CN107688210B - 光波导干涉仪和用于制造光波导干涉仪的方法 - Google Patents

光波导干涉仪和用于制造光波导干涉仪的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光波导干涉仪和用于制造光波导干涉仪的方法。光波导干涉仪包括第一光学部、第二光学部以及一组光波导，所述一组光波导被构造为连接第一光学部和第二光学部，以使得在第一光学部和第二光学部之间传播的光通过该组中的每个光波导，其中，该组光波导包括具有第一长度和第一宽度的第一光波导以及具有第二长度和第二宽度的第二光波导，其中，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度。

Description

光波导干涉仪和用于制造光波导干涉仪的方法
技术领域
本发明涉及一种光波导干涉仪和该光波导干涉仪的制造方法，更具体地涉及一种相移补偿光波导干涉仪及其制造方法。
背景技术
在光学以太网标准(例如100Gb/s、400Gb/s)中，使用紧密对准的多个波长。在基于平面光波电路(PLC)的波长组合器中使用4-8个电吸收调制器集成激光器(EML)进行波长复用。然而，基于PLC的波长组合器的封装处理是非常昂贵的，因为包括EML和PLC芯片之间的许多有源对准(active alignment)处理的耗时处理是必要的。为了降低基于PLC的波长组合器的制造成本，在基于InP的PIC上组合多个波长以及减少PIC和PLC之间的耦合数量将是有效的方法。
组合、分光或以其他方式操控光信号的方式之一是使用没有波长依赖性的功率耦合器。这样的设备的例子是多模干涉(MMI)设备。然而，这样的MMI设备具有损耗。例如，当两个、四个和八个信号被耦合时，固有插入损耗分别变为3dB、6dB和9dB。
光信号操控的替代方法使用波长选择性组合器，比如不对称光学干涉仪，例如不对称Mach-Zhender(马赫-曾德尔)干涉仪或阵列波导光栅(AWG)。在这些设备中，没有固有损耗，并且即使由于波导损耗以及小的耦合/分光损耗而导致存在一些损耗，损耗量也比功率耦合器的固有损耗小得多。
然而，波长选择性操控器对于由制造过程的波动引入的波长变化是敏感的。波导宽度变化导致有效折射率变化或当光波进入到第二MMI时的相位变化。由于制造光子集成电路的规范、规模和精度，难以精确地控制波导的宽度。然而，由于波导的尺寸，即使微小的宽度变化相对而言也可能是显著的。例如，波导的1.4微米的宽度变化可能是波导5％的宽度变化，这导致波长大大地偏离设计。
若干方法通过对制作的波导进行人工调谐来解决该问题。例如，K.Watanabe等人在Electronic Letters(电子快讯)2011年第47卷第1245页上的“Trimming of InP-basedMach-Zehnder interferometer filling side cladding of high-mesa waveguide withresin”(用树脂填充高台波导的侧覆层的基于InP的Mach-Zehnder干涉仪的微调)中所描述的方法通过使用围绕波导具有不同折射率的材料改变波导之一中的有效折射率，使用微调来调谐Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)干涉仪的波长。该方法需要测量每个干涉仪的波长特性并一个接一个地对每个设备进行微调，增加了封装成本和时间。因此，需要降低干涉仪的波长特性对制作过程的精度的依赖性。
发明内容
一些实施例基于如下认识，即，不对称干涉仪包括不同长度的光波导，并且由于波导的长度不同，针对不同波导的宽度控制中的相同误差对波长的相位具有不同影响。具体地说，相同的宽度误差在不同长度的波导之间引起相移差。
一些实施例基于如下认识，即，相移差不仅是波导长度的函数，而且还是波导宽度的函数。例如，光波导的有效折射率对其宽度的变化是敏感的。而且，该敏感性是宽度的函数。具体地说，波导越宽，有效折射率对波导宽度变化的敏感性逐渐下降。为此，一些实施例选择不同长度和宽度的波导的组合，以使得波导的宽度的一致修改避免或至少最小化相移差的产生。
