一种低损耗光交叉的制作方法

一种低损耗光交叉的制作方法
【专利摘要】一个光交叉的实施例包括：交叉区域，其中所述交叉区域的光路横向不受约束；具有输入交叉端和输入远端的输入波导，其在所述输入交叉端耦合至所述交叉区域，从而形成了所述光路的一部分；具有输出交叉端和输出远端的输出波导，其在所述输出交叉端耦合至所述交叉区域，从而形成了所述光路的一部分；其中，所述输出交叉端的输出波导的交叉宽度大于所述输入交叉端的输入波导的交叉宽度；所述输出交叉端的输出波导的横向中心被横向移位，移位距离是其与所述输入交叉端的输入波导的横向中心之间的偏移量。
【专利说明】
一种低损耗光交叉[0001 ]本申请要求于2014年1月27日递交的申请号为“14/165,229”、发明名称为“一种低 损耗光交叉及其制造方法(Low Loss Optical Crossing and Method of Making Same)” 的美国临时申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
[0002]本发明通常涉及光集成器(PIC)，尤其涉及一种光交叉及其制造方法。【背景技术】
[0003]PIC是一种集成了多种光子电路元件的设备，类似于电子集成电路。PIC不同于电子集成电路，因为它采用光而不是电子去执行各种光学功能。PIC使得光学系统更紧凑，更高效，功能更强。这样的光学系统比由离散光学组件组成的光学系统成本低。PIC通常被应用在光学通信系统以及光子计算系统中，其中，对高速和高带宽电路的需求正日益增加。随着对速度和带宽需求的增加，对更密集、更复杂的PIC的需求也在增加。自成像交叉和衍射光束传播交叉等低损耗光子电路元件可以使这些需求在各种设备中得到满足，包括光开关、自适应滤波器、多载波收发器、调制器、复用器和解复用器等等。
[0004]PIC通常包括多个光波导，并由多种材料制造而成，包括:硅、二氧化硅、铌酸锂 (LiNb03)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、钛酸锆酸镧铅(PLZT)和氮化硅(Si3N4)。例如，硅光波导的典型结构包括高折射率的硅芯，该硅芯被低折射率的二氧化硅(silica)包层包围， 通常置于硅片上。这种结构常用于通信波长，如1310纳米波段、1490纳米波段和1550纳米波段。PIC可以通过光刻技术形成，包括光学光刻和电子束光刻。光学邻近校正技术可以被用于增强光学光刻，从而更精确地创造出PIC材料所需要的元件形状，提高制造光子电路元件的精确度。
【发明内容】

[0005]本发明实施例提供了一种光交叉及其制作方法。
[0006]在一个实施例中，一种具有光交叉的PIC包括具有交叉长度的交叉区域，其中所述交叉区域的光路横向不受约束。在该实施例中，所述PIC还包括输入波导和输出波导。所述输入波导具有输入交叉端和输入远端，并在所述输入交叉端耦合至所述交叉区域，从而形成了所述光路的一部分。所述输出波导具有输出交叉端和输出远端，同样地，在所述输出交叉端耦合至所述交叉区域，从而形成了所述光路的一部分。所述输出交叉端的输出波导的交叉宽度大于所述输入交叉端的输入波导的交叉宽度，差值根据所述交叉长度设置。此外， 所述输出交叉端的输出波导的横向中心被横向移位，移位距离是其与所述输入交叉端的输入波导的横向中心之间的偏移量，该偏移量也是根据所述交叉长度设置。
[0007]在一个实施例中，在PIC中制造光交叉的方法包括形成波导。然后，形成的交叉波导将所述波导二等分成输入波导和输出波导，从而形成交叉区域。在所述交叉区域，所述输出波导宽于所述输入波导。根据穿过所述交叉区域的光束的衍射，所述输出波导被横向移位了一个偏移量。
[0008]附图与下述描述将对本发明一个或多个实施例进行详细阐释。本发明的其他特征、目的及优势在描述、附图及权利要求中显而易见。【附图说明】
