[发明专利]基于光栅的光纤到波导的互连

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及光纤到波导的耦合器。

背景技术

在光纤与波导之间耦合光是任何芯片上和芯片外光学通信系统的不可缺少的一部分。然而，把光从光纤耦合到波导中或者把光从波导耦合到光纤中带来许多问题。举例来说，用于把光从波导耦合到光纤中的常规技术包括：对波导的末端进行配置以散射由波导载送的光，以及将透镜放置在光纤末端处或其附近以将散射光的一部分导入光纤芯。对于多模光纤，可以使用透镜在纤芯的数值孔径内引导聚焦束的最大光线，这样可以把由所述透镜捕获的光有效地耦合到纤芯中。另一方面，为了把光耦合到单模光纤中，纤芯的模式与由所述透镜捕获的光的模式必须紧密匹配。

在单模光纤与波导之间耦合光的一种常规技术是使用光栅耦合器。来自波导的光传播经过光栅，并且以与法向成某一有限角度在自由空间内散射。因此需要以与法向成一角度放置收集光纤以用于高效的耦合。法向输入/输出操作是可能的但不是很高效，这是由于光栅区域内左与右传播波之间的耦合造成的。虽然可以以一角度放置光纤，但是这常常使芯片的设计和封装复杂化。

物理学家和工程师们继续寻求降低成本并且提高光纤到波导的耦合器的效率的增强。

附图说明

图1示出根据本发明的一个或多个实施例配置的示例光纤到波导的互连的等距视图。

图2A-2B示出根据本发明的实施例操作的沿着图1中所示的线A-A的互连的剖面图。

图3A-3C示出根据本发明的一个或多个实施例的被配置成具有一维和二维亚波长光栅图案（pattern）的亚波长光栅的俯视图。

图4示出根据本发明的一个或多个实施例的来自两个单独的光栅子图案的线条的剖面图，其揭示出由透射的光获得的相位。

图5示出根据本发明的一个或多个实施例的来自两个单独的光栅子图案的线条的剖面图，其揭示出透射的波前如何改变。

图6示出由根据本发明的一个或多个实施例配置的亚波长光栅图案产生的示例透射相位改变轮廓（contour）图的等距视图。

图7A-7B示出根据本发明的实施例的附着到光纤的末端并操作的第一示例光栅层的侧视图。

图8示出根据本发明的一个或多个实施例获得的作为周期和占空比的函数的相位变化的透射相位轮廓曲线图。

图9A-9B示出根据本发明的一个或多个实施例的被配置成具有一维非周期性亚波长光栅的光栅层的俯视图。

图10A-10B示出根据本发明的一个或多个实施例的被配置成具有二维非周期性亚波长光栅的两个光栅层的俯视图。

具体实施方式

本发明的实施例是针对光学波导到光纤的互连。图1示出根据本发明的一个或多个实施例配置的示例光纤到波导的互连100的等距视图。互连100包括形成在波导104的末端处的光栅耦合器102。如图1的实例中所示，光栅耦合器102包括锥形波导106和光栅块108。光栅块108包括由通过与波导104近似垂直地定向的凹槽分开的一系列线条构成的光栅。互连100还包括布置在光纤112的平面化末端上的光栅层110。图1还包括光栅层110的端视图114，其揭示出所述光栅层包括平面的非周期性亚波长光栅（“SWG”）116。SWG 116近似位于光栅层110的中心，并且其尺寸被确定成覆盖光纤112的芯118的末端。图1还揭示出，光栅耦合器102与光栅层110通过气隙分开，并且光纤112的末端部分被定向成基本上与光栅耦合器102的平面垂直。

如图1中所示，波导104具有比芯118的剖面面积小得多的剖面面积。光纤112可以是单模光纤或多模光纤。举例来说，在某些实施例中，波导的宽度可以处在近似2-4μm的范围，单模光纤的芯118的直径可以处在近似8-12μm的范围，以及多模光纤的芯118的直径可以处在近似20-70μm的范围。互连100可以被操作来把光从尺寸较小的波导104耦合到尺寸相对较大的芯118中，并且互连100可以被反向操作以把光从芯118耦合到波导104中。