[发明专利]用于光子芯片的具有可控模场的光学边缘耦合器

权利要求书

1.一种用于在边缘处提供光学耦合的装置，包括：

第一细长区域，由具有第一折射率的第一材料形成，所述第一细长区域形成主波导的芯；

第二细长区域，由具有第二折射率的第二材料形成，所述第二折射率低于所述第一折射率，所述第二细长区域朝向所述边缘逐渐变细，所述第二细长区域包围所述第一细长区域的至少一部分，所述第二细长区域形成次级波导的芯；以及

第三材料，具有低于所述第二折射率的第三折射率，所述第三材料至少部分地包围所述第二细长区域，

其中所述第三材料与所述第二细长区域的至少一部分中的顶面、底面和相对侧面相邻，所述第二细长区域最初形成为与衬底层相邻，所述衬底层的一部分被移除以界定与所述第二细长区域的至少一部分相邻的间隙，所述第三材料沉积在所述间隙中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一细长区域朝向所述边缘逐渐变细。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三材料与所述第二细长区域的两个相对面相邻。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第三材料与连接所述两个相对面的所述第二细长区域的第三面相邻。

5.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第二细长区域沿一个面与由所述第二材料形成的细长基部区域相邻。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二细长区域形成在与所述衬底层相邻的其他层内，所述装置还包括至少一个桥，所述桥形成在所述其他层中并将所述第二细长区域连接到支撑结构，所述支撑结构形成在所述其他层中并由所述衬底层支撑，从而在移除所述衬底层的所述一部分时支撑所述第二细长区域。

7.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第二细长区域终止于所述边缘。

8.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第三材料的一部分位于所述第二细长区域和所述边缘之间。

9.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第一材料是硅或二氧化硅。

10.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第三材料是聚合物、溶胶凝胶有机-无机混合材料或掺杂磷硼的二氧化硅。

11.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第一材料、所述第二材料和所述第三材料中的一些或全部是III型、IV型或V型材料。

12.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述边缘是光子集成电路的边缘。

13.根据利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述第一细长区域和所述第二细长区域形成波导的一端，所述波导耦合到包括所述装置的光子集成电路的一个或多个器件。

14.根据利要求13所述的装置，其中所述波导是单模条状波导、单模肋状波导或多模肋状波导。

15.一种位于光子集成电路的边缘的光耦合器，所述光耦合器包括：

具有第一芯和包层的光波导，所述第一芯具有位于距所述边缘第一距离处的末端，所述第一芯包括在所述末端的并朝向所述边缘逐渐变细的第一倒锥体，所述包层包括延伸超出所述第一芯的末端并朝向所述边缘逐渐变细的第二倒锥体，所述第二倒椎体形成所述光波导的第二芯；以及

至少部分地包围所述第二倒锥体并且折射率低于所述包层的折射率的材料，其中所述材料与所述第二倒锥体的至少一部分中的顶面、底面和相对侧面相邻，所述第二倒锥体最初形成为与衬底层相邻，所述衬底层的一部分被移除以界定与所述第二倒锥体的至少一部分相邻的间隙，所述材料沉积在所述间隙中。