CN104204879A - 使用全息记录材料的表面法向光耦合 - Google Patents

使用全息记录材料的表面法向光耦合 Download PDF

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Abstract

一种集成电路包括基本充满半导体层中的腔的全息记录材料。在集成电路操作期间，全息记录中的全息图案被重构并且被用来将在半导体层中定义的光波导的平面中传播的光信号通过该腔衍射出该平面。通过这种方式，全息记录材料可以用来将光信号耦合到光纤或者另一个集成电路。

Description

使用全息记录材料的表面法向光耦合
技术领域
本公开一般涉及包括光耦合器的集成电路。更具体地，本公开涉及包括光耦合器的集成电路，其中光耦合器包括将光信号衍射出集成电路的平面的全息记录材料。
背景技术
随着半导体线宽持续减小尺寸同时片上时钟速度增加，片上通信带宽与片外通信带宽之间的差异一直在增大。增大的差异正使得片外通信带宽成为限制整体系统性能的主要瓶颈。该问题在基于大规模并行体系结构的高性能计算系统中尤其严重。
研究人员已经尝试在芯片到芯片互联中使用高速串行收发器以提高片外通信带宽，以便它匹配片上通信带宽。但是，高速串行收发器的带宽密度以及其他现有的导电电气互联典型地被以下限制：拓扑结构、接触和寄生RC限制、以及驱动低阻抗片外信号线时的功率耗散。
硅光子学已被提出作为这些限制的潜在解决方案。硅光子学将光学和微电子学整体地集成在相同的硅CMOS芯片上。它依赖于具有微电子控制的基于硅波导的调制器以将电数据信号转换成在硅光波导中传播的光信号。因为大的折射率，在亚微米横截面尺寸的情况下硅光波导典型地具有高度光封闭。这使得芯片上的小的波导弯曲半径并且从而高密度的光学设备成为可能。
然而，由于硅光波导的亚微米模尺寸，有效地将光耦合进硅芯片和耦合出硅芯片仍然是大的挑战。作为芯片间的传统传输介质之一的光纤典型具有6-10微米的模式尺寸。产生的模式尺寸失配可以导致显著的光学损失。而且，预期未来高性能计算系统将使用波分复用(WDM)以将多个数据信道复用到单个光纤上，以便满足期望的高带宽密度产品。此外，集成光学设备的晶圆级光学测试对低成本解决方案是重要的。
许多光耦合技术已经被提出和实现。例如，锥形光波导已经被用来低损地将光耦合进亚微米尺寸的光波导。此宽带技术可以适应大范围的波长，但典型地需要光纤的边缘耦合，因此通常不允许在芯片表面上定义光耦合器的二维阵列。结果，锥形光波导可能不允许集成光学设备的晶圆级光学测试。此外，锥形光波导经常使用绝缘体上硅(SOI)技术实现，在该技术中，厚的掩埋氧化物(BOX)层附到锥形光波导模以防止泄漏到硅衬底中。这样的厚的BOX层可以限制集成光学设备的热性能。而且，精密边缘抛光经常是必需的以便确保锥形光波导的逆锥尖靠近芯片边缘，这是很难实现的。
另一种光耦合技术使用光栅将表面法向光或者近似表面法向光从光纤耦合进亚微米光波导。这些亚微米光栅结构典型地使用高分辨率深紫外线光刻技术被直接刻蚀到光波导上。为了光学性能，光栅结构通常需要被仔细地设计和制造。但是即使使用最先进的CMOS制造工艺，这样的光栅耦合器的中心波长通常不能被精确地控制。例如因为衬底散射和模式失配，获得小于1dB的耦合损失极为困难，尤其是对芯片到芯片的耦合来说。结果，该耦合技术通常适合亚微米SOI平台。设计用于诸如具有3微米厚半导体层的SOI平台之类的更厚的SOI平台的光栅耦合器通常更加困难。
在另一种光耦合技术中，使用光波导锥(optical-waveguidetaper)和反射镜实现表面法向耦合器。这些表面法向耦合器通常与诸如基于SOI平台中3微米厚的半导体层的硅光波导之类的相对大的硅光波导一同使用。当对于芯片到芯片耦合使用光波导锥以将3微米模式转换成10微米模式已经显示出合理的性能时，进一步的性能提高十分困难，因为：不对称的光波导模式外形、几何限制和光波导锥损失。但是，若没有光波导锥，不得不使用复杂的透镜成像系统以最小化光学损失，这经常涉及更加复杂的设计和制造工艺。
先前的光耦合技术通常需要集成光学设备中部件的精确对准。特别地，为了最小的未对准光学损失，通常需要亚微米对准容限。但是，对准的程度在低成本高产出的设计中可能难以实现。
因此，需要的是不遭受上述问题的集成电路。
发明内容
本公开的一个实施例提供一种集成电路，包括：半导体层中定义的光波导；在半导体层中由表面定义的腔；以及基本充满所述腔的全息记录材料。所述全息记录材料可以将在光波导的平面中传播的光信号通过该腔衍射出所述平面。
注意，半导体可以包括硅。
而且，光信号可以相对于在平面中的传播方向被以90度角衍射。
在某些实施例中，集成电路包括具有沿着垂直于平面的方向的对称轴的光纤，其中全息记录材料将光信号从光波导衍射到光纤。替代地或添加地，全息记录材料沿着垂直于平面的方向衍射光信号，从而将所述光信号从光波导耦合到另一个集成电路中的另一个光波导
