實(shí)施的仰視圖1800a和側(cè)視圖1800b，所述中介件可以耦合到蝕刻窗口1702內(nèi)的圖17的sipic1700。在圖18的實(shí)施方案中，中介件704包括中介件基底726和耦合至其的波導(dǎo)帶728。波導(dǎo)帶728包括多個(gè)中介件波導(dǎo)730，其中的每一者包括中介件芯730a和中介件包層730b。在圖18的實(shí)例中，中介件704可以包括聚合物中介件，使得中介件基底726、中介件芯730a和中介件包層730b分別包括聚合物基底、聚合物芯和聚合物包層。

中介件基底726的厚度tis可以大于或等于約100μm。中介件包層730b的厚度t包層可以為約14μm。中介件芯730a的間距p，例如中介件芯730a的標(biāo)稱(chēng)芯中心到芯中心間隔可以為約50μm，或者更一般地為xμm。每個(gè)中介件器芯730a的寬度w芯可以為約8μm。每個(gè)中介件芯730a的厚度t芯可以小于或等于中介件704待耦合到的相應(yīng)的sipic的相應(yīng)蝕刻窗口的深度。波導(dǎo)帶728的寬度wws可以為約n乘以x，其中n是中介件芯730a的數(shù)量，并且x是間距p或標(biāo)稱(chēng)芯中心到芯中心間隔。相應(yīng)蝕刻窗口的最小寬度也可以是n乘以x。根據(jù)期望的實(shí)施，另一些特定值是可能的。

在圖18的視圖1800a和1800b中，中介件芯730a包括聚合物波導(dǎo)730的耦合器部分。圖18中可見(jiàn)的耦合器部分可以如上所述與通過(guò)相應(yīng)的蝕刻窗口可進(jìn)入的相應(yīng)的sin波導(dǎo)的錐形端對(duì)齊。耦合器部分沿著其長(zhǎng)度在四個(gè)側(cè)面中的三個(gè)上露出，其中中介件包層730b沿著耦合器部分的長(zhǎng)度與四個(gè)側(cè)面中的剩余的一個(gè)相鄰地設(shè)置?；蛘?，耦合器部分可以?xún)H在底側(cè)露出，或者沿著底側(cè)僅在一個(gè)或兩個(gè)垂直側(cè)部分地露出。然而，在這些和另一些實(shí)施方案中，對(duì)于未設(shè)置在相應(yīng)的蝕刻窗口內(nèi)的中介件704的部分(未示出)，中介件芯730a通常可以被中介件包層730b沿著其長(zhǎng)度在所有四個(gè)側(cè)面上包圍。

圖19a和19b是示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖18的中介件704和圖17的sipic1700的對(duì)齊和附接的側(cè)視圖。如圖19a所示，中介件704的波導(dǎo)帶728與蝕刻窗口1702對(duì)齊，其中中介件芯730a通常在x和z方向上與sin波導(dǎo)1712對(duì)齊，以形成絕熱耦合器區(qū)域，如本文別處所述。蝕刻窗口1702可以至少部分地填充有環(huán)氧樹(shù)脂底部填料1902。然后，如圖19a中的箭頭1904所示，中介件704可以朝向sipic1700(或反之亦然)移動(dòng)，直到中介件芯730a直接或者至少緊密接觸sin波導(dǎo)1712，如圖19b所示。如本文所使用的，兩個(gè)組件或元件之間的直接接觸意味著兩個(gè)組件實(shí)際上彼此接觸。本文所使用的緊密接觸意味著兩個(gè)部件足夠接近以使光從一個(gè)組件光學(xué)耦合到另一個(gè)組件。這種緊密接觸的組件可以任選地在兩個(gè)組件之間包含環(huán)氧樹(shù)脂或另一些粘合劑。涉及直接接觸的本文的任何描述也可以包括緊密接觸，所述緊密接觸可以包括例如粘合劑的薄層。如圖19b所示，可能有足夠的底部填料環(huán)氧樹(shù)脂1902以溢出蝕刻窗口1902，以便將介電層1722的頂部用環(huán)氧樹(shù)脂膠合到中介件704的中介件包層730b。

圖19a和19b另外示出了包括在sipic1700中的si波導(dǎo)1906，其通?？梢栽趚和z方向上與sin波導(dǎo)1712對(duì)齊以形成如本文別處所描述的絕熱耦合器區(qū)域。

圖20是描繪了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一中介件2002與sipic2004對(duì)齊的側(cè)視圖。圖20的實(shí)例實(shí)現(xiàn)多窗口幾何結(jié)構(gòu)以滿(mǎn)足最大窗口尺寸和金屬虛擬物填充因子約束，并且可以以其他方式類(lèi)似地被構(gòu)造到上述討論的其他實(shí)施方案(包括如本文所討論的兩級(jí)絕熱耦合的實(shí)施)。在該實(shí)施方案和另一些實(shí)施方案中，中介件2002可以包括多個(gè)波導(dǎo)帶2006，并且sipic2004可以包括多個(gè)蝕刻窗口2008。波導(dǎo)帶2006和蝕刻窗口2008中的每一者通常可以與本文公開(kāi)的任何其他波導(dǎo)帶和蝕刻窗口相似或相同。通常，中介件2002的至少在中介件2002耦合到sipic2004的區(qū)域中的下表面可以互補(bǔ)于sipic2004的至少在sipic2004耦合到聚合物中介件2002區(qū)域中的上表面。

圖21是描繪了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一中介件2102與sipic2104對(duì)齊的側(cè)視圖。中介件2102包括一個(gè)或更多個(gè)波導(dǎo)帶2106，同時(shí)sipic2104包括一個(gè)或更多個(gè)蝕刻窗口2108。另外，圖21的實(shí)例實(shí)現(xiàn)了一個(gè)或更多個(gè)中介件對(duì)齊脊2110和相應(yīng)的sipic錨窗口2112和/或一個(gè)或更多虛擬中介件島2114，并且以其他方式類(lèi)似地構(gòu)造到上述討論的其他實(shí)施方案(包括如本文所討論的兩級(jí)絕熱耦合的實(shí)施)。

在一些實(shí)施方案中，中介件對(duì)齊脊2110可以由與中介件2102的中介件芯、中介件包層或中介件基底相同的材料形成?；蛘呋蛄硗?，每個(gè)中介件對(duì)準(zhǔn)脊2110可以為約100μm至200μm寬并且具有與中介件芯相同或不同的厚度。

錨窗口2112可以刻蝕通過(guò)sipic2104的位于相應(yīng)的sipic2104的第一層之上的一個(gè)或更多個(gè)介電層，sipic2104的第一層包括待被光學(xué)耦合到包括在波導(dǎo)帶2106中的中介件波導(dǎo)的sin波導(dǎo)2116。錨窗口2112的形狀和位置可以與中介件對(duì)齊脊2110的形狀和位置互補(bǔ)。當(dāng)將聚合物中介件2102附接到sipic2104時(shí)，中介件對(duì)齊脊2110可以與錨窗口2104對(duì)齊，其又將波導(dǎo)帶2106的中介件波導(dǎo)的露出的耦合器部分對(duì)齊到sin波導(dǎo)2116。然后，如圖21中的箭頭2118所示，中介件2102可以朝向sipic2104(或反之亦然)移動(dòng)直到中介件芯與sin波導(dǎo)2116直接或至少緊密接觸以形成相應(yīng)的絕熱耦合器區(qū)域。

在一些實(shí)施方案中，虛擬中介件島2114可以由與中介件2102的中介件芯、中介件包層或中介件基底相同的材料形成?；蛘呋蛄硗?，每個(gè)虛擬中介件島2114可以具有與中介件對(duì)齊脊2110相同的或不同的寬度以及與中介件芯相同或不同的厚度。蝕刻窗口2108的寬度可足以在其中容納虛擬中介件島2114和波導(dǎo)帶2106(或更具體地是其中包括的中介件波導(dǎo)的耦合器部分)。虛擬中介件島2114可以與最近的中介件波導(dǎo)分開(kāi)足夠的距離，以便不擾亂最近的中介件波導(dǎo)中的光學(xué)模。例如，每個(gè)虛擬中介件島2114可以與相應(yīng)的波導(dǎo)帶2106的最近的中介件波導(dǎo)分開(kāi)至少30μm。一般來(lái)說(shuō)，虛擬中介件島2114可以提供相對(duì)大且平坦的表面，以便于中介件2102和sipic2104之間的機(jī)械附接工藝。

圖22包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施例布置的具有中介件對(duì)齊脊2204和虛擬中介件島2206的中介件2202的另一布置的側(cè)視圖2200a和仰視圖2200b。與本文公開(kāi)的其他中介件類(lèi)似，中介件2202可以包括中介件基底2208、中介件包層2210和中介件芯2212。在一些實(shí)施方案中，中介件2202包括聚合物中介件，其中中介件基底2208、中介件包層2210和中介件芯2212中的每一個(gè)包含聚合物。如俯視圖2200b所示，至少在中介件2202的待在sipic的蝕刻窗口中被接收的區(qū)域2214中，中介件包層2210可以從中介件波導(dǎo)2212的底部和/或側(cè)面移除。在中介件2202的未在蝕刻窗口中被接收的區(qū)域2216中，中介件包層2210可沿其長(zhǎng)度包圍中介件波導(dǎo)2212的所有側(cè)面。

圖23a是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置包括sipic2302、中介件2304和光纖端連接器2306(以下稱(chēng)為“連接器2306”)的另一示例性?xún)杉?jí)絕熱耦合的光子系統(tǒng)2300(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)2300”)的側(cè)視圖。sipic2302和中介件2304可以分別與本文公開(kāi)的任何其他sipic和中介件相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。

例如，sipic2302可以包括形成在sipic的第一層中的一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)2308和形成在位于第一層下方(在另一些實(shí)施方案中位于第一層上方)的sipic的第二層中的一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)2310。每個(gè)si波導(dǎo)2310可以包括在兩個(gè)正交方向上與sin波導(dǎo)2308中相應(yīng)的一個(gè)的耦合器部分對(duì)齊的錐形端以形成絕熱耦合器區(qū)域。類(lèi)似地，每個(gè)sin波導(dǎo)2308可以包括在兩個(gè)正交方向上與包括在中介件2304中的一個(gè)或更多個(gè)中介件波導(dǎo)2312中對(duì)應(yīng)的一個(gè)的耦合器部分對(duì)齊的錐形端以形成另一個(gè)絕熱耦合器區(qū)域。

