光功率分离器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开所呈现的实施例一般地涉及光功率分离器(耦合器)，并且更具体地涉及具有可以更可靠地制造有用设备的架构的光功率分离器(耦合器)。
【背景技术】
[0002]波导光学器件中的基本组件是光分离器(通常被称为Y形分离器)，该光分离器在两个单独输出波导之间平均地划分输入波导中的光功率(或在耦合器中将两个输入组合为单一波导)。光分离器通常在调制器中被用作3-dB耦合器。一个示例是光分离器结合马赫曾德尔干涉仪(MZI)使用。在MZI应用中，通常使用两个3-dB分离器，一个在输入侧(分离功能)并且一个在输出侧(组合功能)。￥形分离器的效能可以影响光学设备的整体性能。
[0003]改进的Y形分离器设计将更少地依赖物理对称，并且将对层厚度和其他类型的制造变型较不敏感。
【附图说明】
[0004]本专利或申请文件包括至少一幅彩色绘制的附图。具有(一幅或多幅)彩色附图的本专利或专利申请公布的副本将基于请求和支付必要费用由官方(Office)来提供。
[0005]由此，在本公开的上述特征可以被更详细地理解的方式下，本公开的更具体的描述(上面简要总结的)可以参考实施例进行，一些实施例在附图中被示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因为本公开可以允许其他等同有效的实施例，所以不认为附图限制了本公开的范围。
[0006]图1A是示出根据本文所公开的一个实施例的光分离器的等距视图。
[0007]图1B是参考图1A所公开的实施例的平面图。
[0008]图1C-1E示出了图1A和IB的实施例的波导沿图1B示出的剖面线的横截面面积。
[0009]图1F-1H示出了图1A-1E的实施例中的模式演进行为。
[0010]图2示出了根据本文所公开的一个实施例的光功率分离器的平面图。
[0011 ]图3示出了根据本文所公开的一个实施例的光功率分离器的平面图。
[0012]图4示出了根据本文所公开的一个实施例的光功率分离器的平面图。
[0013]图5A是根据本文所公开的一个实施例的光分离器的横截面视图。
[0014]图5B是根据本文所公开的一个实施例的用于制造图5A中的光分离器的流程图。
[0015]图6是根据本文所公开的一个实施例的光分离器的横截面视图，其示出了肋形(ribbed)波导。
[0016]为了便于理解，使用的相同的参考编号以在可能的情况下指定共通于附图的相同的元件。可以预期的是，一个实施例中所公开的元件可以无需具体描述而在其他实施例中被有益地利用。
【具体实施方式】
[0017]挺述
[0018]本公开的一个实施例包括将光束分离到两个单独路径的设备，该设备对制造变型具有弱化的敏感性。设备包括输入波导、第一输出波导、和第二输出波导，其中一个输出波导是输入波导的延续，而另一个输出波导与输入波导和所述一个输出波导隔开。每个输出波导包括锥形，该锥形将射入输入波导的单峰主导模式的光过渡为双峰模式，两个输出波导中的每一个输出波导都有一个单峰。两个输出波导不是物理连接的，由此还互相提供电隔离。设备作为3-dB分离器(Y形分离器)进行操作，该3-dB分离器在两个输出波导之间平分输入光能量。类似地，设备还可以起到将两个光束组合到单一路径的作用(耦合器)。
[0019]本公开的实施例允许波导中的光能量在两个单独输出波导之间被平分，或从两个单独输出波导被组合至单一波导。该设计利用绝热性模式演进并且不要求沿设备的整个长度的物理对称，由此它消除了对制造变型的敏感性的主要来源。因为实施例利用绝热性模式演进并且不依赖于沿设备长度的物理对称，所以除了提供输出波导之间的电隔离，该设备可以具有极低损耗、低背反射、大的操作带宽和对制造变型的高容忍度。当设备被用于诸如可变光衰减器(VOA)或MZI之类的有源设备中时，电隔离是期望的特征。