该集成电路可以包括：衬底；布置在衬底上的掩埋氧化物层，其中半导体层被布置在所述掩埋氧化物层上，并且其中腔延伸通过所述掩埋氧化物层和所述衬底。注意，衬底可以包括半导体。因此，衬底、掩埋氧化物层和半导体层可以构成绝缘体上硅技术。
进一步，全息记录材料可以包括体衍射光栅以便将光信号中的一系列波长衍射出平面。例如，一系列波长可以是至少40纳米宽。
另一个实施例提供一种包括集成电路的系统(诸如电子设备)。该系统可以包括或可以不包括处理器和存储程序模块的存储器。
另一个实施例提供一种在集成电路中衍射光信号的方法。在操作期间，布置在集成电路中的半导体层中的光波导在光波导的平面中传递光信号。接着，基本上充满半导体层中的由表面定义的腔的全息记录材料将光信号衍射出光波导的平面。
附图说明
图1是例示依据本发明的实施例在全息记录材料中的全息图案的记录期间，集成电路的侧视图的框图。
图2是例示依据本发明的实施例在全息记录材料中的全息图案的重构期间，图1的集成电路的侧视图的框图。
图3是例示依据本发明的实施例在使用全息记录材料中的全息图案将光信号表面法向耦合至光纤期间，图1的集成电路的侧视图的框图。
图4是例示依据本发明的实施例在全息记录材料中的全息图案的记录期间，集成电路的侧视图的框图。
图5是例示依据本发明的实施例在全息记录材料中的全息图案的重构期间，图4的集成电路的侧视图的框图。
图6是例示依据本发明的实施例在使用全息记录材料中的全息图案将光信号表面法向耦合至另一个集成电路期间，图1和图4的集成电路的侧视图的框图。
图7是例示依据本发明的实施例包括集成电路的电子设备的框图。
图8是例示依据本发明的实施例包括集成电路的系统的框图。
图9是例示依据本发明的实施例用于在集成电路中衍射光信号的方法的流程图。
注意，贯穿全部图，类似的标号指代对应的部分。而且，相同部分的多个实例由通过破折号与实例数字分离的公共前缀指定。
具体实施方式
描述了集成电路、包括集成电路的系统、和在集成电路中衍射光信号的方法的实施例。该集成电路包括基本充满半导体层中腔的全息记录材料。在集成电路运行期间，全息记录中的全息图案被重构并且被用来将在半导体层中定义的光波导的平面中传播的光信号通过腔衍射出该平面。通过这种方式，全息记录材料可以用来将光信号耦合到光纤或者另一个集成电路。
通过提供光信号的表面法向耦合，集成电路可以促进光信号以低的光损失从光波导耦合到光纤或者耦合到另一个光波导。因此，光耦合技术可以应对如下挑战：模式匹配，其中光波导模式被转换以匹配输出光纤或输出光波导的光模式；以及从光波导的平面中至表面法向的光传播的90度弯曲。另外，即使当使用具有亚微米光模式尺寸的高对比度的硅光波导时，光耦合技术可以放松对集成电路中组件的对准要求，因而促进低成本和高产出(诸如大阵列中自对准和/或重新工作能力)。
现在我们描述集成电路的实施例。图1示出了在全息记录材料118-1中的全息图案的记录期间，集成电路100-1的侧视图的框图。所述集成电路包括：半导体层110-1(例如硅)中定义的光波导112-1；半导体层110-1中由表面116-1定义的腔114-1；以及基本充满腔114-1的全息记录材料118-1(例如，全息记录材料118-1可以充满腔114-1的90-100％)。参考图2的如下描述，所述全息记录材料可以是使得光场能够被记录并且当原始光场不再存在时随后被重构的表面法向可记录的全息材料。此全息图可用于同时实现模式匹配和90度弯曲。例如，全息记录材料118-1可以包括：高介电常数材料、可被固定的光折射材料等(例如，KTa1-xNbxO3,BaTiO3,LiNbO3,BiSiO3等)。
如图1所示，可以使用光学器件将记录激光源聚焦通过全息记录材料118-1，以生成具有高斯轮廓以及匹配目的耦合模式(例如光纤模式)的正确的束腰尺寸w0和腰位置h(例如光纤末端的位置)的目标激光束。接着，全息记录材料118-1使用端接光波导112-1由参考光束照射。得到的两个光束之间的干涉可以记录一个全息图。所述全息图可以代表体(3D)衍射光栅(诸如衍射图案)，其可以给出在特定角度(诸如高达90度的角度)的此衍射光栅高角度分辨率和效率。(因此，具有记录的全息图的全息记录材料118-1有时被称之为‘表面法向耦合器’。)
在记录以后，记录的体全息光栅结构可以被固定在全息记录材料118-1中(例如，使用温度)。注意，全息图可以是一次写入或者可重构的(即，全息记录材料118-1可以是可重新记录的)。另外，如下面参考图2的显示的，由于记录束从下面对全息记录材料118-1成像，因此在全息图的重构期间光信号210-1被向上衍射。