[0009]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中: [〇〇1〇]图1为一个Pic实施例的示意图；
[0011]图2为一个非常宽的多模光脊波导的实施例的横截面的示意图；
[0012]图3为一种光交叉实施例的示意图；
[0013]图4为一系列光交叉实施例的示意图；
[0014]图5是一种制造PIC方法的实施例的流程图。
[0015]除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明实施例的相关方面，因此未必是按比例绘制的。为了更好地描述某些实施例，表示相同结构，材料或者过程步骤变化的字母可能紧随图标号。【具体实施方式】
[0016]下文将详细论述实施例的制作和使用。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
[0017]—种典型的PIC波导包括高折射率的电介质区域，该电介质区域被至少一个较低折射率的电介质区域竖向和横向包围，形成矩形或正方形的光波导。这类波导支持零个或者多个受约束的光模，其中受约束的光模沿所述波导传播，没有辐射出所述波导。传播常数最高的受约束的光模被称为最低阶模。最低阶模在向波导芯的中心移动时拥有峰值振幅， 远离峰值时单调递减。通常来说，横向电(TE)极化有一个最低阶模，横向磁(TM)极化有一个最低阶模，其中最强的电磁场元件分别为与底层平面平行的电场(TE)或者磁场(TM)。
[0018]复杂的PIC通常包括至少一个光波导，该光波导物理上穿过一个或多个其它光波导，在交点处形成交叉区域。在一些PIC中，单条光路可以有100或更多的连续光交叉。这些交叉可以是任何角度的，比如，一个90度的交叉，一个45度的交叉，一个30度的交叉，或者其他角度的交叉。光交叉可导致传播的光信号丢失或者串扰。当一条光束穿过所述交叉区域时，信号在交叉波导里丢失，在所述交叉波导中产生串扰。相似地，当信号在所述交叉波导传播时，光束也会遭受串扰。当光束竖向并横向散射和辐射出所述交叉区域时，光也会丢失。
[0019]当一条光束离开一个输入波导的窄孔径，进入所述交叉区域，随着所述光束穿过所述交叉区域，所述光束衍射并变大。当所述光束到达所述输出波导，它呈现为更大的输出模式。许多PIC技术支持单一光层，所有交叉都在平面内。所以，穿过所述交叉区域的光路一般竖向被约束，而横向不受约束，其中，竖向指的是垂直于PIC芯片表面的一个平面;横向指的是垂直于所述光束的传播方向的芯片平面。此外，穿过所述交叉区域的光束一般会横向展宽。在附加层中，在所述交叉区域竖向也不受约束的情况下，光束将可以竖向展宽。
[0020]—些PIC使用非常宽的多模波导。当只有最低阶光模被激发时，所述多模波导损耗低。硅波导的高折射率对比在芯包层边界加大散射损耗。这些波导有非常大的核心，该核心有浅脊或者分支。这些波导有时被称为宽脊波导，或者简单地称为脊形波导。通过只激发最低阶光模，大部分电磁场(EM)被局限于所述硅芯内，使得电磁场的振幅在芯包层边界比较小，从而减少散射效应。相对于核心的总大小来说，低硅脊的芯包层边界的高度比较小，但可以进一步减少散射。这些多模波导相互交叉的一个方法就是采用衍射光束交叉。当最低阶光模的光到达所述交叉区域，所述光模成为穿越所述交叉区域的光束。此外，所述光束的电磁场被局限于所述核心，浅脊使得散射减小，从而得到低损耗交叉。[〇〇21 ]在此处需要意识到，当一条光束从一个输入波导到一个输出波导穿过一个交叉区域时，会进一步导致光束展宽，从而可以提高具有非常宽的多模波导的低耗损交叉。在此处需要意识到，所述输出波导的模式应该大于所述输入波导的模式，因此使光束与所述输出波导的光模的重叠部分达到最大值。可根据穿过所述交叉区域的预期光束展宽计算出模式大小的增加。