[发明专利]用于减小入射光的模态轮廓的模式尺寸变换器

说明书

技术领域

本发明大体涉及改变传播光的模态轮廓(modalprofile)的模式尺寸变换 器和包括该模式尺寸变换器(modesizeconverter)的光学装置。

背景技术

最近，越来越多的行业开始使用光学装置，尤其是通过硅光子研发的光 学装置。这样的光学装置包括光子集成电路(PIC)，其可用于光通信、测量 仪器以及信号处理领域中的各种应用。PIC可包括互连多个芯片上的部件的 亚微米波导，所述芯片上的部件包括光学开关、耦合器、路由器、分束器、 多路转换器/多路分配器、调制器、放大器、波长转换器、光电信号转换器以 及电光信号转换器。PIC的一个优势是使用比如互补金属氧化物半导体 (CMOS)的已知的半导体制造技术进行大规模生产和集成的潜力。

PIC可以光耦合到外部光纤，使得PIC接收来自光纤的光和/或引导光进 入所述光纤。然而，以可靠并有效的方式光耦合所述光纤和PIC是具有挑战 性的。例如，所述光纤的横截面积比PIC的亚微米波导的横截面积大得多。 因此，在光纤中传播的光具有比PIC的波导中的光大得多的模态轮廓。当光 在光纤和PIC之间转换时，光的模态轮廓必须改变尺寸(称为模式变换的过 程)并且没有明显的损耗。

一种已知的模式尺寸变换器(或光点尺寸变换器)包括覆盖(overlay) (或包覆)波导以及嵌在所述覆盖波导内的硅波导。所述硅波导具有倒渐缩 形几何形状，其中所述硅波导的顶端定位为邻近覆盖波导的边缘。随着硅波 导从所述顶端延伸，硅波导的宽度绝热地(adiabatically)变宽至能够支撑传 播模式的最终横截面积。来自光纤的光通过覆盖波导的边缘进入并且瞬逝地 耦合到硅波导。随着硅波导变宽至单模式条形波导，所述光逐渐变得越发受 限。因而，来自光纤的光的模态轮廓被减小到适于通过硅波导传播的尺寸。

虽然这样的模式尺寸变换器能够有效地减小模态轮廓，该模式尺寸变换 器可具有一些问题或缺陷。例如，所述模式尺寸变换器可能耦合效率不足、 对齐公差低、和/或没有商用生产的实用性。

因此，需要一种模式尺寸变换器，其具有足够的耦合效率、高的对齐公 差、和/或生产成本不会太高。

发明内容

在实施例中，提供了一种模式尺寸变换器，其包括具有构造为接收来自 光学元件的光的输入端的覆盖波导。所述覆盖波导具有第一折射率。所述模 式尺寸变换器还包括信号波导，其被嵌在所述覆盖波导内并且具有大于所述 第一折射率的第二折射率。所述信号波导包括第一和第二臂区段以及干区段 (stemsegment)，它们形成Y形结。所述第一和第二臂区段被构造为减小从 覆盖波导的输入端朝向所述干区段传播的模态轮廓。第一和第二臂区段的每 个具有远端和一对相反的侧边缘。所述侧边缘对在对应的远端和所述干区段 之间平行于彼此延伸。

在一些实施例中，所述第一和第二臂区段的每个可包括成角度的 (angled)延伸部以及联接到对应的成角度的延伸部的基底部分。所述第一 和第二臂区段的成角度的延伸部可形成V形样式。所述第一和第二区段的基 底部分可大致平行于彼此延伸并且它们之间有可操作的间隔。

在一些实施例中，所述干区段可包括中间部分和引导部分。所述中间部 分可联接到所述第一和第二臂区段并且具有从所述中间部分基底向所述中 间部分的联接端渐缩的倒渐缩形几何形状。所述联接端可联接到所述第一和 第二臂区段。所述基底可联接到所述干区段的引导部分。

在一些实施例中，所述光可被构造为沿着光传播轴线从所述覆盖波导的 输入端传播到所述干区段。所述Y形结可以关于包括所述光传播轴线的平面 对称。

在一些实施例中，所述覆盖波导具有宽度并且包括渐缩段。随着所述覆 盖波导从所述输入端朝向所述信号波导延伸，所述覆盖波导的宽度可沿着所 述渐缩段减小。可选地，所述覆盖波导可包括通道段，该通道段具有设置在 其中的所述信号波导的至少一部分。所述渐缩段可位于所述输入端和所述通 道段之间。在一些实施例中，所述第一和第二臂区段的远端可在所述渐缩段 内、在所述通道段内、或在渐缩段和通道段之间的边界处。在特定的实施例 中，所述第一和第二臂区段的远端设置在所述通道段和所述渐缩段的边界处 或紧密靠近该边界。