集成电路100-1可以包括：衬底106-1；布置在衬底106-1上的掩埋氧化物层108-1，其中半导体层110-1布置在所述掩埋氧化物层108-1上，并且其中腔114-1延伸通过掩埋氧化物层108-1和衬底106-1。注意，衬底106-1可以包括诸如硅的半导体。因此，衬底106-1、掩埋氧化物层108-1和半导体层110-1可以构成绝缘体上硅(SOI)技术。
注意，由于半导体层110-1与周围材料的折射率之间的大的差异，图2中的光波导112-1中的光信号210-1(或者光)被高度封闭。在示例实施例中，光波导112-1传递具有1.1至1.7微米的波长的光信号210-1(图2)，诸如具有1.3或1.55微米的基本波长的光信号。此光波导可以具有介于0.25到3微米之间的厚度，以及介于0.5到3微米之间的宽度。因为光波导112-1可以具有准矩形的横截面，因此它可以是准单模组件。而且，掩埋氧化物层108-1可以具有介于0.3到3微米之间的厚度。
图2呈现在全息记录材料118-1中的全息图案的重构期间，集成电路100-1的侧视图的框图。特别地，光波导112-1中的光可以再现在记录期间使用的‘光场’源图案。例如，光信号210-1可以具有与图1中相同的波长(诸如1.3或1.55微米)。因此，记录目标束可以使用完全一样的束参数被重构以便重构全息图。对体相位全息图，所述重构可以是非常有效的。例如，它可以衍射光信号210-1的100％。
因此，全息记录材料118-1可以将在光波导112-1的平面212中传播的光信号210-1通过腔114-1衍射出平面212(即，沿着方向214)。特别地，存储在全息记录材料118-1中的体衍射光栅可以对于光信号210-1中的一范围的波长操作，以便将这些波长衍射出平面212(即，光信号210-1可以相对于在平面212中的传播方向以达到90度的角度或者与集成电路100-1的表面垂直的方向衍射)。例如，所述波长的范围可以是至少40纳米宽。
全息记录材料118-1能够被用于光从光波导表面法向耦合到光纤。当利用匹配光纤模式的目标束记录时，重构的束可以具有匹配所述光纤的几乎完美的模式。结果，可以实现极低损的光波导到光纤的耦合。
这显示在图3中，其呈现在使用全息记录材料118-1中的全息图案将光信号210-1表面法向耦合至光纤310期间，图1的集成电路100-1的侧视图的框图。此光纤可以具有沿着垂直于平面212的方向214的对称轴312。因此，通过重构全息图案，全息记录材料118-1将光信号210-1从光波导112-1衍射到光纤310。
通过反转记录几何结构，全息记录材料118-1可以被配置以便光信号210-1被‘向下’衍射而不是‘向上’(即，与图2和图3中所示的相反的方向)。也注意，可以对于光波导112-1中光信号210-1的两个传播方向记录全息图。
图4和图5示出了‘向下’几何结构的图示。具体地，图4呈现例示在全息记录材料118-1中的全息图案的记录期间，集成电路100-2的侧视图的框图。
当读出(read-out)束重构目标束时，得到的全息图向集成电路100-2的底部衍射光信号210-2。这显示在图5中，其呈现例示在全息记录材料118-1中的全息图案的重构期间，集成电路100-2的侧视图的框图
往回参考图1，使用此方法可以创建光通路，其将光信号210-1从光波导112-1衍射到集成电路100-1或者另一个集成电路中的另一个光波导(即，芯片内或芯片间耦合)，这可以对芯片的3D堆叠有用。这显示在图6中，其呈现例示在使用全息记录材料118中的全息图案将光信号210-1表面法向耦合至集成电路100-2期间，集成电路100-1的侧视图的框图。在此例子中，可以使用相等的目标束记录全息记录材料118-1中的全息图。
因此，全息记录材料118-1可以将光信号210-1衍射到全息记录材料118-2，全息记录材料118-2将光信号210-1衍射进光波导112-2中(即，进光波导112-2的平面212中)。(换句话说，全息记录材料可以用作光波导到光波导的光学近似耦合或OPxC的光通路。)虽然硅衬底106在1.3或1.55微米波长处是透明的，但是反射也可能会发生。结果，至少衬底106的一部分可以被选择性移除。
因为全息记录材料能够在原地制造，因此由于封装未对准引起的损失可以被减小或者最小化。例如，在图3中光纤310能够在记录前与腔114-1粗略地对准。因为当全息图被记录时，记录激光源接着与光纤310对准，所以所述全息图可以自动将光波导112-1与光纤310对准。与图6中所示的光波导到光波导的耦合类似，在所述全息图被记录以前，集成电路100可以被粗略对准地集成在一起。两个具有相同对焦束参数并且被对准和彼此面对的记录激光源，然后能够被用来在全息记录材料118中记录全息图。在记录以后，来自光波导112-1的光信号210-1可以通过全息记录材料118-1被耦合到光波导112-2，而不用遭受由于集成和封装的未对准(以及光学损失)。
