CN109143435A - 低背反射阶梯光栅 - Google Patents

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CN109143435A CN201810630241.2A CN201810630241A CN109143435A CN 109143435 A CN109143435 A CN 109143435A CN 201810630241 A CN201810630241 A CN 201810630241A CN 109143435 A CN109143435 A CN 109143435A
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Abstract

本公开的实施例针对包含用于传播来自至少一个光源的光的半导体层的光学设备。光学设备可进一步包含具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，阶梯光栅在半导体层的外侧。弯曲的阶梯光栅可包含多个光栅齿，并且所述多个光栅齿中的光栅齿可具有光栅面和阴影面。阴影面具有相对于弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。可以描述其它实施例和/或要求权利。

Description

低背反射阶梯光栅
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月19日提交的标题为“LOW BACK REFLECTION ECHELLE GRATING”的美国临时专利申请No.62/521,971的优先权，该申请的整个内容和公开通过引用以其全部结合于此。
技术领域
本公开的实施例一般涉及光电领域，并且更具体地说，涉及用于使用基于全内反射原理的阶梯光栅并且被实现在绝缘体上硅平台上的光学装置（例如多路复用器或多路分解器）的技术和配置。
背景技术
光学多路复用器和多路分解器可被视为对于光学互连的波分复用(WDM)网络中的关键组件。为了沿单个光纤发送多个波长（有时称为“信道”），波长必须在一端由多路复用器进行多路复用（即，组合），并且在接收端由多路分解器进行多路分解（即，分开）。一般而言，使用阶梯光栅的多路复用器和多路分解器可被使用，因为它们的紧凑大小、较低成本以及它们与其它光学组件（像激光器和检测器）的集成能力。
更确切地说，示例混合集成传送器可包含激光器、调制器、多路复用器以及相同硅衬底芯片上的一个或更多个无源组件。来自每个组件的芯片上背反射的光可相干地和固有地对接，并且在激光相对强度噪声（RIN）和激光侧模式抑制比方面使激光传送器稳定性降级。这种降级可导致装置操作窗口上误位率（BER）下限生成和传送器性能降级。
类似地，接收器可包含光检测器、多路分解器以及相同硅衬底芯片上的一个或更多个无源组件。来自多路分解器和无源组件的芯片上反射的光可相干地和固有地对接，并生成多路径干扰效应。此多路径干扰效应在接收器可产生附加噪声。
传统的全内反射阶梯光栅解决方案可产生对激光器和检测器的较高的光的背反射，导致在传送器的激光不稳定或者在接收器的附加噪声。
附图说明
通过结合随附附图的如下详细描述，将容易理解实施例。为了便于此描述，相似的引用数字表明相似的结构元件。在随附附图的图中以示例的方式而非以限制的方式示出了实施例。
图1是按照一些实施例的可包含带有镜的多路复用器和/或多路分解器的光电系统的框图，所述镜具有配置成提供光的全内反射的阶梯光栅。
图2是按照一些实施例的作为集成光子学链路的光电系统示例实现。
图3示出了按照一些实施例的包括带有阶梯光栅表面的镜的光学装置的示例顶视图，所述阶梯光栅表面配置成提供光的全内反射。
图4a和4b示出了按照一些实施例的带有阶梯光栅的示例镜，所述阶梯光栅带有减少的背反射。
图5示出了按照一些实施例的使用带有阶梯光栅的镜的示例多路复用器，所述阶梯光栅带有减少的背反射。
图6示出了按照一些实施例的使用带有阶梯光栅的镜的示例多路分解器，所述阶梯光栅带有减少的背反射。
图7示出了按照一些实施例的带有使用阶梯光栅的镜的示例多路复用器的备选视图，所述阶梯光栅带有减少的背反射。
图8示出了按照一些实施例的用于制作具有阶梯光栅的镜的示例技术，所述阶梯光栅带有减少的背反射。
