CN104380156A

CN104380156A - 平面光学分支电路

Info

Publication number: CN104380156A
Application number: CN201380018330.7A
Authority: CN
Inventors: M.鲍兰格; Y.申; D.祖纳
Original assignee: Finisar Corp
Current assignee: Finisar Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: EP2810109A4; EP2810109A1; US9335469B2; EP2810109B1; WO2013116563A1; EP2810109C0; US20130195404A1; CN104380156B

Abstract

本发明涉及一种分支波导电路，其中两个或更多波导从主波导分支，在其之间限定从所述主波导延展的中间区域。该中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使得所述孔的深度以对到主波导的距离的孔深度的平均斜率远离所述主波导来增加。这样，可以减小由于主和分支波导之间的过渡引起的损耗。

Description

平面光学分支电路

技术领域

本发明的实施例涉及平面光波电路，并且更特别地，涉及具有夹在多个分支或接合波导（比如星形耦合器/分离器或Y分支波导）之间的区域的平面光波电路。

背景技术

按照惯例，形成在平面基底上的平面光波电路可以具有各种功能，诸如多路复用/多路分解、光学分支和光学切换。对于诸如波长多路复用网络系统和接入网络的应用来说，多路复用器/多路分解器和光学分支波导是重要的无源部件。

图8到10示出包括本领域中公知的阵列波导光栅（AWG）多路复用器/多路分解器的平面光波电路的实施例。可以使用硅玻璃来实施所示的电路，其中形成波导的硅玻璃通常是掺杂的以便获得比周围的覆盖材料更高的折射率。还可以使用用于形成平面波导电路的其它材料，诸如本领域中公知的SiON、LiNbO3、InP、GaAs、InGaAsP、绝缘体上硅、聚合物和纳米线。本发明的实施例原则上与以适用于平面光学器件的所有材料的实施方式（尤其是前面提到的材料中的任一个）相关。图8示出阵列波导光栅多路复用器/多路分解器。图9示出阵列波导光栅多路复用器/多路分解器的一部分。图10示出沿着图9中的线B-B’得到的截面的一部分。

如图8中所示的那样，在该阵列波导光栅多路复用器/多路分解器中，首先，从输入波导801入射的信号光在输入侧平板波导802中被扩展并且冲击阵列波导803。为了简化参照，遍及本文应用笛卡尔坐标系。该坐标系由光学电路来限定以使得（x,z）坐标跨越平面光学电路的平面并且z轴沿着光传播的方向。要注意，一般来说，当提到多个通道波导或波导之间的中间区域时，z轴指代波导中组合光分布的传播方向而不是基本上受限于单个通道波导的模式的传播方向。在一个实施例中，在中间区域中z轴与中心线相对应，该中心线具有到分支通道波导的相等距离。来自2个或更多波导的组合光分布有时也被称为本领域中的超级模式。于是x轴限定也在芯片平面中的横向方向，并且y轴限定垂直于芯片平面的维度（参见例如局部坐标系810）。沿着x轴的度量被称为宽度，沿着y轴的度量被称为高度并且沿着z轴的度量被称为长度。在本文中，y=0被限定在下覆层和芯层之间的界面处。这意味着对于高度h的芯层，芯层和顶覆层之间的界面在y=h处。芯层包括2D平面光学电路以及在横向方向上限制（多个）波导的覆盖材料。芯层被夹在下覆层和顶覆层之间。在y=0处的下覆层和芯层之间的界面也被称为芯层的底部，并且在y=h处的芯层和顶覆层之间的界面也被称为芯层的顶部。通常，波导的芯部材料从芯层的底部延伸到顶部。

平板波导被限定为至少相对于单个阵列波导中的限制而言在横向x方向上对光基本上没有限制的波导。在本发明的上下文中，在一个实施例中，平板波导具有单个波导的横向延伸的2倍的横向延伸（也被称为波导的宽度）或更多，诸如3倍或更多，诸如4倍或更多，诸如5倍或更多，诸如6倍或更多，诸如10倍或更多。在这里，在任何锥形物外部测量单个波导的宽度。在一个实施例中，宽度是最最小的宽度。在阵列波导803中，因为在邻近波导之间设置光学路径长度差，所以通过阵列波导803引导的并且入射在输出侧平板波导804上的信号光具有在阵列中的邻近波导之间的固定相位差。因此，根据满足衍射条件的波长，该信号光被不同输出波导805聚焦和多路分解。

如图9和10中所示，在阵列波导803中，夹芯803a明显彼此分离。在阵列波导803和输入侧平板波导802或输出侧平板波导804之间的连接部分中，在夹芯803a之间形成μm量级的间隔。如图10中所示，每个夹芯803a被夹在下和顶覆层806和807之间（该下和顶覆层806和807由具有折射率比夹芯803a的折射率更低的材料（例如硅玻璃）制成），由此形成光学波导。

对分支器件的挑战是由于从主波导（即在图8中示出的AWG的情况下的平板波导802）到分支波导803的过渡而引起的损耗。在这里，振荡电磁场经历折射率分布的突然变化。一般来说，如果折射率的过渡被平滑或使得较不突然，则该过渡损耗可以被减小。

在分支波导之间，通常在中间区域的相应夹芯803a之间形成大约μm的间隔。在分支点处的相应波导之间的间隔理想地为零（0）以便使来自分支波导之间的间隔的过渡损耗最小化。然而，在形成波导的工艺中使用的平板印刷和蚀刻技术具有它们有限的分辨率，并且在分支点处的相应波导（夹芯）（例如基于玻璃的波导）之间的间隔因此通常是约1μm或更多。

因为这些原因，在常规平面光波电路中，来自过渡的过多波导损耗在这样的分支部分或组合部分处发生。因此，已经出现对降低该部分处的过渡损耗的要求。要注意，尽管关于波导分支波导（即光从主波导传播到分支波导）讨论的本发明的实施例，但是本发明也适用于将波导组合到主波导。在本发明的上下文中，因此术语分支波导也指代其中在分支波导中的光朝向主波导传播的组合波导。

美国专利6,304,706提供一种降低分支点处的过渡损耗的方法。在这里，埋层被添加在从分支点分支的两个夹芯之间的区域中，并且随着离分支点距离的增加埋层的厚度减小，因为夹芯之间的间隔增加。图7a示出从平板波导的夹芯703延伸到形成在基底701上的下覆层702的埋层704的高度线性减小。在这种情况下，埋层704的倾斜角θ是0.46°。埋层的折射率比覆层的折射率更高，并且夹芯的折射率不小于埋层的折射率。在一些实施例中，埋层由与夹芯相同的材料制成。图7b示出在Y分支部分（诸如图4b中讨论的Y分支部分）中的两个分支夹芯403a之间中间隔的埋层420（图7示出沿着线B-B’的截面）。埋层704构成材料的3D锥化，其中术语3D指代与平面光学电路的2D布局相比厚度沿着y轴逐渐变细。