中介件2304可以包括高折射率玻璃波導(dǎo)塊或高折射率玻璃波導(dǎo)中介件。因此，在該實(shí)施例中，中介件波導(dǎo)2312可以包括可以例如通過(guò)離子交換法、紫外(uv)輻射激光寫(xiě)入或另一些合適的折射率變換輻射或工藝被寫(xiě)入高折射率玻璃波導(dǎo)塊中的高折射率玻璃波導(dǎo)。

每個(gè)中介件波導(dǎo)2312通?？梢韵鄬?duì)于sin波導(dǎo)2308中對(duì)應(yīng)的一個(gè)有源或無(wú)源地對(duì)齊以形成絕熱耦合器區(qū)域。可以在制造工藝中實(shí)現(xiàn)每個(gè)sin波導(dǎo)2308與相應(yīng)的si波導(dǎo)2310的對(duì)齊以形成絕熱耦合器區(qū)域。

可以在中介件2304和sipic2302之間設(shè)置環(huán)氧樹(shù)脂底部填料2314以在其間形成機(jī)械附接。

連接器2306可以包括多纖維推入(mpo)連接器或另一些合適的光纖端連接器。

中介件2304可以耦合到連接器2306，連接器2306又可以耦合到一個(gè)或更多個(gè)光纖(未示出)。光可以從光纖耦合到中介件2304的中介件波導(dǎo)2312中和/或從中介件2304的中介件波導(dǎo)2312耦合到光纖中。

圖23b是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖23a的中介件2304的透視圖。在這些和另一些實(shí)施中，中介件2304可以包括一個(gè)或更多個(gè)對(duì)齊引導(dǎo)件或螺紋開(kāi)口2316，以接收連接器2306的突起或螺紋緊固件，以將連接器2306耦合到中介件2304和/或使中介件2304的中介件波導(dǎo)2312與光纖光學(xué)對(duì)齊。

在一些實(shí)現(xiàn)中，中介件波導(dǎo)2312可以被劃分成兩個(gè)或更多個(gè)子組或組。在圖23b的實(shí)例中，中介件波導(dǎo)2312被分成中介件波導(dǎo)2312的第一子組2318a和中介件波導(dǎo)2312的第二子組2318b。中介件波導(dǎo)2312可以根據(jù)其預(yù)期功能被劃分。例如，中介件波導(dǎo)2312的第一子組2318a可以用于將來(lái)自光纖的入射光通過(guò)連接器2306傳送到sipic2302，并因此可以被稱(chēng)為接收(rx)中介件波導(dǎo)2312。類(lèi)似地，中介件波導(dǎo)2312的第二組2318b可以用于將來(lái)自sipic2302的輸出光通過(guò)連接器2306傳送到光纖，并因此可以被稱(chēng)為發(fā)射(tx)中介件波導(dǎo)2312。sipic2302的第二層中的si波導(dǎo)和/或sipic2302第一層中的sin波導(dǎo)也可以根據(jù)其所發(fā)揮的功能被描述為rx或tx波導(dǎo)。

如圖23b所示，在中介件2304的輸入/輸出表面2320處，第一組2318a中的rx中介件波導(dǎo)2312的端可以通常彼此平行布置且共面，而第二組2318b中的tx中介件波導(dǎo)2312的端也可以通常彼此平行布置且共面?；蛘呋蛄硗?，在輸入/輸出表面2320處，在雙層布置中，第一組2318a的rx中介件波導(dǎo)2312的端可以從第二組2318b的tx中介件波導(dǎo)2312的端移位并與第二組2318b的tx中介件波導(dǎo)2312的端平行，如圖23b所示。

中介件2304的輸入/輸出表面2320可以耦合到圖23a的連接器2306。輸入/輸出表面2320處的第一組2318a的rx中介件波導(dǎo)2312和第二組2318b的tx中介件波導(dǎo)2312的雙層布置可以匹配圖23a的連接器2306可以耦合至的rx光纖和tx光纖的布置?？梢詫?shí)施rx和tx中介件波導(dǎo)2312的另一些布置，以通過(guò)連接器2306匹配rx和tx光纖的另一些布置。

圖24是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的包括sipic2402、中介件2404和光纖端連接器2406的另一示例性光子系統(tǒng)2400(以下稱(chēng)為“光子系統(tǒng)2400”)的透視圖。光子系統(tǒng)2400還包括sipic2402和光纖端連接器2406。sipic2402、中介件2404和連接器2406可以分別與本文公開(kāi)的任何其他sipic、中介件和連接器相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。

例如，sipic2402可以包括形成在sipic的第一層中的一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)2408和形成在位于所述第一層下方(在另一些實(shí)施方案中位于上方)的sipic的第二層中的一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)(未示出)。每個(gè)si波導(dǎo)可以包括在兩個(gè)正交方向上與sin波導(dǎo)2408中的相應(yīng)之一的耦合器部分對(duì)齊的錐形端以形成絕熱耦合器區(qū)域。類(lèi)似地，每個(gè)sin波導(dǎo)2408可以包括在兩個(gè)正交方向上與包括在中介件2404中的一個(gè)或更多個(gè)中介件波導(dǎo)中的相應(yīng)之一的耦合器部分對(duì)齊的錐形端以形成另一絕熱耦合器區(qū)域。

中介件2404可以包括具有柔性聚合物基底和在其上形成的一個(gè)或更多個(gè)聚合物波導(dǎo)的聚合物中介件。中介件2404的聚合物波導(dǎo)可以被劃分為rx聚合物波導(dǎo)的第一子組和tx聚合物波導(dǎo)的第二子組，其中聚合物波導(dǎo)的端布置成雙層布置，其中其連接到連接器2406，類(lèi)似于關(guān)于與圖23b描述的雙層布置。

通常，光可以在sipic2402的平面界面(例如包括sipic2402的sin波導(dǎo)2408的sipic2402的sin/sio2層)耦合出或耦合進(jìn)sipic2402。與txsi波導(dǎo)相比，sipic2402中的sin波導(dǎo)2408的錐形端的位置并因此sipic2402的si波導(dǎo)的錐形端的位置可以在光傳播方向上相對(duì)rxsi波導(dǎo)偏移，以從彼此獲得更好隔離入射光和出射光。

例如，圖25a和25b示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的rxsin波導(dǎo)相對(duì)txsin波導(dǎo)的兩種不同偏移構(gòu)造。在圖25a和25b的每一個(gè)中，rxsin波導(dǎo)rx1和rx2的錐形端終止于一般z位置(以下稱(chēng)為“第一z位置”)，并且txsin波導(dǎo)tx1和tx2的錐形端終止于與rx1和rx2不同的一般z位置(以下稱(chēng)為“第二z位置”)。在圖25a中，rxsi波導(dǎo)的錐形端與txsi波導(dǎo)的錐形端交替。相比之下，在圖25b中，作為群組的rxsin波導(dǎo)的錐形端位于緊鄰作為群組的txsin波導(dǎo)的錐形端。

由于圖25a和25b中的rxsin波導(dǎo)之間和txsin波導(dǎo)之間的z偏移，用于將光耦合進(jìn)或出包括圖25a至25b的rxsin波導(dǎo)和txsin波導(dǎo)的sipic的中介件的rx部分和tx部分可以彼此分離。例如，中介件的rx中介件波導(dǎo)可以在圖25a中的2502a和圖25b中的2502b中通常表示的區(qū)域中耦合至sipic，同時(shí)中介件的tx中介件波導(dǎo)可以在圖25a中的2504a和圖25b中的2504b中通常表示的區(qū)域中耦合至sipic。盡管在sin波導(dǎo)/中介件波導(dǎo)絕熱耦合器區(qū)域的上下文中討論了圖25a和25b，但是也可以將相同的原理應(yīng)用于si波導(dǎo)/中介件波導(dǎo)絕熱耦合器區(qū)域。

本文中討論的一些中介件已被描述為包括聚合物或高折射率玻璃。用于中介件的另一些材料是可能的。例如，圖26包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的氮氧化硅(sion)中介件2602的側(cè)視圖2600a和仰視圖2600b。

sion中介件2602包括具有多個(gè)sion波導(dǎo)2606的sion波導(dǎo)帶2604，每個(gè)sion波導(dǎo)2606包括sion芯2608和sion包層2610。sion芯2608可以在sion中介件2602的待在相應(yīng)的sipic的蝕刻窗口中被接收的耦合區(qū)域內(nèi)的至少一個(gè)表面上露出(例如，不被sion包層2610包圍)，以便與sipic的相應(yīng)sin波導(dǎo)對(duì)齊并且與sipic的相應(yīng)sin波導(dǎo)直接或至少緊密接觸。

在所示的實(shí)施方案中，sion中介件2602包括在sio2基底2612或其他基底上的sion。通過(guò)改變sion中介件2602的sion部分中的o和n比例的生長(zhǎng)條件，sion具有可以為約1.46的sio2折射率與約1.99的sin的折射率之間變化的折射率?？梢詫?shí)現(xiàn)為約1.51的折射率以形成sion包層2610，并且例如可以實(shí)現(xiàn)稍高的1.516的折射率以形成sion波導(dǎo)2606的sion芯2608。

sio2基底2612的寬度ws可以在2mm至7mm的范圍內(nèi)。sion芯2608的間距p可以在50μm至250μm的范圍內(nèi)。根據(jù)sion芯2608的數(shù)量和間距p，波導(dǎo)帶2604的寬度wws可以在400μm至1.5mm的范圍內(nèi)。sion包層2610的厚度t包層可以大于或等于15μm。sion芯2608的厚度t芯和寬度w芯可以各自在6μm至8μm的范圍內(nèi)。根據(jù)期望的實(shí)施，另一些特定值是可能的。

在圖26的實(shí)例中，sion包層2610可以與sion芯2608的頂表面(其在圖26的視圖2600a的取向中為底表面)齊平(在生長(zhǎng)方向上)。sion波導(dǎo)2606可以在兩個(gè)正交方向上與sipic的相應(yīng)sin波導(dǎo)對(duì)齊以形成絕熱耦合器區(qū)域?？梢晕g刻sion中介件2602的sion以形成插頭以適配sipic中相應(yīng)的蝕刻窗口，如圖27所示。

圖27是描繪了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖26的sion中介件2602與圖17的sipic1700對(duì)齊的側(cè)視圖。如圖27所示，sion中介件2602的sion波導(dǎo)帶2604與sipic1700的蝕刻窗口1702對(duì)齊，其中sion芯1608通常在x和z方向上以上述方式與sipic1700的sin波導(dǎo)1712對(duì)齊以形成絕熱耦合器區(qū)域。蝕刻窗口1702可以至少部分地填充有環(huán)氧樹(shù)脂底部填料1902。然后，如箭頭2702所示，sion中介件2602可以朝著sipic1700(或反之亦然)移動(dòng)，直到sion芯2608與sipic1700的sin波導(dǎo)1712直接或至少緊密接觸。

