[发明专利]耦合波导装置及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及用于在光电子器件结构、组件或系统中使用的耦合波导装置及其结构，以及制造此类装置和结构的方法。本发明实施例尤其用于有源器件的光模扩展，例如用在光子集成（photonic integration）中。

背景技术

现已知，可以使用耦合波导来将光辐射从一个器件或结构传播到另一个器件或结构，以及使用耦合波导的特性来改善这种传播。

例如，历史上，半导体光学器件曾具有很小的波导模（waveguide mode），而光纤则倾向于具有大很多的波导模，例如为前者的10倍。在模尺寸上的不匹配会导致波导与光纤之间的耦合效率极低。

现已知，使用辅助波导来扩展半导体光学器件的模斑（mode spot）尺寸。第5,985,685号和第6,282,345号美国专利中揭示了这些实例。但是，这样做存在一些问题，诸如制造产量、可重现性以及/或者性能相对较低，而这些可以带来昂贵的生产成本。

发明内容

根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于对由基板支撑的波导之间的光学辐射进行耦合的平面波导装置，所述装置包含无源波导以及相对于所述基板至少部分地覆于所述无源波导之上的波导，该上覆波导具有至少一个渐细区段以在使用所述装置时支持所述上覆波导与所述无源波导之间的所述耦合，并且所述无源波导包含纤芯层和包层材料，其中所述无源波导在截面中包含由纤芯材料组成的肋，所述肋在所有侧面上由所述包层材料环绕，从而提供内埋肋波导。

在实践中可以将所述包层材料制成多个层，其中各个层含有一种或多种不同材料。

使用一种无源波导结构，其中在任一侧面上纤芯层均被完全蚀刻并打穿，然后埋入包层材料中，这样的结构克服诸如在蚀刻深度上的关键依赖性以及所暴露的四元层的过度生长等问题，如在US6,282,345中描述。

所述上覆波导可以包含有源材料以在使用中提供光学增益。然后可以将此类波导实施为有源器件，诸如半导体光学放大器（SOA）或激光器。

所述渐细区段可以在一个或多个维度中渐细化。在许多已知的制造技术中，例如光刻技术，会出于便利而将所述渐细区段在平行于或大体平行于基板的平面中渐细化，但并非必须如此。唯一重要的是所述渐细区段支持在所述上覆波导与所述无源波导之间的至少一种光模的耦合。

在许多实施例中，出于便利，所述无源波导提供相对于所述上覆波导的模扩展。这样就能够在诸如SOA或激光器等可能具有严格限制的上覆波导与诸如光纤等具有较大模斑尺寸的波导之间对光学辐射进行耦合。

在大多数情况下，在使用所述装置时，如果所述上覆波导的渐细区段的传播方向，与发生耦合的内埋肋波导中的一部分的传播方向相互平行或者至少基本上遵循相同路径，就能够以最佳方式达成有效耦合。然而，可能存在传播方向并非完全相同或并非一直相同的布置。

在所述无源波导与所述上覆波导在相互耦合距离内延伸之处，可能会传播一种或多种寄生模。（在这种情况中，寄生模指的是例如由于传递到上覆波导的模不完整而在无源波导中留下的不想要的光模。）在所述无源波导中的断点或终止点提供了与上覆波导相关的至少一个无引导区域，这样在使用所述装置时可以减少或避免此类寄生模。此类断点或终止点具体来说可以由所述无源波导的纤芯层中的断点或间隔来提供，并且优选地在设置之后在使用所述装置时不会影响在所述上覆波导中传播的一个或多个模，例如通过改变模斑尺寸或形状来设置。

如果所述上覆波导具有一个或多个电驱动区域，例如如果所述上覆波导并入到有源器件或波导中，那么可能尤其重要的是要避免寄生模。在此情况中，在使用所述装置时，至少一个无引导区域可能相对于所述基板位于上覆波导的至少一个电驱动区域之下。

所述无源波导还可以通过具有至少一个弯曲引导部分来提供路由，以将光学辐射引导偏离所述上覆波导的传播方向。同样地，此类结构可能尤其有益，其中弯曲引导部分有部分相对于所述基板处于所述上覆波导的电驱动区域之下。

所述无源波导的其他修改为，所述无源波导可能包含至少一个光栅，所述光栅用作滤波器或分布式布拉格反射器。所述无源波导可能会分支耦合到单独的上覆波导，并且这种耦合可能偏向不同的各自光学传播模，例如，不同的偏振模。

进而可以存在通过修改上覆波导而引入的特征。举例而言，在所述上覆波导中的断点可以提供基于所述上覆波导或并入所述上覆波导的两个或多个电驱动器件之间的电隔离。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种制造用于对渐细波导与无源波导之间的光学辐射进行耦合的波导装置的方法，所述方法包含以下步骤：