与分支波导有关的过渡损耗的问题也适用于在图4b中示出的1×8分离器电路中应用的Y分离器。在这里，从形成在下覆层401上的输入波导402的输入端输入信号光。该信号光由Y分支1×8分离器电路的波导403引导并且从输出波导404的输出端输出。在由6,304,706专利公开的一个实施例中，在Y分支部分中实施埋层420，即，如图4b的放大图中所示，用图4b中的圆圈包围的区域由与用于的两个分支夹心403a之间的区域中的夹芯403a的材料相同的材料制成。当在例如沿着图4a中的线B-B'得到的截面处查看时，埋层420被夹在下覆层401上的两个分支夹芯403a之间，如图7b中所示。上覆层404被形成以覆盖这些部件。

该现有技术解决方案需要复杂的平板印刷技术以便产生渐进层的平滑斜面。而且，仍可以改进过渡损耗。

因此，存在一种对减少与从一个波导分支的波导有关的过渡损耗的可替换、简化和/或改进的方法的需要。

发明内容

在所公开的实施例中，提供一种平面光学分支器件以减少光在构成平面光波电路的波导的分支点和该分支点的外围部分处的过渡损耗。例如，该分支器件包括：

a．由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层，

b．由下覆盖材料形成的平面下覆层，

c．直接在所述顶覆和下覆层之间的平面芯层，其中由受限于覆盖材料的夹芯材料形成波导，以及

d．在从主波导分支的所述芯层中的一对分支通道波导，限定在其之间的从所述主波导延展的芯层中的中间区域，

其中所述中间区域包括填充有覆盖材料的多个孔，其从所述顶覆层和所述芯层（即芯层的顶部）之间的界面延伸到具有比覆盖材料更高的折射率的中间材料中，所述孔被布置成使得所述孔的深度在超过所述中间区域的至少30%上以小于10%的作为离所述主波导的距离的函数的平均斜率来远离所述主波导增加。在本文中，短语离开增加指的是总趋势并且不排除邻近孔具有恒定深度或者孔的深度沿着中间区域的一部分减小的可能性。在一个实施例中，小于10%的斜率指的是（中间区域中的）所述孔的深度从最靠近所述主波导的第一个孔到最远离所述主波导的最后一个孔以作为离所述主波导的距离的函数的平均斜率远离所述主波导的增加。对于一些实施例，斜率更高或甚至更低以提供平滑过渡，诸如所述平均斜率小于或等于45%，诸如小于或等于40%，诸如小于或等于30%，诸如小于或等于20%，诸如小于或等于10%，诸如小于或等于8%，诸如小于或等于6%，诸如小于或等于4%，诸如小于或等于2%，诸如小于或等于1.75%，诸如小于或等于1.5%，诸如小于或等于1%，诸如小于或等于0.5%，诸如小于或等于0.25%，诸如小于或等于0.15%，诸如小于或等于0.1%。在一个实施例中，在中间区域的较小或较大百分比上施加孔使得所述平均斜率超过所述中间区域的至少10%，诸如超过所述中间区域的至少20%，诸如超过所述中间区域的至少30%，诸如超过所述中间区域的至少40%，诸如超过所述中间区域的至少50%，诸如超过所述中间区域的至少60%，诸如超过所述中间区域的至少70%，诸如超过所述中间区域的至少80%，诸如超过所述中间区域的至少90%，诸如超过所述中间区域的至少95%，诸如沿着整个中间区域。在一个实施例中，中间区域的剩余部分具有基本上恒定的高度。在一个实施例中，剩余中间区域的一部分或所有与US 6,304,706（通过参考将其内容整体合并于此）的那个相似地倾斜。在一个实施例中，剩余中间区域的一部分或所有不具有3D结构。在一个实施例中，剩余中间区域的一部分或所有包括如在美国专利5,745,618（通过参考将该其内容整体合并于此）（特别参见图2-8和对应的正文）或US 2008/0292239（通过参考将其内容整体合并于此）（特别参见图7）中描述的与分支波导相交的一个或多个路径。在US6,304,706的术语学中，中间区域取代埋层。替代地，通过在中间材料（通常等同于夹芯材料）中具有从芯层的顶部朝向芯层的底部延伸的孔来形成3D结构。这些孔的深度作为离分支点的距离的函数来变化（参见例如图3b和3c）。如下文所讨论的，发明人已经发现在一个实施例中通过常规掩模技术相对简单地操控孔的深度和孔的间隔，并且因此本发明可以提供设计的延伸的自由度和/或相对简单的生产。

如果夹芯材料或中间材料中的孔或其它结构足够小，则与结构互作用的光将基本上不受到单个结构的影响，但是光将受到平均折射率的影响。因此，在该发明的一个实施例中，如果中间区域中的各个结构（诸如孔1、脊17和/或整个夹芯长度14中的一个或多个）比z中的某一“最大特征长度”更短则损耗将被改进。这些特定特征稍后在文中定义。最大特征长度取决于诸如波长、模式尺寸和被视为基本上不会受到影响的事物的阈值集之类的因素。用于优化作为整体的器件和中间区域的设计的适当方法是光学器件或其小部分的光束传播的计算机模拟。可替换地，可以导出分析估计。预期下面的方法提供保守的结果，使得预期实际最大长度将比所估计的更长。为了估计最大特征长度，考虑某一宽度的单通道波导。最大特征长度被估计为z方向上中断的最大长度，对于其，当在该中断之后模式再次进入波导时，模式失配损耗在阈值以下。模式失配损耗是根据评估在长度z的中断期间通道波导的初始场分布和在辐射之后的场分布之间的重叠积分而计算。为了估计长度，为简单起见，中断被假定为在x轴上是完全的且在y轴上是可忽略的。对于同一长度z，预期本发明所建议的波导结构的任何变化导致相似或较小的模式失配损耗。例如当中间区域中存在特征（诸如孔1、脊17和/或整个夹芯长度14中的一个或多个）时，发生波导结构的该变化。在一个实施例中，存在数百个特征，所以模式失配损耗的阈值被设置成-0.001dB。这确保所有这些特性的损耗的和将不多于大约0.1dB。最大模式失配损耗的其它适当阈值的示例包括-0.002dB或-0.003dB。在一个实施例中，中间区域包括10或更多个孔，诸如20或更多个孔，诸如30或更多个孔，诸如40或更多个孔，诸如50或更多个孔，诸如60或更多个孔，诸如70或更多个孔，诸如80或更多个孔，诸如90或更多个孔，诸如100或更多个孔，诸如125或更多个孔，诸如150或更多个孔，诸如175或更多个孔，诸如200或更多个孔，诸如250或更多个孔，诸如300或更多个孔，诸如350或更多个孔。考虑将成为高斯型的（Gaussian）波导模式有助于基于在折射率为n的材料中的高斯光束辐射的宽度的开方（evolution）找到z上最大特征长度的解析解（参见Katsunari Okamoto,“Fundamentals of Optical Waveguides”，Academic Press（2000），第二章43页，通过参考将其内容整体合并于此）：