因此，一个实施例公开了一种光波导干涉仪，该光波导干涉仪包括第一光学部、第二光学部以及一组光波导，该组光波导连接第一光学部和第二光学部，以使得在第一光学部和第二光学部之间传播的光通过该组中的每个光波导。该组光波导包括具有第一长度和第一宽度的第一光波导以及具有第二长度和第二宽度的第二光波导，其中，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度。
另一个实施例公开了一种用于制造光波导干涉仪的方法。该方法包括：提供多层生长的磷化铟(InP)基板，其中，该多层生长的基板包括具有第一预定厚度的第一InP层、具有预定芯厚度的磷化砷镓铟(InGaAsP)层以及具有0.3-2.5μm的第二预定厚度的第二InP层；在盖层上形成光致抗蚀剂掩模，其中，掩模被设计为具有第一长度和第二长度以及第一宽度和第二宽度，其中，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度；以及执行蚀刻处理以从InGaAsP层的底部形成具有预定深度d的预定槽。
附图说明
图1是实施例的光波导干涉仪的平面图；
图2A是指示对于不同芯厚度来说波导的有效折射率和波导宽度之间的关系的绘图；
图2B是根据一些实施例的用于确定包括不同长度和不同宽度的光波导干涉仪的尺寸的方法的框图；
图3A是根据一些实施例的具有不同宽度的光波导的截面图的第一例子；
图3B是根据一些实施例的具有不同宽度的光波导的截面图的第二例子；
图3C是根据一些实施例的具有不同宽度的光波导的截面图的第三例子；
图3D示出由硅和二氧化硅形成的波导的例子；
图4A是根据一些实施例的光波导干涉仪的例子，该光波导干涉仪包括具有锥形部和未连接波导的光耦合部；
图4B是根据一些实施例的光波导干涉仪的例子，该光波导干涉仪包括具有非导向波导(unguided waveguide)的光耦合部；
图5是根据一些实施例的光波导干涉仪的例子，该光波导干涉仪包括具有有锥形部的波导的第一光学部；
图6A是根据一些实施例的具有不同宽度的光波导干涉仪的制造过程的步骤中的一个步骤的例子；
图6B是根据一些实施例的具有不同宽度的光波导干涉仪的制造过程的步骤中的另一个步骤的例子；
图6C是根据一些实施例的具有不同宽度的光波导干涉仪的制造过程的步骤中的又一个步骤的例子；
图7是描述根据一些实施例的制造光波导干涉仪的处理步骤的流程图；
图8是根据一些实施例的光波导干涉仪的例子，该光波导干涉仪包括具有不同宽度和长度的多于两个的波导；
图9是根据一些实施例的光波导干涉仪的例子，该光波导干涉仪包括具有不同宽度和长度的多于两个的波导；以及
图10是根据一些实施例的光波导干涉仪的例子，该光波导干涉仪包括具有不同宽度和长度的多于两个的波导。
具体实施方式
以下参照附图来描述本发明的各种实施例。将注意到，附图不是按比例绘制的，类似结构或功能的要素在附图中始终用相似的标号表示。还应注意到，附图仅意图便利于本发明的具体实施例的描述。它们并非意图作为本发明的穷尽描述或对本发明的范围的限制。另外，结合本发明的特定实施例描述的方面不一定限于该实施例，并且可以在本发明的任何其他的实施例中实施。
图1示出了根据一个实施例的光波导干涉仪100的平面图。光波导干涉仪100包括第一光学部110和第二光学部120。光学部的例子包括分支部、耦合部和分光部。例如，第一光学部可以是分支部，该分支部包括用于将光接收到分支部110中的至少一个分支输入端口150和/或160以及用于将光从分支部输出的至少两个分支输出端口，第二光学部120可以是光耦合部，该光耦合部包括用于将光接收到耦合部中的至少两个耦合输入端口以及用于将光从耦合部输出的至少一个耦合输出端口。
光波导干涉仪100还包括一组波导，该组波导连接第一光学部110和第二光学部120，以使得在第一光学部110和第二光学部(120)之间传播的光通过该组中的每个光波导。在这个例子中，该组波导包括两个波导，第一光波导130和第二光波导140；然而，其他实施例包括不同数量的波导。第一光波导130具有第一长度和第一宽度。第二光波导140具有第二长度和第二宽度，第二长度和第二宽度被选为使得第二长度大于第一长度并且第二宽度大于第一宽度。