圖28示出了根據(jù)本文所述的一個(gè)實(shí)施方案布置的兩個(gè)示例性光電子系統(tǒng)2800a和2800b(以下稱(chēng)為“系統(tǒng)2800”)，其各自在玻璃中介件2802a、2802b、2802c上包含至少一種聚合物(統(tǒng)稱(chēng)“玻璃中介件2802上的聚合物”)。玻璃中介件2802上的聚合物通?？梢耘c本文公開(kāi)的任何其他中介件相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。系統(tǒng)2800中的每一個(gè)包括多信道光電模塊(以下稱(chēng)為“模塊”)2804a或2804b，如4信道并行單模4(psm4)收發(fā)器。模塊2804a和2804b中的每一個(gè)包括具有一起形成一個(gè)或更多個(gè)絕熱耦合器區(qū)域的一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)和一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)的sipic。

在光子系統(tǒng)2800a中，模塊2804a被構(gòu)造為通過(guò)輸入連接器2808a從光學(xué)網(wǎng)絡(luò)接收多個(gè)光信號(hào)2806a。光信號(hào)2806a可以通過(guò)玻璃中介件2802a上的聚合物和模塊2804a的sipic的一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)和si波導(dǎo)以如上通常所述方式絕熱耦合到模塊2804a的sipic中。

在光子系統(tǒng)2800b中，模塊2804b被構(gòu)造為通過(guò)輸出連接器2808b將多個(gè)光信號(hào)2806b傳輸?shù)焦鈱W(xué)網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)或更多個(gè)光信號(hào)2806b可以通過(guò)玻璃中介件2802c上的聚合物(標(biāo)記為“玻璃插頭上的聚合物”)和模塊2804b的sipic的一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)和si波導(dǎo)以如上通常所述方式從光發(fā)射器2810絕熱耦合到模塊2804a的sipic。光信號(hào)還可以通過(guò)通過(guò)模塊2804b的sipic的一個(gè)或更多個(gè)si波導(dǎo)和玻璃中介件2802b上的聚合物以如上通常所述方式絕熱耦合出sipic并耦合到輸出連接器2806b中。

圖29a示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的示例性的玻璃中介件2900a上的聚合物和sipic2902。玻璃中介件2900a上的聚合物可以在例如圖28的系統(tǒng)2800中的任一個(gè)或兩個(gè)中實(shí)施為玻璃中介件2802a至2802c上的聚合物中的一個(gè)或更多個(gè)。

在所示實(shí)施方案中，sipic2902限定了蝕刻窗口2904。sipic2902還包括si基底2906、sio2隱埋氧化物2908、具有多個(gè)sin波導(dǎo)2912的第一層2910、具有多個(gè)si波導(dǎo)2916的第二層2914，以及在包括sin波導(dǎo)2912的第一層2910上方的一個(gè)或更多個(gè)介電層2918。sipic2902、蝕刻窗口2904、si基底2906、sio2隱埋氧化物2908、第一層2910、sin波導(dǎo)2912、第二層2914、多個(gè)si波導(dǎo)2916和介電層2918通?？梢苑謩e與本文公開(kāi)的任意其他sipic、蝕刻窗口、si基底、sio2隱埋氧化物、第一層、sin波導(dǎo)、第二層、si波導(dǎo)和介電層相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。例如，sin波導(dǎo)2912和si波導(dǎo)2916可以相對(duì)于彼此布置以將光從si波導(dǎo)2916絕熱耦合到sin波導(dǎo)2912，反之亦然，如本文別處所述。sipic2902還可以包括如本文別處所描述的一個(gè)或更多個(gè)其他組件、層、特征或方面。

蝕刻窗口2904可以通過(guò)蝕刻穿過(guò)介電層2918到第二層2914來(lái)形成。在一些實(shí)施方案中，蝕刻窗口2904通過(guò)介電層2918在三個(gè)側(cè)面(其中兩個(gè)在圖29a中可見(jiàn))上界定。介電層2918中至少最上面的一個(gè)至少在在三個(gè)側(cè)面上界定蝕刻窗口2904的區(qū)域中包括金屬虛擬物2920。

玻璃中介件2900a上的聚合物包括玻璃基底2922和耦合至其的聚合物波導(dǎo)帶。玻璃基底2922可以包括uv透明玻璃，并且是中介件基底的具體實(shí)例。聚合物波導(dǎo)帶是波導(dǎo)帶的具體實(shí)例，并且包括多個(gè)聚合物波導(dǎo)2924，每個(gè)聚合物波導(dǎo)2924包括聚合物芯2926和聚合物包層2928。聚合物包層2928耦合至玻璃基底2922。聚合物芯2926耦合至聚合物包層2928。聚合物波導(dǎo)2924包括被構(gòu)造為在兩個(gè)正交方向(例如，x和z方向)上與sin波導(dǎo)2912的錐形端對(duì)齊的如上所述的耦合器部分，使得聚合物波導(dǎo)2924的耦合器部分在兩個(gè)正交方向上與sin波導(dǎo)2912的錐形端重疊并平行于sin波導(dǎo)2912的錐形端。在該布置中，光可以從sin波導(dǎo)2912絕熱耦合到聚合物波導(dǎo)2924，反之亦然。

如所示，聚合物芯2926彼此平行。聚合物芯2926可以具有250微米的間距。或者，聚合物芯2926的間距可以在290微米至500微米的范圍內(nèi)，或者一些其他值。至少對(duì)于在蝕刻窗口2904內(nèi)接收的聚合物芯2926的長(zhǎng)度的一部分來(lái)說(shuō)，聚合物芯2926和/或玻璃中介件2900a上的聚合物在z方向上的長(zhǎng)度可以在1毫米至4毫米的范圍內(nèi)。每個(gè)聚合物芯2926的y方向上的高度或厚度可以小于或等于蝕刻窗口2904的y方向的深度。在另一些實(shí)施方案中，每個(gè)聚合物芯2926的y方向上的高度或厚度可以大于蝕刻窗口2904的y方向的深度。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，聚合物芯2926的高度在4μm至7μm的范圍內(nèi)。玻璃中介件2900a上的聚合物的x方向的寬度可以在1mm至2mm的范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施方案中，蝕刻窗口2904可以至少部分地填充有環(huán)氧樹(shù)脂底部填料2930。為了將玻璃中介件2900a和sipic2902上的聚合物組裝在一起，如箭頭2932所示，玻璃中介件2900a上的聚合物可以朝向sipic2902移動(dòng)直到聚合物芯2926與sin波導(dǎo)2912直接接觸或至少緊密接觸。在一些實(shí)施方案中，可能有足夠的環(huán)氧樹(shù)脂底部填料2930以溢出蝕刻窗口2904，以便將介電層2918的頂部用環(huán)氧樹(shù)脂膠合到中介件2900a上的聚合物的聚合物包層2928。

圖29b示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一示例性玻璃中介件2900b上的聚合物。玻璃中介件2900a上的聚合物可以在例如圖28的系統(tǒng)2800中的任一個(gè)或兩個(gè)中實(shí)施為玻璃中介件2802a至2802c上的聚合物中的一個(gè)或更多個(gè)。

玻璃中介件2900b上的聚合物包括玻璃基底2922和聚合物波導(dǎo)2924，所述聚合物波導(dǎo)包括聚合物芯2926和聚合物包層2928。玻璃中介件2900b上的聚合物還包括設(shè)置在聚合物波導(dǎo)2924的第一側(cè)的一個(gè)或更多個(gè)第一聚合物對(duì)齊脊2934a和設(shè)置在聚合物波導(dǎo)2924的與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)的一個(gè)或更多個(gè)第二聚合物對(duì)齊脊2934b。聚合物對(duì)齊脊2934a和2934b(統(tǒng)稱(chēng)為“聚合物對(duì)齊脊2934”)可以在相應(yīng)的sipic的一個(gè)或更多個(gè)相應(yīng)的蝕刻信道、窗口、凹部或另一些特征中被接收，以使玻璃基底2900b上的聚合物(并且更具體地，聚合物波導(dǎo)2924)與sipic(并且更具體地，sipic的sin波導(dǎo))對(duì)齊。

圖29a和29b的玻璃中介件2900a和2900b上的聚合物和圖29a的sipic2902可以包括如本文別處所述的一個(gè)或更多個(gè)其他組件、層、特征或方面。

例如，玻璃基底2900b上的聚合物還可以包括一個(gè)或更多個(gè)虛擬聚合物島，例如，聚合物芯2926和第一聚合物對(duì)齊脊2934a之間的第一虛擬聚合物島，以及聚合物芯2926和第二聚合物對(duì)齊脊2934b之間的第二虛擬聚合物島。在這些和另一些實(shí)施方案中，sipic2902的蝕刻窗口的寬度可能足以在其中容納第一虛擬聚合物島、聚合物波導(dǎo)2924中每個(gè)的耦合器部分和第二虛擬聚合物島。

再次參考圖3a和3b，并且如已經(jīng)描述的，光可以從si波導(dǎo)212耦合到sin波導(dǎo)208，然后從sin波導(dǎo)208耦合到中介件波導(dǎo)224。在其上形成sio2隱埋氧化物204的si基底(未示出)遠(yuǎn)離sin波導(dǎo)208某一距離d(例如，在y方向上)。此處，距離d大約等于sio2隱埋氧化物204的厚度加上第二層210的厚度。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，sio2隱埋氧化物204的厚度為0.72微米，并且第二層210的厚度為約0.3微米，使得距離d可為約1.02微米。對(duì)于這些值，在sin波導(dǎo)208中傳播的一些光可以耦合到si基底中并損耗。這種損耗可以稱(chēng)為基底泄漏(substrateleakage)。基底泄漏可以是顯著的，因?yàn)閟in波導(dǎo)208中的光學(xué)模可以比si波導(dǎo)212中的限制更少。

本文所述的一些實(shí)施方案通過(guò)增加sin波導(dǎo)208和si基底之間的距離d來(lái)減少基底泄漏。例如，sio2隱埋氧化物204的厚度可以增加到大于0.72微米如2微米的厚度，或者2微米加或減10％的厚度。然而，將sio2隱埋氧化物204的厚度增加到這樣的程度可能與一些制造廠/制造商不兼容。

或者，可以進(jìn)行一種或更多種其他修改。例如，可以增加sin波導(dǎo)208在y方向上的厚度，以更好地限制傳播光的垂直電場(chǎng)，從而減少基底泄漏?；蛘呋蛄硗?，可以在第一層206和第二層210之間設(shè)置sio2層，和/或可以增加這種層的厚度以增加sin波導(dǎo)208和si基底之間的距離d。隨著距離d增加，si-sinte耦合可降低從而減小基底泄漏。將相對(duì)于圖30描述上述內(nèi)容?；蛘呋蛄硗?，可以如關(guān)于圖31a和31b所描述的那樣實(shí)現(xiàn)雙層sin結(jié)構(gòu)。