其中是沿着轴在中断之前场的初始光斑尺寸（即是离电场在其处变成峰值的1/e的中心的径向距离），该轴是其中存在不受约束辐射的任何轴，在这种情况下其是轴x；λ是波长，z是传播的长度；n是材料的折射率并且是场的光斑尺寸。在优选实施例中，通道波导具有6×6μm的大小（其中夹芯和覆盖材料之间的折射率的差是其中在x轴上存在不受约束辐射的材料的1.5的折射率的0.75%）和1.5μm的波长。利用模式解算器来计算波导结构的基本模式场以及利用高斯模式来使重叠积分损耗最小化产生3.8μm的光斑尺寸。对于该光斑尺寸，-0.001dB的阈值与2%的扩展相对应，所以找出对于的最大长度。使用等式2，这导致对于1.5μm的波长和1.5的指标的10μm的所估计的最大特征长度。要注意，所估计的最大长度取决于光斑尺寸，使得例如，覆层和夹芯之间的较大折光率差（index difference）将导致减小的最大特征长度—其它一切均等。

在一个实施例中，中间区域的孔比最大特征长度更短的百分比，诸如10%或更多，诸如25%或更多，诸如50%或更多，诸如75%或更多，诸如全部孔都更短。在一个实施例中，这些孔比最大特征长度更长，但是仅更长3倍，诸如仅更长2倍，诸如仅更长50%，诸如仅更长25%。在一个实施例中，被计算为节距减去孔长度的孔的分离比最大特征长度更短，诸如10%或更多，诸如25%或更多，诸如50%或更多，诸如75%或更多，诸如所有孔的分离都更短。在一个实施例中，这些分离比最大特征长度更长，但是仅更长3倍，诸如仅更长2倍，诸如仅更长50%，诸如仅更长25%。在这里，在一个实施例中基于等式2来计算最大长度，并且基于分支波导远离中间区域的配置以及被布置成平面光学器件针对其进行操作的波长来确定初始光斑尺寸。在一个实施例中，阈值小于-0.05dB，诸如小于-0.025dB，诸如小于-0.005dB，诸如小于-0.003dB，诸如小于-0.002dB，诸如小于-0.001dB。

还要注意，使用较大的特征可以降低总损耗，诸如通过提供而是具有更少特征的每特征更高的损耗和/或在特征与光的一小部分相互作用的情况下。

在一个实施例中，孔的至少一部分被布置，因而作为沿着中间区域的z的函数的平均指标缓慢变化，使得平均指标变化对比z的比率的绝对值小于在15μm的长度上（诸如在20μm的长度上，诸如在50μm的长度上，诸如在75μm的长度上，诸如在100μm的长度上，诸如在150μm的长度上，诸如在200μm的长度上）夹芯和覆层指标之间的差（即）。在一个实施例中，x和y方向上的平均指标是中间区域在x方向上的每侧的情况下的一个分支波导的基本模式的有效指标。在一个实施例中，x和y方向上的平均指标是中间区域在其之间情况下的两个分支波导的基本模式的有效指标。在一个实施例中，x和y方向上的平均指标是中间区域在每个分支波导之间情况下的三个分支波导的基本模式的有效指标。在一个实施例中，在y和x方向上的平均折射率在（y方向上的）芯层上并且在x方向上的中间区域上，即仅在分支波导之间被平均。在一个实施例中，通过在x方向上的中间区域加上分支波导的每个的一半来计算x和y方向上的平均指标。对于使x和y方向上的指标平均的每一种方法，存在其中平均指标还在沿着z轴的运行平均中以z被平均的一个实施例，其中在等于最大特征长度的长度上进行平均。对于在x和y方向上对指标进行平均的每一种方法，存在其中平均指标还在沿着z轴的运行平均中以z被平均的一个实施例，其中在等于最大特征长度两倍的长度上进行平均。对于在x和y方向上对指标进行平均的每一种方法，存在其中平均指标还在沿着z轴的运行平均中以z被平均的一个实施例，其中在等于最大特征长度一半的长度上进行平均。对于在x和y方向上对指标进行平均的每一种方法，存在其中平均指标还在沿着z轴的运行平均中以z被平均的一个实施例，其中在等于最大特征长度的四分之一的长度上进行平均。在一个实施例中，孔的所述至少一部分多于孔的25%，诸如多于孔的50%，诸如多于孔的75%，诸如多于孔的90%，诸如多于孔的95%，诸如所有孔。

在一个实施例中，在星型耦合器中（诸如在平板波导和AWG的光栅波导之间的过渡中）实施本发明。在一个实施例中，本发明改进AWG的外波长通道（即星型耦合器与平板和光栅界面6相对的一侧上的波导12的外波导）的损耗，多于中间通道/波导的损耗。在一个实施例中，这降低通道之间的损耗差。这种通道之间不一致的改进也已经被观察到并且在US 2008/0292239（参见图6）中被描述。难以将该改进与现有技术进行比较，因为许多设计参数还影响外通道处的损耗。给定由本发明在x和y轴两者上提供的灵活性，预期可以比用2D结构（诸如US 2008/0292239的2D结构）甚至更多地改进外通道处的损耗。对于某些平面光学产品，产品的插入损耗规定被指定为具有最大损耗的通道的损耗。在这种情况下，否则将成为最差损耗通道的外通道上的损耗的减小可以允许产品通过损耗规定。因此，在这样的实施例中，损耗对比通道的改进的不一致分布是大的优点，即使中间通道仅具有最小的改进。

在美国专利6,304,706中，提到通过使用埋层和特殊工艺来获得分支波导之间的完美线性3D锥化，AWG的损耗被减小1.5dB。在美国专利5,745,618中，提到星型耦合器的损耗从0.8dB改进到0.3dB（即对于AWG的1.0dB），但是利用简单的工艺。在本发明的一个实施例中，已经确定约1.3dB的改进。已经确定该改进是在典型产生AWG的外通道上，即代表大多数产品规定中AWG的全局损耗性能的通道。在没有额外步骤的情况下使用与用于制造AWG的相同的标准工艺来获得该结果。

主波导是通道波导从其处分支的波导，即在AWG的情况下的平板波导（参见例如图1中的3）或者在Y分离器/耦合器的情况下较大的波导。

如上面注意到的，在本文中，术语分支波导还包括其中来自分支波导的光被接合在主波导中的实施例。中间区域是在从光被主波导引导的一端沿着光传播的总方向z延伸到光被分离成每一个都被分支波导中的一个引导的不同模式（或基本上不同的模式）的另一端的分支波导之间的区域。在这里，基本上不同与当由一个通道波导引导的模式中的光学能量的小于5%已经与其它通道波导重叠时的情况相对应。在一个实施例中，中间区域包括中间材料（诸如夹芯材料）和沿着整个长度的孔。在一个实施例中，仅中间区域的一部分包括中间材料和孔，诸如多于30%，诸如多于40%，诸如多于50%，诸如多于75%，诸如多于90%。

在一个实施例中，当分支波导被芯层中的覆盖材料完全分离时中间区域结束。如下文所讨论的，在一个实施例中，分支波导中的一个或多个（诸如所有）在远离主波导的宽度上逐渐变细，诸如基本上紧跟着中间区域和/或诸如宽度被减小至多于5%，诸如至多于10%，诸如至多于15%，诸如至多于20%，诸如至多于25%，诸如至多于30%。在一个实施例中，当分支波导停止逐渐变细（即它们的宽度A（z）达到最小值和/或进一步远离主波导是常数A₀）时，中间区域结束。在这里，术语“最小值”和“常数”忽略归因于生产容差的变化。而且，在一个实施例中，“常数”被广泛地解释以使得例如到平板波导的随后过渡被忽略。在一个实施例中，如果在比50μm更长的距离上宽度是常数，则波导被认为是不变的。

