[发明专利]光子波导

说明书

本文描述的实施例提供了一种用于传输电磁辐射的波导。该波导包括：线芯区域；围绕该线芯区域延伸的包层区域；以及材料的第一层，所述第一层的厚度小于该材料的针对第一波长的电磁辐射的趋肤深度；其中，该第一层被配置为具有周期性折射率并且位于波导内，使得当第一波长的电磁辐射传输通过线芯区域时，在线芯区域和包层区域之间的界面处激发第一表面极化波。还提供了一种波导的制造方法。

技术领域

本文描述的实施例涉及一种光子波导及其制造方法。具体地，描述了一种光子波导，其中，在波导的线芯区域和包层区域之间的界面处激发表面极化波，以避免对光子波导的包层材料的损耗。

背景技术

通常，除非明确给出和/或从上下文中暗示不同的含义，否则本文中使用的所有术语将根据其在相关技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/元件、设备、组件、装置、步骤等”的所有引用应被开放地解释为指代元件、设备、组件、装置、步骤等中的至少一个实例。除非必须明确地将一个步骤描述为在另一个步骤之后或之前和/或隐含地一个步骤必须在另一个步骤之后或之前，否则本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行。在适当的情况下，本文公开的任何实施例的任何特征可以应用于任何其他实施例。同样地，任何实施例的任何优点可以适用于任何其他实施例，反之亦然。通过下文的描述，所附实施例的其他目的、特征和优点将显而易见。

在光电子学中，可能需要开发能够确保电磁波信号在光子波导中的清晰传输，并减少任何可预测或不可预测的损耗以及光模式散射的技术。光子电路越小且越复杂，就越难确保将光限制在光子波导内并控制损耗和不想要的光散射。

还可能需要执行可靠的光约束，同时限制约束机构对光子波导中的信号传输的操作性能的影响。该方面对于波导中的光传播、与位于光缆的光纤末端处的光子连接器耦合的光，以及对于当前光子光收发器、开关或任何其他光子器件中限定的光子集成电路是有效的。

因此，通过使用不同的材料(例如，透明金属或半金属材料)，将新的光子电路设计为具有更高的光传播性能，以确保与用于产生光纤的工业过程或基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的光子电路制造兼容。一些解决方案基于使用备选波导或光纤设计。

然而，这些解决方案中的大多数旨在简化光子器件或技术的结构，以降低成本和功率泄漏，同时确保传输可靠性。在光学中，电磁波的传播和与允许的传播模式的耦合是通过适当的光子设计实现的，以实现约束光同时避免泄漏的专用光路。

特别地，由于在不影响系统结构和/或降低系统性能的情况下物理尺寸的兼容性或缺乏适当的折射率阶跃变化，光学电路的一些配置可能不允许有效的光约束。不幸的是，当前的方法引入了不想要的光学损耗(例如，由于光束从波导或光纤中散射出来)，从而产生了对光学功率供应链的需求，以允许仍在系统中传播的电磁波从不想要的泄漏中恢复。利用现有技术，功率恢复器件(例如，光学放大器或光学透镜)的数量越多，所设计的光学电路的复杂性越高，则整个系统的可靠性和性能就越低。

上述观察结果表明，对放大器进行优化，以沿光路从所有插入损耗中产生最佳放大的光增益。一种备选方法是通过增强光学模式耦合和约束来减少所有光学功率泄漏源，并沿光路引入固有增益。这里使用术语“固有”来定义通过所用材料的性质和光路本身的设计类型而获得的增益解决方案，其中，固有增益主要是在环境中感兴趣的波长范围内实现的。

这种固有增益解决方案的一些示例是基于谐振结构的解决方案，其中使用了增益介质和特定的谐振腔。这些示例中的问题可能是放大的自发发射的产生，这可能会限制级联若干个放大阶段所引起的光学信噪比(OSNR)的下降。可能需要限制这种下降或避免任何放大的自发发射的源，以便改善通信系统的系统裕度，以使它们受取决于OSNR下降的依赖影响较小。

然而，光学波导也可以被优化以与高功率电磁波一起工作，并引入最低可能的损耗或泄漏，同时仍占据系统内的小区域。真正起作用的波导将被设计为具有非常小的占位面积，而无需供应链、偏置电路或阻抗适应。鉴于此，对集成系统的影响和扰动将可能降至最低。

发明内容