圖30示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的示例性sipic3000的剖視圖。sipic3000通常可以與本文公開(kāi)的任何其他sipic相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。圖30的剖視圖取自與圖3b的剖視圖300c類(lèi)似的透視圖，并且示出了sipic3000的示例性層疊層(layerstackup)。與圖3a和3b的實(shí)例相比，sipic3000增加sin波導(dǎo)的厚度并增加sin波導(dǎo)與相應(yīng)的si基底之間的距離以減少基底泄漏。

如所示，sipic3000包括si基底3002、sio2隱埋氧化物3004、包括sin波導(dǎo)3008的第一層3006、sin板3010，和包括si波導(dǎo)3014的第二層3012。sipic3000還可以包括第二層3012和sin板3010之間的第一sio2層3016和sin板3010和第一層3006之間的第二sio2層3018。si波導(dǎo)3014和sin波導(dǎo)3008可以被布置為形成絕熱耦合器區(qū)域，如本文別處所述。

在一些實(shí)施方案中，sipic3000的si基底3002的頂部和包括sin波導(dǎo)3008的第一層3006的底部之間的所有層的總厚度可以為至少1.2μm。例如，sio2隱埋氧化物3004可以具有0.72μm的厚度或0.72μm加或減10％的厚度或一些其他厚度。sin波導(dǎo)3008以及因此第一層3006可以具有0.7μm的厚度或0.7μm加或減10％的厚度或一些其他厚度。sin波導(dǎo)3008正下方的第二sio2層3018可以具有至少0.1μm的厚度，或者0.1μm至0.2μm或更大的厚度，或一些其他厚度。si波導(dǎo)3014以及因此第二層3012可以具有0.3μm的厚度，或0.3μm加或減10％的厚度，或一些其他厚度。第一sio2層3016可以完全省略，或者可以具有10nm至290nm的厚度。sin板3010可以完全省略，或者可以具有0.04μm至0.07μm的厚度，或一些其他厚度。因此，在一些實(shí)施方案中，與圖3a和3b的實(shí)施例中為約1μm相比，在圖30的實(shí)施例中，si基底3002和第一層3006之間的所有層可以具有至少1.2μm(例如，0.72+0.2+0.3＝1.22μm)的總厚度。

與圖3a和3b的實(shí)例相比，光學(xué)?？梢栽谙鄬?duì)較大的sin波導(dǎo)3008中更加被限制。另外，與圖3a和3b相比，si基底3002和sin波導(dǎo)3008之間的距離增加可以進(jìn)一步將si襯底3002與sin波導(dǎo)3008光學(xué)隔離以減少基底泄漏。

圖30另外示出了圖30的sipic3000的第一至第三模擬3020a至3020c，其中通過(guò)sin波導(dǎo)3008的sin傳播損耗被忽略。第一模擬3020a包括沿著垂直軸的以分貝(db)/厘米(cm)為單位的傳播損耗或基底泄漏作為沿著水平軸的以納米為單位的sio2間隙厚度的函數(shù)的圖。第一模擬3020a中的sio2間隙厚度是指sipic3000中的第二sio2層3018的厚度。如第一模擬3020a所示，隨著sio2間隙厚度的增加，tm和te光學(xué)模(在整個(gè)圖30中標(biāo)記為“tm”和“te”)的傳播損耗減小。例如，sio2間隙厚度從0.1μm到0.2μm，tm光學(xué)模的傳播損耗從約1.16db/cm降至約0.55db/cm，te光學(xué)模的傳播損耗從約0.91db/cm降至約0.45db/cm。

第二模擬3020b包括沿著垂直軸的sin-si耦合效率作為沿著水平軸的以μm為單位的si錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的圖。si錐形長(zhǎng)度是指si波導(dǎo)3014的錐形端的長(zhǎng)度。如第二模擬3020b所示，sin-si耦合效率通常隨著si錐形長(zhǎng)度的增加而增加，并且在si錐形長(zhǎng)度約為250μm處，對(duì)于te和tm光學(xué)模兩者均為約97％或更高。

第三模擬3020c包括沿著垂直軸的聚合物-至-sin耦合效率作為沿著水平軸以μm為單位的sin線性錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的圖。sin線性錐形長(zhǎng)度是指sin波導(dǎo)3008的錐形端的長(zhǎng)度。如第三模擬3020c所示，聚合物-至-sin耦合效率通常隨著sin線性錐形長(zhǎng)度的增加而增加，并且在sin線性錐形長(zhǎng)度為約2毫米(或2000μm)處，對(duì)于te和tm光學(xué)模兩者均為約95％或更高。

sipic3000可以包括如本文別處所描述的一個(gè)或更多個(gè)其他組件、層、特征或方面。

圖31a示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一示例性sipic3100。sipic3100通?？梢耘c本文公開(kāi)的任何其他sipic相似或相同，除非本文另有說(shuō)明。圖31a包括sipic3100的剖視圖3101a和俯視圖3101b。圖31a的剖視圖取自與圖3b的剖視圖300c類(lèi)似的透視圖，并且示出了sipic3100的示例性層疊層。sipic3100實(shí)現(xiàn)了兩層sin結(jié)構(gòu)以減少基底泄漏。

如所示，sipic3100包括si基底3102、sio2隱埋氧化物3104、包括sin波導(dǎo)3108的第一層3106、sin板3110、包括si波導(dǎo)3114的第二層3112和包括sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的第三層3116。sipic3100還可以包括第二層3112和sin板3110之間、sin板3110和第三層3116之間，和/或第三層3116和第一層3106之間的一個(gè)或更多個(gè)sio2層。

在一些實(shí)施方案中，sipic3100的在si基底3102的頂部和包括sin波導(dǎo)3108的第一層3106的底部之間的所有層的總厚度可以為至少1.2μm，例如1.6μm，或1.6μm加或減10％。更詳細(xì)地，sio2隱埋氧化物3104可以具有0.72μm的厚度，或0.72μm加或減10％的厚度，或一些其他厚度。si波導(dǎo)3114以及因此第二層3112可以具有0.3μm的厚度，或者0.3μm加或減或10％的厚度，或一些其他厚度。第二層3112正上方的sio2層3120可以完全省略，或者可以具有10nm至290nm的厚度，或一些其他厚度。sin板3110可以具有0.04μm至0.07μm的厚度，或一些其它厚度。sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118以及因此第三層3116可以具有0.5μm的厚度，或0.5μm加或減10％的厚度，或一些其他厚度。sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118可以在除了一個(gè)或更多個(gè)其錐形端處之外的x方向上具有1μm至2μm的寬度，或一些其他寬度。sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118正下方的sio2層3120可以具有0.04μm至0.07μm的厚度，或一些其他厚度。sin波導(dǎo)3108以及因此第一層3106可以具有0.04μm至0.07μm的厚度，或一些其他厚度。sin波導(dǎo)3108可以在除了一個(gè)或更多個(gè)其錐形端處之外的x方向上具有0.6μm至1μm的寬度，或一些其他寬度。sin波導(dǎo)3108正下方的sio2層3120可以具有0.05μm至0.2μm的厚度，或一些其他厚度。

俯視圖3101b示出了sipic3100的多個(gè)組件相對(duì)于彼此相對(duì)x軸和z軸對(duì)齊，并且包括參考線1、2、3和4?，F(xiàn)在將描述si波導(dǎo)3114、sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118和sin波導(dǎo)3108以及每個(gè)前述波導(dǎo)的方面之間相對(duì)x軸和z軸對(duì)齊。如所示，sin波導(dǎo)3108包括在參考線3和4之間的錐形端。盡管在圖31a中未示出，但是sin波導(dǎo)3108可以包括與圖31a所示的錐形端相反的另一錐形端，以將光絕熱耦合到相應(yīng)的中介件波導(dǎo)或絕熱接收來(lái)自中介件波導(dǎo)的光。

sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118包括在sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的第一端處在參考線1和3之間的耦合器部分。sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118還包括在參考線3和4之間的與第一端相反的錐形端。sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的錐形端與sin波導(dǎo)3108的錐形端在兩個(gè)正交方向(例如，在x和z方向上)上對(duì)齊，使得sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的錐形端在兩個(gè)正交方向上與sin波導(dǎo)3108的錐形端重疊并平行于sin波導(dǎo)3108的錐形端。

si波導(dǎo)3114包括參考線2和3之間的錐形端。si波導(dǎo)3114的錐形端與sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的耦合器部分在兩個(gè)正交方向(例如，在x和z方向上)上對(duì)齊，使得si波導(dǎo)3114的錐形端在兩個(gè)正交方向上與sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的耦合器部分重疊并平行于sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的耦合器部分。

如俯視圖3101b所示，si波導(dǎo)3114的錐形端可以終止于sin波導(dǎo)3108的錐形端開(kāi)始的位置，例如在參考線3處。或者或另外，其中sin波導(dǎo)3108的錐形端和sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118重疊的區(qū)域可以被稱(chēng)為雙錐形區(qū)域3122。雙錐形區(qū)域3121在z方向上的長(zhǎng)度可以為至少20μm，或至少30μm，或一些其他長(zhǎng)度。

sipic3100可以包括如本文別處所描述的一個(gè)或更多個(gè)其他組件、層、特征或方面。

圖31b示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的圖31a的sipic3100的第一至第四模擬3124a至3124c。由于在圖31a的實(shí)例中，sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118與si基底3102分離大約1.1μm，所以對(duì)于傳播通過(guò)sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118的光可能發(fā)生基底泄漏。然而，sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118在z方向上的總長(zhǎng)度可能相對(duì)短如約100μm或更小，使得基底泄漏可能相對(duì)低。另一方面，sin波導(dǎo)3108可以與si基底3102分離1.2μm或更大或者甚至1.6μm或更大，使得傳播通過(guò)sin波導(dǎo)3108的光可能經(jīng)歷很少或沒(méi)有基底泄漏，例如對(duì)于te光學(xué)模為約0.1db/cm，對(duì)于tm光學(xué)模為約0.35db/cm。

第一模擬3124a和第二模擬3124b示出了分別從通常標(biāo)記為“層1”的區(qū)域中的sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118到通常標(biāo)記為“層2”的區(qū)域中的si波導(dǎo)3118的te和tm光學(xué)模的傳播。