在一个实施例中，当分支波导之间的距离（在对应的边缘之间或中心到中心测量）沿着x轴多于9.1μm时中间区域结束。诸如多于9.25μm，诸如多于9.5μm，诸如多于9.75μm，诸如多于10μm，诸如多于10.25μm，诸如多于10.5μm，诸如多于10.75μm，诸如多于11μm，诸如多于11.25μm，诸如多于11.5μm，诸如多于11.75μm，诸如多于12μm，诸如多于12.5μm，诸如多于13μm，诸如多于14μm，诸如多于16μm，诸如多于18μm。在一个实施例中，当分支波导之间的间距多于12μm时中间区域结束。在一个实施例中，当分支波导之间的间距相对于界面到主波导处的间距已增加多于0.1μm（诸如多于0.2μm，诸如多于0.3μm，诸如多于0.4μm，诸如多于0.5μm，诸如多于0.6μm，诸如多于0.7μm）时中间区域结束。在一个实施例中，在夹芯和覆盖材料之间更高的折光率差的情况下，在其处中间区域将结束的分支波导之间的距离和间距更小。在一个这样的实施例中，所引用的距离指的是0.75%的折射率差。在其中折光率差采用不同值的一个实施例中，利用模式解算器来确定对应的距离以使得存在与关于具有所引用的距离的0.75%相同百分比的在将与邻近分支波导的边界重叠的一个分支波导中发送的光。例如，具有0.75%的折光率差的12μm的分支波导之间的距离与具有1.5%的折光率差的9μm的距离相对应。

在一个实施例中，中间区域沿着z轴远离分支点的700μm结束。在一个实施例中，中间区域沿着z轴远离分支点的500μm结束。在一个实施例中，中间区域沿着z轴远离分支点的250μm结束。在一个实施例中，中间区域沿着z轴远离分支点的150μm结束。

如从顶部看到的那样，中间区域由分支波导在横向方向（x轴）上限制，即其由夹芯材料的顶部限定。对于其中芯层的夹芯材料延伸到芯层的顶部的实施例，芯层的横向和纵向（z）范围因此由夹芯材料在芯层顶部上的分布限定。沿着z方向的中间区域的一端由到主波导的界面限定（参见例如图12中的轴H）。在一个实施例中，主波导和中间区域之间的界面位于接近邻近主波导的第一孔的z值。类似地，横向x方向上的中间区域和分支波导之间的界面被限定为波导的夹芯材料和孔之间的边界或两个孔之间的材料。两个孔之间的材料被限定为可以与来自将孔孔中的一个中的点连接到另一孔中的点的可能的线组的至少一条直线相交的中间和/或夹芯材料。在一个实施例中，中间材料与夹芯材料不同并且分支波导和中间区域由这些材料之间的界面限定。

在一个实施例中，两个波导之间的距离被测量为在覆层顶部（x,z）平面中的中心到中心的距离。

在一个实施例中，孔的深度被限定为芯层的顶部和由覆盖材料和中间材料之间的界面限定的表面中的局部最小值之间的距离。对于不被连接到其它孔的孔，局部最小值与对于孔中所表示的（x,z）值的中间材料的最小y值相对应。在一个实施例中，在芯层的顶部处找到（x,z）平面中的孔的最大面积。

通常地，孔中的中间材料的底部将是凹的或基本上平的。然而，在一个实施例中，孔的底部是凸的，即向上凸起的。在一个这样的实施例中，孔的深度仍被定义为芯层的高度和最小y值之间的差，然而在另一实施例中，该深度被定义为芯层的高度和孔中心处或附近的局部y值最大值之间的差。在一个实施例中，孔的深度被定义为沿着y轴测量的芯层的顶部和孔中心处中间材料的高度之间的距离，孔中心由孔中的覆盖材料和（x,z）平面中的中间材料或分支波导的夹芯材料之间的一个或多个边界标识。在一个实施例中，这些边界限定形状（通常圆形或椭圆形的一部分），从而限定中心。这在图5e中被图示，其中连接的孔1的边界25限定椭圆形24。在一个实施例中，根据最佳拟合边界的圆形和或椭圆形确定中心。在一个这样的实施例中，在芯层的顶部标识这些边界，如可以在图5e中看到的那样。在一个实施例中，其用分支波导中的一个在高度水平处被标识。在一个实施例中，在孔中最小高度上方的较低高度处将其标识。

将认识到，利用本公开的益处，前述实施例和本文公开的其它实施例不是互相排斥的并且可以以各种方式被代替或组合。

具体实施方式

根据下文给出的详细描述，本发明的适用性的更多范围将变得显而易见。然而，应该理解，在指示本发明的实施例的同时，仅作为示例给出详细描述和具体示例，因为对本领域技术人员来说，根据该详细描述，在本发明的精神和范围之内的各种变化和修改将变得显而易见。

图1a示出以主波导和5个分支波导之间的接合实施的一个实施例；

图1b示出阵列波导光栅（AWG）以及其不同部件；

图2a-2b示出根据一个实施例的孔的3D印记的扫描电子显微镜照片；

图3a示出根据一个实施例的中间区域的顶视图；

图3b-3d分别示出沿着3a中指示的线B、C和D的截面；

图3c2示出沿着线C的孔的深度；

图3e示出对于在三个或更多分支波导之间实施的一个实施例的图3d中示出的截面的视图；

图4示出现有技术y分离器（4a）和1×8分离器（4b）的示例；

图5示出其中孔被连接的一个实施例；

图5a示出根据一个实施例的中间区域的顶视图；

图5c示出沿着5a中指示的线C的截面；

图5e示出在非连接孔中的孔20的区域的指示周围的图5a的缩放部分，图示出最佳拟合孔的边界25的椭圆形24；

图6示出一个实施例，其图示出本发明包括以下这样的实施例：其中两个或更多邻近孔具有基本上相同的高度和/或其中两个或更多邻近孔具有作为到主波导的距离的函数的减小的深度；

图7示出现有技术解决方案；

图8示出现有技术AWG；

图9示出图8的现有技术AWG的一部分；

图10示出沿着图9中的线B-B’得到的截面的部分；

图11示出其中分支波导的宽度被逐渐变细所以宽度沿着z轴增加的一个实施例；

图12示出其中多于两个波导从主波导分支并且中间区域的开始在邻近波导之间移位的一个实施例；

图13示出具有沿着x轴布置的多个孔的一个实施例；以及

图14a-14b示出具有沿着x轴布置的多个连接孔的一个实施例，其中图14a是顶视图并且图14b示出沿着线J的截面；

为了清楚起见，图是示意性的并且被简化。遍及全文，相同的参考数字被用于相同或对应的部份。

遍及下文，关于其中中间材料与夹芯材料相同的实施例来讨论本发明；然而，本发明不限于这样的实施例。在一个实施例中，可以由与波导的夹芯材料不同的中间材料制成孔下面、周围和/或之间的材料。在一个实施例中，中间物具有相对于覆盖材料的更高的折射率。在一个实施例中，中间材料沿着中间区域变化。在一个实施例中，通过将夹芯材料层沉积在下覆层上，随后应用平板印刷技术来应用被布置成限定夹芯材料中的波导电路以及中间区域中的孔的掩模来提供波导以及孔。然而，对技术人员来说显然的是许多变化是可能的。例如：替换材料可以被应用于中间区域，例如通过在蚀刻波导电路之后沉积这样的材料，波导电路本身可以具有3D结构等等。示出（x,z）平面的截面绘图的图示出夹芯材料在芯层顶部（即在芯层和顶覆层之间的界面）处的分布。因此，该平面中示出的孔不一定延伸到芯层的底部。要注意，在本实施例中中间材料与夹芯材料相同。