在一些实施例中，光波导150和160连接到第一光学部110的输入部分以用于将光接收到第一光学部110中。分别地，波导130和140的一侧连接到分支部110的输出部分，波导130和140的另一侧连接到第二光学部120的输入部分。第二光学部120的输出部分连接到光输出波导170和180。光输出波导170和180可以连接到光纤或光波导。分别传播通过光输入波导150和160的、具有不同波长λ1和λ2的光信号经由光输入波导150和160输入到分支部110的输入部。在通过分支部110、波导130和140以及第二光学部120之后，光信号从第二光学部120的输出部分输出到光输出波导170和180。在本实施例中，尽管2x2光输入/输出波导和两个互连波导构造的电路构造被作为例子示出，但是输入/输出波导的数量和波导的数量可以根据光电路设计而改变。上述输入部分和输出部分可以分别被称为输入端口和输出端口。
本发明的一些实施例基于对以下事实的认识和了解，即，波导的有效折射率随着波导宽度而改变。这表明当波导宽度由于制造过程波动而波动Δw时，有效折射率也波动Δneff。换句话说，波导的有效折射率是波导宽度波动在波导长度上的平均值的函数。
图2A示出了在波导的不同芯厚度下有效折射率和波导宽度之间的关系。在一个芯厚度下，波导的有效折射率随着波导宽度而增大。对于恒定的芯厚度，如图2A所示，每个斜率的量随着波导宽度增大而从大变到缓和。这表明越宽的波导将提供越小的波导宽度变化。换句话说，就有效折射率而言，越宽的波导与越窄的波导相比对制造过程波动越不敏感。例如，对于不同宽度W1和W2的波导的相同变化Δw导致有效折射率的不同变化Δneff-1和Δneff-2。
当有效折射率由于制造波动而偏离预先设计的值时，传播通过波导的光波(光信号)的相位根据折射率偏差而在波导的输出侧偏移。在这种情况下，当两个光信号传播通过两个波导时，在波导输出侧引起这两个光信号之间的相对相位差。两个光信号之间的相对相位差
Figure BDA0001369853740000061
如下写为：
Figure BDA0001369853740000062
其中，L1是第一波导的长度，L2是第二波导的长度，Δneff-1是第一波导的有效折射率偏离预先设计的有效折射率neff-1的波动值，Δneff-2是第二波导的有效折射率偏离预先设计的有效折射率neff-2的波动值。通过在方程(1)中将相对相位差
Figure BDA0001369853740000063
取作零，相对相位差补偿条件被写为：
Δneff-1/Δneff-2＝L2/L1 (2)
换句话说，当波导满足方程(2)的关系时，在第一波导和第二波导之间引起的相对相位差可以被补偿为零。为了满足方程(2)，当L2大于L1时(L2>L1)时，Δneff-1可以大于Δneff-2。例如，在图2中的不同宽度区域处示意性地例示说明了对于波导宽度波动Δw，芯厚度为0.45μm时的有效折射率波动Δneff-1和Δneff-2。这表明，较窄的波导宽度处的斜率Δneff-1/Δw大于较宽的波导宽度处的斜率Δneff-2/Δw。这表明，当选择较宽并且较长的波导时，相对相位差可以被有效地减小。
在图2A中，当如上所讨论的那样，每个斜率的量随着波导宽度增大而从大变到缓和时，可以将Δneff-1应用于与L1相对应的指示较大斜率的区域，并且可以将Δneff-2应用于与L2相对应的指示缓和斜率的区域。为此，干涉仪100的波导不仅具有不同长度，而且还具有不同宽度。
作为图1中的例子，光干涉仪100包括第一光学部110、第二光学部120以及一组光波导130和140。波导130可以是具有长度L1和W1的第一波导，波导140可以是具有长度L2和W2的第二波导。根据上述原理，长度L2大于长度L1，并且宽度W2大于宽度W1。
例如，针对0.45μm的芯厚度，L1和L2可以分别为315.3μm和365.3μm，W1和W2可以分别为和1.40μm和1.48μm。
在另一个实施例中，宽度W1和W2可以分别被选为1.40μm和1.44μm。该组合提供由于波导宽度波动而导致的有效折射率波动的敏感性的有效降低。