第三模擬3124c包括沿著垂直軸的從sin轉(zhuǎn)換波導(dǎo)3118到sin波導(dǎo)3108的傳輸效率作為沿著水平軸的以μm為單位的雙錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的圖。雙錐形長(zhǎng)度是指雙錐形區(qū)域3122的長(zhǎng)度。如第三模擬3124c所示，傳輸效率隨著雙錐形長(zhǎng)度的增加而增加，并且在雙錐型長(zhǎng)度為約20μm處對(duì)于te和tm光學(xué)模兩者為約90％或更高，并且在雙錐型長(zhǎng)度為約30μm處對(duì)于te和tm光學(xué)模兩者為約96％或更高。

一些sipic可以包括如本文別處所描述的wdm復(fù)用器或wdm解復(fù)用器，諸如sipic的sin層中的中階梯光柵。如本文所使用的，sipic的sin層是指包括sin的sipic的層，該層可以在sin層內(nèi)的多個(gè)位置中另外包括其他材料如sio2。在wdm解復(fù)用器構(gòu)造中，從wdm解復(fù)用器接收的入射光可以通過(guò)sipic的si層中的si波導(dǎo)從sin波導(dǎo)耦合到包括在sipic的si層中的基于si/鍺(ge)的pin探測(cè)器。如本文所使用的，sipic的si層是指包括si的sipic的層，該層可以在si層內(nèi)的多個(gè)位置中另外包括其他材料如sio2。一些wdm解復(fù)用器必須具有多模輸出，以允許與wdm解復(fù)用器相關(guān)的濾波功能的平頂形狀。例如，基于sin的wdm解復(fù)用器可以使用te00、te01、tm00和tm01光學(xué)模。上述sin-si絕熱耦合器區(qū)域中的一些可以容納單模光。這種單模絕熱耦合器區(qū)域可以降低具有多模輸出的wdm解復(fù)用器的有效帶寬，因?yàn)橹挥袉文？梢詮膕in波導(dǎo)耦合到si波導(dǎo)。

本文描述的一些實(shí)施方案可以包括多模sin-si絕熱耦合器區(qū)域，以在不降低wdm解復(fù)用器的有效帶寬的情況下接受wdm解復(fù)用器的解復(fù)用和/或多模輸出。特別地，圖32示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的多模sin-si絕熱耦合器區(qū)域3200(以下稱(chēng)為“耦合器3200”)。耦合器3200可以在本文所描述的任意sipic中實(shí)現(xiàn)。這種sipic通?？梢园╯io2隱埋氧化物、包括sin波導(dǎo)3202的形成在sio2隱埋氧化物上方的第一層，以及形成在sio2隱埋氧化物上方并在第一層上方或下方并且包括si波導(dǎo)3204的第二層。

sin波導(dǎo)3202包括非錐形端部分3206和始于非錐形端部分3206開(kāi)始處的錐形端3208，非錐形端部分3206和錐形端3208在相反的方向上延伸。盡管圖32中未示出，但是sin波導(dǎo)3202可以向非錐形端部分3206的左側(cè)延伸。非錐形端部分3206可以接收多模輸入光信號(hào)3210，例如可以由基于sin的wdm解復(fù)用器輸出。

si波導(dǎo)3204包括非錐形端部分3212和始于非錐形端部分3212開(kāi)始處的錐形端3214，非錐形端部分3212和錐形端3214在相反方向上延伸。si波導(dǎo)3204可以向非錐形端部分3212的右側(cè)延伸。si波導(dǎo)3204可以被構(gòu)造為從sin波導(dǎo)3202接受多模輸入光信號(hào)3210。

在一些實(shí)施方案中，sin波導(dǎo)3202的非錐形端部分3206與si波導(dǎo)3204的錐形端3214在兩個(gè)正交方向(例如，x和z方向)上對(duì)齊，使得sin波導(dǎo)的非錐形端部分3206在兩個(gè)正交方向上與si波導(dǎo)3204的錐形端3214重疊并平行于si波導(dǎo)3204的錐形端3214。另外，sin波導(dǎo)3202的錐形端3208與si波導(dǎo)3204的非錐形端部分3212在兩個(gè)正交方向上對(duì)齊，使得sin波導(dǎo)3202的錐形端3208在兩個(gè)正交方向上與si波導(dǎo)3204的非錐形端部分3212重疊并平行于si波導(dǎo)3204的非錐形端部分3212。

其中sin波導(dǎo)3202的非錐形端部分3206與si波導(dǎo)3204的錐形端3214重疊的區(qū)域可以稱(chēng)為第一區(qū)域3216。其中sin波導(dǎo)3202的錐形端3208與si波導(dǎo)3204的非錐形端部分3212重疊的區(qū)域可以稱(chēng)為第二區(qū)域3218?？梢哉{(diào)整第一區(qū)域3216和第二區(qū)域3218的長(zhǎng)度和/或與耦合器3200相關(guān)的另一些參數(shù)，以?xún)?yōu)化從sin波導(dǎo)3202到si波導(dǎo)3204的多模耦合，如圖33a至33d所示。

圖33a至33d包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的具有多組不同參數(shù)的圖32的耦合器3200的多種模擬。

圖33a包括參數(shù)的第一表3302、從圖32的sin波導(dǎo)3202到si波導(dǎo)3204的模擬傳輸效率的第二表3304，以及模擬3306a和3306b。結(jié)合參考圖32和33a，現(xiàn)在將描述在第一表3302中列出的圖33a的參數(shù)。在該實(shí)施例中，第一區(qū)域3216的長(zhǎng)度為90μm，并且第二區(qū)域3218的長(zhǎng)度為10μm。在第一區(qū)域3216中，si波導(dǎo)3204的錐形端3214的寬度沿著光傳播方向從0.08μm漸變至1.5μm。在第二區(qū)域3218中，si波導(dǎo)3204的非錐形端部分3212的寬度為1.5μm。在第一區(qū)域3216中，sin波導(dǎo)3202的非錐形端部分3206的寬度為2μm。在第二區(qū)域3218中，sin波導(dǎo)3202的非錐形端部分3208的寬度沿著光傳播方向從2μm漸變至0.2μm。

第二表3304包括與第一表3302中列出的參數(shù)相關(guān)的te00、te01、tm00和tm01光學(xué)模的模擬傳輸效率。

模擬3306a和3306b包括沿著垂直軸的耦合器3200中傳輸效率作為五個(gè)不同波長(zhǎng)信道的te01光學(xué)模(模擬3306a)和tm01光學(xué)模(模擬3306b)沿水平軸的以μm為單位的si錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的圖。si錐形長(zhǎng)度是指第一區(qū)域3216的長(zhǎng)度。在模擬3306a和3306b中，除了第一區(qū)域3216的長(zhǎng)度之外的所有參數(shù)被假設(shè)為第一表3302中提供的參數(shù)。

圖33b包括模擬3306c和3306d，其使用與圖33a的模擬3306a和3306b相同的參數(shù)，不同之處在于sin波導(dǎo)3202的非錐形端部分3206在第一區(qū)域3216具有1.5μm的寬度，并且在第二區(qū)域3218中sin波導(dǎo)3202的錐形端3208從1.5μm漸變至0.2μm。

圖33c包括模擬3306e和3306f，其使用與圖33b的模擬3306c和3306d相同的參數(shù)，不同之處在于si波導(dǎo)3204的錐形端3214在第一區(qū)域3216中從0.08μm漸變至1μm，并且si波導(dǎo)3204的非錐形端部分3212在第二區(qū)域3218中具有1μm的寬度。如模擬3306e和3306f所示，在si錐形長(zhǎng)度(或第一區(qū)域3216長(zhǎng)度)為90μm處，所有五個(gè)波長(zhǎng)信道的te01光學(xué)模的傳輸效率為約0.96，并且根據(jù)波長(zhǎng)信道，tm01光學(xué)模的傳輸效率為約0.92至0.96。

圖33d包括與上述模擬3306a至3306e類(lèi)似的模擬3306g和3306h，不同之處在于使用表3308中列出的參數(shù)。如模擬3306g和3306h所示，在si錐形長(zhǎng)度(或第一區(qū)域3216長(zhǎng)度)為100μm處，根據(jù)波長(zhǎng)信道，te01光學(xué)模的傳輸效率為約0.95至0.97，并且根據(jù)波長(zhǎng)信道，tm01光學(xué)模的傳輸效率為約0.92至0.95。

本文描述的一個(gè)或更多個(gè)wdm組件可以具有偏振依賴(lài)濾波功能。在這些和另一些實(shí)施方案中，本文所述的一個(gè)或更多個(gè)sipic還可以包括一個(gè)或更多個(gè)sipic偏振分路器或合路器(以下稱(chēng)為“偏振分路器”)。sipic可以另外包括兩個(gè)偏振特定的wdm組件，每個(gè)組件具有耦合到偏振分路器的不同輸出的輸入?？梢葬槍?duì)te偏振優(yōu)化偏振特定wdm組件中的一個(gè)，可以針對(duì)tm偏振優(yōu)化另一個(gè)?；蛘?，可以針對(duì)相同的偏振優(yōu)化每個(gè)偏振特定wdm組件，并且sipic可以另外包括耦合在偏振分路器的兩個(gè)輸出之一和偏振特定wdm組件之一的輸入之間的偏振旋轉(zhuǎn)器。偏振旋轉(zhuǎn)器可以包括在sipic中一體形成的sipic偏振旋轉(zhuǎn)器。

圖34a和34b示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的解復(fù)用器系統(tǒng)3400a和3400b(統(tǒng)稱(chēng)為“解復(fù)用器系統(tǒng)3400”)的實(shí)施方案。解復(fù)用器系統(tǒng)3400中的一些或全部可以在sipic如上述的sipic中實(shí)現(xiàn)。解復(fù)用器系統(tǒng)3400各自包括sipic偏振分路器或合路器3402(以下稱(chēng)為“偏振分路器3402”)、第一wdm解復(fù)用器3404、第二wdm解復(fù)用器3406a或3406b(通常為“第二wdm解復(fù)用器3406”)、第一光電換能器3408、第二光電換能器3410和加法器3412(為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅示出了其中的一個(gè))。在圖34a和34b的每一個(gè)中，另外的加法器3412由橢圓表示。圖34b的解復(fù)用器系統(tǒng)3400b可另外包括偏振旋轉(zhuǎn)器3414。

