CN101720443A - 用于多路复用器波导耦合的方法和系统 - Google Patents

用于多路复用器波导耦合的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101720443A
CN101720443A CN200880016125A CN200880016125A CN101720443A CN 101720443 A CN101720443 A CN 101720443A CN 200880016125 A CN200880016125 A CN 200880016125A CN 200880016125 A CN200880016125 A CN 200880016125A CN 101720443 A CN101720443 A CN 101720443A
Authority
CN
China
Prior art keywords
medium wave
optical
wave guide
light
predetermined wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200880016125A
Other languages
English (en)
Inventor
G·罗尔肯斯
D·范图洛特
R·贝茨
G·N·范登霍文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universiteit Gent
Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Genexis BV
Imec Corp
Original Assignee
Universiteit Gent
Genexis BV
Imec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universiteit Gent, Genexis BV, Imec Corp filed Critical Universiteit Gent
Publication of CN101720443A publication Critical patent/CN101720443A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29317—Light guides of the optical fibre type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4213—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being polarisation selective optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

提供了一种对具有多个不同的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件，所述光学器件包括形成于基板(10)之上的至少一个第一波导(11)和至少一个第二波导(12)，所述至少一个第一波导和所述至少一个第二波导在一相交处相交，并且在该相交处形成了衍射光栅结构(13)。有在第一波导(11)内穿行的第一波长或波带，该第一波长或波带激励光栅结构并且按照外耦合方向所对应的角度发生衍射；还有在第二波导(12)内穿行的第二波长或波带，该第二波长或波带不同于第一波长或波带，激励光栅结构并且按照同一外耦合方向所对应的角度发生衍射。两个不同波长或波带的辐射所构成的两个辐射光束被空间分离到光波导(11和12)中，或者被组合到单一的外耦合方向上，例如，被组合到单个光学元件(比如单个光纤(21))中。光学器件可以被用在局部接入通信中，比如光纤到户、光纤到办公室、或光纤到路边等应用。

Description

用于多路复用器波导耦合的方法和系统
技术领域
本发明涉及集成光学组件。更具体地讲，本发明还涉及到：集成的全光学的介质波导耦合器以及集成的波长多路复用器和多路分解器回路；用于设计这种光学组件的方法和系统；以及用于在不同的辐射导引器之间耦合辐射的方法。
背景技术
集成光路具有产生各种低成本、紧凑型光学功能的潜力。其应用领域非常广泛：远程通信和数据通信应用；感测；信号处理等等。这些光学回路包括不同的光学元件，比如光源、光调制器、空间开关、滤光器、光检测器等，这些光学元件是通过光波导而互连的。
光波导通常被实现成固态的介质导光体，这些导光体允许光通过集成光路进行传递并且使集成光路中的各种光学组件互连起来。它们也提供了在光纤和光路之间的相接，通常这是通过光纤与波导物理邻接而实现的。因为光纤和集成光路之间的模式尺寸有很大差异，所以这通常导致耦合接口处有很高的耦合损耗。
尽管对于低折射率对比光波导而言这些耦合损耗可以保持在可接受的限度之内，但是对于光纤到波导的耦合损耗处于20dB量级的高折射率对比光波导系统而言，就不是这种情况了。然而，与低折射率对比集成光路相比，这些高折射率对比光波导系统有希望产生成本更低且功能更强的大规模集成光路。
因此，人们有很大的兴趣想提高光纤与光波导回路之间的耦合效率。尽管各种光耦合方案最初都是针对光纤-芯片接口而开发的，但是这些方案也可以应用于集成光波导和集成光电子器件(比如光源、调制器、光放大器、光检测器)之间的光耦合。在各种文献中，提供了不同的技术来提高到光纤的耦合效率。
在第一方案中，通过使用带透镜的光纤或高数值孔径光纤，单模光纤的光学模式转变为更小的光斑尺寸。尽管这些类型的耦合接口提供了较低的耦合损耗，但是使光纤相对于光波导进行定位所要求的亚微米对准精度是非常关键的，因此，这意味着集成光路的封装成本很高。
另一种方法是使用集成的光斑尺寸转换器，以扩展集成光波导的尺寸从而匹配于单模光纤的尺寸。平面的光斑尺寸转换器方案以及三维的光斑尺寸转换器方案都得到了应用。三维光斑尺寸转换器允许在集成光波导和单模光纤之间有很低的损耗，但是，使用标准的平面波导技术来制造这些组件是很困难的。已知，在低折射率对比材料系统中，平面光斑尺寸转换器方案允许到标准单模光纤的耦合损耗很低。然而，在高折射率对比器件中使用这种光斑尺寸转换器方案总是需要带透镜的光纤或高数值孔径光纤，由此，再次导致要求有很高的对准精度。
此外，这些耦合方案(使用标准光纤或带透镜的光纤进行物理邻接，以及使用光斑尺寸转换器)全部都要求有抛光的刻面从而将光耦合到光学回路中。这使其无法用于集成光学功能的晶片级的光学测试以标识已处理的晶片上已知的良好的管芯。
为了提高在高折射率对比系统中到标准单模光纤的耦合效率，并且还为了使光纤的对准精度宽松些且允许晶片级的测试，已经提出了一维光栅结构。这些结构允许结构顶侧或底侧与标准单模光纤直接地物理邻接，同时衍射光栅将光引导至光波导回路中。它们允许选定波长或波带的光从单模光纤耦合到波导或从波导耦合到单模光纤。
然而，这种类型的器件的光学带宽受光栅结构的色散本性的限制，这意味着光从光栅中耦合出来的角度(当从光波导中被激发时)作为波长的函数而变化。因为光纤的数值孔径很有限，所以该光纤对偏离中心波长(中心波长被定义为其衍射角度匹配于光纤的倾斜角的那个波长)太大的那些波长的收集不太有效。
此外，这些一维光栅的性能与光波导中的光的偏振态密切相关。通常，只有某一波长处的单一偏振态可以被有效地收集到光纤中，从而导致一维光栅耦合器的工作状况与偏振态密切相关。如在典型的应用中那样，这种偏振态是未知的并且随时间而变化，所以这种一维光栅结构的可应用性是有限的。仅仅在使用保偏光纤的情况下或在采用偏振扰频的方案时，才能使用这些一维光栅。在使用一维光栅结构光学地耦合集成光源从而产生、处理或检测具有已知且固定的偏振态的光的情况下，才能使用这些器件。
为了避开这种偏振敏感的问题，已经提出了二维光栅耦合器结构(US7,065,272)，它包括两个以大致直角相交的光波导以及在该相交处产生的二维衍射光栅结构。当衍射光栅与单模光纤物理地毗邻时，获得了偏振分离，这种偏振分离将来自单模光纤的正交模式耦合到第一和第二波导中的完全一样的模式中。尽管这两个光波导之间的耦合光功率之比仍然取决于入射光的偏振，但是，这种二维光纤耦合结构可以被用在偏振分集方案中，为的是实现与偏振无关的集成回路。
除了可与一维光栅结构相比的光纤到芯片耦合效率仍然需要被证明这一事实以外，对于某些实际应用而言，光纤到芯片耦合效率的光学带宽太小了。该受限的带宽与衍射光栅的本征色散性质有关，还与光纤的有限的数值孔径有关。尽管对于只需要单一波长或一组间隔很密的光波长的应用而言，这是足够的了，但是，对于需要在很大的波长跨度中使用多个光信号的其它类型的应用而言，这还是不够的。这通常是数据通信应用的情况，其中使用两个间隔得不紧密的不同的波长来实现双向数据链路。属于这种情况的一类重要应用是光纤到户光网络(FTTH)，其中使用了1310nm上行数据信号、1490nm下行数据信号和1550nm下行电视信号，都通过一个单模光纤进行传输。因为在这种应用中使用了很大的波长跨度，所以现有技术的波导光栅耦合器结构不再是可应用的，因为其光学带宽太小了。
发明内容
本发明的目的是提供对具有多个差别很大的波长的辐射进行全光多路复用和/或多路分配的好方法和系统。本发明的实施方式的优点在于，基于衍射光栅结构提供了集成波导耦合器和多路复用器(多路分配器)，该耦合器能够对很大的波长跨度上的光信号进行耦合。介质波导中的光的偏振可以是横向电场、准横向电场、横向磁场或准横向磁场。更具体地讲，根据本发明各实施方式的集成波导耦合器通过使用衍射光栅结构的双工器作用，允许对以两个分立波长或波带为中心的多个光信号进行耦合。该光栅结构可以是一维的或二维的结构。对于二维光栅结构而言，可以获得这样一种系统，其中性能对入射光的偏振并不敏感，使得可以获得与偏振无关的集成光路。
本发明涉及对具有差别很大的预定波长的光进行全光多路复用或多路分配的光学器件，还涉及设计这种器件的方法以及这种器件的使用。此外，本发明还涉及对具有差别很大的预定波长的光进行多路复用或多路分配的方法。
在本发明中，术语“辐射”和“光”被用于指示其波长处于合适的范围中的电磁辐射，即其波长不被所用材料(比如波导材料)吸收的电磁辐射，例如，其波长介于1μm和2μm之间的电磁辐射，例如，近红外辐射(NIR)或短波长红外辐射(SWIR)。
在本发明中，术语“全光”器件是指不需要切换到电学领域的光学器件。因此，全光器件可以允许光学到光学的信号转换，而不需要中间切换到电学领域。
在本发明中，有利的是，介质波导中的光的偏振可以是横向电场、准横向电场、横向磁场或准横向磁场。在集成光路中，介质波导中所使用的光可以是(准)横向电场(TE)偏振光。集成的激光器发射TE光。TE偏振光或准TE偏振光在介质波导中经历较低的损耗，并且与横向磁场(TM)相比，对于横向电场(TE)偏振辐射而言，有效折射率对比更大，从而导致更高的约束(更短的弯曲、更低的串扰等)。