图1a示出在从平板波导3到例如AWG中的通道波导5的过渡中实施的一个实施例。在一个实施例中，在如图1b中示出的AWG的指定为6的被环绕区域的任一个或两者中实施图1a的过渡。在这里，上文讨论的主波导3与平板波导相对应。通道波导2从平板3分支。平板和通道波导由夹芯指标层（其在图1a上是黑色的东西）制成。中间区域15包括孔1。孔被填充有覆盖材料，即具有比夹芯材料更低的光学折射率的材料。可以以下面进一步讨论的各种方式来提供该孔。

图1b示出类似于图8的阵列波导光栅（AWG）以及其不同部分。光栅区段5由具有不同长度的许多通道波导组成。AWG在第一平板的入口和最后平板的出口处的输入和输出被指定为12。平板和光栅之间的界面被指定为6。平板3、输入/输出波导12和平板界面6的组合也可以被称为星型耦合器。星型耦合器是AWG的其中存在相当大插入损耗的一部分。特别地预期本发明能够在区段6中实现减小的过渡损耗，并且还可以在输入/输出区段12处应用本发明。

图2a和2b是在图1a中示出的接合中的孔的3D印记的扫描电子显微镜照片。在沉积顶部覆盖材料之前制成印记，否则该顶部覆盖材料将填充芯层中的孔并且生成顶覆层（即在平面电路的中间产物上）。然后去除印记材料（例如聚二甲基硅氧烷（PDMS））。其表示波导电路的3D结构的负像。图2a中的孔1显示为各种高度和宽度的立柱。在该实施例中，立柱（即孔）是不连接的。通道波导2的高度设置印记的底部。在图2a中的印记上立柱中的一些，4缺失。这些立柱可能在从晶片去除印记材料时掉落。在图2b中，连接的立柱8与连接的孔相对应，即立柱至少沿着深度的一部分接合（参见例如图3c和5c的讨论）。经由连接，可能改变孔实际上是多长或多宽。如果孔沿着它们的共同界面的几乎整个深度被连接，则在两个孔之间将几乎不存在夹芯区域。其使得所连接的孔实际上像单个长的孔；然而，在一个实施例中，孔的深度取决于孔的面积，使得连接各个孔可以提供具有比对应的单个大孔更浅的深度的更长/更宽的孔。矩形延伸9与中间区域的末端相对应，在那里通道波导被覆盖材料完全分离。在一个实施例中，延伸比立柱更高，因为在该实施例中，孔未达到芯层的底部。在另一实施例中，孔达到芯层的底部。要注意，在没有降低过渡损耗的措施的从主波导的标准分支中，矩形延伸将延伸到主波导。

图3a示出与图2a相对应的中间区域（的一行）的示意性顶视图。黑颜色与夹芯材料相对应，而白色与覆盖材料相对应。如图2a中可以看到的，在该实施例中，没有一个孔1被连接。图3b中示出沿B的截面，而图3c中示出沿C的截面。被示为C的轴也被称为中间区域的中心轴。图3d中示出的沿D的截面（其也可以在图3b和3c上被识别）示出偏离中心的孔的截面。

图3b和3c分别示出沿B和C的截面。在示出（y,z）或（x,y）平面的截面中，黑颜色与夹芯材料相对应且较浅的颜色与覆盖材料相对应。芯层被夹在顶覆层10和下覆层11之间。在图3b和3c中，夹芯材料从底覆层延伸到孔之间的顶覆层，因为在中间区域15中孔未被连接。因为孔1的增加的深度16，在主波导3和通道波导之间的过渡中提供夹芯材料在垂直（y）方向上的有效减小。因为孔之间的剩余夹芯材料可以被设计成相对地短，诸如其中比上面的等式2中限定的最大特征长度更短的z上的长度，在一个实施例中，光将基本上未受到孔之间的剩余夹芯材料的干扰（即基本上无散射），但是作为代替将经历折射率沿着z轴的平均减小。因此，在一个实施例中，孔将改进过渡损耗。当孔之间的沿着中间区域（或者其至少一部分）的中心轴的距离小于上文中等式2中定义的最大特征长度时，其将特别是这种情况。

在一个实施例中，孔的节距被定义为两个孔之间沿z轴的中心到中心距离。上面讨论了所连接的孔的中心的确定。可替换地，节距可以被测量为从第一边缘到第一边缘13的距离。在一个实施例中，这与从第一孔和第二孔之间的第一线G到将第二孔和第三孔分离的第二线G₂的距离相对应。在一个这样的实施例中，节距与第二孔的长度相对应。在一个实施例中，两个孔之间的线G被定义为与来自上面视图（参见图5a）中（x,z）平面中跨中间区域的中间和/或夹芯材料之间的距离中的局部最小值一致的直线。在其中波导的夹芯材料达到高度y=h的一个实施例中，所述（x,z）平面是由（x,z,h）限定的平面。通常，高度h等于芯层的厚度，所以（x,z）平面沿着芯层的顶部。在一个实施例中，中间区域的夹芯材料和/或中间材料具有总体较低的高度，在该情况下（x,z）平面在一个实施例中被限定在该高度处。

因此，在一个实施例中，节距在中间区域的至少一部分上等于或小于18微米，诸如等于或小于15微米，诸如等于或小于10微米，诸如等于或小于8微米，诸如等于或小于6微米，诸如等于或小于4微米，诸如等于或小于3微米，诸如等于或小于2.8微米，诸如等于或小于2.6微米，诸如等于或小于2.4微米，诸如等于或小于2.2微米，诸如等于或小于2微米，诸如等于或小于1.8微米，诸如等于或小于1.6微米，诸如等于或小于1.4微米。在这里，“至少一部分”在一个实施例中是多于中间区域的10%，诸如多于25%，诸如多于50%，诸如多于75%，诸如多于80%，诸如多于90%，诸如多于95%，诸如100%。

在一个实施例中，可能优选的是使孔之间增加的夹芯材料更靠近主波导以提供远离主波导的夹芯材料中的有效绝热减小，以使得朝向主波导的节距多于1.25微米，诸如多于2微米，诸如多于2.25微米，诸如多于2.5微米，诸如多于3微米，诸如多于5微米，诸如多于10微米。根据孔尺寸，较短的节距可以提供连接的孔，而较大的节距可以提供连接的孔，参见例如图5的实施例。在一个实施例中，连接和非连接孔被组合应用。在一个这样的实施例中，较靠近主波导地应用非连接孔并且进一步离开地应用连接孔以便提供远离平板的夹芯材料中的绝热减小。在另一实施例中，较靠近主波导地应用连接孔并且进一步离开地应用非连接孔。在这种情况下，从连接孔到非连接孔的过渡可能需要孔深度的相当大的增加以便提供有效绝热平均折射率。在一个实施例中，在这样的接合处斜率多于10%，诸如多于20%，诸如多于30%，诸如多于40%，诸如多于50%。