图9示出了按照各种实施例的适合于与光电系统的各种组件（诸如具有带有阶梯光栅（带有具有减少的背反射）的多路复用器的传送器和/或具有带有阶梯光栅（带有具有减少的背反射）的多路分解器的接收器）使用的示例计算装置。
具体实施方式
本公开的实施例针对光学设备，其包含用于传播来自至少一个光源（例如激光器）的光的半导体层。光学设备可包含在半导体层外侧的具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅。弯曲的阶梯光栅可包含多个光栅齿，并且所述多个光栅齿中的光栅齿可具有光栅面和阴影面。阴影面相对于弯曲的阶梯光栅的曲面法线具有大于0度的光栅角。例如，在一些实施例中，光栅角可大于0度，并且小于近似60度。在一些实施例中，光栅角可以在近似20度与近似50度之间。通过使用此类镜，光学设备的效率可被增大，因为有角度的阴影面可防止通过波导引入到镜的光被反射回向波导。可实现其它优点，如下面更详细论述的。
在如下描述中，说明性实现的各种方面将使用由本领域技术人员通常采用的术语进行描述，以向本领域的其它技术人员传达他们的工作实质。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，本公开的实施例可通过所描述方面中的仅一些方面被实践。为了说明起见，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供说明性实现的彻底理解。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，本公开的实施例可在没有特定细节情况下被实践。在其它实例中，省略或简化了公知的特征，以免模糊说明性实现。
在如下详细描述中，对形成本文一部分的随附附图做出参考，其中通篇相似的引用数字表明相似的部分，并且其中以例示实施例（其中本公开的主题可被实践）的方式被示出。要理解到，可利用其它实施例，并且可在不背离本公开的范围的情况下做出结构或逻辑改变。因此，如下详细描述并不被视为限制意义，并且实施例的范围通过所附的权利要求以及它们的等效方案来定义。
为了本公开起见，短语“A或B”意味着(A)、(B)或(A和B)。为了本公开起见，短语“A、B或C”意味着(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
本描述可使用基于透视的描述，诸如顶/底、内/外、之上/之下、或诸如此类。此类描述只是用于便于论述，并不旨在将本文描述的实施例的应用约束到任何具体方位。
本描述可使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”，其可各自指的是相同或不同实施例中的一个或更多个。此外，在相对于本公开实施例所使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词。
本文可使用术语“与…耦合”连同其派生词。“耦合”可意味着如以下中的一个或更多个。“耦合”可意味着两个或更多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”也可意味着两个或更多个元件彼此间接接触，但又仍彼此仍协作或交互，并且可意味着一个或更多个其它元件被耦合或连接在被说成是彼此耦合的元件之间。术语“直接耦合”可意味着两个或更多个元件直接接触。
在各种实施例中，短语“第一层形成、沉积或以别的方式布置在第二层上”可意味着第一特征被形成、沉积、生长、焊接或以别的方式布置在第二层之上，并且第一层的至少一部分与第二层的至少一部分可直接接触（例如直接物理和/或电接触）或间接接触（例如，第一层与第二层之间具有一个或更多个其它层）。
在本文中使用时，术语“模块”可指的是、作为其一部分或者包含专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享、专用或群组）和/或执行一个或更多个软件或固件程序的存储器（共享、专用或群组）、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能性的其它适合的组件。
图1是按照一些实施例的可包含带有镜的多路复用器和/或多路分解器的光电系统100的框图，所述镜具有配置成减少光的背反射的阶梯光栅。光电系统100可用于例如在数据中心的机架之间、或者长距离、在数据存储设施、数据中心或诸如此类之间经由光纤传送以数据信号调制的光学信号。