在一维光栅的情况下，入射光可以是横向电场偏振光或横向磁场偏振光。然后，光栅可以被优化，以针对TE或TM偏振、或者准TE或TM偏振表现出最佳性能。在二维光栅的情况下，可以获得这样一种系统，其中性能对入射光的偏振并不敏感，使得可以获得与偏振无关的集成光路。根据本发明的各实施方式，一种对具有多个差别很大的预定波长的光进行全光多路复用或多路分配的光学器件包括：形成于基板之上的至少一个第一介质波导和至少一个第二介质波导，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导在一相交处相交，并且在该相交处形成了衍射光栅结构。在根据本发明的实施方式中，调适衍射光栅结构，使来自所述至少一个第一介质波导的第一预定波长的光在耦合方向上发生衍射，并且还使来自所述至少一个第二介质波导的第二预定波长的光在大致相同的耦合方向上发生衍射，所述第一预定波长和所述第二预定波长是差别很大的。由此，该耦合方向与光栅结构所定义的平均平面上的正交方向差别很大。例如，所述第一预定波长和所述第二预定波长之间的差异可能介于20nm和500nm之间。上述经调适以使来自所述至少一个第一介质波导的第一预定波长的光在耦合方向上发生衍射并且还使来自所述至少一个第二介质波导的第二预定波长的光在大致相同的耦合方向上发生衍射的那个衍射光栅结构可以包括：具有至少一个预定的光栅周期、光栅深度、光栅层厚度、或光栅占空比的衍射光栅结构。所述至少一个第一介质波导中的光以及所述至少一个第二介质波导中的光可以是(准)横向电场偏振光或(准)横向磁场偏振光。入射光或外耦合辐射可以是横向电场偏振光、横向磁场偏振光、或两者皆有。从本发明的应用来看，这是有利的：集成的激光器的光主要是(准)横向电场偏振光。这种光作为TE偏振光或准TE偏振光在介质波导中穿行。此外，TE偏振光或准TE偏振光经历较低的散射损耗和较高的有效折射率对比，从而允许，例如，更小的弯曲和更低的串扰。
根据本发明各实施方式的光学器件可以进一步包括与上述相交处耦合的光耦合元件，所述光耦合元件提供了在上述耦合方向上的光路，使得第一预定波长的光被耦合在所述至少一个第一介质波导和所述光耦合元件之间，并且还使得第二预定波长的光被耦合在所述至少一个第二介质波导和所述光耦合元件之间。例如，所述光耦合元件可以包括光纤或光波导。例如，所述光耦合元件可以通过物理邻接而与所述相交处相耦合。
在本发明的各实施方式中，所述至少一个第一介质波导可以包括一个第一介质波导，并且所述至少一个第二介质波导可以包括一个第二介质波导。由此，所述一个第一介质波导和所述一个第二介质波导可以大致以平角相交。
衍射光栅结构可以是一维光栅结构。
在根据本发明的另一个实施方式中，所述至少一个第一介质波导可以包括两个第一介质波导，所述光学器件可以被调适，以使入射到衍射光栅结构上的第一预定波长的光作为正交偏振的光学模式从耦合方向耦合到所述两个第一介质波导中的每一个，所述光在所述两个第一介质波导中的每一个之中具有相同的单模。此外，所述至少一个第二介质波导可以包括两个第二介质波导，所述光学器件可以被调适，以使入射到衍射光栅结构上的第二预定波长的光作为正交偏振的光学模式从耦合方向耦合到所述两个第二介质波导中的每一个，所述光在所述两个第二介质波导中的每一个之中具有相同的单模。所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导中的至少一个可以被调适，以支持TE偏振光或准TE偏振光。所述衍射光栅结构可以是周期性的光栅结构或非周期性的光栅结构，例如，由椭圆形结构的图案制成的光栅结构。
所述衍射光栅结构可以是二维光栅结构。
在根据本发明的各实施方式中，所述至少一个第一介质波导以及所述至少一个第二介质波导可以是通道波导、平板波导、脊形波导、或带条带的波导。所述衍射光栅结构可以是周期性的光栅结构或非周期性的光栅结构。
在根据本发明的各实施方式中，所述基板可以包括额外的多层堆叠体，用于形成位于衍射光栅结构之下的基板反射器。
所述至少一个第一介质波导可以包括第一横向光斑尺寸转换器，和/或所述至少一个第二介质波导可以包括第二横向光斑尺寸转换器，所述第一横向光斑尺寸转换器和所述第二横向光斑尺寸转换器将所述光学器件耦合到一个或多个集成光路。
本发明还涉及一种对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件的制造方法。所述多路复用可以是双工的。根据本发明各实施方式的制造方法包括：在基板上形成至少一个第一介质波导和至少一个第二介质波导，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导在一相交处相交；以及在所述相交处形成衍射光栅结构，其中所述衍射光栅结构被调适，以使来自所述至少一个第一介质波导的第一预定波长的光在一耦合方向上发生衍射，并且还使第二介质波导的光在大致相同的外耦合方向上发生衍射，所述第一预定波长和所述第二预定波长差别很大。该相同的耦合方向与光栅结构所定义的平均平面上的正交方向差别很大。在根据本发明的各实施方式中，通过调适光栅周期、光栅深度、光栅层厚度和光栅占空比中的至少一个，衍射光栅结构可以被调适，从而在上述耦合方向上对光进行耦合。
根据本发明各实施方式的光学器件的制造方法可以进一步包括：使光耦合元件与上述相交处耦合，并且使所述光耦合元件相对于所述衍射光栅结构而定向，以便提供在上述耦合方向上的光路，使得第一预定波长的光被耦合在所述至少一个第一介质波导和所述光耦合元件之间，并且还使得第二预定波长的光被耦合在所述至少一个第二介质波导和所述光耦合元件之间。
根据本发明各实施方式的光学器件的制造方法可以进一步包括：在所述基板中提供额外的多层堆叠体，用于形成位于衍射光栅结构之下的基板反射器。
本发明还涉及一种对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件的设计方法。根据本发明各实施方式的光学器件的设计方法包括：针对一系列具有不同光栅结构的衍射光栅，确定第一预定波长的光通过衍射光栅从第一介质波导发生衍射的方向；针对所述一系列具有不同衍射光栅结构的衍射光栅，确定第二预定波长的光通过所述衍射光栅从第二介质波导发生衍射的方向，所述第二预定波长与所述第一预定波长差别很大；以及选择光栅结构，使得对于该光栅结构而言来自第一介质波导的第一预定波长的光的衍射发生在一耦合方向上并且来自第二介质波导的第二预定波长的光的衍射发生在大致相同的耦合方向上。由此，该耦合方向与光栅结构所定义的平均平面上的正交方向差别很大。选择光栅结构可以包括：选择光栅周期、光栅深度、光栅层厚度和光栅占空比中的至少一个。
本发明还涉及一种用于执行根据本发明各实施方式的光学器件的设计方法的计算机程序产品，还涉及用于存储该计算机程序产品的机器可读数据存储器件，还涉及通过局域或广域远程通信网络来传输该计算机程序产品。
本发明还涉及光学多路复用或多路分配的方法，该方法包括：在基板上提供至少一个第一介质波导和至少一个第二介质波导，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导在一相交处相交；在所述相交处提供衍射光栅结构；在所述衍射光栅结构处使第一预定波长的光发生衍射；以及在所述衍射光栅结构处使第二预定波长的光发生衍射，所述第二预定波长与所述第一预定波长差别很大，其中，所述衍射光栅结构被调适，以使来自所述至少一个第一介质波导的第一预定波长的光在一耦合方向上发生衍射，并且还使来自所述至少一个第二介质波导的第二预定波长的光在大致相同的耦合方向上发生衍射。选择该耦合方向使之与光栅结构所定义的平均平面上的正交方向差别很大。调适所述衍射光栅结构可以包括：调适光栅周期、光栅深度、光栅层厚度和光栅占空比中的至少一个。
在根据本发明的各实施方式中，用于光多路复用或多路分配的方法进一步包括：使光耦合元件与所述相交处耦合，所述光耦合元件提供了所述耦合方向上的光路。
根据本发明的各实施方式，提供至少一个第一介质波导可以包括提供一个第一介质波导，并且提供至少一个第二介质波导可以包括提供一个第二介质波导。所述一个第一介质波导和所述一个第二介质波导可以大致以平角相交。
根据本发明的各实施方式，提供至少一个第一介质波导可以包括提供两个第一介质波导，并且使第一预定波长的光在所述衍射光栅结构处发生衍射可以包括使第一预定波长的光作为正交偏振的光学模式耦合到所述两个第一介质波导中的每一个，例如，该光在所述两个第一介质波导中的每一个之中具有相同的单模。提供至少一个第二介质波导可以包括提供两个第二介质波导，并且使第二预定波长的光在所述衍射光栅结构处发生衍射可以包括使第二预定波长的光作为正交偏振的光学模式耦合到所述两个第二介质波导中的每一个，例如，该光在所述两个第二介质波导中的每一个之中具有相同的单模。
根据本发明的各实施方式，用于对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件可以被用于许多应用中，由此，所述第一预定波长介于1250nm和1350nm之间并且所述第二预定波长介于1455nm和1605nm之间。
根据本发明的各实施方式，用于对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件可以被用于本地接入通信，比如光纤到户、光纤到办公室、或光纤到路边等应用。
在对本申请进行总结的权利要求书那一部分中，特别指出并且特别阐明本发明的主题。然而，参照下面的详细说明并结合附图，可以最佳地理解本发明的组织结构和操作方法及其特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的光学器件的示意图，该器件包括用于形成大致平角的两个相交的光学介质波导以及位于相交处的一维衍射光栅。
图2a是沿图1所示器件的线AA’的横截面，显示出衍射光栅结构以及光纤的物理邻接，该光纤相对于该光栅结构的平均平面的正交方向而倾斜。
图2b是沿图1所示器件的线AA’的横截面，显示出TE偏振辐射或准TE偏振辐射在这种系统中的传播情况。
图3是通过一维光栅耦合器结构的电磁求解程序而获得的仿真结果，显示出在两个介质波导中的波带的空间分离，还显示出可以获得到光纤的高耦合效率，正如可被用于根据本发明的各实施方式中那样。
图4显示出根据两个不同波长(1310nm和1520nm)的一维光栅结构的光栅周期而计算出的衍射角，示出了根据本发明各实施方式的多路复用器波导耦合器的设计方法。
图5示出了作为一维光栅结构的光栅周期个数的函数的、两个不同波长信道(1310nm和1520nm)的耦合效率和串扰，正如可被用于本发明的各实施方式中那样。
图6是根据本发明的第二实施方式的光学器件的示意图，该器件包括用于形成大致直角的四个相交的光学介质波导以及位于相交处的二维光栅耦合器。
图7是根据本发明的第三实施方式的光学器件的典型布局示意图。本实施方式的布局包括三个光学介质波导，其中的两个形成大致直角，而第三个介质波导则位于这两个介质波导的平分线上。在这些介质波导的相交处，形成了二维光栅结构。
图8是图7所示布局的示意性表示，指示了可用于根据本发明的各实施方式中的光栅结构，其中该光栅结构的特征是椭圆形的孔。
图9是使用四-端子器件获得与偏振无关的集成光路的可能的拓朴示意图，该集成光路在两个分立的波带附近工作。
图10a和10b是使用三-端子器件的可能的拓朴示意图，其中仅对单波带应用偏振分集配置。在图10a中，示出了一种配置，其中用于处理或产生没实现偏振分集的波带的光学回路是一种两-端子器件，该两-端子器件连接到两个完全一样的三-端子双工器件的相应介质波导。在图10b中，示出了一种配置，其中用于处理或产生没实现偏振分集的波带的光学回路是一种单-端子器件，该单-端子器件连接到所述完全一样的三-端子双工器件之一的一个介质波导。
图11示出了根据本发明各实施方式的光学器件在用于执行收发机操作的集成光路中的使用情况。
图12示出了根据本发明的实施方式在单一平台上所集成的光学收发机阵列。