在非连接孔的情况下，常常优选的是达到孔之间的芯层的顶部的中间材料14（在这种情况下夹芯材料）的长度是相对短的以避免来自这些间距的散射。该长度被称为“全夹芯长度”。孔模式的占空比被定义为沿着中间区域的中心轴或z轴由节距13划分的两个邻近孔14之间z上的全夹芯长度的比率。在一个实施例中，占空比沿着中间区域变化。例如，较靠近主波导的孔之间的增加的剩余全夹芯长度提供较靠近主波导的更高的占空比。对于沿着z轴连接的孔而言占空比是0并且在一个实施例中对于非连接孔而言优选相对为低的占空比。在一个实施例中，中间区域的占空比小于40%，诸如小于30%，诸如小于20%，诸如小于10%，诸如小于5%，诸如沿着整个中间区域为零。

图3c2示出被绘制为作为离主波导的距离的函数的图3c的孔的深度。由两个孔限定的局部斜率19被定义为由孔之间的间距划分的深度差。在一个实施例中，在最小高度之间测量两个孔之间的间距。在一个实施例中，间距是中心到中心测量的。

图3d图示在一个实施例中孔1的形状可以提供沿横向轴x的平滑过渡，其中在相对于较靠近分支波导的孔的中间存在缓慢地更少的夹芯。在一个实施例中，该影响对从主波导3到分支波导2的分支中的减小的过渡损耗有贡献。图3e示出对于其中分支波导是星型耦合器/AWG的一部分的实施例的图3d中示出的截面的缩小视图。这允许示出三个通道波导2。

图5a-d示出对于具有如图2b中示出的连接孔1的实施例的与图3a-d相对应的截面。由标记20示出在芯层顶部处的孔的区域。这是由朝向通道波导的图5a上的顶部和底部处的椭圆形的边缘以及由沿着传播轴z与邻近孔（诸如沿着G）的相交划界的区域。如将在下文进一步讨论的那样，孔的深度在一个实施例中基本上由如从顶部看到的面积来确定。

为了简短已经省略了图5b和5d，因为这些截面将看起来与图3b和3d中的那些基本上相同，然而具有其它大小。沿着B的截面将示出类似于图3b的达到顶部的孔之间的夹芯材料。然而，图5c中示出的沿着C的截面示出孔1之间的间距被减小到低于夹芯的高度的脊或壁17。在一个实施例中，这些脊对沿着z方向的平均折射率有贡献和/或提供类似于图3d中示出的孔的形状的x方向上的夹芯材料的平滑斜率。这样，孔之间的脊在一个实施例中将对减小的过渡损耗有贡献。在孔被连接的情况下，可以说夹芯材料的厚度基本上逐步变化，随着孔沿着z轴进一步远离主波导而减小。类似于图3c，孔的深度作为到主波导3的距离的函数而单调减小。在一个实施例中增加深度的斜率如上面所讨论的那样。

在图6的实施例中，两个或更多邻近孔具有基本上相同的高度并且深度还沿着中间区域的一部分减小。这说明尽管孔的深度远离所述主波导以平均斜率增加，但是在一个实施例中深度是恒定的和/或作为到主波导3的距离的函数沿着中间区域减小。因此，在这个实施例中，沿着中间区域的一部分斜率为负和/或零。

图11示出其中通道波导还包括在中间区域之后横向方向（x）上的逐渐变细（即作为离主波导3的距离的函数，即沿着z轴）的实施例。在图11的实施例中，在中间区域之后横向方向（x）上的逐渐变细减小了通道波导2的宽度，诸如宽度减小多于5%，诸如多于10%，诸如多于15%，诸如多于20%，诸如多于25%，诸如多于30%。例如，当在AWG中实施该实施例时，波导中的一个或多个（诸如所有）在中间区域１５和光栅区域５之间向下逐渐变细。通常，波导的长度以大致线性的方式在光栅区域５中从底部增加到顶部波导，这提供波长色散对比位置，其被用来对波长进行滤波。在本实施例中，两个波导２都逐渐变细，但是原则上其可以仅是波导中的一个。在其它实施例中，这样的向下逐渐变细可以与部分或整个中间区域组合。在一个实施例中，挨着中间区域的通道波导中的一个或两者包括锥形物，其使通道波导２的宽度随着它沿着中间区域的至少一部分变得更远离主波导而增加。在图11中，通道波导2沿着中间区域的部分具有锥形物，作为到主波导的距离的函数来增加通道波导2的宽度。这可以通过孔在横向方向上（即沿着x轴）的大小来控制。

在该实施例中，即使当波导2之间的距离（中心到中心）随着波导变得更远离主波导而增加时，孔也具有相同的宽度。如果孔的宽度是恒定的或者即使因为存在波导沿着z轴的增加的分离而减小，则通道波导2的宽度将向上逐渐变细。如下文所讨论的，在一个是实施例中，孔的深度基本上经由孔的面积来控制。因此，在一个实施例中，孔的横向宽度可以被调谐以获得波导2的逐渐变细，而孔的长度可以被调谐以获得适合于提供作为z的函数的增加的孔深度的面积。因此，在一个实施例中，中间区域包括具有沿着（z_max/x_max）的长度对宽度的比率小于2的孔，诸如小于或等于1.8，诸如小于或等于1.6，诸如小于或等于1.4，诸如小于或等于1.2，诸如小于或等于1，诸如小于或等于0.9，诸如小于或等于0.8，诸如小于或等于0.7，诸如小于或等于0.6，诸如小于或等于0.5，诸如小于或等于0.4，诸如小于或等于0.3，诸如小于或等于0.2，诸如小于或等于0.1，诸如小于或等于0.05。在一个实施例中，存在具有所述比例的多于20个孔，诸如多于40个孔，诸如多于60个孔，诸如多于80个孔，诸如多于100个孔。上面讨论了中间区域和分支波导之间的边界的限定。根据这些边界来确定孔的宽度。例如，在一个实施例中，孔的宽度随着到主波导的距离而增加，诸如0.3μm或更多，诸如0.6μm或更多，诸如0.9μm或更多，诸如1.2μm或更多，诸如1.5μm或更多，诸如2μm或更多，诸如3μm或更多，诸如4μm或更多，诸如5μm或更多。在图11中，孔的宽度作为到波导的距离的函数而向上和/或向下变化，以便定制（tailor）孔的深度并且同时调整夹芯材料沿x轴的形状（参见例如图3d和3e），其取决于孔的宽度。