例如，可通过旁轴高斯光束算法计算出光束展宽，这取决于在所述交叉区域的传播距离。其他的参数包括交叉中的材料折射率，所述输入光模的电磁横截面，以及所述输出光模的电磁横截面。例如，对于相交于相同宽度的交叉波导的具有6微米宽娃的输入波导，当给出的自由空间波长为1550纳米时，基于计算出的光束展宽，相应的输出波导可能为 6.13微米。[〇〇22] 在此处还需要意识到，通过实现穿过所述交叉区域的光束的角度对准，已有的低损耗交叉可被进一步提高。此处需要意识到，当所述输出交叉波导大于所述输入交叉波导， 所述输入波导的交叉端不再垂直于所述输入波导。因此，光束折射到所述输入波导的交叉端，并以较小的角度横向传播。在交叉中衍射的光束在进入交叉中时也会折射。在此处还需要意识到，当所述光束进入所述交叉区域，根据所述光束的预期折射，所述输出波导应该被横向移位，移位距离是其与所述输入波导之间的偏移量。其他参数包括:交叉中的材料折射率，所述输入光模的电磁横截面，以及所述输出光模的电磁横截面。当所述输入波导与所述输出波导不共线，在这里需要意识到，在所述输出波导的交叉端，被移位的输出波导以衍射的光束为中心，从而进一步使衍射的光束与所述输出波导的光模的重叠部分达到最大值。
[0023]在此处还需要意识到，所述输入和输出波导在宽度上的最佳差值与所述输入和输出波导之间的横向偏移量有关。为了实现优化目标，PIC设计师需要一起计算所述差值和所述偏移量。例如，通常来说，横向偏移量越大，所述输入和输出波导的宽度差值就越大。
[0024]在此处还需要意识到，交叉经常连续发生，产生了当所述光路跨越每个交叉时，所述输出波导逐渐扩大的实际问题。在此处还需要意识到，各交叉之间，交叉的输出波导的宽度可以渐变至输入波导的宽度。在这样的布置中，在一个有连续交叉的PIC中，当光束传播时，进入每个交叉的输入波导的宽度相同，且在所述交叉中，输出波导更大，并渐变回所述输入波导的宽度。
[0025]图1为一个PIC100的实施例示意图。在PIC100中，此处介绍的光交叉及其制造方法可以被具体化并实施。PIC100包括4列开关元件，列110-1，列110-2，列110-3和110-4，形成光子开关的一部分。当光路140进入列110-1的开关元件，PIC100将他们路由到列110-2的不同开关元件，使得大部分光路产生大量交叉。例如，光路120(加粗凸显)穿过列110-1和列 110-2之间的7个交叉，列110-2和列110-3之间的3个交叉，列110-3和列110-4之间的1个交叉，共11个交叉。在单独光路以转换的光束150存在之前，PIC100的其他实施例可包括好几百个交叉。
[0026]图2为一个非常宽的多模光脊波导200的实施例的示意图。A部分阐明了波导200的传播维度，B部分阐明了波导200的横截面。波导200的宽度足以支持多个光模，只有所述波导200的最低阶模式或者基谐模被激发。典型地，这可以通过形成只支持一个最低阶模式的窄单模波导(图2未示出)的光路来实现。所述窄单模波导逐渐向宽多模波导200渐变。只要渐变很小，光会停留在最低阶模式。采用所述最低阶模式穿过所述波导200的光信号的损耗非常低。[〇〇27] 波导200包括一个核心260,该核心260具有一个脊230,该脊230被一个分支210和另一个分支240横向包围。核心260被一个包层220所包围。在某些实施例中，所述包层220是相同种类的，但是在另一些实施例中，包层220在所述核心260各个侧面不相同。可以采用各种材料系统形成所述波导200。例如，在一个实施例中，所述核心260由硅和二氧化硅形成。 所述脊230的硅的深度大于所述分支210和所述分支240,从而在所述脊230和分支240交界处形成一面侧壁250,并且在所述脊230和所述分支210交界处形成另一面侧壁，图2中未示出。所述侧壁由蚀刻术形成，使得所述侧壁粗糙，从而不利于减少散射损耗。