图13示出了一种处理系统，可用于根据本发明各实施方式的光学器件的设计方法。
具体实施方式
在下面的详细描述中，阐述了大量的具体细节，为的是能够透彻理解本发明以及如何在特定实施方式中实现它。然而，应该理解，在没有这些特定细节的情况下，也可以实施本发明。在其它情况下，公知的方法、过程和技术都不再详细描述，以凸显本发明。尽管下面将相对于特定的实施方式和参照一些附图来描述本发明，但是并不限于这些参照内容。本文所包括和描述的附图是示意性的，并且并不限制本发明的范围。还要注意，在附图中，可能夸大了一些元件的尺寸，因此，为了示意的目的，并未按实际比例画出来。
此外，在说明书和权利要求书中，术语“第一”、“第二”等是用于区分相似的元件，而并不必然地描述一序列，无论是时间上的、空间上的、等级上的序列，或是任何其它方式的序列。应该理解，如此使用的术语在合适的情况下是可互换的，并且本文所描述的各实施方式能够以与本文所描述或所示出的序列不同的其它序列进行操作。
此外，在说明书和权利要求书中，术语“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”等都是用于描述的目的，并不必然地描述相对的位置。应该理解，如此使用的术语在合适的情况下是可互换的，并且本文所描述的本发明的各实施方式能够以本文所描述或所示出的取向不同的其它取向进行操作。
要注意，权利要求书中所使用的术语“包括”不应该被解释成限于其后所罗列的内容；它并不排除其它元件或步骤。由此，它应该被解释成规定所陈述的特征、整数、步骤、或组件的存在，而并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、或组件、或其组合的存在或添加。由此，“一种器件包括装置A和B”这一表述的范围不应该被限于仅由组件A和B构成的器件。它意味着，相对于本发明而言，该器件的有关组件仅仅是A和B。
在本发明中，光栅是一种包括凹槽、沟道、或腔室、或孔洞的图案的光学器件。如果该图案仅在一个方向上，则该光栅被称为线性或一维光栅。如果该图案是在两个方向上，比如在两个正交的方向上，则它被称为二维光栅。
在本发明中，术语“辐射”和“光”被用于指示其波长处于合适的范围中的电磁辐射，即其波长不被所用材料(比如波导材料)吸收的电磁辐射，例如，其波长介于1μm和2μm之间的电磁辐射，例如，近红外辐射(NIR)或短波长红外辐射(SWIR)。
要注意，本发明可以被用于以下两个方面：将不同波长的辐射从器件上不同的介质波导向外耦合到预定的外耦合方向上，比如向外耦合到光耦合元件；以及将包括不同波长的辐射的辐射光束从光耦合元件向内耦合到所述器件上不同的介质波导中的预定波长或波带的辐射。换句话说，在本申请中使用耦合方向时，这可能是指外耦合方向，和/或这可能是指内耦合方向。
在第一实施方式中，如图1、2a、2b所示，根据本发明的光学器件包括：位于基板10上的第一介质波导11和第二介质波导12，例如，这两个介质波导大致以平角相交；以及位于这两个介质波导的相交处的衍射光栅结构13，例如，一维衍射光栅结构。因为光栅结构具有色散特性，所以存在第一波长或波带，使得在第一介质波导11内穿行且激励该光栅结构的第一波长的辐射按照与耦合方向相对应的角度发生衍射；并且还存在与第一波长或波带不同的第二波长或波带，使得在第二介质波导12内穿行且激励该光栅结构的第二波长的辐射按照与同一耦合方向相对应的角度发生衍射。由此，该器件允许有意地将来自第一介质波导和第二介质波导的辐射向外耦合到同一耦合方向中。因此，根据本发明各实施方式的耦合方向与这两个介质波导所定义的平面的垂线差别很大，例如，与该光栅结构所确定的平均平面的垂线差别很大，换句话说，与该光栅结构所确定的平均平面的表面法线差别很大。在以这种方式使用的情况下，当两个差别很大的波长或波带的辐射所构成的两个辐射光束在空间上分离到介质光波导11、12中或者组合到单一的耦合方向上(例如，组合到单个光耦合元件中，比如组合到单个光纤21中)时，该光栅结构除了提供光纤到芯片的耦合以外，还提供了双工操作。此外，将一个或两个介质波导中的上行和下行波长组合起来的操作也是可能的。第一波长(即第一辐射光束的中心波长)和第二波长(即第二辐射光束的中心波长)之间的差异可以介于20nm和500nm之间。第一波长和第二波长之间的最小差异是由下列两者确定的：该系统中所能容忍的串扰；以及该系统的折射率对比所确定的耦合光谱的宽度(如图3所示)。第一波长和第二波长之间的最大差异取决于光栅结构的色散特性。
预定的中心波长的辐射的耦合方向是由介质波导结构的具体布局所确定的，例如，所使用的材料、光栅结构的布局，即光栅周期、光栅深度或光栅层厚度和光栅结构的占空比。
光耦合元件(比如光纤21，如图2a所示)可以被耦合到上述相交处(在耦合方向上)，从而为耦合进来或耦合出去的辐射提供光路。光学介质波导11、12可以从单模介质波导结构逐渐变细，直到介质波导的宽度匹配于该光耦合元件(比如光纤21)的宽度，该光耦合元件与上述相交处耦合并且为耦合进来或耦合出去的光提供光路。可耦合到上述相交处的其它光耦合元件是另一个介质波导或集成光学器件，比如双光检测器结构，其中，一个光检测器检测一个波带中的辐射，同时对第二波带中的辐射基本上不敏感，其中第二个光检测器检测第二波带中的辐射。此外，用于发射一个波带中的辐射的发光器件与用于检测其它波带的光检测器可以组合起来使用。由此，根据本发明的各实施方式是特别有优势的，因为它们允许在介质波导中使用TE或准TE偏振辐射。根据本发明各实施方式的器件可以被调适，以对TE偏振辐射或准TE偏振辐射(比如TE偏振光或准TE偏振光)进行光学多路复用或多路分配。尽管在图1、2a、2b中所呈现的衍射光栅结构是周期性的结构，但是，也可以使用非周期性的光栅结构，例如，通过使衍射的场分布与光纤的高斯光束更好地匹配，可提高与光耦合元件的耦合效率，正如公知的那样。作为具有恒定宽度的线条的替代，也可以用除线条以外的其它结构形状来定义衍射光栅的结构，为的是提高与光耦合元件(比如光纤21)的耦合效率。构成衍射光栅结构的那些特征的间距、尺寸和形状可以在整个结构中有所变化。通过蚀刻波导层或包层，或者通过在光波导回路的顶部之上产生介质或金属结构层，都可以形成上述衍射光栅结构。
图2a示出了图1的器件沿AA’线的横截面，同时光纤21耦合到上述相交处。光纤21相对于光栅结构的平均平面的垂线22有所倾斜，如图2a所示。光纤的倾斜具有两个目的。第一个目的是减小光学介质波导中很大的光的二次反射，这种反射会减小光纤耦合效率；第二个目的是为两个波长或为两个波带提供处于同一耦合方向上的光路，如上所述。图2b示出了图1的器件沿AA’线的横截面，同时示出了TE偏振辐射或准TE偏振辐射的传播所对应的传播矢量。
图1、2a、2b所示的结构允许在空间上将两个波长或波带分离到两个单独的光学介质波导11、12中，由此与现有技术相比可以有效地扩展光纤耦合结构的光学带宽。
在图3中，示出了通过严格的电磁学求解程序(即针对如上所述的光栅耦合器结构精确地求解麦克斯韦方程组的求解程序)而获得的仿真结果。在本示例中，介质波导中的光是(准)横向电场偏振光，正如集成光学中大多数情况下那样。显示出光纤耦合效率对于第一波长或波带(图3，左手一侧)的辐射以及第二波长或波带(图3，右手一侧)的辐射为入射辐射的波长的函数。耦合效率被定义成在光纤中被耦合到介质波导中的那部分光功率所占的分数。根据互易性，这也是可从介质波导耦合到光纤中的那部分功率所占的分数。在所给出的示例中，在一种高折射率对比绝缘体上硅(SOI)介质波导结构中设计上述光栅结构，尽管该设计可以很容易地转移到其它高折射率对比系统。该仿真中所使用的SOI波导结构包括位于2μm厚埋置氧化层顶部之上的220nm硅核心层。该光栅由370nm硅层构成，被蚀刻了220nm深，并且它具有510nm的光栅周期和50％的占空比。该光栅由20个光栅周期构成。第一波带的中心波长是1310nm，第二波带的中心波长是1520nm。中心波长被定义成其衍射角匹配于光纤倾斜角的波长。这些仿真(图3)示出了对于两个辐射光束可以获得高光纤耦合效率(大约60％)，这足以应用于若干应用，比如应用于光纤到户等应用。对于光纤到户光网络而言，1310nm-1520nm处的双工操作是很重要的，其中这些波长被用于上行和下行光学数据信号。尽管这是很重要的应用，但是，根据应用情况也可以选择其它波长或波带。例如，辐射光束的中心波长可以介于1μm和2μm之间。第一波长(即第一辐射光束的中心波长)和第二波长(即第二辐射光束的中心波长)之间的差异可以介于20nm和500nm之间。
根据本发明的各实施方式，提供了一种对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件的设计方法。根据本发明的各实施方式，所述对光进行光学多路复用或多路分配的光学器件的设计方法的第一步可以是选择光栅深度和光栅的占空比。可以基于最大耦合效率的要求来选择光栅深度和占空比，或者可通过可用的蚀刻工艺来限制或决定。该设计方法的下一步包括：针对一系列具有不同光栅结构的衍射光栅，确定第一预定波长的光从第一介质波导11通过衍射光栅13发生衍射的方向；以及针对同一系列具有不同光栅结构的衍射光栅，确定第二预定波长的光从第二介质波导12通过衍射光栅13发生衍射的方向。在根据本发明的各实施方式中，第一预定波长和第二预定波长可以差别很大，例如，第一预定波长和第二预定波长之间的差异可以介于20nm和500nm之间。可以由所预想的应用来确定第一波长和第二波长。例如，第一波长可以是1310nm，第二波长可以是1520nm。用于介质波导结构的材料可以是绝缘体上硅(SOI)，其具有220nm厚的介质波导层。在所述设计方法的下一步中，可以选择光栅结构，使得来自第一介质波导11的第一预定波长的光的衍射以及来自第二介质波导12的第二预定波长的光的衍射发生在大致相同的耦合方向上。例如，选择这种光栅结构可以包括：针对给定的光栅深度和占空比，选择光栅周期。图4示出了这一点，对于两个波长(1310nm和1520nm)而言，衍射角为光栅周期的函数。根据本发明的各实施方式，由两个曲线相交的那一点决定为光学器件设计而选择的光栅周期。在该设计的下一步中，可以基于两个波长的耦合效率和两个介质波导之间的串扰等有关考虑，来确定光栅周期的个数。对于给定的示例，图5示出了光栅周期的个数对耦合效率和串扰的影响，从而指示了平均光纤耦合效率31(三角形)、典型1310nm波长信道32中的串扰(菱形)以及典型1520nm波长信道33中的串扰(正方形)。
图3的仿真示出了对于两个辐射光束而言可以获得高光纤耦合效率。尽管这些仿真是针对TE偏振或准TE偏振而执行的，但是，对于多个TM偏振模式而言，同一耦合结构的行为是完全不同的。通常，光纤与介质波导之间的耦合效率是取决于偏振的。例如，与TM偏振模式相比，TE偏振模式或准TE偏振模式的耦合效率实质上是较大的。如果在与介质波导的中心轴(例如，图1中的A-A’线)大致正交的方向上辐射光束是线性偏振的，则从光纤到介质波导的耦合是更有效的。为了将上述多路复用器波导耦合器应用于光耦合元件(比如光纤21)中的光的偏振情况未知或随时间而变化这样一种结构中，可以将微型光学结构(比如偏振分束器)置于光耦合元件和集成波导回路之间，以在空间上分离两个正交的偏振光并且将这些光束聚焦到两个完全一样的(尽管彼此相对旋转90度)一维光栅耦合器结构，从而实现与偏振无关的集成光路的操作。当入射光束的偏振情况是固定的和已知的时候，可以使用一维光栅结构。
