[发明专利]光学耦合设备、通信系统及形成光学耦合器的方法

说明书

本发明公开用于在光学通信中进行光学耦合的设备及方法。在一个实施例中，公开一种用于光学耦合的设备。所述设备包括：平面层；散射元件的阵列，布置在所述平面层中第一组同心椭圆曲线与对于旋转近似90度的第二组同心椭圆曲线交叉而成的多个相交点处，以形成二维(2D)光栅；第一锥形结构，在所述平面层中形成为将所述二维光栅的第一凸侧连接到第一波导；以及第二锥形结构，在所述平面层中形成为将所述二维光栅的第二凸侧连接到第二波导。所述散射元件中的每一者是进入所述平面层中的柱。所述柱具有形状为凹多边形的顶表面，所述凹多边形具有至少6个拐角。

技术领域

本发明实施例涉及一种光学耦合设备、通信系统及形成光学耦合器的方法。

背景技术

光栅常用于波导与光纤之间的光耦合。由于波导与光纤的尺寸差异极大，直接耦合将会招致巨大的光损耗。因此，必须精心设计一种波导光耦合设备来与光纤尺寸进行光模场匹配。

例如，传入到波导的光通常处于未知且任意的偏振状态，因而需要偏振分离光栅耦合器(polarization splitting grating coupler，PSGC)来将处于横向磁(transversemagnetic，TM)或横向电(transverse electric，TE)偏振模式的偏振光从光纤提供到波导。PSGC的耦合效率通常受到TE及TM模式的偏振相关损耗(polarization dependent loss，PDL)的影响，这可能是由用于使光纤与光栅之间的界面处的反射最小化的非零光纤角引起的。传统的PSGC包括位于光栅上光栅线的相交点处的圆形或正方形散射元件，这引起TE模式与TM模式之间的高偏振相关损耗且使耦合效率降级。

如此，需要开发一种使用光栅进行高效光学耦合的方法及设备。

发明内容

根据本发明的实施例，一种用于光学耦合的设备。所述设备包括：平面层；散射元件的阵列，布置在所述平面层中第一组同心椭圆曲线与相对旋转90度的第二组同心椭圆曲线交叉而成的多个相交点处，以形成二维(2D)光栅；第一锥形结构，在所述平面层中形成为将所述2D光栅的第一凸侧连接到第一波导；以及第二锥形结构，在所述平面层中形成为将所述2D光栅的第二凸侧连接到第二波导。所述散射元件中的每一者是进入所述平面层中的柱。所述柱具有形状为凹多边形的顶表面，所述凹多边形具有至少6个拐角。

根据本发明的实施例，一种用于通信的系统。所述系统包括：光子管芯，位于衬底上；光纤，附接到所述光子管芯；以及散射元件的阵列，位于所述光子管芯上，用于在所述光子管芯与所述光纤之间传输光。所述散射元件的阵列被布置在平面层中第一组同心椭圆曲线与相对旋转90度的第二组同心椭圆曲线交叉而成的多个相交点处，以形成二维(2D)光栅。所述2D光栅被配置成以入射角从所述光纤接收入射光。所述入射角是在入射平面中所述光纤的轴线与和所述平面层垂直的方向之间测量的。所述散射元件中的每一者沿着第一方向具有第一长度且沿着第二方向具有第二长度，所述第一方向位于所述平面层的顶表面中且与所述入射平面垂直，所述第二方向位于所述顶表面中且与所述第一方向垂直。所述第二长度对所述第一长度的比率是基于所述入射角来确定。

根据本发明的实施例，一种用于形成光学耦合器的方法。所述方法包括：在半导体衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上外延生长半导体材料以形成半导体层；根据预定图案刻蚀所述半导体层以在所述半导体层中形成经刻蚀区的阵列；以及向所述经刻蚀区的阵列中沉积介电材料，以在所述半导体层中形成散射元件的阵列。所述散射元件布置在第一组同心椭圆曲线与相对旋转90度的第二组同心椭圆曲线交叉而成的相交点处，以形成二维(2D)光栅。所述散射元件中的每一者是所述经刻蚀区中的对应一者中的柱。所述柱具有形状为凹多边形的顶表面，所述凹多边形具有至少8条边。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各个方面。应注意，各种特征未必按比例绘制。事实上，为使说明清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸及几何形状。

图1示出根据本公开一些实施例的装置的示例性框图。