表面法向耦合器可以用来实现波分复用(WDM)。特别地，表面法向耦合器可以是宽带的。例如，它可以在大的波长范围中(诸如在C波段中，介于1.520到1.560微米)具有高且统一的效率。这可以通过利用期望范围内的全部波长记录全息图来实现。多波长的全息记录可以在体全息记录介质中实现。
但是，注意，衍射光栅的全息记录仅仅与满足相干要求的匹配波长成对发生。例如，当波长λ1的目标束与波长λ1的参考束干涉时，衍射光栅才形成。衍射光栅不在λ1与λN(其中N不是1)之间形成。因此，如果在期望的波长范围内有N个需要的离散波长，则可以记录N个离散的体衍射光栅。
注意，全息体衍射光束可以是高度波长选择性的。结果，在全息图重构期间，当波长λ1的信号束入射进光波导112-1时，只有波长λ1可以被90度衍射(角弯曲)并且用于耦合的正确的模场(mode field)在那个波长下建立。
通常，体全息图的多波长记录能够以多种方式实现。例如，宽带激光源可以一分为二。一个路径可以进入光波导112-1的信号路径，第二个路径可以提供经过光学器件中的透镜装置的参考束。接着，如前提到的，可以创建所有匹配的波长对的体全息记录。
替代地，激光波长的离散集合可以被复用(例如，使用诸如阶梯(echelle)光栅的复用元件)并且分成两个路径。一个路径可以进入光波导112-1的信号路径，第二个路径可以提供经过光学器件中的透镜装置的参考束。接着，又一次，可以创建所有匹配的波长对的体全息记录。
现在我们描述电子设备和系统的实施例。图7呈现例示包括诸如集成电路100-1(图1-3和6)或者100-2(图4-6)的集成电路710的电子设备700的框图。
图8呈现包括诸如集成电路100-1(图1-3和6)或者100-2(图4-6)的集成电路808的系统800的框图。系统800可以包括：可以通过一条或多条信号线822耦合到系统800中的其他组件的一个或多个处理器810；通信接口812；以及用户接口814。注意一个或多个处理器(或处理器核)810可以支持并行处理和/或多线程操作，通信接口812可以具有永久的通信连接，并且所述一个或多个信号线822可以构成通信总线。而且，用户接口814可以包括：显示器816、键盘818、和/或诸如鼠标的指示器820。
系统800中的存储器824可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。更具体地，存储器824可以包括：ROM、RAM、EPROM、EEPROM、闪存、一个或多个智能卡、一个或多个磁盘存储设备、和/或一个或多个光学存储设备。存储器824可以存储操作系统826，其包括用于处理用于执行硬件依赖任务的各种基本系统服务的程序(或者指令集)。而且，存储器824也可以在通信模块828中存储通信程序(或者指令集)。这些通信程序可以用于与一个或多个计算机、设备和/或服务器、包括相对于系统800远程放置的计算机、设备和/或服务器进行通信。
存储器824也可以包括一个或多个程序模块830(或者指令集)。注意一个或多个程序模块830可以构成计算机程序机构。存储器824中各种模块中的指令可以被以下述方式实现：高级程序语言、面向对象的编程语言、和/或汇编或机器语言。编程语言可以被编译或解释，即可配置或被配置，以由一个或多个处理器(或处理器核)820执行。
系统800可以包括但是不限于：服务器、膝上型计算机、通信设备或系统、个人计算机、工作站、大型机计算机、刀片机、企业计算机、数据中心、便携计算设备、平板计算机、蜂窝电话、超级计算机、网络附加存储(NAS)系统、存储区域网(SAN)系统、电子设备、和/或其他电子计算机设备。
注意集成电路808的实施例可以用于各种各样的应用中，包括：VLSI电路、通信系统(诸如在波分复用中)、存储区域网、数据中心、网络(诸如局域网)、和/或计算机系统(诸如多核处理器计算机系统)。例如，集成电路可以包括在耦合到多处理器刀片机的底板中，或者集成电路可以耦合不同类型的组件(诸如处理器、存储器、输入/输出设备，和/或外围设备)。因此，集成电路可以执行如下功能：交换机、集线器、桥接器、和/或路由器。
通常，系统800可以在一个位置或者可以分布在多个地理上分散的位置。而且，系统800的所有功能或者部分功能可以实现在专用集成电路(ASIC)中和/或一个或多个数字信号处理器(DSP)中。进一步，先前实施例中的功能可以更多在硬件中实现，更少在软件中实现，或者更少在硬件中实现并且更多在软件中实现，如现有技术所知。
先前实施例可以包括更少组件或者附加组件。而且，尽管集成电路和系统被例示为具有大量分立部件，但是这些实施例预期是对可以被呈现的各种特征的功能性描述，而不是在此描述的实施例的结构示意。因此在这些实施例中，两个或更多个组件可以组合为单个组件和/或一个或多个组件的位置可以改变。进一步，两个或更多个先前的实施例中的特征可以与另外一个组合。