在根据本发明的各实施方式中，可以使用二维光栅结构，从而允许将辐射光束分成两个正交偏振的模式，例如，(准)TE模式和(准)TM模式，由此这两个正交偏振的模式穿过两个不同的介质波导进行传播，正如US 7,065,272所描述的那样。在根据本发明的一些实施方式中，二维衍射光栅结构也可以被用于在空间上将两个辐射光束分离到不同的光波导中，这两个辐射光束具有两个差别很大的波长或波带。
在根据本发明的第二实施方式中，通过将二维衍射光栅结构用作耦合器和多路复用器，解决了偏振问题。图6示出了该实施方式的布局，其中包括4个介质光波导41、42、43、44，这四个光波导相交并且在相交处形成大致直角。在这四个波导的相交处，提供了二维光栅结构45。后者可以按任何合适的方式来形成，例如，在该相交处在波导层中或在波导包层中蚀刻出孔或杆的阵列，或者在波导结构的顶部之上定义介质或金属结构层。尽管图6示出了多个孔的周期性排列(它们定义了二维光栅结构)，但是，也可以使用具有除孔之外的其它组成元素的非周期性结构，即用于组成衍射光栅结构的多个特征的间距、尺寸和形状可以在整个结构中有所变化。
图6所示的方案能够将两个波长或波带空间分离到四个光学介质波导41、42、43、44中，同时在两对介质波导(41，42)和(43，44)上获得偏振分离。假定该波导结构是关于BB’线(图6)对称的，由此标识了用于使同一波长或波带的偏振分离的多个介质波导对，即介质波导对(41，42)和介质波导对(43，44)。用于为所耦合的光提供光路的光纤或其它光学元件被置于二维光栅结构45之上，并且沿着线BB’相对于光栅结构的平均平面的垂线22而有所倾斜。成对的两个介质波导之间的角度等于或接近于90度，尽管对于器件优化而言该角度最好不等于90度，例如，介于70-110度之间。在光耦合元件(比如光纤21)没有相对于光栅结构的平均平面的垂线22有所倾斜的配置中，成对的两个介质波导之间的角度将完全等于90度以便获得偏振分离。然而，当光耦合元件(比如光纤21)相对于光栅结构的平均平面的垂线22有所倾斜以便获得双工操作时，成对的两个介质波导之间的角度最好稍稍不同于90度，为的是具有良好的耦合效率。这样，例如，当二维光栅结构与倾斜的单模光纤物理毗邻时，就可以获得到介质光波导的基模的高耦合效率。这可以在图6中看出，其中介质光波导41、42之间的角度大于90度，并且介质光波导43、44之间的角度小于90度。波导结构是关于线BB’对称的。二维光栅结构的色散本性允许在空间上分离两对光学介质波导中的两个波长或波带。对于介质波导结构的具体布局(比如所使用的材料)而言，这些波长或波带决定了光栅结构的布局，包括：例如，光栅周期、光栅蚀刻深度、或光栅层厚度以及光栅结构的占空比，还决定了光耦合元件(比如光纤21)的倾斜。根据上述设计方法，就可以完成光栅结构的设计。
在以这种方式使用的情况下(图6)，当两个波长或波带被空间分离到光学介质波导中或者被组合到单个光纤中时，光栅结构45除了提供光纤到芯片的耦合以外，还提供了双工操作。此外，两个正交偏振的模式被偏振分离到一个波导对的两个介质波导中，并且这是用于两个波长或两个波带。当被应用于偏振分集方案中时，如下文所讨论的那样，这允许在高折射率对比波导系统中产生集成光路，其表现与入射光的偏振无关，并且允许使用光栅结构的双工操作来处理以两个分立的波长或波带为中心的光信号。
在根据本发明的第三实施方式中，通过将二维光栅结构用作双工器，解决了单个波长或波带的偏振问题。图7示出了本实施方式的典型布局，其中包括三个光学介质波导51、52、53，其中的两个(51，52)大致形成直角，同时第三个介质波导53沿着前两个介质波导51、52的平分线CC’而定位。在这些介质波导的相交处，形成了二维光栅结构55，例如，在波导层中或在波导包层中蚀刻出孔或杆的阵列，或者在波导结构的顶部之上定义介质或金属结构层。尽管图7示出了多个孔的周期性排列(它们定义了二维光栅结构)，但是，也可以使用具有除孔之外的其它组成元素的非周期性结构，即组成衍射光栅结构55的多个特征的间距、尺寸和形状可以在整个结构中有所变化。例如，其一种示出情况可以是轴向对称结构的使用，比如椭圆形的孔、卵形的孔、在其平面中只具有一个对称轴的孔等等。
上述结构的一个特别让人感兴趣的实施方式是在整个光栅中使用椭圆形的孔。这使得在其上实现有效的偏振分集的波长范围可以更大。制造椭圆形的孔能够补偿两个正交偏振态因光纤倾斜而经历的有效光栅维度的差异。在图8中，示出了在特定的光栅双工器配置中使用椭圆形的孔的情况。然而，这些椭圆形的孔的使用并不限于这一特定的光栅双工器的实施方式。有优势的是提供至少具有轴对称形状的孔，椭圆形的孔、卵形的孔、在其平面中只具有一个对称轴的孔等等都是其示例。使用轴对称形状的孔可以提供至少一部分如下优势：补偿两个正交偏振态因光纤倾斜而经历的有效光栅维度的差异。
图7所示的方案允许将两个波长或波带空间分离到上述三个介质波导51、52、53中，其中对于第一波长或波带的辐射所构成的第一辐射光束而言，获得了偏振分离，其分离成两个介质波导51、52中的完全一样的模式从而大致形成直角，其中第二波长或波带的辐射所构成的第二辐射光束被发送到第三介质波导53中。该方案允许对单一波长或波带实现与偏振无关的操作，同时对于第二波长或波带获得了很强的偏振选择性。
与四-端子器件(图6)中的二维衍射光栅结构45相比，三-端子器件(图7)中的二维衍射光栅结构55可以具有额外的光栅特征或较少的光栅特征，以便对所有三个光学介质波导51、52、53实现高耦合效率。特别是，当与四-端子器件的衍射光栅结构45相比时，衍射光栅结构55中所包括的多个结构的外形和数量可以是不同的。假定三-端子器件(图7)的波导结构是关于线CC’对称的，由此标识了相同波长或波带的正交偏振被分离的一个介质波导对，即图7中的介质波导对(51，52)。
光纤21(或用于为所耦合的光提供光路的其它光学元件)被置于二维光栅结构55之上，并且沿着线CC’相对于光栅结构的平均平面的垂线22而有所倾斜。介质波导51、52之间的角度等于或接近于90度，尽管对于器件优化而言该角度最好不等于90度，例如，介于70-110度之间。当二维光栅结构与倾斜的单模光纤物理毗邻时，这种偏离90度的做法是需要的，为的是获得到光学介质波导的基模的高耦合效率。
同样，允许对两个波长或波带进行空间分离正是二维光栅结构55的色散本性。对于波导结构的具体布局(比如所使用的材料)而言，这些波长或波带决定了光栅结构的布局(即光栅周期、光栅蚀刻深度、或光栅层厚度以及光栅结构的占空比)以及光耦合元件(比如光纤21)的倾斜。根据上述设计方法，就可以完成光栅结构55的设计。在以这种方式使用的情况下，当两个波长或波带被空间分离到光学介质波导中或者被组合到单个光纤中时，光栅结构55除了提供光纤到芯片的耦合以外，还提供了双工操作。此外，两个正交偏振的模式被偏振分离到介质波导51、52中，并且这是用于单一波长或波带。对于其它波长或波带，该耦合仍然与偏振有关。当被应用于偏振分集方案中时，如下文所讨论的那样，本方案允许在高折射率对比波导系统中产生集成光路，其表现与一个波带中的光信号的入射光的偏振无关，并且因光栅结构的双工操作来处理以两个分立的波长为中心的光信号。
因为波导结构有互易性，所以对于任一波带内的每一个波长而言，在光学介质波导11，12，41，42，43，44，51，52，53以及光耦合器件(比如光纤)或集成光电子器件中的辐射的传播方向都可以颠倒。
尽管在上述讨论中仅仅以简单的波导结构来描述衍射光栅结构和相关的光学介质波导的结构特性，但是，可以使用更复杂的层结构，例如，包括反射装置(比如，反射结构可以是位于衍射光栅结构13、45、55下方的分布布拉格反射器(DBR)或金属镜子)的结构。当朝着基板发生衍射的光(此时该光被激发从而具有来自任一介质波导的光学波导模式)因底部DBR或金属镜子处的反射而朝上变向时，反射装置的使用就增大了到光纤的耦合效率。此外，在光纤和光学介质波导结构之间，也可以使用防反射层。通过直接向下衍射的光的干涉和直接向上衍射的光的部分反射，顶部一侧的防反射层可以被用于实现向下衍射的光的相消干涉。
根据本发明的各实施方式的光学器件可以按照各种配置来使用，这些光学器件允许实现光纤到波导的耦合以及双工操作，对于一个波长或波带或者对于两个波长或波带而言，还有可能实现与偏振无关的操作。
当被应用于图9所示的配置中时，包括四个介质波导的器件(也被称为四-端子器件，图6)可以被用于获得一种在两个不同的波长或波带附近工作且与偏振无关的集成光路。在本示例中，根据本发明各实施方式的两个完全一样的四-端子光学器件被用于光纤向内耦合和向外耦合，同时两种光学回路61、62是必需的，用于处理每一个波长或波带。例如，这种光学回路可以是波长过滤器，其具有集成的检测器阵列或光源(比如激光光源)。这些回路接下来被复制并被互连，图9示出了其示例。当介质波导对(如上文所定义的那样)的两个介质波导中传播的光构成同一偏振时，因双工光纤到波导光栅耦合器的偏振分离作用，可以获得与偏振无关的操作，因为复制的波导回路对入射辐射起完全一样的作用。
可以按照类似的方式来使用三-端子器件(图8)，其中，偏振分集配置仅仅被应用于单一波长或波带，如图10a、10b所示那样。在图10a中，示出了一种配置，其中光学回路72处理或产生没实现偏振分集的波长或波带的辐射光束，该光学回路72是一种两-端子器件，用于连接到两个完全一样的三-端子双工器件的相应介质波导53。在图10b中，示出了一种配置，其中光学回路72处理或产生没实现偏振分集的波长或波带的辐射光束，该光学回路72是一种单-端子器件，用于连接到上述完全一样的三-端子双工器件之一的介质波导53。在这种情况下，其它双工器件的第三个介质波导53保持未连接。
尽管上文清晰地讨论了各实施方式，但是，本发明的范围并不限于这些配置。其它配置也是可预见的，例如，根据本发明的多路复用器波导耦合器的不同实施方式的组合所构成的配置。例如，通过使用合适的衍射光栅结构(比如二维光栅结构)，一种与图6所示相似的配置可以被用于对具有四个差别很大的波长或波带的辐射构成的四个辐射光束进行多路复用。在这种配置中，四个不同的辐射光束可以被多路分配到用于单一偏振模式的四个不同的介质波导中，反之亦然，在四个不同的介质波导中穿行的四个不同的辐射光束可以被多路复用到一个光耦合元件(比如光纤)中。然而，在这种配置中，二维光栅结构中的偏振分集的优势是不可应用的。其它配置仍然是可能的，例如，一种包括六个介质波导的配置，其中，具有四个差别很大的波长或波带的辐射构成的四个辐射光束被多路复用，其中的两个具有偏振分集(即分离成两个正交偏振的模式)，而另外两个用于单一偏振模式。
尽管在上面的讨论中，关于本发明各实施方式的多路复用器波导耦合器的使用都集中在单模光纤与衍射光栅结构的物理毗邻这一方面，但是，还可以扩展这些结构的使用，例如，用集成光学器件(比如光源或光检测器)来替换一个或两个光纤。这允许在用于执行发射机操作、接收机操作、或收发机操作的集成光路中使用根据本发明各实施方式的光学器件，其中光学回路处理并检测下行光信号，和/或在集成光路上产生上行光信号并且耦合到光纤(比如用于传输下行光信号的同一光纤)。图11示出了这一点，在所示的配置中，集成光路上的光检测器82处理并检测下行光信号84，而在集成光路上产生上行光信号85(例如，由表面发射激光器或发光二极管83产生)，并且被耦合到用于传输下行光信号的同一光纤81。这种光学收发机91的阵列可以被集成到单一平台92上，正如图12所示那样。尽管这是很重要的一类器件，特别对于数据通信应用(比如光纤到户光网络)而言更是如此，但是，集成光电子器件与双工波导耦合器和光纤的结合使用并不限于这一应用。