一些实施例基于以下认识，即，当第一波导的第一长度L1和有效折射率偏差Δneff-1的乘积基本上等于第二波导的第二长度L2和有效折射率偏差Δneff-2的乘积时，可以实现折射率波动的敏感性的这样的降低。
为此，一些实施例使用例如图2A的绘图来相应地选择第一宽度和第二宽度。如本文中所使用的，基本上等于意味着乘积的差异小于10％。在一个实施例中，该差异小于5％。
例如，一个实施例使用以下关系来设计光波导。
L1·Δneff-1＝α·L2·Δneff-2,其中0.9≤α≤1.1 (3)
图2B示出了根据本发明的一些实施例的用于确定包括不同长度和不同宽度的光波导干涉仪的尺寸的方法的框图。针对具有波长λ的光信号和光波导干涉仪的预定材料层，芯厚度tc可以从0.35μm和0.6μm之间的范围选择。预定波长间隔Δλ也根据预定光通信系统定义。在这个例子中，假定芯厚度tc被选为图2A中所指示的0.45μm。关于具有第一波导和第二波导的光波导干涉仪，根据光波导干涉仪的预定布局来确定第一波导的第一波长L1和第一宽度W1。
为了确定第二波长L2(＝L1+ΔL)，根据以下关系确定波导长度差ΔL。
ΔL＝λ2/(2·ng·Δλ),其中ng＝neff-λ(dn/dλ). (4)
例如，当针对λ＝1.3μm的信号波长，Δλ被设定为4.48nm时，通过假定neff＝3.243和dn/dλ＝-0.324，根据预定系统将ng确定为3.664。通过在方程(4)中使用ng(＝3.664)，获得ΔL为51.5μm。因此，在本例子中，可以通过计算L2＝L1+51.5μm来确定第二长度L2。
在L2被确定之后，可以参照图2A，通过使用方程(3)来确定第二波导的宽度W2。
作为例子，图2A中指示了第一宽度W1和第二宽度W2。
在针对预定芯厚度和预定波长确定第一长度L1和第一宽度W1之后，获得第二长度L2和第二宽度W2。图2B中例示说明了设计步骤。
图3A、图3B、图3C和图3D示出了光干涉仪100的示例截面，这些截面指示图1中的A-A’的视图。
在不同实施例中，波导130和140均包括磷化铟(InP)基板10(基板10)、磷化砷镓铟(InGaAsP)层20(芯层20)、InP覆层(cladding layer)30(覆层30)、InP盖层(cap layer)40(盖层40)。InGaAsP层20可以用作波导130和140中的每个的芯层。芯层20的厚度可以约为0.3μm至0.7μm。覆层30的厚度可以约为0.7至1.2μm。盖层40的厚度可以约为0.4μm至0.6μm。InP基板10包括具有厚度d的底部覆层50。底部覆层50的厚度d可以大致等于覆层30的厚度。例如，当覆层30的厚度为0.9μm时，底部覆层50可以约为0.9μm。
可替代地，芯层可以是约为0.3μm至0.7μm的砷化铟镓(InGaAs)层。
例如，如图3B所示，InP基板10可以安装在玻璃基板60上。在该实施例中，可以将InP基板的底部变薄并通过接合处理将InP基板的底部设置在玻璃基板60上。又例如，InP基板10可以安装在绝缘体上硅(SOI)基板70上。如图3C所示，SOI基板的顶部被接合到InP基板10的底部。
图3D示出了由硅和二氧化硅材料形成的波导的另一个例子。图3D中例示说明了波导130和140的截面。波导130和140是通过使用常规的硅加工工艺由硅和二氧化硅形成的。波导130和140均由被二氧化硅覆层90包围的硅线95形成。二氧化硅覆层90沉积在硅基板(基板80)上。波导130和140的厚度可以约为0.15μm至0.3μm，宽度可以约为0.2μm至0.6μm。硅基板和硅线之间的距离以及波导130和140上的二氧化硅覆层90的厚度可以约为1.5μm至2.5μm。
图4A例示说明了根据本发明的另一个实施例的光电路200包括光学部220。在该实施例中，光学部220可以被称为光耦合部。光耦合部220包括至少一个未连接波导。在该实施例中，波导230和240的输出端连接到光耦合部220的输入部分。输出波导270连接到光耦合部220的输出部分。未连接波导280和290被布置为连接到光耦合部220的其他输出部分。