图12表示关于AWG的本发明的一个示例，其中第一孔（即最靠近主波导）不处在所有通道波导2之间的同一z位置处。在该图中，从底部最靠近第二和第三通道之间的主波导3的孔在这里被称为位置z=0的轴H上开始。然而，最靠近第一和第二通道波导之间的以及第三和第四通道波导之间的主波导的孔在轴I上开始，其是相对于H远离主波导3的节距13的一半。本发明的缓慢有效过渡允许在不同位置处的通道波导2之间开始分离。这允许从主波导到中间区域15的超级模式的稍稍更平滑的过渡，因为相对于H和I重合的情况在轴H和I之间的区域中将存在更多夹芯。尽管图12中示出节距的一半的移位，但是应预期移位的其它值，诸如根据节距的5-95%的移位，诸如根据节距的10-90%的移位，诸如15-85%之间的移位。而且，在一个实施例中，星型耦合器中的分支波导作为x的函数而在z位置中移位，诸如根据作为x的函数的正弦函数。在一个实施例（移位实施例）中，星型耦合器中的分支波导在间隔内随机地在z位置上移位，诸如在节距的0%和100%之间，诸如在节距的0%和50%之间，诸如在节距的0%和25%之间。

图13示出其中在横向方向上提供多个孔21的本发明的一个示例。这允许以与其在先前示例中z轴上所完成的相同的方式来用多个孔控制x轴上的垂直逐渐变细。在一个实施例中，这考虑到在基本上独立于孔的面积来控制分支波导的分离的同时经由孔的面积来控制孔的深度。对于x轴，通道波导2的边缘之间的距离通常是小的，尤其在靠近主波导3的情况下。因此，x轴逐渐变细将未提供和远离主波导一样多的靠近主波导的选项，因为在轴x上孔的数量在那里受到更多限制。在图13中，每一行的孔（即基本上同一z位置）具有基本上相同的尺寸。然而，在一个实施例中，孔在尺寸上变化。例如，三个的行可以包括更大的中心孔，使得中心孔更深并且行中的深度轮廓（profile）因此提供两个波导的相对于单个大孔（还参见图14b）的绝热分离的更多的绝热分离。在一个实施例中，通过在x方向上延伸更大的孔以考虑到行的基本上恒定的宽度来提供该行中孔中的一个或多个的更大面积。在一个实施例中，在横向方向上应用多个孔，同时在z方向上使这些孔移位，即孔不再成行。

图14是与图13类似的在两个邻近通道波导2之间具有沿着x轴的多个孔的中间区域的示例。然而，在该示例中孔被连接。因此，沿着芯层的顶部在中心孔周围的边界已经被蚀刻掉，然而，足够的边界存在于掩模上以便将中间材料留在下面（参见图14b）。因此，在一个实施例中，调节每个小孔的面积允许确定孔的深度以及因此的如可以在图14b中看到的（x,y）平面中的轮廓。图14b是沿着图14a中的J的截面。这示出当在两个通道波导之间的给定z位置处将三个孔21布置在一行中时可以获得的跨x轴的轮廓的示例。在本示例中，对于三个孔21来说孔的深度是相同的。然而，如上文所讨论的那样，通过在掩模上选择孔中每个的面积可能获得在波导之间沿着x轴的中间材料（在这种情况下夹芯材料）的期望形状。例如，中间的孔可以被制造成较深以便将光驱入到通道波导2。在另一示例中，中间孔可以被制造成较不深以便捕捉通道波导之间中光的一部分。

孔的规定

在一个实施例中，孔是经由2D掩模设计（诸如经由用来限定波导的相同掩模）来提供的。通常，接着是适当蚀刻（诸如反应性离子蚀刻（RIE））的一个掩模被应用来限定芯片的波导电路。在该实施例中，在不增加晶片处理步骤的情况下孔实现是可能的。

在一个实施例中，为了获得孔，在掩模中提供对应的开口。在该讨论中，掩模中的开口意指在蚀刻之前晶片上保护层中的开口。它可以通过（在光掩模上也存在开口的情况下）使用正性光致抗蚀剂来获得或者它可以（在蚀刻之前在晶片上的保护层上获得的开口来自于光掩模上具有相反设计的闭合结构的情况下）使用负性光致抗蚀剂来获得。根据随后的蚀刻工艺，在考虑任何线宽减小的情况下设计开口，即开口的尺寸和形状被设计成提供所得到的孔形状、尺寸和深度轮廓。这意味着开口可以比所得到的孔更小或更大并且形状可以是不同的。如上文指出的，在一个实施例中，孔的深度基本上由如从顶部看到的面积来确定。该面积又与被蚀刻掉的仅在掩模和开口下面的材料相对应。因此，在应用预期考虑蚀刻工艺的情况下，可以经由开孔的面积来设计孔的深度。

在一个实施例中，掩模中开口之间的节距与所得到的孔的节距相对应。通常，节距是中心到中心测量的，但是在一些实施例中可以沿着z轴从第一边缘到第一边缘来测量该节距。对于大多数平板印刷蚀刻（诸如RIE和湿法化学蚀刻），发现蚀刻工艺可能因为反应性产物的扩散而使得沿着y轴的蚀刻速率取决于孔的尺寸。因此，如果孔的大小被设计成足够小，则蚀刻将不会达到芯层底部，而是替代地提供具有深度比芯层的厚度更低的孔。在一个实施例中，该深度经历工艺变化，但是遵循孔尺寸和深度之间的一般关系。对于RIE工艺的一个实施例，可能归因于蚀刻产物的扩散达到最大值，比4μm乘4μm更大的所有孔将提供相同的深度。因此，与光栅区域（参见图1b中的5）中间的两个波导的分离相对应的细长的大开口提供均匀的通道。因为可能由于蚀刻产物的扩散而限定对应孔的深度，所以孔的深度与开口的面积有关。然而，预期深度还与最小尺寸有关，使得例如长的窄缝隙开口在一个实施例可以具有相对于具有相同面积的圆形开口而言减小的深度。

在一个实施例中，掩模中的开口可以具有例如1μm长度（沿着z轴）乘1μm宽度（沿着x轴）。然而，各种孔尺寸是可行的，使得在一个实施例中掩模包括具有小于16μm²（诸如小于10μm²，诸如小于8μm²，诸如小于5μm²，诸如小于3μm²，诸如小于2μm²，诸如小于1μm²）的面积的开口。在一个实施例中，掩模包括具有小于10μm（诸如小于6μm，诸如小于5μm，诸如小于4μm，诸如小于3μm，诸如小于2μm，诸如小于1μm，诸如小于0.5μm）的最小尺度的开口。在一个实施例中，掩模包括具有小于10μm（诸如小于6μm，诸如小于5μm，诸如小于4μm，诸如小于3μm，诸如小于2μm，诸如小于1μm，诸如小于0.5μm）的最大尺度的开口。

如在对应图5a、11和14a的实施例中看到的，孔可以被连接。在一个实施例中，通过掩模中紧密间隔的开口来形成连接的孔，其中开口之间的障碍物如此的薄以致在蚀刻期间在障碍物下面的中间材料（在这种情况下夹芯材料）被去除。在一个实施例中，当对应开口之间的掩模材料的障碍物小于2μm（诸如小于1.75μm，诸如小于1.5μm，诸如小于1.25μm，诸如小于1μm，诸如小于0.75μm，诸如小于0.5μm，诸如小于0.25μm）时提供连接的孔。在一个实施例中结果是夹芯材料的脊状形状将各个孔分离但是未达到芯层的顶部（参见例如图5c、6和14b）。在一个实施例中，掩模上的两个或更多开口被连接，即限定开口的区域没有被掩模材料（例如铬）完全围绕。在一个实施例中通过形成两个连接但有区别的孔来将两个连接的开口与单个开口区分开（参见例如图14b）。在一个实施例中，通过使所得到的孔中的每一个都具有最大深度来将两个连接的开口与单个开口区分开，所述最大深度小于由具有与组合的连接开口的面积相对应的面积的圆形区域提供的孔的深度。