根据本发明各实施方式的光学多路复用或多路分配的方法包括：在基板(10)上提供至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)和至少一个第二介质波导(12，43，44，53)，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导在一相交处相交；以及在所述相交处提供衍射光栅结构(13，45，55)，其中所述衍射光栅结构被调适，以使来自所述至少一个第一介质波导的第一预定波长的光在一耦合方向上发生衍射，并且还使来自所述至少一个第二介质波导的第二预定波长的光在大致相同的方向上发生衍射。由此，该耦合方向与衍射光栅结构所定义的平均平面的表面法线差别很大。例如，所述第一预定波长和所述第二预定波长之间的差异可能介于20nm和500nm之间。根据本发明各实施方式的多路分配方法可以包括：将来自耦合方向的光信号(例如，由第一波长的辐射和第二波长的辐射构成的两个辐射光束所形成的光信号)耦合到衍射光栅结构；以及使第一预定波长的辐射和第二预定波长的辐射在衍射光栅结构处发生衍射。在这种情况下，该方法包括使所述光信号发生分束，由此，第一波长的辐射被耦合到第一介质波导(11，41，42，51，52)中，第二波长的辐射被耦合到第二介质波导(12，43，44，53)中。根据本发明各实施方式的光学多路复用的方法可以包括：将在第一介质波导(11，41，42，51，52)中穿行的第一波长的辐射所构成的第一辐射光束耦合到衍射光栅结构(13，45，55)；以及将在第二介质波导(12，43，44，53)中穿行的第二波长的辐射所构成的第二辐射光束耦合到相同的衍射光栅结构(13，45，55)，由此，这两个辐射光束被衍射到同一耦合方向上，例如，被衍射到光纤(21，81)或光学元件(82，83)。
在本发明的各实施方式中，光信号可以包括具有第一偏振模式(比如(准)TE)和第二偏振模式(比如(准)TM)的各种光波长。根据本发明各实施方式的光学多路复用或多路分配的方法还可以包括：将光信号耦合到上述三-端子或四-端子器件配置中的多路复用器波导耦合器。在四-端子器件配置中，该方法包括：将光信号分束到四个光学介质波导(41，42，43，44)中，由此，上述正交偏振的模式被分束到大致成直角的两组光学介质波导中，每一组用于传输不同波长或波带附近的光功率。该辐射可以作为(准)TE偏振模式在这组的两个介质波导中传播，或者可以作为(准)TM偏振模式在这组的两个介质波导中传播。在上述三-端子器件配置中，该方法包括：将光信号分束到三个光学介质波导(51，52，53)中，而一个波带附近的正交偏振模式被分束到大致形成直角的一组光学介质波导(51，52)中，其中它们作为(准)TE模式或(准)TM模式传播，同时这组介质波导(51，52)与第三个光学介质波导53传输着不同波带附近的光功率。
可以在图13所示的处理系统200中实现上述对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件的设计方法的实施方式。图13示出了处理系统200的一种配置，它包括耦合到存储器子系统205的至少一个可编程处理器203，该存储器子系统205包括至少一种存储器形式(比如RAM、ROM等)。要注意，处理器203或多个处理器可以是通用的或专用的处理器，可以被包括在一器件(比如具有其它组件以执行其它功能的芯片)中。由此，可以在数字电路中、或在计算机硬件、固件、软件中、或在它们的组合中实现本发明的一个或多个方面。该处理系统可以包括存储子系统207，它具有至少一个盘片驱动器和/或CD-ROM驱动器和/或DVD驱动器。在一些实现方式中，显示系统、键盘和定点器件都可以作为用户界面子系统209的一部分而被包括进来，从而为用户提供手动输入信息。也可以包括用于输入和输出数据的多个端口。还可以包括更多的元件，比如网络连接、到各种器件的接口等等，但是并不限于图13所示的那些。处理系统200的各种元件可以按照各种方式进行耦合，其中包括通过图13所示的总线子系统213，简单的就是单个总线，但是，本领域技术人员应该理解可包括至少一个总线的系统。存储器子系统205的存储器可以在某个时刻保存一组指令的一部分或全部(无论哪种情况，图示是211)，在处理系统200上执行这组指令时可实现上述方法实施方式的各步骤。由此，尽管如图13所示的处理系统200是现有技术，但是，包括上述指令以实现本发明各实施方式的光学器件的设计方法的诸多方面的系统不是现有技术，因此，图13并未被标记为现有技术。
本发明还包括一种计算机程序产品，当在计算设备上执行时，该计算机程序产品提供本发明的任一方法的功能。这种计算机程序产品可以有形地实施在载体介质中，该介质承载着由可编程处理器执行的机器可读代码。由此，本发明涉及一种承载着计算机程序产品的载体介质，当在计算装置上执行时，提供了指令以便执行上述光学器件的任一设计方法。术语“载体介质”是指参与向处理器提供指令以便执行的任何介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于，非易失性介质和传输介质。例如，非易失性介质包括光盘或磁盘，比如作为大容量存贮器的一部分的存储器件。计算机可读介质的普通形式包括CD-ROM、DVD、软磁盘或软盘、磁带、存储芯片或带盒、或任何其它计算机可读取的介质。在将一个或多个指令的一个或多个序列传输给处理器以便于执行的过程中，可以涉及到各种形式的计算机可读介质。上述计算机程序产品也可以通过网络(比如LAN、WAN或互联网)中的载波进行传输。传输介质可以采用声波或光波的形式，比如在无线电波和红外数据通信期间所产生的那些。传输介质包括同轴电缆、铜导线以及光纤，其中包括用于构成计算机内的总线的导线。

Claims (31)

1.一种对具有多个差别很大的预定波长的光进行全光多路复用或多路分配的光学器件，所述光学器件包括：
-形成于基板(10)之上的至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)；
-形成于所述基板之上的至少一个第二介质波导(12，43，44，53)，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导在一相交处相交；以及
-形成于所述相交处的衍射光栅结构(13，45，55)，
其中，所述衍射光栅结构(13，45，55)被调适，以使来自所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)的第一预定波长的光在一耦合方向上发生衍射，并且还使来自所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)的第二预定波长的光在同一耦合方向上发生衍射，所述耦合方向与光栅结构所定义的平均平面上的法线方向差别很大，所述第一预定波长和所述第二预定波长差别很大。
2.如权利要求1所述的光学器件，其特征在于，通过使所述衍射光栅结构(13，45，55)具有至少一个预定的光栅周期、光栅深度、光栅层厚度、或光栅占空比，来调适所述衍射光栅结构(13，45，55)，以在所述耦合方向上将光耦合出来。
3.如权利要求1或2所述的光学器件，还包括：
与所述相交处耦合的光耦合元件(21)，所述光耦合元件提供位于所述耦合方向上的光路，使得所述第一预定波长的光被耦合在所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)和所述光耦合元件(21)之间，还使得所述第二预定波长的光被耦合在所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)和所述光耦合元件(21)之间。
4.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)包括一个第一介质波导，并且所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)包括一个第二介质波导。
5.如权利要求4所述的光学器件，其特征在于，所述一个第一介质波导(11)和所述一个第二介质波导(12)大致以平角相交。
6.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述衍射光栅结构(13)是一维光栅结构。
7.如权利要求1到3所述的光学器件，其特征在于，所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)包括两个第一介质波导，其中，所述光学器件被调适，以使入射到衍射光栅结构(45，55)上的所述第一预定波长的光作为正交偏振的光学模式从所述耦合方向耦合到所述两个第一介质波导中的每一个，在所述两个第一介质波导中的每一个之中所述光具有相同的单模。
8.如权利要求1到3或权利要求7所述的光学器件，其特征在于，所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)包括两个第二介质波导，其中，所述光学器件被调适，以使入射到衍射光栅结构(45，55)上的所述第二预定波长的光作为正交偏振的光学模式从所述耦合方向耦合到所述两个第二介质波导中的每一个，在所述两个第二介质波导中的每一个之中所述光具有相同的单模。
9.如权利要求7或8所述的光学器件，其特征在于，所述衍射光栅结构(45，55)是二维光栅结构。
10.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)和所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)选自由通道波导、平板波导、脊形波导以及带条带的波导构成的组中。
11.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导中的至少一个被调适成支持TE偏振光或准TE偏振光。
12.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述衍射光栅结构(13，45，55)是周期性的光栅结构或非周期性的光栅结构。
13.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述衍射光栅结构(13，45，55)是周期性的光栅结构或非周期性的光栅结构，且由椭圆形结构的图案制成。
14.如权利要求3到13中任一项所述的光学器件，其特征在于，所述光耦合元件(21)包括光纤或光学介质波导。
15.如权利要求3到14中任一项所述的光学器件，其特征在于，所述光耦合元件(21)通过物理毗邻而与所述相交处耦合。
16.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述基板(10)包括额外的多层堆叠体，用于形成位于所述衍射光栅结构(13，45，55)之下的基板反射器。
17.如前述任一项权利要求所述的光学器件，其特征在于，所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)包括第一横向光斑尺寸转换器，并且所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)包括第二横向光斑尺寸转换器，所述第一横向光斑尺寸转换器和所述第二横向光斑尺寸转换器将所述光学器件耦合到一个或多个集成光路(61，62，72，73)。