[0020]本文所公开的设计适用于任意高约束或高折射率-对比度材料系统，包括采用氮化镓、硅系材料(例如，氮化硅、氮氧化硅、单晶硅、多晶硅材料)、或其它III /V材料(例如，砷化镓、磷化铟、或其他相关的化合物)的系统。通常，芯(波导)材料的折射率比包层的折射率大得多。2:1或更大的折射率比率是典型的，但是该设计甚至在更低比率的情况下仍然起作用。分离器/耦合器还可以被在一系列设备中用来分离或组合光至多个输出/输入。例如，实施例可以包括其中若干分离器被级联的分离器树。
[0021]虽然术语“分离器”可在本公开中被用来描述一些实施例，但本公开的实施例还可以被在相反方向中用来将多个波导路径中的多个光源(耦合器)组合为单一波导路径。这个耦合应用的示例是在MZI的输出侧。
[0022]示例实施例
[0023]图1A是示出根据本文所公开的一个实施例的光分离器100的等距视图。图1B是图1A中示出的实施例的平面图。首先将参考这些附图的组合来描述该实施例的光分离器100。光功率分离器100包括输入波导102、随着输入波导102连续形成的第一输出波导104、以及与输入波导102和第一输出波导104隔开的第二输出波导106。光功率分离器包括模式演进区域108和分离区域110。模式演进区域108是这样的区域，在该区域中，输入波导102(其延续为第一输出波导104)和第二输出波导106过渡为分离区域110。分离区域110是这样的区域，在该区域中，第一输出波导与第二输出波导互相分离并且沿期望的路径延续。
[0024]输入波导102、第一输出波导104、和第二输出波导106被设计为支持至少单一模式。输出波导104和106中的每一个包括锥形部分，它们一起定义模式演进区域108。第一输出波导104从输入侧103到输出侧105在宽度上成锥形。典型尺寸可以是在输入侧103处?500nm宽、在输出侧105处?350nm、和具有在模式演进区域108中大约30-50微米的锥形长度。然而，在另一实施例中，第一输出波导104在输入侧103与输出侧105之间可以不成锥形，而是在端点103和105之间的区域维持恒定宽度。第二输出波导106在模式演进区域108中被放置于靠近(通常?200nm间隔或更小)输入波导102，并且在模式演进区域108中具有一般地平行于并且隔开于输入波导102的侧表面的侧表面，并且第二输出波导106向外成锥形(即，宽度增加)，相反于在模式演进区域中输入波导102的宽度的相应减少，从它的输入侧107到它的输出侧109在宽度上从较窄变为较宽。第二波导的典型尺寸可以是在它的输出侧107处?250nm宽、在它的输出侧109处?350nm宽、和具有等于第一波导的锥形长度的锥形长度(在模式演进区域108中大约30-50毫米)。例如，在输出侧105和109处，使用狗腿形或“S形”弯曲部112a和112b来分离输出波导104和106。本文所提供的尺寸仅是示例性的，并且其他尺寸对本领域普通技术人员将是显而易见的。
[0025]在模式演进区域108中，两个输出波导104和106之间限定间隙113。间隙优选地被设计为促进主导模式从输入波导到第二波导106的过渡，同时还促进第一输出波导104中的主导模式的延续。相反，Y形分离器的其他设计依赖于沿设备的整个长度物理对称，从而实现到每个分支的功率输出的50/50分离。在诸如硅光子之类的高折射率对比度光平台中，对分流分离器波导的物理对称的依赖使得产生设计权衡以及对制造变型的高敏感性。例如，一个波导在宽度上的变化(即使是小量的变化)可以使得到光分离器中的不同分支的功率输出产生变化。类似地，如果材料层的厚度(在一些应用硅中)改变，或如果包层的折射率改变，则到光分离器的每个分支的功率输出可能被不利地影响。此外，当前制造技术使得产生衍射光或分散光的特征。这些问题限制了需要Y形分离器来操作的设备的性能。
[0026]此外，在不使用间隙113的Y形分支功率分离器中，由于光信号在输入波导中朝着输出波导传播，因此单一输入波导到两个输出波导的突然分离使得在光分离器的顶点处产生光的背反射和散射。产生这样的结果是因为零点顶点不能使用已知制造