用于最小化波长选择滤波器的传播损耗的方法和装置

摘要

本发明涉及用于最小化波长选择滤波器的传播损耗的方法和装置。本发明是一种用于最小化波长选择滤波器中的传播损耗的方法和装置。在一个实施例中，一种装置包括：波导总线，被限定在所述装置的第一晶体层中，用于接收入射光；谐振器，被限定在所述第一晶体层中；以及耦合结构，被限定在所述装置的第二多晶硅或非晶硅层中，用于将来自所述波导总线的具有选择的波长的所述入射光耦合到所述谐振器。

说明书

技术领域

本发明通常涉及光学，以及更具体而言，涉及光互连。

背景技术

图1A是示例了常规波长选择滤波器100(例如，用于波分复用的滤波器)的一个实例的顶视图。图1B示例了图1A的滤波器100的沿线A-A’的截面图。滤波器100包括环形谐振器102，其被侧向耦合(side-coupled)到接入直波导(或波导总线)104。环形谐振器102被调谐到感兴趣的波长通道，以便环形谐振器102从总线104过滤该通道。为了相比于平面光波导和线路(circuit)而言的高折射率，耦合间隙106(即，环形谐振器102与总线104之间的距离)典型地为微米量级，并被控制在几纳米的精度内。然而，通过典型的光刻方法很难实现这样的控制。

图2A是示例了常规的波长选择滤波器200的可选的实例的顶视图。图2B示例了图2A的滤波器200沿线A-A’的截面图。与滤波器100相似，滤波器200包括耦合到波导总线204的环形谐振器202。然而，如图2B所示例的，在高折射率波导层中形成环形谐振器202，该高折射率波导层与其中形成了总线204的层是分开的。在该情况下，垂直设置耦合间隙206，并可以通过例如分子束外延(MBE)生长一定量的间隙材料来精确控制耦合间隙206。

对于基于绝缘体上硅(SOI)的平面光波导，其基于具有亚微米截面的条形硅单模波导，图1A和1B所示例的方法形成了约100纳米的耦合间隙，应该控制该耦合间隙具有纳米的精度。这使得很难保持制造容差。应用图2A和2B所示例的可选的方法，将需要在SOI结构的顶部上生长氧化物或者其它低折射率材料以形成耦合间隙，接着生长用于环形谐振器的附加的顶硅层。这可以导致在硅层的顶部上的多晶或非晶硅结构，归因于晶粒间界上的散射，其可以导致显著的传播损耗(例如，约20dB/cm)。如果环形谐振器或其它谐振器结构位于电路的顶层上，损耗与光子的寿命成正比地增加(反比于环形谐振器品质因数)。

因此，需要一种用于最小化波长选择滤波器中的传播损耗的方法和装置。

发明内容

本发明是一种用于最小化波长选择滤波器中的传播损耗的方法和装置。在一个实施例中，一种装置包括：波导总线，被限定在所述装置的第一晶体层中，用于接收入射光；谐振器，被限定在所述第一晶体层中；以及耦合结构，被限定在所述装置的第二多晶硅或非晶硅层中，用于将来自所述波导总线的具有选择的波长的所述入射光耦合到所述谐振器。

附图说明

因此可以详细地理解可获得本发明的上述实施例的方法，并且参考附图中示例的实施例，可以得到上面所简要总结的本发明的更具体的描述。然而，应当注意的是，附图所示例的仅仅是本发明典型的实施例，因此不认为是对本发明范围的限制，本发明可以包括其他等效的实施例。

图1A示例了常规波长选择滤波器的一个实例的顶视图；

图1B示例了图1A中的滤波器沿线A-A’得到的截面视图；

图2A示例了常规波长选择滤波器的可选的实例的顶视图；

图2B示例了图2A中的滤波器沿线A-A’得到的截面视图；

图3A是示例了根据本发明的波长选择滤波器的一个实施例的顶视图；

图3B是示例了图3A中的滤波器沿线A-A’得到的截面视图；以及

图3C是示例了图3A中的滤波器沿线B-B’得到的截面视图。

为了便于理解，如可能，使用了相同的参考标号来指派各图所共有的相同组件。

具体实施方式

在一个实施例中，本发明是一种用于最小化波长选择滤波器中的传播损耗的方法和装置。本发明的实施例采用具有横向锥(taper)的直多晶硅波导段将波导总线垂直地耦合到谐振器，其中波导总线和谐振器位于SOI晶片的公共的晶体层上。

图3A是根据本发明的波长选择滤波器300的一个实施例的顶视图。图3B是图3A中的滤波器300沿线A-A’取得的截面视图。图3C是图3A中的滤波器300沿线B-B’取得的截面视图。同时参考图3A-3C，滤波器300包括：谐振器(例如，环形谐振器)302、波导总线304以及耦合结构308。

谐振器302和波导总线304被限定在滤波器300的SOI晶片的第一公共晶体层312中。在一个实施例中，耦合结构308被限定在滤波器300的第二层314中，位于第一层312之上。在一个实施例中，第二层包括多晶硅或非晶硅。耦合结构308包括基本上直的波导，在其每一端具有横向绝热锥(Adiabatic taper)310₁-310₂(此后一起称为“锥310”)。配置锥310用于耦合在耦合结构308与波导总线304或谐振器302之间的入射光。

具体而言，通过波导总线304的第一段，在滤波器300的第一层312中接收入射光。随着光传播通过波导总线304，在滤波器300的第二层314中，光通过第一锥310₁被耦合到耦合结构308。然后，光传播通过耦合结构308直至光到达谐振器302，其中选择的波长被耦合到谐振器302。剩余的光(即波长不是选择的波长)继续沿着耦合结构308传播直至光到达第二锥310₂，由此，将剩余的光耦合回到波导总线304。

由此配置滤波器300以通过生长(例如生长氧化物或者其他低折射率材料)来控制在谐振器302与波导总线304之间的耦合间隙306。然而，在该情况下，最小化了传播损耗，这是因为入射光的光模式在多晶硅或非晶硅顶层(即第二层314)中仅传播非常短的相对距离，并且基本上没有由于谐振器302的出现而产生的进一步的损耗。

因此，本发明代表了光学领域的显著进步。本发明的实施例提供了一种耦合段(例如，具有横向锥的直多晶硅波导段)，由此将波导总线垂直耦合到谐振器。可以严密地控制总线与谐振器之间的间隙，同时最小化传播损耗。

虽然前述内容涉及本发明的优选实施例，但是可以设计本发明的其他的和进一步的实施例而不背离本发明的基本范围，并且通过下列权利要求限定本发明的范围。