光电系统100可包含诸如传送器102（例如光子芯片）的光学装置。传送器102可包含一个或更多个光源（例如激光器装置）104以向相应调制器106提供光信号118（例如恒定的光强度信号），以根据要被传送的数据信号调制输入光。光源104和对应的调制器106的每个组合可包括通信信道110、112、114。尽管示出了三个通信信道，但更少或者更多通信信道可在传送器（诸如102）中被用于例如提供期望的传送速率。调制器106可将已调制光学信号120输出到如本文所描述的具有镜150的多路复用器124，镜150带有提供减少的背反射的阶梯光栅。类似地，通信信道112、114可将已调制信号121、123输出到多路复用器124。从通信信道110、112和114多路复用的信号120、121、123可作为组合信号122被输入到光模转换器（例如耦合器）126。
光模转换器126可提供从光子芯片上的带有镜150的多路复用器124到光学通信信道（例如光纤线缆）130的接口，并且配置成将组合的光学信号127转移到光学通信信道130，以由接收器134接收。在实施例中，接收器134可包含如本文所描述的具有镜150的多路分解器136，镜150带有提供光的减少的背反射的阶梯光栅。根据本文描述的技术，多路分解器136可配置成将信号127多路分解成多个信号138。
图2是按照一些实施例的图1的光电系统的示例实现，如集成光子学链路200。类似于上面描述的系统100，链路200可包含传送器102和接收器134。传送器102可包含多个激光器104以及包括调制器106和分裂器204的波导202。根据波导206中每个波导的波长，由激光器104生成的光学信号可通过波导202和分裂器204被提供给带有多个输入波导206的多路复用器124的镜150。镜150可反射不同波长的光学信号，并由于镜的阶梯光栅效应而组合信号。输出波导208可接收组合的光学信号，并将该光学信号传送到光模转换器126。光模转换器126可将从组合的光学信号转换的光学信号127提供给接收器134，以由接收器134的光模转换器226进行转换。转换的光学信号然后可经由输入波导210被输入到带有镜150的多路分解器136。镜150可反射光学信号，其可由于镜150的阶梯光栅效应而按波长分裂。信号的分裂部分可由多个输出波导212根据波导212的对应波长来接收。输出信号的部分可经由输出波导212被提供给光检测器214，以如期望的被进一步处理。下面将更详细描述具有镜150的多路复用器124或多路分解器136的各种实施例，镜150带有提供光的减少的背反射的阶梯光栅表面。
图3示出了按照一些实施例的包括带有阶梯光栅表面的镜的光学装置300的示例视图，所述阶梯光栅表面带有光的减少的背反射。将领会到，多路复用器（诸如124）或多路分解器（诸如136）可根据参考图3描述的实施例被实现。为了简化目的，图3中示出的光学装置包括多路分解器。
在一些实施例中，光学装置300可被形成在绝缘体上硅(SOI)平台上。相应地，光学装置300可被形成在半导体层（例如包含硅）302或其它基于硅的材料中。例如，在一些实施例中，半导体层302可被提供在高指数波导平台上，诸如氮化硅(Si3N4)波导—掩埋氧化物（BOX）—Si衬底，或者氮氧化硅(SiON)波导—BOX—Si衬底。光学装置可包含布置在半导体层302内部并且具有阶梯光栅反射表面306以反射在半导体层302内部传播的光的镜304。在一些实施例中，反射可以是全或者基本上全内反射。光学装置300可被配置成使得在半导体层302内部传播的光可以被限制在垂直方向中（例如，通过将半导体层302夹在电介质层之间）。镜304可被形成在布置在半导体层302中的沟槽中。
镜304的反射表面306可包括布置在镜306的基本上非线性形状（例如弯曲）表面上的多个线性或弯曲微镜，以对于被对准镜304的光提供相长干涉。光栅可使用各种聚焦几何形状（诸如罗兰圆或椭圆）被构造。在罗兰圆中，微镜中心可以关于圆的圆周被定位。在椭圆布置中，微镜中心可基于光栅方程被确定。
镜304可由两个介质的界面形成：包括镜反射表面306的半导体层302和可填充沟槽（镜304可被形成在其中）的另一介质（例如空气或电介质材料）。该另一介质可具有比半导体层302的折射指数更低的折射指数，以提供由镜304的光的全或基本上全内反射。例如，布置在半导体层302中的沟槽可以用电介质材料（例如氧化物）填充。相应地，半导体材料的折射指数可以大于包括镜304的反射表面306的电介质材料的折射指数，提供用于由输入波导310的被对准镜304的光316的全或者基本上全内反射（TIR）。