每一個(gè)解復(fù)用器系統(tǒng)3400中的偏振分路器3402包括輸入3402a第一輸出3402b和第二輸出33402c，當(dāng)實(shí)施為合路器時(shí)除外，在這種情況下，輸入和輸出可以顛倒。如下面更詳細(xì)描述，偏振分路器3402通常可以包括形成在sipic的相應(yīng)層中的第一和第二sin波導(dǎo)，以及具有兩個(gè)錐形端的形成在sipic的位于在其中形成第一和第二sin波導(dǎo)的層上方或下方的另一層中的si波導(dǎo)。在一些實(shí)施方案中，如本文別處所述，第一wdm解復(fù)用器3404和第二wdm解復(fù)用器3406可以在相同的sipic層中形成為si偏振分路器3402的第一和第二sin波導(dǎo)。

輸入3402a可以包括第一sin波導(dǎo)的第一端，第一輸出3402b可以包括第一sin波導(dǎo)的第二端，并且第二輸出3402c可以包括第二sin波導(dǎo)的第二端。在輸入上，偏振分路器3402可以接收包括具有兩個(gè)正交偏振(例如te偏振和tm偏振)的n信道光信號(hào)(例如，具有n個(gè)波長(zhǎng)信道λ1、λ2、λ3、...、λn的復(fù)用光信號(hào))輸入光束3415。輸入光束3415可以根據(jù)偏振進(jìn)行分離，其中te偏振通常從第一輸出3402b輸出，tm偏振通常從第二輸出3402c輸出。

根據(jù)輸入到第一wdm解復(fù)用器3404或第二wdm解復(fù)用器3406的光的偏振，第一wdm解復(fù)用器3404和第二wdm解復(fù)用器3406中的每一個(gè)可以針對(duì)兩個(gè)偏振之一進(jìn)行優(yōu)化和/或特定于兩個(gè)偏振之一進(jìn)。例如，圖34a和34b中的第一wdm解復(fù)用器3404和圖34b中的第二wdm解復(fù)用器3406b可以針對(duì)te偏振進(jìn)行優(yōu)化或特定于te偏振。圖34a中的第二wdm解復(fù)用器3406a可以針對(duì)tm偏振進(jìn)行優(yōu)化或特定于tm偏振。在這些和另一些實(shí)施方案中，第一wdm解復(fù)用器3404和第二wdm解復(fù)用器3406中的每一個(gè)可以包括具有偏振依賴(lài)濾波功能的中階梯光柵。

第一wdm解復(fù)用器3404包括光學(xué)耦合到偏振分路器3402的第一輸出3402b的輸入3416。類(lèi)似地，第二wdm解復(fù)用器3406a或3406b分別包括光學(xué)耦合到第二輸出3402c或偏振分路器3402的輸入3418或3420。

第一wdm解復(fù)用器3404還包括光學(xué)耦合到第一光電換能器3408的輸出3422。類(lèi)似地，第二wdm解復(fù)用器3406a或3406b分別包括光學(xué)耦合到第二光電換能器3410的輸出3424或3426。第一光電換能器3408和第二光電換能器3410可各自包括至少n個(gè)pn二極管、雪崩光電二極管(apd)或另一些合適的光學(xué)接收器。

加法器3412電耦合到第一光電換能器3408和第二光電換能器3410的輸出，其中每個(gè)加法器3412電耦合到第一光電換能器3408中的相應(yīng)之一的輸出，并電耦合到第二光電換能器3410中相應(yīng)之一的輸出。特別地，對(duì)于i＝1至n，加法器3412中的第i個(gè)可以電耦合到第一光電換能器3408中的第i個(gè)和第二光電換能器3410中的第i個(gè)，以將第i個(gè)第一光電換能器3408的電輸出與第i個(gè)第二光電換能器3410的電輸出相加，以產(chǎn)生第i個(gè)組合的電輸出3428。

在圖34a和34b中，在操作中，第一wdm解復(fù)用器3404接收輸入光束3415的te偏振，并將其解復(fù)用為輸出到第一光電換能器3408的n個(gè)不同波長(zhǎng)信道λ1、λ2、λ3、...、λn。第一光電換能器3408各自輸出代表在第一光電換能器3408中的相應(yīng)的一個(gè)接收的n個(gè)不同波長(zhǎng)信道中的相應(yīng)的一個(gè)的電信號(hào)。

在圖34a中，在操作中，第二wdm解復(fù)用器3406a從偏振分路器3402的第二輸出3402c接收n信道光信號(hào)的tm偏振，并將其解復(fù)用為輸出到第二光電換能器3410的n個(gè)不同的波長(zhǎng)信道。第二光電換能器3410各自輸出代表在第二光電換能器3410中的相應(yīng)的一個(gè)接收的n個(gè)不同波信道道中的相應(yīng)的一個(gè)的電信號(hào)。

在圖34b中，在操作中，偏振旋轉(zhuǎn)器3414將從偏振分路器3402的第二輸出3402c接收的tm偏振從tm偏振旋轉(zhuǎn)為te偏振。在這個(gè)和另一些實(shí)施方案中，偏振旋轉(zhuǎn)器3414可以包括tm到te偏振旋轉(zhuǎn)器。更一般地，偏振旋轉(zhuǎn)器3414可以將來(lái)自第一(或第二)偏振的偏振旋轉(zhuǎn)為正交的第二(或第一)偏振。然后，第二wdm解復(fù)用器3406a從偏振旋轉(zhuǎn)器3414接收偏振旋轉(zhuǎn)的信號(hào)，并將其解復(fù)用為輸出到第二光電換能器3410的n個(gè)不同的波長(zhǎng)信道。第二光電換能器3410各自輸出代表在第二光電換能器3410中的相應(yīng)的一個(gè)接收的n個(gè)不同波信道道中的相應(yīng)的一個(gè)的電信號(hào)。

在圖34a和34b兩者中，加法器3412然后組合來(lái)自第一光電換能器3408和第二光電換能器3410的合適輸出，以產(chǎn)生代表來(lái)自在偏振分路器3402的輸入3402a接收的輸入光束3415的第i個(gè)波長(zhǎng)信道的第i個(gè)組合電信號(hào)3428。特別地，第i個(gè)組合的電信號(hào)3428中的第一(或第二，或第三，或第n)個(gè)包括代表通過(guò)第一wdm解復(fù)用器3404輸出的n個(gè)不同波長(zhǎng)信道中的第一(或第二，或第三，或第n)個(gè)的第一電光換能器3408中的第一(或第二，或第三，或第n)個(gè)的電輸出和代表通過(guò)第二wdm解復(fù)用器3406a輸出的n個(gè)不同波長(zhǎng)信道中的第一(或第二，或第三，或第n)個(gè)的第二電光換能器3410中的第一(或第二，或第三，或第n)個(gè)的電輸出的總和。

通過(guò)從tm偏振中分離te偏振，將每一個(gè)與另一個(gè)分別解復(fù)用，然后用加法器3412添加相應(yīng)信道，圖34a和34b的解復(fù)用器系統(tǒng)3400可以消除或至少顯著地減少在具有偏振依賴(lài)濾波功能的wdm解復(fù)用器中出現(xiàn)的信道串?dāng)_。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D35至37討論與sipic偏振分路器如偏振分路器3402相關(guān)的多種原因和參數(shù)，隨后參照?qǐng)D38a至38c討論多個(gè)示例性sipic偏振分路器。

圖35是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施例布置的作為絕緣耦合器區(qū)域的si和sin波導(dǎo)中的te和tm偏振的si波導(dǎo)寬度的函數(shù)的有效折射率的模擬的圖形表示3500。從圖35的曲線3506和3508可以看出，sin波導(dǎo)中te和tm偏振的有效折射率不隨si波導(dǎo)寬度而變化，并且具有約1.7的值。從圖35的曲線3502和3504可以看出，在130nm至180nm(或0.13μm至0.18μm)的區(qū)域中，si波導(dǎo)中te偏振的有效折射率(見(jiàn)曲線3502)小于1.7，并且跨越該區(qū)域增加，并且在130nm至180nm的區(qū)域中si波導(dǎo)中的tm偏振的有效折射率(見(jiàn)曲線3504)大于1.7，并且跨越該區(qū)域增加。因此，如果si波導(dǎo)的錐形端的尖端寬度在130nm至180nm之間，則te和tm偏振將在絕熱耦合器區(qū)域中必然具有不同的耦合效率。在圖36和37中示出了130nm至180nm范圍內(nèi)多種尖端寬度的te和tm耦合效率之間的差異。

si波導(dǎo)中tm偏振的有效折射率(曲線3504)與sin波導(dǎo)中tm偏振的有效折射率(曲線3508)交叉處的si波導(dǎo)寬度在本文中可以被稱(chēng)為“tm最大錐形寬度”并且在圖35中為約100nm。從圖35可以看出，如果si波導(dǎo)的錐形端的尖端寬度大于tm最大錐形寬度，則可以阻止si波導(dǎo)和sin波導(dǎo)之間tm偏振的絕熱耦合相對(duì)于te偏振的耦合效率具有高效率。類(lèi)似地在si波導(dǎo)中te偏振的有效折射(曲線3502)與sin波導(dǎo)中的te偏振的有效折射率(曲線3506)交叉處的si波導(dǎo)寬度在本文中可以被稱(chēng)為“te最大錐形寬度“，并且在圖35中為約180nm。從圖35可以看出，如果si波導(dǎo)的錐形端的尖端寬度小于te最大錐形寬度，則可以允許si波導(dǎo)和sin波導(dǎo)之間te偏振的絕熱耦合相對(duì)于tm偏振的耦合效率具有高效率。

圖36是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的te和tm偏振耦合效率的模擬的圖形表示3600，其作為尖端寬度為180nm和150nm的si波導(dǎo)的si波導(dǎo)錐形長(zhǎng)度的函數(shù)。特別地，對(duì)于尖端寬度為180nm，曲線3602表示te耦合效率，而曲線3604表示tm耦合效率。類(lèi)似地，對(duì)于尖端寬度為150nm，曲線3606表示te耦合效率，而曲線3608表示tm耦合效率。從曲線3602、3604、3606和3608可以看出，在兩個(gè)尖端寬度下，te偏振(曲線3602和3606)具有比tm偏振(曲線3604和3608)更好的耦合效率。曲線3602和3606傾向于表明，對(duì)于尖端寬度等于或大于180nm，te耦合可以低于90％。曲線3604和3608傾向于表明，對(duì)于尖端寬度小于或等于150nm，tm耦合可以大于10％。

