[发明专利]具有空间调制折射率区域的光学波导

说明书

本发明公开了一种光学波导，该光学波导沿着波导的长度在第一波长下传播光学模式。光学波导具有光学芯，该光学芯在基本上垂直于波导的长度的平面中具有基本上多边形的横截面。光学芯在第一波长下具有折射率n1。第一光学包层邻近光学芯设置，并且在第一波长下具有折射率n2，n2＜n1。空间调制折射率区域具有沿着光学波导的宽度延伸并且沿着光学波导的长度布置的交替的较高折射率区域和较低折射率区域，并且被配置为提取原本将沿着波导的长度传播的光学模式。

技术领域

本公开整体涉及诸如光子集成电路的光学装置。

背景技术

光学装置可用于多种应用程序，包括：电信网络、局域网、数据中心链接以及计算机装置中的内部链接。光学功能越来越多地被结合到小型集成装置中，诸如光子集成电路(PIC)。PIC装置可包括光学元件，诸如波导、光栅检测器、激光器等，这些光学元件使用诸如材料沉积、光刻和蚀刻的工艺制造。PIC可通过光纤与外部光学装置耦合。以此方式利用PIC的一个挑战是将光有效耦合到小芯PIC波导或PIC上的其它小型光学装置中。

发明内容

一个实施方案涉及一种光学波导，所述光学波导用于沿着所述波导的长度在第一波长下传播光学模式。所述光学波导具有光学芯，所述光学芯在基本上垂直于所述波导的所述长度的平面中具有基本上多边形的横截面。所述光学芯在所述第一波长下具有折射率n1。第一光学包层邻近所述光学芯设置，并且在所述第一波长下具有折射率n2，n2＜n1。空间调制折射率区域包括沿着所述光学波导的宽度延伸并且沿着所述光学波导的所述长度布置的交替的较高折射率区域和较低折射率区域，并且被配置为提取原本将沿着所述波导的所述长度传播的光学模式。所述空间调制折射率区域具有沿着所述波导的所述长度的大于约30微米的长度L。n1随温度T的变化率为Δn1/ΔT，并且硅随温度T的变化率为Δn(Si)/ΔT，其中Δn1/ΔT＜Δn(Si)/ΔT。

在一些配置中，所述横截面可以是基本上梯形的、矩形的或正方形的。所述光学芯可包括两个基本上径直相反的侧。所述光学芯可包含氮化硅，并且/或者所述第一光学包层可包含二氧化硅。所述光学芯可包含掺杂有掺杂剂的二氧化硅，并且所述掺杂剂可使n1增加。所述掺杂剂可降低n1随温度T的变化率。所述掺杂剂可以是磷或钛。

在一些配置中，所述光学芯可包含氮氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铪以及它们的合金中的一者或多者。所述光学芯可包含非晶硅。在一些配置中，n1-n2可大于约0.001、0.01、0.1、0.2、0.3或0.6。所述第一波长可在约1250nm至约1650nm的范围内。所述光学波导可能够在所述第一波长下支持多种光学模式。

在一些配置中，所述光学波导可以是光学系统的一部分。在所述系统中，所述光学波导接收来自光源的光，所述光源仅激发所述光学波导的基本光学模式。所述光源可包括沿着所述光学波导的所述长度与所述光学波导顺序地布置的第二光学波导。

在一些配置中，所述光学波导是二维波导，使得沿着所述波导的所述长度传播的光学模式基本上沿着所述光学波导的所述宽度和厚度两者受到限制。

在一些配置中，所述空间调制折射率区域的至少一部分形成于所述第一光学包层和/或所述光学芯中。所述光学波导还可包括邻近所述光学芯且与所述第一光学包层相反设置的第二光学包层，在这种情况下，所述空间调制折射率区域的至少一部分可形成于所述第二光学包层中。所述第二光学包层可包含二氧化硅。