所述脊230,分支210和分支240的顶部和底部表面一般更为平滑，使得损耗少。所述分支240和分支210使得核心260的侧壁的一部分略宽，这样所述波导200的基谐模被局限于中心，远离侧壁，从而减少基谐模的散射损耗。[〇〇28]图3为一个光交叉300的实施例的示意图。光交叉300以一个PIC的形式呈现，其中， 所述PIC由各种材料系统构成，包括硅基二氧化硅，铌酸锂，砷化镓等等。所述光交叉300包括一个输入波导302和一个输出波导304。所述输入波导302和所述输出波导304在一个交叉区域310形成一条主光路312。所述主光路312在所述交叉区域310二等分一个交叉光路318， 从而二等分所述输入波导302和所述输出波导304。所述交叉光路318由一个输入交叉波导 306和一个输出交叉波导308组成，同样也被所述交叉区域310二等分。所述输入波导302有一个输入宽度332和一个定义基本光模的折射率横截面。在所述横向维度中，为所述输入波导302定义所述输入宽度332。当所述主光路312通过所述输入波导302到达所述交叉区域 310时，它担任一个输入模斑324所表不的一个振形。所述输入模斑324横向集中在所述输入波导302。相对于所述主光路312,所述交叉区域310横向不受约束。随着光束穿过所述输入波导302并到达所述交叉区域310,光束轻微折射，调整所述主光路312的角度，从而形成折射的光路314。此外，随着光束穿过所述交叉区域310,由于衍射，出现光束展宽。生成的输出振形比由所述输入模斑324表示的输出振形略大。输出振形由输出模斑326表示，且比输入模斑324略大。[〇〇29]所述输出波导304有一个位于所述交叉区域310附近的交叉端，并且有一个远离所述交叉区域310的远端。相对于所述输入波导302,所述输出波导304被横向移位。所述移位为了将所述输出模斑326横向集中于所述输出波导304,从而提高折射和衍射的光路314与所述输出波导304的基谐模的重叠部分。所述移位减少了当所述输出波导304的基谐模与所述输入波导302共线时产生的损耗，因此，当光路312进入交叉区域310时，不会产生折射。所述移位用所述输入模斑324与所述输出模斑326之间的横向偏移量进行量化。
[0030]基于预期的所述交叉区域310的折射和衍射，可计算出横向偏移量，这是所述交叉区域310的维度的常见功能。
[0031]在横向维度中，所述输出波导304在其交叉端有一个输出交叉宽度334。所述输出交叉宽度334略大于所述输入宽度332。当光束穿过所述交叉区域310时，稍微增加宽度会导致光束展宽。可根据预期的光束展宽计算出输出交叉宽度334,这是所述交叉区域310的维度的常见功能。该计算可以基于旁轴高斯光束算法，此算法利用沿着光路传播方向的所述交叉区域310长度来计算。或者，传播计算可以基于光束传播算法或时域有限差分算法。所述输出交叉宽度334的宽度越宽，会更进一步提高衍射的光路与具有所述输出波导304的基谐模的略大的输出振形的重叠部分，从而进一步减少损耗。所述输出波导304的近端的光学效率可被计算为所述光路314和所述输出模斑326的电磁场的重叠积分。或者，光学效率的计算可以基于光束传播算法或时域有限差分算法。[〇〇32]当衍射的光路314在其交叉端进入所述输出波导304,所述衍射光路314再次折射时，担任一个平行于所述主光路312的主输出光路。所述输出波导304向一个相等于输入宽度332的输出远侧宽度336渐变。所述输出波导304的渐变弥补了穿过所述交叉区域310的光束展宽。从所述输出交叉宽度334到所述输出远端宽度336的渐变在一段短距离之内完成， 例如所述交叉区域310与其它连续交叉区域之间的距离。所述渐变使得连续的交叉区域拥有一致的输入宽度。否则，所述波导将逐渐扩大，将会导致使用交叉的实际问题。