在某些实施例中，集成电路808与SOI平台(包括具有宽范围的层厚度的SOI平台)和/或诸如制造在玻璃衬底上的其他光集成电路(PIC)一同使用。
注意集成电路808可以使用加性工艺(即材料沉积工艺)制造和/或减性工艺(即材料移除工艺)制造。例如，所述工艺可以包括：溅射、电镀、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀、光刻技术和/或直接写入技术。在示例实施例中，腔114-1(图1)使用减性工艺定义并且全息记录材料118-1(图1)使用加性工艺沉积。额外地，这些工艺可以利用广泛的材料，包括：半导体、金属、玻璃、蓝宝石、有机材料、陶瓷材料、塑料和/或二氧化硅。因此，尽管先前实施例例示了具有衬底和半导体层中硅的集成电路，但是可以使用广泛的材料。例如，衬底可以包括玻璃或塑料。
现在我们描述方法的实施例。图9呈现例示用于在诸如集成电路100-1(图1-3和6)或者100-2(图4-6)的集成电路中衍射光信号的方法的流程图。在操作期间，布置在集成电路中的半导体层中的光波导在光波导的平面中传递光信号(操作910)。接着，基本充满半导体层中的由表面定义的腔的全息记录材料将光信号衍射出光波导的平面(操作912)。
在方法900的实施例中，存在额外的或更少的操作。而且，操作的顺序可以改变、和/或两个或更多个操作可以组合为单个操作。
上述描述旨在令任何本领域技术人员制造和使用本公开，并且在特定应用和它的要求的背景下提供。而且，仅出于描述和例示的目的呈现本公开的实施例的上述描述。它们非旨在穷尽或者限制本公开为所述公开的形式。相应地，许多修改和变种对本领域技术从业者是明显的，并且此处定义的基本原理可以施加到其他实施例和应用而不违背本公开的精神和范围。另外，先前实施例的讨论非旨在限制本公开。因此，本公开非旨在限制为显示的实施例，而是应根据与此处公开的原理和特征相一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种集成电路，包括：
在半导体层中定义的光波导；
在所述半导体层中的由表面定义的腔；以及
基本充满所述腔的全息记录材料，其中所述全息记录材料被配置成将在光波导的平面中传播的光信号通过所述腔衍射出所述平面。
2.如权利要求1所述的集成电路，其中半导体包括硅。
3.如权利要求1所述的集成电路，其中所述光信号被相对于在平面中的传播方向以90度角衍射。
4.如权利要求1所述的集成电路，还包括具有沿着垂直于所述平面的方向的对称轴的光纤，其中所述全息记录材料被配置成将光信号从光波导衍射到光纤。
5.如权利要求1所述的集成电路，其中所述全息记录材料沿着垂直于所述平面的方向衍射光信号，从而将所述光信号从光波导耦合到另一个集成电路中的另一个光波导。
6.如权利要求1所述的集成电路，还包括：
衬底；以及
布置在衬底上的掩埋氧化物层，其中所述半导体层被布置在所述掩埋氧化物层上，并且其中所述腔延伸通过所述掩埋氧化物层和所述衬底。
7.如权利要求6所述的集成电路，其中所述衬底包括半导体。
8.如权利要求6所述的集成电路，其中所述衬底、掩埋氧化物层和半导体层包括绝缘体上硅技术。
9.如权利要求1所述的集成电路，其中所述全息记录材料包括体衍射光栅以便将光信号中的一范围的波长衍射出所述平面。
10.如权利要求9所述的集成电路，其中所述波长的范围为至少40纳米宽。
11.一种系统，包括：
处理器；
被配置成存储程序模块的存储器，其中所述程序模块被配置成由所述处理器执行；以及
集成电路，其中所述集成电路包括：
在半导体层中定义的光波导；
在所述半导体层中由表面定义的腔；以及
基本充满所述腔的全息记录材料，其中所述全息记录材料被配置成将在光波导的平面中传播的光信号通过所述腔衍射出所述平面。
12.如权利要求11所述的系统，其中半导体包括硅。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述光信号被相对于在平面中的传播方向以90度角衍射。
14.如权利要求11所述的系统，还包括具有沿着垂直于所述平面的方向的对称轴的光纤，其中所述全息记录材料被配置成将光信号从光波导衍射到光纤。
15.如权利要求11所述的系统，其中所述全息记录材料沿着垂直于所述平面的方向衍射光信号，从而将所述光信号从光波导耦合到另一个集成电路中的另一个光波导。
16.如权利要求11所述的系统，还包括：
衬底；以及
布置在衬底上的掩埋氧化物层，其中半导体层被布置在所述掩埋氧化物层上，并且其中所述腔延伸通过所述掩埋氧化物层和所述衬底。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述衬底、掩埋氧化物层和半导体层包括绝缘体上硅技术。