18.一种对具有多个差别很大的预定波长的光进行光学多路复用或多路分配的光学器件的设计方法，所述方法包括：
针对一系列具有不同光栅结构的衍射光栅，确定第一预定波长的光从第一介质波导(11，41，42，51，52)通过衍射光栅发生衍射的方向；
针对所述一系列具有不同衍射光栅结构的衍射光栅，确定第二预定波长的光从第二介质波导(12，43，44，53)通过所述衍射光栅(13，45，55)发生衍射的方向，所述第二预定波长与所述第一预定波长差别很大；以及
选择光栅结构，使得来自所述第一介质波导(11，41，42，51，52)的所述第一预定波长的光的衍射发生在一耦合方向上，并且来自所述第二介质波导(12，43，44，53)的所述第二预定波长的光的衍射发生在大致相同的耦合方向上，所述耦合方向与光栅结构所定义的平均平面上的法线方向差别很大。
19.如权利要求18所述的光学器件的设计方法，其特征在于，选择所述光栅结构(13，45，55)包括：选择光栅周期、光栅深度、光栅层厚度和光栅占空比中的至少一个。
20.一种计算机程序产品，用于执行如权利要求18或19所述的光学器件的设计方法。
21.一种机器可读数据存储设备，用于存储如权利要求20所述的计算机程序产品。
22.如权利要求20所述的计算机程序产品是通过局域或广域远程通信网络来传输的。
23.一种光学多路复用或多路分配的方法，所述方法包括：
在基板(10)之上提供至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)；
在所述基板(10)之上提供至少一个第二介质波导(12，43，44，53)，所述至少一个第一介质波导和所述至少一个第二介质波导在一相交处相交；
在所述相交处提供衍射光栅结构(13，45，55)；
使第一预定波长的光在所述衍射光栅结构(13，45，55)处发生衍射；以及
使第二预定波长的光在所述衍射光栅结构(13，45，55)处发生衍射，所述第二预定波长与所述第一预定波长差别很大，
其中，所述衍射光栅结构(13，45，55)被调适，以使来自所述至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)的所述第一预定波长的光在一耦合方向上发生衍射，并且还使来自所述至少一个第二介质波导(12，43，44，53)的所述第二预定波长的光在同一耦合方向上发生衍射，所述耦合方向与光栅结构所定义的平均平面的法线方向差别很大。
24.如权利要求23所述的光学多路复用或多路分配的方法，其特征在于，通过调适光栅周期、光栅深度、光栅层厚度和光栅占空比中的至少一个，来调适所述衍射光栅结构(13，45，55)，以在所述耦合方向上将光耦合出来。
25.如权利要求23或24所述的光学多路复用或多路分配的方法，所述方法还包括：使光耦合元件(21)与所述相交处耦合，所述光耦合元件提供位于所述耦合方向上的光路。
26.如权利要求23到25所述的光学多路复用或多路分配的方法，其特征在于，提供至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)包括提供一个第一介质波导，并且提供至少一个第二介质波导(12，43，44，53)包括提供一个第二介质波导。
27.如权利要求26所述的光学多路复用或多路分配的方法，其特征在于，所述一个第一介质波导(11)和所述一个第二介质波导(12)大致以平角相交。
28.如权利要求23到25所述的光学多路复用或多路分配的方法，其特征在于，提供至少一个第一介质波导(11，41，42，51，52)包括提供两个第一介质波导，其中，使第一预定波长的光在所述衍射光栅结构(13，45，55)处发生衍射包括使所述第一预定波长的光作为正交偏振的光学模式耦合到所述两个第一介质波导中的每一个，在所述两个第一介质波导中的每一个之中所述光具有相同的单模。
29.如权利要求23到25或权利要求28所述的光学多路复用或多路分配的方法，其特征在于，提供至少一个第二介质波导(12，43，44，53)包括提供两个第二介质波导，其中，使第二预定波长的光在所述衍射光栅结构(13，45，55)处发生衍射包括使所述第二预定波长的光作为正交偏振的光学模式耦合到所述两个第二介质波导中的每一个，在所述两个第二介质波导中的每一个之中所述光具有相同的单模。
30.如权利要求1到17所述的光学器件的使用，其中，所述第一预定波长介于1250nm和1350nm之间，所述第二预定波长介于1455nm和1605nm之间。
31.如权利要求1到17所述的光学器件被用在诸如光纤到户、光纤到办公室、或光纤到路边等局部接入通信的应用中。
CN200880016125A 2007-04-05 2008-04-04 用于多路复用器波导耦合的方法和系统 Pending CN101720443A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US92196007P 2007-04-05 2007-04-05
US60/921,960 2007-04-05
EP07075449.4 2007-06-07
EP07075449A EP2000836A1 (en) 2007-06-07 2007-06-07 Method and system for a grating multiplexer with optical waveguide coupling
PCT/EP2008/054091 WO2008122607A1 (en) 2007-04-05 2008-04-04 Method and system for multiplexer waveguide coupling

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101720443A true CN101720443A (zh) 2010-06-02

Family

ID=38823571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200880016125A Pending CN101720443A (zh) 2007-04-05 2008-04-04 用于多路复用器波导耦合的方法和系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8594503B2 (zh)
EP (2) EP2000836A1 (zh)
JP (1) JP2010524022A (zh)
CN (1) CN101720443A (zh)
CA (1) CA2682810A1 (zh)
WO (1) WO2008122607A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015184581A1 (zh) * 2014-06-03 2015-12-10 华为技术有限公司 二维光栅偏振分束器及光相干接收机
CN106154412A (zh) * 2015-03-30 2016-11-23 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 耦合器和应用该耦合器的光波导芯片
CN106814425A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 谷歌公司 光子芯片光收发信机
CN106908914A (zh) * 2015-11-20 2017-06-30 谷歌公司 光子芯片光栅耦合器
CN112230336A (zh) * 2020-10-16 2021-01-15 哈尔滨工业大学（深圳） 一种支持片上多模式的任意比例分光器
CN112394448A (zh) * 2020-11-12 2021-02-23 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 光栅耦合器及通信系统
CN114815054A (zh) * 2021-04-01 2022-07-29 台湾积体电路制造股份有限公司 二维光栅耦合器和其制造方法

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2932575B1 (fr) * 2008-06-12 2011-02-18 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage entre une fibre optique et un composant nanophotonique
US8588565B2 (en) 2009-03-20 2013-11-19 Alcatel Lucent Coherent optical detector having a multifunctional waveguide grating
WO2010126492A1 (en) 2009-04-28 2010-11-04 Hewlett-Packard Development Company, L . P . Angled coupling for optical fibers
US8699836B2 (en) 2009-07-07 2014-04-15 Alcatel Lucent Optical coupler
JP5317198B2 (ja) * 2009-08-21 2013-10-16 国立大学法人東京工業大学 グレーティング結合器
FR2950440A1 (fr) * 2009-09-18 2011-03-25 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage entre une fibre optique et un guide d'ondes nanophotonique
US8267583B2 (en) * 2009-10-19 2012-09-18 Oracle America, Inc. Three-dimensional macro-chip including optical interconnects
US8494315B2 (en) 2009-12-17 2013-07-23 Alcatel Lucent Photonic integrated circuit having a waveguide-grating coupler
CN101813807A (zh) * 2010-03-10 2010-08-25 中国科学院半导体研究所 一种绝缘体上的硅基光栅耦合器及其制作方法
US20110249938A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-13 Alcatel-Lucent Usa, Incorporated Optical grating coupler
US20120002971A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Alcatel-Lucent Usa Inc. Polarization-tracking device having a waveguide-grating coupler