[0033]与所述主光路312相似，所述交叉光路318在进入所述交叉区域310时折射，当它穿过所述交叉区域310时衍射并展宽，当它离开所述交叉区域310时折射。所述输入交叉波导 306有一个定义基谐模的输入交叉宽度338。所述基谐模在所述交叉区域310的边界担任交叉振形。所述交叉振形被表示为一个交叉输入模斑328，该交叉输入模斑328相对于所述输入交叉波导306横向集中。当一个交叉光束穿过所述输入交叉波导306并到达所述交叉区域 310时，产生折射，光束被从所述光路318移动到一个折射的交叉光路320。相对于所述输入交叉波导306,所述交叉区域310横向不受约束。正如相对于所述输入波导302,所述交叉区域310横向不受约束。[〇〇34]如所述输出波导304,所述输出交叉波导308有一个位于所述交叉区域310附近的交叉端，并且有一个远离所述交叉区域310的远端。所述输出交叉波导308有一个输出交叉宽度340,该输出交叉宽度340略大于所述输入交叉宽度338,从而容纳由一个交叉输出模斑 330表示的略大的交叉输出振形。所述输出交叉波导308同样从其交叉端的所述输出交叉宽度340渐变至其远端的输出交叉远端宽度342,这等于输入交叉宽度338。此外，相对于所述输入交叉波导306,所述输出交叉波导308被横向移位，从而当所述光路318进入所述交叉区域310,导致折射，并实现折射和衍射的交叉光路320在所述交叉区域310中的传播。横向偏移量由所述交叉输出模斑330表不，该交叉输出模斑330横向集中在所述输出交叉波导308。 [〇〇35] 一条光束经所述交叉区域310从所述输入交叉波导306传播到所述输出交叉波导 308,该光束的折射、衍射和光束展宽可被算为所述交叉区域310的维度的功能，与沿着所述主光路312的折射、衍射和光束展宽相似。所述横向移位和更大的输出交叉宽度340提高了折射和衍射交叉光路320与拥有所述输出交叉波导308的基谐模的交叉输出模斑330的重叠部分，从而减少了由光束展宽和衍射产生的损耗。[〇〇36]实际应用中，相对于所述输入交叉波导306和所述输出交叉波导308,所述输入波导302和所述输出波导304的横向维度可以不同。输入宽度332可以大于、等于或者小于所述输入宽度338。在某些实施例中，一条光路可能比另一条光路有更多的交叉。在这种情况下，在实际应用中，所述主光路312需要有比交叉光路318更多的交叉。在那些情况下，会考虑各波导的维度，因为它会影响所述交叉区域310的长度，从而影响光束展宽的衍射量。若可能， 使很长的交叉区域的交叉数量达到最小。[〇〇37]图4为一串光交叉400的实施例的示意图。所述光交叉400以一个PIC的形式呈现， 其中，所述PIC由各种材料系统构成，包括硅基二氧化硅，铌酸锂，砷化镓等等。所述光交叉 400包括一条主光路442，该主光路442由一个输入波导402，一个中间波导404和一个输出波导406构成。所述主光路442穿过一个第一交叉区域416,该第一交叉区域416在交点处将所述输入波导402和所述中间波导404二等分为第一交叉输入波导408和第一交叉输出波导 412。所述主光路442也穿过一个第二交叉区域418,该第二交叉区域418在交点处将所述中间波导404和所述输出波导406二等分为第二交叉输入波导410和第二交叉输出波导414。 [〇〇38] 所述第一交叉区域416和第二交叉区域418类似于图3的交叉区域310。相对于所述输入波导402,所述中间波导404在所述第一交叉区域416中被横向移位。此外，所述中间波导402有一个第一交叉宽度422,该第一交叉宽度422略大于所述输入波导402的输入宽度 420。当所述主光路442穿过所述第一交叉区域416时，所述中间波导404在第一交叉区域416 中的移位和扩大导致光束折射、衍射和展宽。