18.如权利要求11所述的系统，其中所述全息记录材料包括体衍射光栅以便将光信号中的一范围的波长衍射出所述平面。
19.如权利要求11所述的系统，还包括集成电路的第二实例，其中所述第二实例中的第二腔与所述腔对准，以便将衍射的光信号从所述集成电路传递到所述第二集成电路。
20.一种用于在集成电路中衍射光信号的方法，包括：
在集成电路中的半导体层中布置的光波导的平面中传递光信号；以及
使用基本充满所述半导体层中的由表面定义的腔的全息记录材料，将光信号衍射出光波导的平面。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106164722A (zh) * 2014-04-09 2016-11-23 华为技术有限公司 边缘耦合设备制造

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140169737A1 (en) * 2012-12-17 2014-06-19 Oracle International Corporation Transceiver with self-registered wavelengths
US11251580B2 (en) * 2018-10-31 2022-02-15 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated optical device with a waveguide and related manufacturing process
EP3886091A1 (en) 2020-03-26 2021-09-29 Microsoft Technology Licensing, LLC Holographic storage
EP3886092A1 (en) 2020-03-26 2021-09-29 Microsoft Technology Licensing, LLC Holographic storage
EP3886093A1 (en) 2020-03-26 2021-09-29 Microsoft Technology Licensing, LLC Optical data transfer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037039A (zh) * 1988-01-15 1989-11-08 纳幕尔杜邦公司 光波导器件、制造该器件的零件以及制造该器件和零件的方法
EP0423702A2 (en) * 1989-10-16 1991-04-24 E.I. Du Pont De Nemours And Company Multiplexer-demultiplexer for intergrated optic circuit
US5745421A (en) * 1996-11-08 1998-04-28 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for self-timed precharge of bit lines in a memory
US6815828B1 (en) * 2000-07-18 2004-11-09 Northrop Grumman Corporation Large multi-function integrated circuit device
US20070154144A1 (en) * 2000-03-16 2007-07-05 Lightsmyth Technologies Inc Distributed optical structures designed by computed interference between simulated optical signals
US7269326B2 (en) * 2001-04-05 2007-09-11 Luxtera, Inc. Photonic input/output port

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4838630A (en) * 1987-12-21 1989-06-13 Physical Optics Corporation Holographic planar optical interconnect
US5568574A (en) 1995-06-12 1996-10-22 University Of Southern California Modulator-based photonic chip-to-chip interconnections for dense three-dimensional multichip module integration