US10078190B2 (en) * 2010-12-20 2018-09-18 Alcatel Lucent Multi-core optical cable to photonic circuit coupler
US8705975B2 (en) 2011-02-24 2014-04-22 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Single wavelength bidirectional fiber optical link with beam-splitting element
US8532447B1 (en) * 2011-04-19 2013-09-10 Emcore Corporation Multi-mode interference splitter/combiner with adjustable splitting ratio
JP5767327B2 (ja) 2011-07-19 2015-08-19 日本電信電話株式会社 マルチフロー光トランシーバ、マルチフロー光トランスポンダ及びマルチフロー光ノード
SG188012A1 (en) * 2011-08-26 2013-03-28 Sony Corp An on pcb dielectric waveguide
WO2013034311A1 (en) * 2011-09-09 2013-03-14 Fci Photonic integrated transmitter device, photonic integrated receiver device, and active optical cable transceiver system
SG11201400663YA (en) * 2011-09-15 2014-04-28 Nitto Denko Corp Method and structure for coupling light into a waveguide comprising nano - sized scattering elements
US9195079B2 (en) 2012-01-01 2015-11-24 Acacia Communications, Inc. Three port transceiver
US20130343704A1 (en) * 2012-06-26 2013-12-26 Acacia Communications Inc. Compact mode-size transition using a focusing reflector
US9091827B2 (en) * 2012-07-09 2015-07-28 Luxtera, Inc. Method and system for grating couplers incorporating perturbed waveguides
DE102013212752B4 (de) * 2013-03-01 2024-02-29 IHP GmbH - Innovations for High Performance Microelectronics/Institut für innovative Mikroelektronik Integriert-optische Koppler-Vorrichtung zwischen integriert-optischen Wellenleitern und einer optischen Mehrmodenfaser, sowie optoelektronische Vorrichtung und Anordnung mit einer solchen Koppler-Vorrichtung
US10782479B2 (en) 2013-07-08 2020-09-22 Luxtera Llc Method and system for mode converters for grating couplers
JP5718986B2 (ja) * 2013-07-24 2015-05-13 アルカテル−ルーセント 多機能導波路格子を有するコヒーレント光検出器
US9077450B2 (en) * 2013-09-06 2015-07-07 International Business Machines Corporation Wavelength division multiplexing with multi-core fiber
WO2015047193A1 (en) * 2013-09-26 2015-04-02 Agency For Science, Technology And Research Optical coupling device, photonic integrated circuit, and method of forming an optical coupling device
EP2887110A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-24 IMEC vzw Integrated photonic coupler
US9735869B2 (en) * 2014-02-03 2017-08-15 Luxtera, Inc. Method and system for a bi-directional multi-wavelength receiver for standard single-mode fiber based on grating couplers
US20160337041A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-17 Futurewei Technologies, Inc. Polarization Independent Reflective Modulator
CN107924027B (zh) 2015-06-12 2024-01-23 加利福尼亚太平洋生物科学股份有限公司 用于光耦合的集成靶点波导器件和系统
US9841560B2 (en) * 2015-09-18 2017-12-12 Luxtera, Inc. Method and system for partial integration of wavelength division multiplexing and bi-directional solutions
KR101872077B1 (ko) * 2015-11-17 2018-06-28 한국과학기술원 광 위상 배열 안테나에 적용을 위한 격자 구조를 이용한 나노포토닉 발산기
US10613274B2 (en) * 2016-05-13 2020-04-07 Luxtera, Inc. Method and system for integrated multi-port waveguide photodetectors
WO2017223299A1 (en) 2016-06-22 2017-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Methods and systems for optical beam steering
JP6520879B2 (ja) 2016-09-23 2019-05-29 株式会社豊田中央研究所 スイッチ式光アンテナ、スイッチ式光アンテナアレイ、および光走査装置
US10551640B2 (en) 2016-11-21 2020-02-04 Futurewei Technologies, Inc. Wavelength division multiplexed polarization independent reflective modulators
WO2018129151A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-12 Magic Leap, Inc. Patterning of high refractive index glasses by plasma etching
US10222676B2 (en) 2017-01-27 2019-03-05 Futurewei Technologies, Inc. Polarization insensitive integrated optical modulator
CN117148498A (zh) * 2017-04-19 2023-12-01 卢克斯特拉有限公司 用于二维模式匹配光栅耦合器的方法和系统
US10330959B2 (en) 2017-05-22 2019-06-25 Futurewei Technologies, Inc. Polarization insensitive micro ring modulator
US10243684B2 (en) 2017-05-23 2019-03-26 Futurewei Technologies, Inc. Wavelength-division multiplexed polarization-insensitive transmissive modulator
US11448823B1 (en) * 2017-08-18 2022-09-20 Acacia Communications, Inc. Method, system, and apparatus for a LiDAR sensor with a large grating
US10365435B1 (en) * 2017-10-19 2019-07-30 Inphi Corporation Surface gratings, photonics circuit, and method for wafer-level testing thereof
JP2019124712A (ja) * 2018-01-11 2019-07-25 富士通株式会社 グレーティングカプラ及び光送信器
WO2019212414A1 (en) * 2018-05-02 2019-11-07 National University Of Singapore Subwavelength grating coupler for mid-infrared silicon photonics integration
US11002915B2 (en) * 2018-06-29 2021-05-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Fiber-to-chip grating coupler for photonic circuits
US11349567B2 (en) 2019-03-13 2022-05-31 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Use of waveguides and lenses to improve light communication reception in devices
