[发明专利]光电集成芯片、具有光电集成芯片的光学部件和用于生产该光电集成芯片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电集成芯片、具有这种芯片的光学元件和用于生产这种芯片的方法。将术语“光电集成芯片”理解为具有基板和位于(如生长在或者沉积在)所述基板上的材料层的集成芯片，并且在该集成芯片中，一个或者多个光电部件(如波导、耦合器等)集成在材料层中的一个或者多个材料层中。

背景技术

当开发光学部件时，特别是当开发集成光学部件时，常常出现必须将光从一个部件传输至另一个部件的问题，例如，把光从激光器传输到芯片上的波导或者把光从芯片传输到纤维。在这种情况下，一方面，基本上能够将这两个部件相邻放置并且把光水平地耦合在波导的平面中，也称为对接耦合。另一方面，可以把部件彼此重叠放置，以便相对于波导的平面垂直地或者几乎垂直地传输光。在后一种变型中，通常经由光栅耦合器使相对于表面法线以较小的角度射到波导的光偏转到波导中，并且在波导中对光进行进一步引导。

当把非常发散或者会聚的辐射垂直地耦合在波导中时，当前方法会造成巨大的损失，因为常用的光栅耦合器只有有限的接受角。在将波导外的光耦合到其它光学部件中时这些其它光学部件也具有接受角，这些其它光学部件例如为纤维(例如，玻璃纤维或者聚合物纤维)。从接受角外入射的辐射部分不被耦合到波导或者纤维中，例如，损失了这些部分。这些损失越大，入射光越发散或者越会聚。由于光束的发散性，如果目标耦合元件的孔径不足，则耦合损失可能会随着耦合元件之间的距离的增大而增加。技术术语中还被称为元件的“后段制程”的光学元件的上部材料层具有5个金属层，例如，其厚度约为20μm。在发散光束传播通过该距离期间，其光束直径显著增加。

在光源非常发散或者会聚的情况下，现在通常将纤维插入在光源与波导的光栅耦合器之间。首先，将光耦合到纤维中，并且在另一个纤维端处耦合到纤维外，并且经由光栅耦合器耦合到波导中。这与较好的制造工作、附加部件和在纤维的出入口处的耦合损失相关联[1]。

另一种方法是使用例如透镜的微光学器件，以作为单独的部件，将该单独的部件紧固在光栅耦合器上方的元件(在集成元件的情况下，在下面的技术术语中还简称为“芯片”)上并且旨在对垂直入射的光进行准直和聚焦。这种方法还需要大量的制造工作和附加部件(例如，注塑成型或者玻璃微透镜)、制造步骤和相关容差、以及较差的可扩展性[2]。

另一种方法是使用蚀刻到激光器的出射面中的透镜，以便在出射光从激光器出射之前对其进行准直或者聚焦[3]。

从出版物“A polarization-diversity wavelength duplexer circuit in silicon-on-insulator photonic wires”(Wim Bogaerts,Dirk Taillaert,Pieter Dumon,Dries Van Thourhout,Roel Baets；February 19,2007/Vol.15,no.4/OPTICS EXPRESS 1567)中可以了解具有根据专利权利要求1的前序部分的特征的光电集成芯片。

发明内容

从最后提到的现有技术开始，本发明是基于容易地改进可以在芯片中实现的耦合效率的目的。

根据本发明，通过具有根据专利权利要求1的特征的光电集成芯片来实现这个目的。在从属权利要求中陈述了根据本发明的芯片的有利配置。

据此，本发明提供了一种光学衍射和折射结构，该光学衍射和折射结构待集成在光栅耦合器上方或下方的芯片的材料层中，或者集成在光栅耦合器上方或下方的多个材料层中，或者集成在基板的后侧，该衍射和折射结构在辐射被耦合入波导中之前或者辐射被耦合出波导外之后，执行该辐射的光束整形。