US6285813B1 (en) * 1997-10-03 2001-09-04 Georgia Tech Research Corporation Diffractive grating coupler and method
US6987911B2 (en) * 2000-03-16 2006-01-17 Lightsmyth Technologies, Inc. Multimode planar waveguide spectral filter
US20040126061A1 (en) 2002-07-03 2004-07-01 Arkady Bablumyan Holographic photonic integrated circuit
TWI274336B (en) * 2004-04-14 2007-02-21 Samsung Electronics Co Ltd Hologram memory medium, apparatus and method of recording and/or reproducing information with respect to the hologram memory medium
WO2009119576A1 (ja) * 2008-03-25 2009-10-01 日産化学工業株式会社 偽造防止ホログラム用感光性組成物及び偽造防止ホログラム媒体
WO2010140997A1 (en) 2009-06-02 2010-12-09 Vladimir Yankov An integrated planar optical device based on digital planar holography

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1037039A (zh) * 1988-01-15 1989-11-08 纳幕尔杜邦公司 光波导器件、制造该器件的零件以及制造该器件和零件的方法
EP0423702A2 (en) * 1989-10-16 1991-04-24 E.I. Du Pont De Nemours And Company Multiplexer-demultiplexer for intergrated optic circuit
US5745421A (en) * 1996-11-08 1998-04-28 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for self-timed precharge of bit lines in a memory
US20070154144A1 (en) * 2000-03-16 2007-07-05 Lightsmyth Technologies Inc Distributed optical structures designed by computed interference between simulated optical signals
US6815828B1 (en) * 2000-07-18 2004-11-09 Northrop Grumman Corporation Large multi-function integrated circuit device
US7269326B2 (en) * 2001-04-05 2007-09-11 Luxtera, Inc. Photonic input/output port

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. K. CELLERA, SORIN CRISTOLOVEANU: "Frontiers of silicon-on-insulator", 《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106164722A (zh) * 2014-04-09 2016-11-23 华为技术有限公司 边缘耦合设备制造

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Publication number Publication date
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WO2013152207A1 (en) 2013-10-10

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