WO2020197532A1 (en) * 2019-03-22 2020-10-01 Source Photonics, Inc. System and method for transferring optical signals in photonic devices and method of making the system
WO2020222902A1 (en) 2019-04-30 2020-11-05 Massachusetts Institute Of Technology Planar luneburg lens system for two-dimensional optical beam steering
US10958340B2 (en) * 2019-05-09 2021-03-23 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Multi-channel light communications via waveguides
US10948657B2 (en) * 2019-08-02 2021-03-16 Honeywell International Inc. Bichromatic chip to free-space grating coupler
US10895701B1 (en) 2019-09-17 2021-01-19 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Light guide structure with multiple entrances
US11531173B2 (en) * 2021-02-26 2022-12-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Optical coupling apparatus and methods of making same
WO2023121888A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 Pointcloud Inc. Ranging using a shared path optical coupler
FR3144459A1 (fr) * 2022-12-22 2024-06-28 Thales Circuit photonique intégré de démultiplexage d'un faisceau optique incident fortement multimode et de recombinaison

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6760359B2 (en) * 2000-04-28 2004-07-06 Photodigm, Inc. Grating-outcoupled surface-emitting lasers with flared gain regions
US6775427B2 (en) * 2001-03-09 2004-08-10 Photodigm, Inc. Laterally coupled wave guides
US6788847B2 (en) * 2001-04-05 2004-09-07 Luxtera, Inc. Photonic input/output port
GB0208255D0 (en) * 2002-04-10 2002-05-22 Imec Inter Uni Micro Electr Photonic crystal based fiber-to-waveguide coupler for polarisation independent photonic integrated circuits
US7027689B2 (en) * 2003-01-24 2006-04-11 Lucent Technologies Inc. Optical routers based on surface plasmons
US7006732B2 (en) * 2003-03-21 2006-02-28 Luxtera, Inc. Polarization splitting grating couplers

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015184581A1 (zh) * 2014-06-03 2015-12-10 华为技术有限公司 二维光栅偏振分束器及光相干接收机
CN106415346A (zh) * 2014-06-03 2017-02-15 华为技术有限公司 二维光栅偏振分束器及光相干接收机
CN106415346B (zh) * 2014-06-03 2019-05-10 华为技术有限公司 二维光栅偏振分束器及光相干接收机
CN106154412A (zh) * 2015-03-30 2016-11-23 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 耦合器和应用该耦合器的光波导芯片
CN106154412B (zh) * 2015-03-30 2019-08-13 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 耦合器和应用该耦合器的光波导芯片
CN106908914A (zh) * 2015-11-20 2017-06-30 谷歌公司 光子芯片光栅耦合器
CN106814425A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 谷歌公司 光子芯片光收发信机
CN112230336A (zh) * 2020-10-16 2021-01-15 哈尔滨工业大学（深圳） 一种支持片上多模式的任意比例分光器
CN112394448A (zh) * 2020-11-12 2021-02-23 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 光栅耦合器及通信系统
CN112394448B (zh) * 2020-11-12 2023-02-17 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 光栅耦合器及通信系统
CN114815054A (zh) * 2021-04-01 2022-07-29 台湾积体电路制造股份有限公司 二维光栅耦合器和其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2140295A1 (en) 2010-01-06
CA2682810A1 (en) 2008-10-16
WO2008122607A1 (en) 2008-10-16
US20100119229A1 (en) 2010-05-13
EP2000836A1 (en) 2008-12-10
EP2140295B1 (en) 2021-03-10
JP2010524022A (ja) 2010-07-15
US8594503B2 (en) 2013-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101720443A (zh) 用于多路复用器波导耦合的方法和系统
US6870991B2 (en) Fiber-type optical coupler with slanting Bragg diffraction gratings and optical parts and apparatuses using the same
US20100322555A1 (en) Grating Structures for Simultaneous Coupling to TE and TM Waveguide Modes
CN110998391A (zh) 光耦合结构
US9389363B2 (en) Double mirror structure for wavelength division multiplexing with polymer waveguides
EP2062076B1 (en) Method and system for grating taps for monitoring a dwdm transmitter array integrated on a plc platform
US9470846B2 (en) Wavelength division multiplexing with multi-core fiber
KR20130124376A (ko) 방사형 광학 커플러
WO2009156412A1 (en) Method and system for coupling radiation
US20180128977A1 (en) Silicon Photonic Device, Optical Polarisation Beam Coupler and Optical Waveguide Coupler
CN1488079A (zh) 平坦化光相位阵列通带的分段波导
US7006729B2 (en) Optical components having reduced insertion loss
US20240126014A1 (en) Compact dual polarization couplers for multi-core optical fibers
KR20220141719A (ko) 광섬유 광결합기
JP2007147740A (ja) マルチモード一芯双方向デバイス
WO2020257660A1 (en) Multifiber connector for concentric multi-core fiber
Lee et al. PLC platform for bidirectional transceiver with wide multimode output waveguide to receiver
US20240061177A1 (en) Multichannel optical tap devices
Gatdula et al. Bending performance of a dense waveguide superlattice
Teng Design and characterization of optical fiber-to-chip edge couplers and on-chip mode division multiplexing devices
CN100487508C (zh) 双衍射光栅平面光波电路
CN115951452A (zh) 一种基于多相位面的多模波导耦合器
Blau et al. Wavelength demultiplexer operating over mode division multiplexed signals on ribbon fiber
KR20230115439A (ko) 양방향 연마된 실리카 광 도파로를 이용하는 광 모듈 패키지
WO2022192724A1 (en) Optical fiber-to-chip interconnection

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20100602