输入波导310和输出波导312可被布置在距镜304的反射表面306的确定距离320处。相应地，当光316从输入波导310进入半导体层302时，它可在空间上被分散在硅板区域内（如通过箭头321所指示的），然后从反射表面306反射（如通过箭头322所指示的），并且由镜304的反射表面306重新聚焦在输出波导312（如通过318所指示的）。
如果光学装置300包括多路分解器，由于反射表面306的阶梯光栅效应，则反射光318的部分可由多个输出波导312根据它们的相应波长来接收。类似地，如果光学装置300包括多路复用器，由于反射表面306的阶梯光栅效应，则反射光318的部分可由镜304根据它们的相应波长来接收，并反射到输出波导312中（通过反射光318所指示的）。
如上面所描述的，波导310、312的方位可被定义使得表面306上的入射角314可大于对于TIR所要求的临界角。取决于装置300的类型（例如多路复用器或多路分解器），输入或输出波导中的每个波导都可对应于输入光（在多路复用器中）或反射光（在多路分解器中）的具体波长。
图4a和4b示出了按照一些实施例的带有阶梯光栅的示例镜，阶梯光栅带有减少的背反射。确切地说，图4a描绘了镜450的示例部分，其可类似于镜150。将理解到，仅为了此描述起见，镜450一般被显示为平面/线性的。如上面所论述的，一般而言，镜450可以是弯曲的或者圆形的，例如按照罗兰圆的椭圆的或者弯曲的。
镜450可包含多个光栅齿420。图4b更详细地描绘了光栅齿420的各种元件。确切地说，光栅齿420可包含两个面。第一面，在图4a和4b中标记为“G”，可被称为“光栅面”。第二面，在图4a和4b中标记为“S”，可被称为“阴影面”。虚线（在图4a和4b中标记为“N”）表示相对于镜450的“法线”角（例如0度）。法线N例如可被描述为例如相对于构成镜450的弯曲的阶梯光栅的曲面的角度。
如图4a和4b中所示出的，阴影面S可具有相对于法线N的光栅角A。在一些实施例中，光栅角A可小于近似60度。更确切地说，在一些实施例中，光栅角A可以在近似20度与近似50度之间。
图5示出了按照一些实施例的使用带有阶梯光栅的镜的示例多路复用器，所述阶梯光栅带有减少的背反射。更确切地说，图5描绘了使用对于低背反射的镜550的示例多路复用器524。多路复用器524例如可类似于多路复用器124。镜550可类似于例如镜150或450。确切地说，镜550可包含多个光栅齿520，其可类似于光栅齿420。类似于光栅齿420，光栅齿520中的相应光栅齿可具有阴影面S和光栅面G两者（为了简洁起见在图5中未标记）。如图5中所示出的，阴影面S可按光栅角A（为了简洁起见在图5中也未标记）远离法线形成角度。
光（例如由激光器104产生的激光）可经由多个波导506进入多路复用器524。波导506可类似于例如波导206。如在图5中通过实线所示出的，光可通过全内反射从光栅齿520，并且具体地说是光栅齿520的光栅面G，反射离开到波导508。波导508可类似于例如波导208。采用此方式，来自各种波导506的光可被聚焦到单个波导508，即，多路复用。
在其中阴影面未按光栅角A远离法线形成角度的传统镜中，也就是其中光栅面与法线N对齐的镜，来自波导506的光可能由阴影面S反射回向波导506。在这些传统镜中，反射的光能与来自波导506的光相干地并固有地干涉，由此使多路复用器的性能降级。
然而，在镜550中，其中阴影面S按光栅角A远离法线形成角度，例如在图5中所示出的，光可由阴影面反射，而不直接反射回向波导506。这种现象在图5中通过带有箭头的点线描绘。确切地说，点线被示出以描绘光来自波导506并且然后从阴影面反射的路径。如能看到的，通过点线表示的光离开波导506，打到光栅齿520的阴影面，并且然后在不直接向波导506的方向中被反射。采用此方式，可避免上面描述的干涉，这可减少到激光器的外部背反射，并且增加传送器（诸如传送器102）的激光器稳定性。
图6示出了按照一些实施例的使用带有阶梯光栅的镜的示例多路分解器，所述阶梯光栅带有减少的背反射。更确切地说，图6描绘了可包含镜650的多路分解器636。多路分解器可类似于例如多路分解器136。镜650可类似于例如镜150、450、550等。确切地说，镜650可包含多个光栅齿620，其可类似于光栅齿420、520等。尽管为了简洁起见在图6中未标记，但相应光栅齿620可包含阴影面和光栅面两者，诸如在图4b中示出的那些。阴影面S可按光栅角A远离法线（关于镜650）形成角度。