[〇〇39]所述中间波导404从第一交叉宽度422渐变至第二交叉宽度424,该第二交叉宽度 424等于输入宽度420。换句话说，沿着所述主光路442,所述第一交叉区域416的输入宽度等于所述第二交叉区域418的输入宽度。在所述第二交叉区域418,相对于所述中间波导404， 所述输出波导406被横向移位。此外，所述输出波导406具有一个交叉宽度426,该交叉宽度 426略大于所述中间波导404的第二交叉宽度424。当所述主光路442穿过所述第二交叉区域 418时，所述输出波导406在第二交叉区域418中的移位和扩大导致光束折射、衍射和展宽。 此外，在所述中间波导404中，所述输出波导406从所述交叉宽度426渐变至所述输出宽度 428,该输出宽度428等于输入宽度420和第二交叉宽度424。[0〇4〇]第一交叉输入波导408和第二交叉输入波导410与图3中的输入交叉波导306相似。 第一交叉输入波导412和第二交叉输出波导414与图3中的输出交叉波导308相似。第一交叉光路444开始于第一交叉输入波导408,经过第一交叉区域416,然后穿过第一交叉输出波导 412。当光束沿着第一交叉光路444穿过第一交叉区域416时，经历折射、衍射和光束展宽。预期的折射、衍射和光束展宽由略大于第一交叉输入波导宽度430的第一交叉输出波导的交叉宽度432实现。此外，相对于第一交叉输入波导408,第一交叉输出波导412被横向移位。所述移位和扩大提高了第一交叉光路与第一交叉输出波导412的基谐模的重叠部分。第一交叉输出波导412也从第一交叉输出波导管交叉宽度432渐变至一个第一交叉输出波导远端宽度434,该第一交叉输出波导远端宽度434等于所述第一交叉输入波导宽度430。[〇〇41]在第一交叉光路444中，第二交叉光路446开始于第二交叉输入波导410,经过第二交叉区域418,然后穿过第二交叉输出波导414。当光束沿着第二交叉光路446穿过第二交叉区域418时，经历折射、衍射和光束展宽。预期的折射、衍射和光束展宽由略大于第二交叉输入波导的宽度436的第二交叉输出波导的交叉宽度438实现。此外，相对于第二交叉输入波导410,第二交叉输出波导414被横向移位。所述移位和扩大提高了第二交叉光路446与第二交叉输出波导414的基谐模的重叠部分。第二交叉输出波导414也从第二交叉输出波导管交叉宽度438渐变至一个第二交叉输出波导远端宽度440,该第二交叉输出波导远端宽度440等于所述第二交叉输入波导宽度436。[〇〇42]在一些实施例中，对输入波导402的系统性能要求比对所述第一交叉输入波导408 的系统性能要求更苛刻。例如。包括所述输入波导402的所述主光路442比所述第一交叉光路444的光损耗预算低，所述第一交叉光路444包括所述第一交叉输入波导408。例如当输入波导402有许多交叉而第一交叉输入波导408只有很少的交叉时，会产生所述主光路442比所述第一交叉光路444的光损耗预算低。在那种情况下，所述输入波导408的交叉损耗不同于所述第一交叉输入波导408的交叉损耗。在发生该情况的实施例中，需要较低光耗损的光路可使用更宽的波导。在图4所示的实施例中，所述输入波导402宽于所述第一交叉输入波导408和所述第二交叉输入波导410,也即，输入宽度420大于第一交叉输入波导宽度430和第二交叉输入波导宽度436。因此，所述第一交叉区域416和所述第二交叉区域418更接近矩形。相反的，当所述输入宽度420、第一交叉输入波导宽度430和第二交叉输入波导宽度436 相等时，所述第一交叉区域416和所述第二交叉区域418更接近正方形。