圖37是根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的作為1.35μm、1.31μm和1.27μm三個(gè)不同波長(zhǎng)信道的尖端寬度為160nm的si波導(dǎo)的si波導(dǎo)錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的te和tm偏振耦合效率的模擬的圖形表示3700。選擇160nm的尖端寬度作為150nm(低于其tm耦合可大于10％)和180nm(高于其te耦合效率可小于90％)之間的折衷。對(duì)于尖端寬度為160nm和1.35μm的波長(zhǎng)信道，曲線3702a表示te耦合效率，而曲線3702b表示tm耦合效率。類(lèi)似地，對(duì)于尖端寬度為160nm和1.31μm的波長(zhǎng)信道，曲線3704a表示te耦合效率，而曲線3704b表示tm耦合效率。類(lèi)似地，對(duì)于尖端寬度為160nm和1.27μm的波長(zhǎng)信道，曲線3706a表示te耦合效率，而曲線3706b表示tm耦合效率。從曲線3702a、3702b、3704a、3704b、3706a和3706b可以看出，在所有三個(gè)波長(zhǎng)信道，te偏振(曲線3702a、3704a和3706a)具有比tm偏振(曲線3702b、3704b和3706b)更好的耦合效率。

圖37另外包括具有在1.35μm、1.31μm和1.27μm的三個(gè)波長(zhǎng)信道的多個(gè)te和tm偏振耦合效率值的表3708，其中si波導(dǎo)錐形長(zhǎng)度為約200μm。對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)信道，te偏振耦合效率與tm偏振耦合效率的比例也以分貝(db)為單位來(lái)提供。

圖35至37的模擬表明，至少在一些實(shí)施方案中，可以使用包括尖端寬度為130nm至180nm或150nm至180nm或約160nm的si波導(dǎo)的絕熱耦合器區(qū)域，以選擇性地將大部分te偏振從si波導(dǎo)耦合到sin波導(dǎo)(反之亦然)，而不會(huì)將大部分tm偏振從si波導(dǎo)耦合到sin波導(dǎo)(反之亦然)?？梢匀珀P(guān)于圖38a至38c更詳細(xì)地描述的那樣組合兩個(gè)或更多個(gè)這種絕熱耦合器區(qū)域，以形成sipic偏振分路器或合路器，例如上面討論的偏振分路器3402。

圖38a至38c示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的示例性sipic偏振分路器或合路器3800a、3800b和3800c(以下統(tǒng)稱(chēng)為“偏振分路器3800”)。偏振分路器3800可以包括或?qū)?yīng)于圖34a和34b的偏振分路器3402，并且可以在圖34a和34b的解復(fù)用器系統(tǒng)3400中和/或其他系統(tǒng)或裝置中實(shí)現(xiàn)。

圖38a至38c各自包括偏振分路器3800a、3800b或3800c的俯視圖。圖38a至38c的俯視圖包括在偏振分路器3800的材料堆疊中不同級(jí)別的偏振分路器3800的多個(gè)組件的輪廓或所占區(qū)域，當(dāng)從上方觀察時(shí)可能不一定是可見(jiàn)的，但是被示出為輪廓或所占區(qū)域以說(shuō)明多個(gè)組件相對(duì)于彼此的x和z對(duì)齊。

每個(gè)偏振分路器3800包括第一sin波導(dǎo)3802、與第一sin波導(dǎo)3802間隔開(kāi)的第二sin波導(dǎo)3804和si波導(dǎo)3806。第一sin波導(dǎo)3802和第二sin波導(dǎo)3804可以形成在sipic的第一層，例如本文所述的具有sin波導(dǎo)的第一層中的任何一個(gè)。si波導(dǎo)3806可以形成在sipic的位于sipic的第一層上方或下方的第二層中，例如本文所述的具有si波導(dǎo)的第二層中的任何一個(gè)。

第一sin波導(dǎo)3802包括耦合器部分3808，第二sin波導(dǎo)3804包括耦合器部分3810，并且si波導(dǎo)3806包括第一錐形端3812和第二錐形端3814。第一錐形端3812與第一sin波導(dǎo)3802的耦合器部分3808在兩個(gè)正交方向(例如，x和z)上對(duì)齊，使得第一錐形端3812在兩個(gè)正交方向上與第一sin波導(dǎo)3802的耦合部分3808重疊并平行于第一sin波導(dǎo)3802的耦合部分3808。第一sin波導(dǎo)3802的錐形端3812和的耦合器部分3808可以通常形成第一絕熱耦合器區(qū)域3816。類(lèi)似地，第二錐形端3814與第二sin波導(dǎo)3804的耦合器部分3810在兩個(gè)正交方向(例如，x和z)上對(duì)齊，使得第二錐形端3814在兩個(gè)正交方向上與第二sin波導(dǎo)3804的耦合器部分3810重疊并平行于第二sin波導(dǎo)3804的耦合器部分3810。第二sin波導(dǎo)3804的第二錐形端3814和耦合器部分3810通?？梢孕纬傻诙^熱耦合器區(qū)域3818。

si波導(dǎo)3806的第一錐形端3812和第二錐形端3814中的每一個(gè)可以被構(gòu)造為輸入光束3820的大部分第一偏振(例如，te偏振)在si波導(dǎo)3806的第一錐形端3812和第二錐形端3814中相應(yīng)之一與第一sin波導(dǎo)3802和第二sin波導(dǎo)3804中相應(yīng)之一之間絕熱耦合，并阻止與第一偏振正交的輸入光束3820的大部分第二偏振(例如，tm偏振)在第一錐形端3812和第二錐形端3814中相應(yīng)之一與第一sin波導(dǎo)3802和第二sin波導(dǎo)3804中相應(yīng)之一之間絕熱耦合。前述可以通過(guò)提供si波導(dǎo)3806的第一錐形端3812和第二錐形端3814中的每一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述錐形端具有通常區(qū)分第一偏振和第二偏振的適當(dāng)尖端寬度。

更詳細(xì)地，si波導(dǎo)3806的第一錐形端3812可以具有這樣的尖端寬度，其被構(gòu)造為將來(lái)自第一sin波導(dǎo)3802的大部分第一偏振通過(guò)第一錐形端3812絕熱耦合到si波導(dǎo)3806，并且阻止大部分第二偏振進(jìn)入si波導(dǎo)3806。例如，第一錐形端3812可以具有130nm至180nm，或150nm至180nm，或約160nm的尖端寬度。類(lèi)似地，si波導(dǎo)3804的第二錐形端3814可以具有這樣的尖端寬度，其被構(gòu)造為將通過(guò)si波導(dǎo)3806傳播的第一偏振的部分的大部分從si波導(dǎo)3806通過(guò)第二錐形端3814絕熱耦合到第二sin波導(dǎo)3804，并阻止通過(guò)si波導(dǎo)3806傳播的第二偏振的部分的大部分進(jìn)入第二sin波導(dǎo)3804。例如，第二錐形端3814可以具有130nm至180nm，或150nm至180nm，或約160nm的尖端寬度。因此，與圖35至37一致，第一錐形端3812和第二錐形端814的尖端寬度可被構(gòu)造為選擇性地將輸入光束3820的第一偏振的大部分從第一sin波導(dǎo)3802耦合到第二sin波導(dǎo)3804，而不將第二偏振的大部分從第一sin波導(dǎo)3802耦合到第二sin波導(dǎo)3804。

在圖38a的實(shí)施例中，si波導(dǎo)3806可以具有200nm的錐形長(zhǎng)度(例如，第一錐形端3812和第二錐形端3814中的每一個(gè)在光傳播方向上可以是200nm長(zhǎng))，并且第一錐形端3812和第二錐形端3814中的每一個(gè)可以具有150nm的尖端寬度?；蛘呋蛄硗?，第一sin波導(dǎo)3802和第二sin波導(dǎo)3804可以各自具有1μm的寬度，并且第一錐形端3812和第二錐形端3814中的每一個(gè)可以具有320nm的最大寬度。在該實(shí)施例中，對(duì)于1.31μm的波長(zhǎng)信道，第一絕熱耦合器區(qū)域3816和第二絕熱耦合器區(qū)域3818中的每一個(gè)可以將約98％的te偏振和約10％的tm偏振從一個(gè)波導(dǎo)絕熱耦合到下一個(gè)波導(dǎo)(例如，從第一sin波導(dǎo)3802到si波導(dǎo)3806或從si波導(dǎo)3806到第二sin波導(dǎo)3804)，并且可以阻止約2％的te偏振和約90％的tm偏振從一個(gè)波導(dǎo)絕熱耦合到下一個(gè)。因此，在圖38a中，來(lái)自第一sin波導(dǎo)3802的端3824的輸出光束3822可以包括輸入光束3820的約2％的te偏振和約90％的tm偏振。因?yàn)閬?lái)自第二sin波導(dǎo)3804的端3828的輸出光束3826通過(guò)第一絕熱耦合器區(qū)域3816和第二絕熱耦合器區(qū)域3818兩者，所以輸出光束3826可以包括輸入光束3820的約96％的te偏振和約1％的tm偏振。

在圖38b和38c中，每個(gè)偏振分路器3800b和3800c另外包括第三絕熱耦合器區(qū)域3830或3832，以提高來(lái)自第一sin波導(dǎo)3802的端3824的輸出光束3822中te和tm偏振的分離比。第三絕熱耦合器區(qū)域3830或3832可以由第一sin波導(dǎo)3802的第二耦合器部分3834和第二si波導(dǎo)3840或3842的錐形端3836或3838構(gòu)成。第二si波導(dǎo)3840或3842可以形成在sipic的與si波導(dǎo)3806相同的層中，或者形成在sipic的與si波導(dǎo)3806不同的層中。

或者或另外，第一sin波導(dǎo)3802可以包括耦合器部分3808上游的錐形端3844。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，第一sin波導(dǎo)3802的錐形端3844具有約50μm的錐形長(zhǎng)度(例如，z方向上的長(zhǎng)度)。根據(jù)本文所述的一些實(shí)施方案的sipic中的sin波導(dǎo)通?？梢跃哂屑s0.7μm或更小的寬度(例如，在x方向上)，并且可以被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)sin波導(dǎo)。相比之下，sipic偏振分路器(例如本文所述的偏振分路器3402和3800)中的sin波導(dǎo)可以具有與標(biāo)準(zhǔn)sin波導(dǎo)不同的寬度，例如約1μm的寬度，并且可以被稱(chēng)為偏振分路器sin波導(dǎo)。第一sin波導(dǎo)3802的錐形端844可以用作從標(biāo)準(zhǔn)sin波導(dǎo)到偏振分路器sin波導(dǎo)第一sin波導(dǎo)3802(其為偏振分路器sin波導(dǎo))的轉(zhuǎn)換。