由多路复用器（诸如多路复用器124）多路复用并且沿光纤（诸如光纤130）传送的光（例如由激光器104产生的激光）可经由波导610进入多路分解器636。波导610可类似于波导210。光然后可被光栅齿620中的一个或更多个光栅齿所反射，并指向波导612，其可类似于波导212。采用此方式，光可由多路分解器636多路分解。
类似于图5，在镜650中，其中阴影面S按光栅角A远离法线形成角度，光可被阴影面反射，而不直接反射回向波导610。此现象在图6中通过带有箭头的点线描绘。确切地说，点线被示出以描绘光来自波导610并且然后从阴影面反射的路径。这能看到，由点线表示的光离开波导610，打到光栅齿620的阴影面，并且然后在不直接朝向波导610的方向被反射。采用此方式，可避免上面描述的干涉，这可减少到激光器的外部背反射，并且增加接收器（诸如接收器134）的激光器稳定性。
将指出，尽管图5中的光被示出为从单个光栅齿反射，但实际上光可从诸如图6示出的多个不同光栅齿反射。类似地，尽管在图6中光被显示为从多个光栅齿反射，但实际上光可从诸如图5示出的单个光栅齿反射。附加地，尽管对于波导612和506仅示出4个波导，但其它实施例可具有更多或更少的波导。
一般而言，镜550和650可提供优于传统镜的各种优点。例如，诸如在图4a、4b、5和6中示出的带有成角度的阴影面的镜可不影响各种度量，镜可按所述度量被测量。这些度量可包含光栅效率、光栅纵横比（其可被定义为光栅面G的长度除以阴影面S的长度）以及光栅的品质因数。照此，在损耗或带宽方面测量的多路复用器524或多路分解器636的性能可与传统多路复用器或多路分解器相同或比其更好，而且还提供了减少的背反射的优点。
图7描绘了示例多路复用器724的备选视图。多路复用器724可类似于例如多路复用器124或524。多路复用器724可包含镜750，其可类似于镜150或550。光可由波导706（其可类似于波导206或506）被输入到多路复用器724，并且然后由镜750聚焦，并且反射到波导708（其可类似于波导208或508）。
如图7中所示出的，镜750可按照椭圆曲面725或罗兰曲面720被弯曲。元件750a、750b和750c是在沿椭圆或罗兰曲面的不同点的镜750的不同部分。如能看到的，法线N在不同部分750a-c可改变。例如，在部分750a，法线N可略微向左倾斜（如图7中所示出的）。法线N在部分750b一般可以是垂直的，并且在部分750c略微向右倾斜。如能在图7中看到的，光栅角A可同样地旋转，使得随着法线N沿镜750的曲面从部分750a移位到750c，阴影面的角相对于法线N保持恒定。在其它实施例中，法线N可保持相对于部分750b被定义（也就是，一般来说，相对于图7垂直），并且光栅角A可相对于从部分750a到750c的那个恒定法线被测量。
图8示出了按照一些实施例的用于制作具有阶梯光栅的镜的示例技术，所述阶梯光栅带有减少的背反射。确切地说，该技术可包含，在805，将两层硬掩膜定位在半导体层（诸如半导体层302）上。掩膜可定义具有多个光栅齿（诸如光栅齿420、520、620等）的弯曲的阶梯光栅。多个光栅齿中的相应光栅齿可包含光栅面（例如图4b中的光栅面G）和阴影面（例如图4b中的阴影面S）。相应阴影面可具有如相对于弯曲的阶梯光栅的曲面法线所测量的大于0度的光栅角（例如图4b中的光栅角A）。例如，光栅角可相对于曲面法线N（如上面相对于图7和在别处所描述的）被测量。如上面所论述的，光栅角可小于近似60度，并且在一些实施例中，可在近似20度与近似50度之间。
该技术然后可包含，在810，执行掩膜的干蚀刻。干蚀刻技术可围绕掩膜蚀刻半导体层，以定义半导体层中的弯曲的阶梯光栅。
该技术然后可包含，在815，移除掩膜。这么做可留下带有弯曲的阶梯光栅的半导体层。