在由连接的围绕物形成的孔共享在围绕物下面的（x,z）平面中的最小高度的情况下，作为代替而将连接的孔称为单个孔。

在一个实施例中，通过掩模中的两个（至少部分）围绕物来形成两个连接的孔，其中孔之间的（至少部分）障碍物足以提供在孔之间的芯层顶部下面的剩余夹芯材料。在一个实施例中，剩余材料形成将两个孔分离的脊或部分壁（参见图5c中的17）。在一个实施例中，脊处的剩余夹芯具有高度23，该高度23至少比孔22的最高邻近高度的高度更高芯层厚度的2%，诸如更高芯层厚度的至少4%，诸如更高芯层厚度的至少6%，诸如更高芯层厚度的至少8%，诸如更高芯层厚度的至少10%，诸如更高芯层厚度的至少15%，诸如更高芯层厚度的至少20%。在这里，孔22的高度是夹芯/中间材料层的高度（或厚度）与根据较早限定的孔的深度之间的差。脊的高度被定义为中心线上的具有到分支通道波导的相等距离的两个邻近孔之间的最大y值（图3a和5a上的轴C）。脊的高度是相对于芯层的底部，但是这也被定义为轴y的零值。

已经在前文中示出一些优选实施例，但是应该强调本发明不限于这些，但是可以在后面的权利要求中限定的主题内以其它方式来具体实施本发明。所述实施例在所有方面仅被视为说明性的，并且非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示。进入权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都被包括在它们的范围之内。

Claims

1.一种平面光学分支器件，包括：

由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层；

由下部覆盖材料形成的平面下覆层；

直接在所述顶覆和下覆层之间的平面芯层，其中由受限于覆盖材料的夹芯材料形成波导；以及

在从主波导分支的所述芯层中的一对分支通道波导，在其之间限定中间区域，其中所述中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使得所述孔的深度在所述中间区域的至少30%上以小于10%的作为离所述主波导的距离的函数的平均斜率来远离所述主波导增加。

2.根据权利要求1所述的器件，其中所述平均斜率小于或等于4%。

3.根据权利要求1所述的器件，其中所述中间材料是夹芯材料。

4.根据权利要求1所述的器件，其中在整个中间区域上的所述平均斜率小于10%。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中分支通道波导限定具有到所述分支通道波导相等距离的中心线，沿着所述中心线中间材料的厚度作为离主波导的距离的函数基本上逐步变化，以使得从芯层顶部的每一步的深度从所述主波导到所述中间区域的末端以作为到主波导的距离的函数的小于10%的平均斜率来增加。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述孔的深度与所述孔在顶覆层和芯层之间的界面处的所述孔的面积，即从上面看到的孔面积，基本上成比例。

7.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中孔被布置有沿着具有到所述分支通道波导相等距离的中心线的中心到中心节距，所述节距在中间区域的多于80%上小于10微米。

8.根据权利要求7的器件，其中所述节距根据到主波导的距离而基本上恒定。

9.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中通过芯层中的覆层将所述孔的至少20%与邻近孔连接。

10.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述主波导是阵列波导光栅（AWG）的平板波导。

11.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述主波导和分支通道波导形成Y分离器。

12.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述孔包括沿着x轴展开的多个孔。

13.根据权利要求1-4中的任一项所述的器件，其中所述中间区域包括30或更多个孔。

14.根据权利要求1所述的器件，其中中间区域的孔的至少50%比最大特征长度更短。

15.根据权利要求1所述的器件，其中中间区域的孔的百分比仅仅比最大特征长度长3倍，并且所述百分比是10%或更多。

16.根据权利要求14或15所述的器件，其中利用小于-0.002dB的阈值损耗来根据等式2确定最大特征长度。

17.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有8μm或更小的沿着z轴长度的孔。

18.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有8μm或更小的沿着x轴的宽度的孔。

19.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有沿着x轴的宽度的孔，所述宽度随着到主波导的距离增加0.3μm或更多。

20.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔包括具有小于或等于0.7的沿着z轴的最大长度与沿着x轴的最大宽度的比率（z_max/x_max）的孔。

21.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述分支波导中的至少一个具有沿着中间区域作为离主波导的距离的函数而向上逐渐变细的宽度。

22.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述分支波导中的至少一个具有基本上紧接着中间区域的作为离主波导的距离的函数而向下逐渐变细至宽度减小至多于10%的宽度。

23.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，包括三个或更多通道波导和两个或更多中间区域，其包括具有邻近主波导的节距的孔，其中所述中间区域中的一个或多个相对于其它中间区域在z轴上移位超过节距的25%。

24.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中经由平板印刷蚀刻工艺使用掩模可获得所述孔中的一个或多个，所述掩模被布置成经由小于16μm²的开口面积提供所述孔，其中最小尺度（x或z）小于2μm。

25.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述孔被布置有沿着具有到所述分支通道波导的相等距离的中心线的中心到中心节距，所述节距在中间区域的多于80%上小于10微米，其中通过芯层中的覆层将所述孔的至少20%与邻近孔连接。

26.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述中间区域包括40或更多个孔。

27.根据权利要求1-4或14-15中的任一项所述的器件，其中所述中间区域从所述主波导延展至分支波导被芯层中的覆盖材料完全分离的地方。

28.一种平面光学分支器件，包括：

由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层；

由下部覆盖材料形成的平面下覆层；

在从主波导分支的所述芯层中的一对分支通道波导，在其之间限定中间区域，其中所述中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使得所述孔的深度以作为离所述主波导的距离的函数的平均斜率来远离所述主波导增加，并且其中所述孔中的至少两个或更多个被连接。

29.根据权利要求28所述的器件，其中所述连接孔中的两个或更多被具有至少比孔深度更大5%的最小高度的剩余中间材料的部分壁或脊分离。

30.根据权利要求28-29中的任一项所述的器件，其中所述中间区域沿着z轴从所述主波导延展至离开分支点700μm。

31.一种平面光学分支器件，包括：

由顶部覆盖材料形成的平面顶覆层；

由下部覆盖材料形成的平面下覆层；

在从主波导分支的所述芯层中的一对分支通道波导，在其之间限定中间区域，所述中间区域从所述主波导延展到分支波导被芯层中的覆层材料完全分离的时间，其中所述中间区域包括从芯层的顶部延伸到中间材料中的覆盖材料的多个孔，所述孔被布置成使得在具有沿着到所述分支通道波导具有相等距离的中心线的中心到中心节距的情况下所述孔的深度以作为离所述主波导的距离的函数的平均斜率来远离所述主波导增加，所述节距在中间区域的多于80%上小于10微米。