例如，当来自波导230和240的一些量的光波(光信号)没有输入到输出波导270中而是在光耦合部220处反射时，在光耦合部220处发生寄生反射。未连接波导280和290分别被构造为通过未连接波导280和290的端部有效地释放寄生反射的光波。因此，未连接波导280和290被终止以使得将有最小的光波反射。未连接波导280和290的输入侧的典型宽度可以大于1.5μm，并且未连接波导280和290的长度可以在30-70μm之间。
在该实施例中，波导240的宽度可以被布置为大于波导230的宽度，并且波导240的长度可以被布置为大于波导230的长度。波导230和240各自的宽度可以通过求取在波导长度上计算的平均宽度来定义。波导230和240的输入端(或信号输入侧)连接到另一个光学部(比如光分支部(未示出))的输出部分。
关于更多选项，为了有效地将来自波导230和240的光波引导到输出波导270中，输出波导270可以在光耦合部220的输出部分处包括大致具有预定宽度w0的锥形。通过将输出波导270的输入部分做得更宽，锥形被构造为有效地接收来自波导230和240的光波。优选的是，如图4A中所指示的，波导230和240的输出端以及输出波导270的输入端在光耦合部220的输入部分和输出部分处具有大致相同的宽度w0，以改进信号输入/输出特性，例如光损耗降低。因此，波导230和240可以在它们的输出端和输入端(未示出)处包括锥形部分。图4A中示出了在输出端处具有宽度w0(最大宽度w0)的波导230和240的锥形部分。宽度w0被选为使得光耦合部220内的光损耗变为最小。对于基于InP的波导，宽度w0可以被选为1.45-3.0μm。波导230和240的输入端可以具有与具有宽度为w0的锥形部分的输出端的形状大致相同的形状。具有宽度w0的波导240连接到光耦合部220的输入部分。
图4A示出了另一个例子，其中波导230和240均包括窄段245。窄段245通过布置波导宽度wf而被构造为仅允许基模。窄段245被构造为滤除所有的高阶模。对于基于InP的波导的情况，宽度wf可以为1.0-1.4μm。波导230和240的窄段均包括变窄的段。窄段245可以被形成为至少长于1μm。图4A中示意性地示出了每个窄段。此外，光电路200可以包括多于两个光耦合部以提供阵列波导光栅(AWG)。
图4B例示说明了光电路的另一个例子，该光电路包括具有非导向波导的光耦合部。通过经由非导向波导的端部释放寄生反射的光波，非导向波导对于减小寄生反射也是有效的。每个非导向波导包括连接到光耦合部的具有预定角度图案的形状。例如，非导向波导285和295布置在耦合部220的输入侧和输出侧。非导向波导285被布置在输入波导230和240旁边，非导向波导295被布置在输出波导270旁边。非导向波导285和295可以不用连接物终止，使得可以从波导289和295的端部释放不想要的反射信号。可替代地，非导向波导285和295的端部可以用光吸收材料(比如非晶硅、多晶硅、碳纳米管、基于氧化物的石墨烯等)终止。图4B中指示了非导向波导285和295的预定角度θ。预定角度θ可以被布置为在10°<θ<90°的范围内，并且长度在20-100μm的范围内。
图5示出了分支电路(第一光学部)300，其包括连接到波导330和340的输入端的分支部310。波导340的宽度可以被布置为大于波导330的宽度，并且波导340的长度可以被布置为大于波导330的长度。波导330和340各自的宽度可以由在其波导长度上计算的平均宽度确定。
例如，分支部310可以连接到输入波导350和360，输入波导350和360具有在分支部310的输入部分处宽度约为w0的锥形。波导330包括在连接到分支部310的输出部分的输入端处宽度约为w0的锥形部分。波导340大致具有宽度w0。因此，分支部310连接到输入波导350和360的输出部分，并且连接到波导330和340的输入部分，其中，输入波导350和360的输出部分的每一个以及波导330和340在连接部分处具有大致相同的宽度w0。参见图5。宽度w0可以被称为最大锥形宽度，并且宽度w0可以在1.45-3.0μm之间。