[0043]通常情况下，光束越大，进入交叉区域耗损越低，因为在所述交叉区域的衍射低， 且较大光束比小光束的衍射小。越宽的波导有更大的模式，因此更适合需要低光学损耗的光路。这对具有很多交叉的光路是有利的，比如，有100或者更多的交叉。其他光路有相对很少的交叉，比如，有大约十个交叉。图4所示的实施例中，所述主光路442有两个交叉，而第一交叉光路444和第二交叉光路446只有一个交叉。然而，图4描述的是包括成百个交叉的更大的PIC的一小部分。[〇〇44]确定波导宽度的另一个需要考虑的因素是从窄单模波导到宽多模波导的渐变导致的任何额外光损耗，这通常发生在有源设备，如调制器和开关等。渐变损耗随着宽多模波导的宽度的增加而增加。根据给出的光路中的交叉数量，渐变损耗、在宽多模波导中的传播损耗和在交叉中的损耗可以被平衡。例如，在图4的实施例中，包括所述输入宽度420、所述第一交叉输入波导宽度430和所述第二交叉输入波导宽度436。因此，所述第一交叉区域416 和所述第二交叉区域418的形状可根据所述主光路442、所述第一交叉光路444和所述第二交叉光路446的交叉数量进行确定，也可根据穿过所述输入波导402、所述中间波导404、所述输出波导406、所述第一交叉输入波导408、所述第一交叉输入波导412、所述第二交叉输入波导410和所述第二交叉输出波导414产生的损耗进行确定。此外，虽然在图4中未示出从所述窄单模波导到所述宽多模波导的渐变，也需要考虑任何渐变损耗。
[0045]图5是一种制造PIC中光交叉的方法的实施例流程图。该方法开始于起始步骤510。 在步骤520中，形成第一波导。在步骤530中，形成一个交叉波导，该交叉波导将所述第一波导二等分成一个输入波导和一个输出波导。第一波导和所述交叉波导的交点处形成一个交叉区域。所述输出波导略大于所述输入波导。横向维度或者宽度增加，并垂直于穿过所述第一波导的光路。增加的所述输出波导的宽度导致光束展宽。当穿过所述第一波导的光束穿过在步骤530中形成的交叉区域时，产生光束展宽。宽度的增长、或者所述输入波导和所述输出波导的宽度差值可根据预期光束展宽进行计算。预期光束展宽是所述交叉区域维度的功能，更具体地，是穿过所述第一波导的光路的维度的交叉区域长度功能。
[0046]所述输出波导同样被横向移位了一个偏移量值，该偏移量值可根据所述交叉区域的维度进行计算。该移位与所述输入波导有关，所以所述输入波导和所述输出波导不共线。 当光速进入所述交叉区域并沿着所述第一波导中的所述光路在所述交叉区域中传播时，所述移位导致光束折射。
[0047]在某些实施例中，所述输出波导从在所述交叉区域增加的宽度渐变至与所述输入波导相等的宽度。这使得在步骤530中形成的交叉连续重复，而所述第一波导在穿过每个交叉波导时没有逐渐增加。然后，所述方法结束于步骤540。[〇〇48]虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但此描述并不意图限制本发明。所属领域的技术人员在参考该描述后，将会明白说明性实施例的各种修改和组合，以及本发明其他实施例。因此，所附权利要求书意图涵盖任何此类修改或实施例。
【主权项】
1.一种具有光交叉的光集成器(PIC)，其特征在于，包括:具有交叉长度的交叉区域，其中所述交叉区域的光路横向不受约束；具有输入交叉端和输入远端的输入波导，其在所述输入交叉端耦合至所述交叉区域， 从而形成了所述光路的一部分；具有输出交叉端和输出远端的输出波导，其在所述输出交叉端耦合至所述交叉区域， 从而形成了所述光路的一部分；其中，根据所述交叉长度，所述输出交叉端的输出波导的交叉宽度大于所述输入交叉 端的输入波导的交叉宽度；根据所述交叉长度，所述输出交叉端的输出波导的横向中心被横向移位，移位距离是 其与所述输入交叉端的输入波导的横向中心之间的偏移量。2.根据权利要求1所述的PIC，其特征在于，所述输出波导从所述输出交叉端的交叉宽 度渐变至所述输出远端的输入波导的交叉宽度。3.根据权利要求1所述的PIC，还包括交叉波导，其与所述输入波导和所述输出波导垂 直并共面，并具有与所述交叉长度相等的第一宽度。4.