第二si波導(dǎo)3840或3842的錐形端3836或3838與第一sin波導(dǎo)3802的第二耦合器部分3834在兩個(gè)正交方向(例如x和z)上對(duì)齊，使得第二si波導(dǎo)3840或3842的錐形端3836或3838在兩個(gè)正交方向上與第一sin波導(dǎo)3802的第二耦合器部分3834重疊并平行于第一sin波導(dǎo)3802的第二耦合器部分3834。圖38b中的第二si波導(dǎo)3840通常包括s形，而圖38c中的第二si波導(dǎo)3842通常包括u形?；蛘咭部梢詫?shí)施另一些形狀。在一些實(shí)施方案中，第二si波導(dǎo)3840和3842中的每一個(gè)包括與錐形端3836或3838相反的第二錐形端3846或3848。在另一些實(shí)施方案中，第二si波導(dǎo)3840和3842中的每一個(gè)終止于鍺(ge)pin探測(cè)器而不具有第二錐形端3846或3848。

第二si波導(dǎo)3840或3842的錐形端3836或3838中的每一個(gè)可以具有適當(dāng)?shù)募舛藢挾纫砸话愕貐^(qū)分第一偏振和第二偏振。更詳細(xì)地，第二si波導(dǎo)3840或3842的錐形端3836或3838可以具有這樣的尖端寬度，其被構(gòu)造為將來(lái)自第一sin波導(dǎo)3802的大部分第一偏振通過(guò)錐形端3836或3838絕熱耦合到第二si波導(dǎo)3840或3842，并阻止大部分第二偏振進(jìn)入第二si波導(dǎo)3840或3842。例如，錐形端3836或3838可以具有130nm至180nm，或150nm至180nm，或約160nm的尖端寬度。在一些實(shí)施方案中，第二si波導(dǎo)3840或3842的第二錐形端3846或3848可以類(lèi)似地具有130nm至180nm，或150nm至180nm，或約160nm的尖端寬度。

在圖38b和38c的實(shí)施例中，si波導(dǎo)3806可以具有200nm的錐形長(zhǎng)度，并且第一錐形端3812和第二錐形端3814中的每一個(gè)可以具有160nm的尖端寬度?；蛘呋蛄硗?，第二si波導(dǎo)3840或3842也可以具有200nm的錐形長(zhǎng)度，錐形端3836或3838和第二錐形端3846或3848中的每一個(gè)可以具有160nm的尖端寬度，第一sin波導(dǎo)3802和第二sin波導(dǎo)3804可以具有1μm的寬度?；蛘呋蛄硗猓瑂i波導(dǎo)3806的第一錐形端3812和第二錐形端3814、第二si波導(dǎo)3840或3842的錐形端3836或3838，和/或第二si波導(dǎo)3840或3842的第二錐形端3846或3848可以具有320nm的最大寬度。在該實(shí)施例中，對(duì)于1.31μm的波長(zhǎng)信道，第一絕熱耦合器區(qū)域3816、第二絕熱耦合器區(qū)域3818和第三絕熱耦合器區(qū)域3830或3832中的每一個(gè)可以將約97.7％的te偏振和約6.7％的tm偏振從一個(gè)波導(dǎo)絕熱耦合到下一個(gè)(例如，從第一sin波導(dǎo)3802到si波導(dǎo)3806，從si波導(dǎo)3806到第二sin波導(dǎo)3804，或者從第一sin波導(dǎo)3802到第二si波導(dǎo)3840或3842)，并且可以阻止約2.3％的te偏振和約93.3％的tm偏振從一個(gè)波導(dǎo)絕熱耦合到下一個(gè)。因此，由于輸出光束3822通過(guò)第一絕熱耦合器區(qū)域3816和第三絕熱耦合器區(qū)域3830兩者，所以來(lái)自第一sin波導(dǎo)3802的端3824的輸出光束3822可以包括輸入光束3820的約0.05％的te偏振和約87％的tm偏振。另外，由于來(lái)自第二sin波導(dǎo)3804的端3828的輸出光束3826通過(guò)第一絕熱耦合器區(qū)域3816和第二絕熱耦合器區(qū)域3818兩者，所以輸出光束3826可以包括輸入光束3820的約95％的te偏振和約0.5％的tm偏振。因此，在圖38b和38c的實(shí)施例中，輸出光束3822中的tm/te的比例可以為約32db，并且輸出光束3826中的te/tm的比例可以為約23db。更一般地，si波導(dǎo)3806的第一錐形端3812和第二錐形端3814中的一者或兩者的尖端寬度可以被構(gòu)造為使tm偏振的至少80％通過(guò)第一sin波導(dǎo)3802，并使te偏振的至少90％從第一sin波導(dǎo)3802絕熱通過(guò)到第二sin波導(dǎo)3804。

或者或另外，一個(gè)或更多個(gè)偏振分路器3800可以實(shí)施為偏振合路器。在這些和另一些實(shí)施方案中，可以在第一sin波導(dǎo)3802的端3824接收tm輸入光束，并且可以在第二sin波導(dǎo)3804的端3828接收te輸入光束。在該實(shí)施例中，si波導(dǎo)3806的第二錐形端3814可以具有130nm至180nm，或甚至小于130nm尖端寬度。si波導(dǎo)3806的第一錐形端3812可以具有130nm至180nm，或150nm至180nm，或約160nm的尖端寬度。tm輸入光束可以從右到左傳播通過(guò)第一sin波導(dǎo)3802。te輸入光束可以從右到左傳播通過(guò)第二sin波導(dǎo)3804，并且可以通過(guò)絕熱耦合器區(qū)域3818絕熱耦合到si波導(dǎo)3806中并通過(guò)絕熱耦合器區(qū)域3816絕熱耦合到第一sin波導(dǎo)3802中，其中其與tm輸入組合。

圖39a和39b包括示出了根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的高折射率玻璃中介件3900(以下稱(chēng)為“中介件3900”)和圖17的sipic1700的對(duì)齊和附接的側(cè)視圖。中介件3900包括高折射率玻璃波導(dǎo)塊3902和一個(gè)或更多個(gè)中介件波導(dǎo)3904。中介件波導(dǎo)3904可以包括可以例如通過(guò)離子交換法、紫外(uv)激光寫(xiě)入或另一些合適的折射率變換輻射或工藝被寫(xiě)入高折射率玻璃波導(dǎo)塊中的高折射率玻璃波導(dǎo)。

如圖39a所示，中介件3900與sipic1700的蝕刻窗口1702對(duì)齊，其中中介件芯3904通常以上述方式在x和z方向上與sipic1700的sin波導(dǎo)1712對(duì)齊，以形成絕熱耦合器區(qū)域。蝕刻窗口1702可以至少部分地填充有環(huán)氧樹(shù)脂底部填料1902。如圖39a所示，如箭頭3906所示，然后中介件3900可以朝向sipic1700(或反之亦然)移動(dòng)，直到中介件芯3904與sipic1700的sin波導(dǎo)1712直接或至少緊密接觸。

在所示的實(shí)施方案中，高折射率玻璃波導(dǎo)塊3902限定了一個(gè)或多更個(gè)孔或槽3908，所述孔或槽3908從高折射率玻璃波導(dǎo)塊3902的底表面垂直延伸，例如在y正方向上。每個(gè)孔或槽3908可以具有15μm至20μm或一些其他的高度(例如，在y方向上)。每個(gè)孔或槽可以延伸被構(gòu)造成在蝕刻窗口1702內(nèi)被接收的中介件3900的一部分的長(zhǎng)度(例如，在z方向上)。被構(gòu)造成在蝕刻窗口1702內(nèi)被接收的中介件3900的該部分在一些實(shí)施方案中長(zhǎng)度可以為2mm至3mm?；蛘呋蛄硗?，在一些實(shí)施方案中，中介件3900在x方向上的寬度可以為約1.5mm。

當(dāng)中介件3900插入到sipic1700的蝕刻窗口1702中時(shí)，中介件3900可以被充分地壓靠在sipic1700上以至少部分地使環(huán)氧樹(shù)脂底部填料1902移位并變薄，因此在中介件波導(dǎo)3904和sin波導(dǎo)1712之間存在相對(duì)較少的環(huán)氧樹(shù)脂底部填料。例如，在圖39b的附接結(jié)構(gòu)中，環(huán)氧樹(shù)脂底部填料1902的厚度(例如在y方向上)可以小于1μm。移位的環(huán)氧樹(shù)脂底部填料1902可以至少部分地填充孔3908以實(shí)現(xiàn)中介件3900到sipic1700的良好粘附。

圖40a包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的另一高折射率玻璃中介件4000(以下稱(chēng)為“中介件4000”)的倒置透視圖。中介件4000包括高折射率玻璃波導(dǎo)塊4002和一個(gè)或更多個(gè)中介件波導(dǎo)4004。中介件波導(dǎo)4004可以包括可以例如通過(guò)離子交換法、uv激光寫(xiě)入或另一些合適的折射率變換輻射或工藝被寫(xiě)入高折射率玻璃波導(dǎo)塊中的高折射率玻璃波導(dǎo)。中介件波導(dǎo)4000另外限定了與中介件波導(dǎo)4004縱向相鄰的v形槽4006。

圖40b包括根據(jù)本文所述的至少一個(gè)實(shí)施方案布置的絕熱耦合到sipic4008的中介件4000的透視圖。中介件4000在圖40b中示出為透明的，以允許感應(yīng)到通常位于中介件4000的底表面上的中介件波導(dǎo)4004和v形槽4006。從圖40b可以看出，中介件波導(dǎo)4004通常設(shè)置在通過(guò)sipic4008的第一層上方的sipic的一個(gè)或更多個(gè)介電層限定的蝕刻窗口4010內(nèi)。第一層可以包括一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)，在蝕刻窗口4010內(nèi)中介件波導(dǎo)4004絕熱耦合至該一個(gè)或更多個(gè)sin波導(dǎo)。

圖40b另外示出了光纖4012，中介件波導(dǎo)4004可以光學(xué)耦合至該光纖4012。特別地，光纖的端可以剝離外殼和/或波導(dǎo)包層，使得光纖4012的光纖芯位于v形槽4006內(nèi)。在v形槽4006通?？梢耘c中介件波導(dǎo)4004光學(xué)對(duì)齊的范圍內(nèi)，定位光纖4012使得其光纖芯位于v形槽4006內(nèi)通常可以將每根光纖4012與相應(yīng)的一個(gè)中介件波導(dǎo)4004光學(xué)對(duì)齊。

基本上對(duì)于本文中使用的任何復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語(yǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在適用于上下文和/或應(yīng)用的情況下，從復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換為單數(shù)和/或從單數(shù)轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)。為了清楚起見(jiàn)，可以在本文中明確地闡述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)置換。

在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他具體形式實(shí)施。所描述的實(shí)施方式在所有方面被認(rèn)為僅是說(shuō)明性的而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是前面的描述來(lái)表示。落在權(quán)利要求的等同內(nèi)容的含義和范圍內(nèi)的所有變化將被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。