图6A、图6B和图6C例示说明具有图3所示的截面结构的光波导干涉仪100的制造过程的例子。图7中还例示说明了制造光干涉仪100的处理流程。下面参照6A、图6B、图6C和图7来描述图光波导干涉仪100的制造过程。
在步骤710中，根据波导层结构的设计来使用多层生长的磷化铟(InP)基板。多层生长的基板可以包括覆层40、第一磷化铟(InP)层30(上覆层30)、磷化砷镓铟(InGaAsP)层20(芯层20)以及第二InP层50(下覆层50)，下覆层50是InP基板10的一部分。InGaAsP层(芯层)20可以为0.3-0.7μm，更优选地为0.45μm。根据系统设计，覆层40可以从波导结构排除。上覆层30和下覆层50的厚度可以约为0.7至1.2μm。
在图7的步骤720至740中，如图6A所示那样形成波导掩模130和140。在步骤740的光刻处理中，在覆层上形成光致抗蚀剂掩模，其中，这些掩模被设计为具有第一长度和第二长度(参见图1)以及第一宽度和第二宽度。例如，第一长度可以被选在314-316μm之间，第二长度可以被选在364-366μm之间。第一宽度可以被选在1.35-1.45μm之间，更优选地，第一宽度可以被选为1.4μm。第二宽度可以为1.46-1.5μm，更优选地，第二宽度可以被选为1.48μm。
在步骤750中，如图6B所示执行蚀刻处理以形成具有波导130和140的光波导干涉仪100的波导结构。在步骤750的蚀刻处理中，可以执行干式蚀刻处理以形成波导130和140。在蚀刻处理中，InP基板10也被蚀刻掉以形成下覆层50。例如，深度d可以被定义为从InGaAsP层(芯层)的底部到InP基板10的被蚀刻表面的距离。深度d可以在0.4-0.5μm之间。可替代地，底部覆层50的厚度d可以大致等于覆层30的厚度。例如，当上覆层30的厚度为0.9μm时，下覆层50可以约为0.9μm。
图6B中指示了下覆层50的厚度。在步骤760中移除抗蚀剂掩模之后，形成波导130和140的波导结构。接着，在步骤760中，执行等离子体灰化处理以移除抗蚀剂掩模，并结束波导制造过程。应注意到，在图7的处理流程中忽略了关于常规工艺处理(比如水洗处理和干燥处理)的说明。
可替代地，如图3B所示，可以通过抛光处理将InP基板的底部变薄并将InP基板的底部与硅基板接合，这改进了光波导干涉仪的热导率。又例如，绝缘上硅(SOI)基板可以代替如图3C所示的硅基板来使用。
图8例示说明了另一个实施例，在该实施例中，光波导干涉仪800包括具有不同宽度的四个波导和四个输出端口。四个波导830、840、850和860布置在光干涉仪800中。波导830、840、850和860分别具有不同长度L1、L2、L3和L4以及不同宽度W1、W2、W3和W4。如图8中所见，长度被布置为L1<L2<L3<L4，并且宽度被布置为W1<W2<W3<W4。光信号通过输入波导870输入。光信号传播通过光分支部810，并被分到波导830、840、850和860中。在通过经过波导830、840、850和860而发生干涉之后，每个干涉信号根据系统设计通过光耦合部820被递送到输出波导880、881、882和883中的每个。在该实施例中，光波导干涉仪800可以被称为阵列波导800，光分支部可以被称为第一光学部810，光耦合部820可以被称为第二光学部820。尽管在这个例子中波导830、840、850和860的长度次序被布置为L1<L2<L3<L4，但是可以根据系统设计来选择波导长度的另一个配置。
图9示出了另一个实施例，在该实施例中，光波导干涉仪900包括具有不同宽度的波导和输出端口。四个波导930、940、950和960布置在光干涉仪900中。波导930、940、950和960分别具有不同长度L1、L2、L3和L4以及不同宽度W1、W2、W3和W4。在这种情况下，波导930、940、950和960的长度L1、L2、L3和L4被布置为L2<L1<L3<L4，并且波导930、940、950和960的宽度被布置为W2<W1<W3<W4。光信号通过输入波导970输入。光信号传播通过光分支部910，并被分到波导930、940、950和960中。在通过经过波导930、940、950和960而发生干涉之后，每个干涉信号根据系统设计通过光耦合部920被递送到输出波导980、981、882和983中的每个。在该实施例中，光波导干涉仪900可以被称为阵列波导900，光分支部910可以被称为第一光学部910，光耦合部920可以被称为第二光学部920。在该实施例中，尽管一个输入波导970被示出在该实施例中，但是可以根据系统设计在光分支部910处布置多个输入波导。
