[发明专利]光子集成电路

说明书

本发明涉及光子集成电路。光子集成电路包括位于两个连续互连金属层之间的光耦合设备。光耦合设备包括第一光学部分，第一光学部分接收具有横向磁分量和在基模中的横向电分量的光学信号。第二光学部分将光信号的横向磁分量转换成处于高阶模中的转换的横向电分量。第三光学部分将横向电分量与转换的横向电分量分离，并将高阶模切换到基模。第四光学部分将横向电分量传输到一个波导，并将转换的横向电分量传输到另一波导。

技术领域

实现方式和实施例涉及集成光子电路，具体涉及诸如光纤的输入设备与这种类型的电路的耦合，最具体地涉及用于长距离传输信号的光纤的耦合。

背景技术

基于光纤的收发机允许长距离传输信号。它们通常使用频率复用，以便能够利用单个光纤传输/接收多个信号。因此，它们在宽频带中传输信号。

然而，现今的耦合设备通常是为适应受限的频率范围而定制的。

此外，在常规光纤中行进的光信号以随机的方式偏振，即，其电场的取向是随机的。此外，在集成电路的常规波导(即，矩形横截面的波导)中行进的光信号仅允许光信号在两个方向上的偏振。称为横向电(TE偏振)的第一方向被定义为与集成电路的层平行，例如在绝缘体上硅类型的技术中与掩埋绝缘层平行。称为横向磁(TM偏振)的第二方向被定义为与第一方向正交。某些光子硬件部件特别适合于以横向电方式偏振的信号，而其他光子硬件部件特别适合于以横向磁方式偏振的信号。其他硬件部件可以接收以任一方式偏振的信号。

存在用于将输入/输出设备耦合到集成电路的各种手段。

第一种解决方案在于将输入/输出设备耦合在集成电路的上表面上，并通过光栅型耦合器将信号传输到波导。

这种解决方案使得可以传输光信号的横向电分量以及经转换变为横向电分量的横向磁分量。然而，这种传输仅在非常小的光学带宽上实现。因此，可能会损耗光功率的不可忽略的部分(有时大于50％)。

第二种解决方案在于将输入/输出设备耦合在集成电路的侧面上，并且使得可以传输在横向电方向和横向磁方向上偏振的信号。

然而，现有的解决方案是昂贵的，因为它们需要实现特定的制作方法，并且它们不允许横向磁分量的足够限制，从而导致信号扩散到集成电路的载体衬底中并因此导致光功率损耗。

因此，期望限制横向磁分量扩散到载体衬底中。

发明内容

本发明的实施例目的在于至少部分地解决现有技术中的上述问题。

因此，根据一个实施例，提出了一种用于将输入设备耦合到集成电路并且允许传输宽带宽的信号的设备，其光功率损耗降低并且独立于信号的波长。

此外，该耦合设备可以通过常规制作方法生产。

根据一个方面，提出了一种光子集成电路，该光子集成电路包括：由包括多个金属层的互连区域覆盖的衬底，至少两个波导，以及位于所述互连区域的两个连续的金属层之间的至少一个耦合设备，并且该至少一个耦合设备包括：第一部分，被耦合到光子集成电路的侧面并被配置为接收入射光信号，所述信号包括横向磁分量和处于基模中的横向电分量；第二部分，被耦合到第一部分并被配置为将入射信号的横向磁分量转换成处于高阶模中的转换的横向电分量；第三部分，被配置为将此时处于基模中的横向电分量和此时处于高阶模中的转换的横向电分量分离，以便将转换的横向电分量切换到基模中；以及第四部分，被配置为将横向电分量和转换的横向电分量传输到所述至少两个波导。

因此，通过转换横向磁分量，避免了当集成电路的衬底是绝缘体上硅(SOI) 类型的衬底时，由横向磁分量特别是在集成电路的掩埋绝缘层中的扩散引起的损耗，同时以转换的形式保持对应的功率。

此外，将转换的横向电分量切换到与基模不同的模式中，使得特别是可以防止信号的两个分量彼此干涉，这将导致功率损耗，或者甚至在最不利的情况下信号的抵消。