根据权利要求1所述的PIC，其特征在于，根据所述交叉区域的光束展宽，设置所述输 出波导的交叉宽度与所述输入波导的交叉宽度的差值。5.根据权利要求1所述的PIC，其特征在于，根据入射光束在所述交叉区域的横向折射 和衍射，计算出所述偏移量。6.根据权利要求1所述的PIC，其特征在于，所述输入波导和所述输出波导支持多个横 向模式。7.根据权利要求6所述的PIC，其特征在于，所述多个横向模式中，只有最低阶模式在所 述输入波导和所述输出波导内被激发。8.根据权利要求7所述的PIC，其特征在于，所述最低阶模式是横向电波。9.根据权利要求7所述的PIC，其特征在于，所述最低阶模式是横向电波。10.根据权利要求1所述的PIC，其特征在于，所述交叉区域的光路竖向不受约束，造成 入射光束竖向衍射。11.根据权利要求10所述的PIC，其特征在于，根据所述交叉长度，所述输出交叉端的输 出波导的交叉高度高于所述输入交叉端的输入波导的交叉高度，其中，根据所述交叉长度， 所述输出交叉端的输出波导的竖向中心被竖向移位，移位距离是其与所述输入交叉端的输 入波导的竖向中心之间的另一偏移量。12.根据权利要求1所述的PIC，还包括多个光交叉。13.—种制造具有光交叉的光集成器(PIC)的方法，其特征在于，包括:形成一个波导；形成一个交叉波导，该交叉波导将所述波导二等分成一个输入波导和一个输出波导， 从而形成一个交叉区域；其中，所述输出波导宽于所述输入波导；根据穿过所述交叉区域的光束的折射和衍射，所述输出波导被横向移位了一个偏移量。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述输出波导从所述交叉区域渐变至所述输入波导的宽度。15.根据权利要求14所述的方法，还包括:形成另一交叉波导，该交叉波导将所述输出 波导一分为二，从而形成了位于一个第一输出波导和一个第二输出波导之间的另一交叉区 域；所述第一输出波导包括所述输出波导的一个渐变部分，并且在所述另一交叉区域有所 述输入波导的宽度；在另一交叉区域，所述第二输出波导宽于所述第一输出波导；根据穿过所述另一交叉区域的光束的另一折射和衍射，所述第二输出波导被横向移位了另一偏移量。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二输出波导从所述另一交叉区域 渐变至所述输入波导的宽度。17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述波导支持多个横向模式。18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述波导仅用于激发最低阶模式。19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述波导和所述交叉波导相交成90度角。20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述波导的形成包括形成硅波导芯和二氧化硅包层。21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述波导的形成还包括形成在所述波导 芯周围的硅的横向环绕区域，该横向环绕区域比所述波导芯薄，从而形成有分支 (shoulder)的脊形波导。22.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述交叉区域的光束展宽，可以确 定位于所述交叉区域的所述输出波导的宽度和所述输入波导的宽度的差值。
【文档编号】G02B6/12GK105980896SQ201580006082
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】多米尼克·古德威尔
【申请人】华为技术有限公司