图10示出了根据本发明的光干涉仪的另一个实施例，在该实施例中，光波导干涉仪1000包括具有不同宽度的波导和输出端口。四个波导1030、1040、1050和1060布置在光干涉仪1000中。波导1030、1040、1050和1060分别具有不同长度L1、L2、L3和L4以及不同宽度W1、W2、W3和W4。在这种情况下，波导1030、1040、1050和1060的长度L1、L2、L3和L4被布置为L2<L1<L3<L4，并且波导1030、1040、1050和1060的宽度被布置为W2<W1<W3<W4。光信号通过输入波导1070输入。光信号传播通过光分支部1010，并被分到波导1030、1040、1050和1060中。在通过经过波导1030、1040、1050和1060而发生干涉之后，每个干涉信号根据系统设计通过光耦合部1020被递送到输出波导1080、1081、1082和1083中的每个。此外，光分支部1010和光耦合部1020具有预定矩形形状，其中光分支部1010和光耦合部1020的矩形形状均被设计为使得传播通过光干涉仪1000的光信号的损耗有效地降低。在该实施例中，光波导干涉仪1000可以被称为横向滤光器1000，光分支部1010可以被称为第一光学部1010，光耦合部1020可以被称为第二光学部1020。在该实施例中，尽管示出了一个输入波导1070，但是可以根据系统设计在光分支部1010处布置多个输入波导。此外，光干涉仪1000可以包括两个多模干涉设备。
尽管已经示出并且描述了几个优选实施例，但是对于本领域技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其做出许多改变和修改，本发明的范围由下面的权利要求书及其等同形式限定。

Claims (20)

1.一种光波导干涉仪，包括：
第一光学部；
第二光学部；
一组光波导，所述一组光波导连接第一光学部和第二光学部，以使得在第一光学部和第二光学部之间传播的光通过所述组中的每个光波导，其中，所述一组光波导包括具有第一长度和第一宽度的第一光波导以及具有第二长度和第二宽度的第二光波导，其中，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度，
其中，所述第一光波导和所述第二光波导的宽度是均匀的。
2.一种光波导干涉仪，包括：
第一光学部；
第二光学部；
一组光波导，所述一组光波导连接第一光学部和第二光学部，以使得在第一光学部和第二光学部之间传播的光通过所述组中的每个光波导，其中，所述一组光波导包括具有第一长度和第一宽度的第一光波导以及具有第二长度和第二宽度的第二光波导，其中，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度；
其中，波导中的至少一个的宽度是非均匀的，并且其中，所述第一宽度是第一光波导在第一长度上的平均宽度，并且其中，所述第二宽度是第二光波导在第二长度上的平均宽度；
其中，所述光波导中的每个包括较宽的段和至少一个比所述较宽的段窄的段；
其中，所述第二光波导的所述较宽的段的宽度大于所述第一光波导的所述较宽的段的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的光波导干涉仪，
其中，所述第一光学部是分支部，所述分支部包括用于将光接收到分支部中的至少一个分支输入端口以及用于将光从分支部输出的至少两个分支输出端口，其中，所述两个分支输出端口包括连接到第一光波导的第一分支输出端口以及连接到第二光波导的第二分支输出端口，并且
其中，所述第二光学部是光耦合部，所述光耦合部包括用于将光接收到耦合部中的至少两个耦合输入端口以及用于将光从耦合部输出的至少一个耦合输出端口，其中，所述两个耦合输入端口包括连接到第一光波导的第一耦合输入端口以及连接到第二光波导的第二耦合输入端口。
4.根据权利要求1或2所述的光波导干涉仪，其中，第一光波导的有效折射率大于第二光波导的有效折射率。
5.根据权利要求4所述的光波导干涉仪，其中，第一宽度和第二宽度被选为使得第一波导的第一长度和有效折射率偏差的乘积等于第二波导的第二长度和有效折射率偏差的乘积。
6.根据权利要求5所述的光波导干涉仪，其中，当第一长度是L1、第二长度是L2、第一偏差是Δn1并且第二偏差是Δn2时，第一宽度和第二宽度被确定为使得L1和Δn1的乘积与L2和Δn2的乘积之间的差异小于10％。
7.根据权利要求5所述的光波导干涉仪，其中，第一宽度和第二宽度被确定为使得L1·Δn1＝α·L2·Δn2并且0.9≤α≤1.1。
8.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，所述光干涉仪是不对称马赫-曾德尔干涉仪。
9.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，所述光干涉仪是阵列波导光栅。
10.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，所述光干涉仪包括两个多模干涉设备和多于两个的互连波导。
11.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，所述一组光波导包括多于两个的波导，其中，所述组中的所有波导都具有不同长度和不同宽度，所述不同长度和不同宽度被选为使得比另一个波导长的每个光波导比所述另一个波导宽。
12.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，每个光波导具有最大宽度相同的锥形输入和锥形输出部分。
13.根据权利要求12所述的光波导干涉仪，其中，第一光学部和第二光学部的输入部分和输出部分被构造为使得波导的锥形输入和输出与所述一组光波导的锥形输入部分和锥形输出部分连接。
14.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，第一光学部和第二光学部中的至少一个具有至少一个未连接波导。
15.根据权利要求1所述的光波导干涉仪，其中，第一光学部和第二光学部中的至少一个在各自的输出部分处具有至少一个非导向部。
16.根据权利要求2所述的光波导干涉仪，其中，所述比所述较宽的段窄的段包括长度长于至少1μm的较窄部。
17.根据权利要求1或2所述的光波导干涉仪，还包括：
基板，所述基板附连到第一光学部、第二光学部和所述一组波导的底部，其中，所述基板包括磷化铟基板、硅基板和玻璃基板中的一个或它们的组合。
18.根据权利要求1或2所述的光波导干涉仪，其中，第二长度通过以下步骤确定：
针对预定波长确定所述一组波导的芯厚度；
根据预定系统设计来确定第一长度和第一宽度；
基于第一波导的有效折射率和预定波长间隔来确定附加长度；以及
通过将第一长度和附加长度相加来确定第二长度。
19.一种用于制造光波导干涉仪的方法，包括：
提供多层生长的磷化铟基板，其中，多层生长的基板包括具有第一预定厚度的第一磷化铟层、具有预定芯厚度的磷化砷镓铟InGaAsP层以及具有第二预定厚度的第二InP层；
在盖层上形成第一光致抗蚀剂掩模和第二光致抗蚀剂掩模，其中，所述第一光致抗蚀剂掩模和所述第二光致抗蚀剂掩模分别被设计为具有第一长度和第二长度以及第一宽度和第二宽度，其中，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度；以及
执行蚀刻处理以从InGaAsP层的底部形成具有预定深度d的预定槽。
20.根据权利要求19所述的方法，
其中，所述第一预定厚度在0.3μm和0.5μm之间，所述预定芯厚度在0.3μm和0.7μm之间，所述第二预定厚度在0.3μm和2.5μm之间，以及所述预定深度d在0.1μm和1.0μm之间。
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