图9示出了适合于与图1的各种组件使用的示例计算装置1500，诸如包含具有带有阶梯光栅镜150的多路复用器124的传送器102和/或具有带有镜150的多路分解器136的接收器134的光电系统100。如所示出的，计算装置1500可包含一个或更多个处理器或处理器核1502以及系统存储器1504。为了此申请（包括权利要求）起见，术语“处理器”和“处理器核”可被视为同义词，除非上下文另外明确要求。处理器1502可包含任何类型的处理器，诸如中央处理单元（CPU）、微处理器、和诸如此类。处理器1502可被实现为具有多核的集成电路，例如多核微处理器。计算装置1500可包含海量存储装置1506（诸如磁盘、硬盘驱动器、易失性存储器（例如动态随机存取存储器（DRAM）、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘（DVD）等等））。一般而言，系统存储器1504和/或海量存储装置1506可以是任何类型的暂时和/或永久存储装置，包含但不限于，易失性和非易失性存储器、光、磁和/或固态海量存储装置等等。易失性存储器可包含但不限于，静态和/或动态随机存取存储器。非易失性存储器可以包含但不限于，电可擦除可编程只读存储器、相变存储器、电阻性存储器等等。
计算装置1500可进一步包含输入/输出（I/O）装置1508（诸如显示器（例如触摸屏显示器）、键盘、光标控制、遥控器、游戏控制器、图像捕获装置等）以及通信接口1510（诸如网络接口卡、调制解调器、红外接收器、无线电接收器（例如蓝牙）等）。在一些实施例中，通信接口1510按照各种实施例可包含如本文所描述的具有带有阶梯光栅镜150的多路复用器124的传送器102和/或具有带有镜150的多路分解器136的接收器134，或以别的方式与其耦合。对于本文的描述将被理解到，多路复用器124和多路分解器136对于本文的描述被用作对于本文描述的附加多路复用器（例如524）和多路分解器（636）的替身。一般而言，相对于计算装置1500的描述，多路复用器或多路分解器可通过图4a中描绘的镜450实现，其中栅极面G按光栅角A从法线N偏移。
通信接口1510可包含通信芯片（未示出），其可配置成按照全球移动通信系统（GSM）、通用分组无线电服务（GPRS）、通用移动电信系统（UMTS）、高速分组接入（HSPA）、演进的HSPA (E-HSPA)或长期演进（LTE）网络来操作装置1500。通信芯片还可配置成按照增强型数据GSM演进（EDGE）、GSM EDGE无线电接入网络（GERAN）、通用地面无线电接入网络（UTRAN）或演进的UTRAN( E-UTRAN)来操作。通信芯片可配置成按照码分多址（CDMA）、时分多址（TDMA）、数字增强无绳电信（DECT）、演进数据优化（EV-DO）、它们的派生以及被指定为3G、4G、5G及其以后的任何其它无线协议来操作。在其它实施例中，通信接口1510可以按照其它无线协议来操作。
上面描述的计算装置1500元件可经由系统总线1512彼此耦合，系统总线1512可表示一个或更多个总线。在多总线的情况下，它们可以通过一个或更多个总线桥（未示出）桥接。这些元件中的每个都可执行本领域已知的其常规功能。具体地说，可采用系统存储器1504和海量存储装置1506来存储用于图1的传送器102的操作的编程指令的工作拷贝和永久拷贝。各种元件可通过由处理器1502支持的汇编指令或者可被编译成此类指令的高级语言来实现。
编程指令的永久拷贝可以在工厂或者在现场，例如通过分布介质（未示出）（诸如光盘（CD））或通过通信接口1510（从分布服务器（未示出））被放入到海量存储装置1506中。也就是，具有代理程序的实现的一个或更多个分布介质可被采用以分布代理并对各种计算装置进行编程。
取决于计算机1500被用作固定计算装置（诸如机顶盒或台式计算机）还是移动计算装置（诸如平板计算装置、膝上型计算机、游戏控制台或智能电话），元件1508、1510、1512的编号、能力和/或容量可变化。它们的构成以别的方式已知，并且因而将不被进一步描述。
在实施例中，存储器1504可包含配置成实践实施例各方面（诸如传送器102和/或接收器134的操作）的计算逻辑1522，如参考图1和在别处所描述的。对于一个实施例，至少一个处理器1502可与配置成实施本文描述的光学信号传送和接收的方面的计算逻辑1522封装在一起，以形成封装内系统（SiP）或片上系统（SoC）。
计算装置1500可包含光电系统或者以别的方式与其关联，该系统诸如实现传送器102和/或接收器134的方面的系统100，包含上面所描述的多路复用器124和/或多路分解器136。在一些实施例中，光电系统100的至少一些组件（例如传送器102和/或接收器134）可以通信地与计算装置1500耦合，和/或被包含计算装置1500组件中的一个或更多个组件（诸如例如通信接口1510）中。
在各种实现中，计算装置1500可包括数据中心、膝上型计算机、上网本、笔记本、超极本、智能电话、平板计算机、个人数字助理（PDA）、超级移动PC、移动电话或数码相机中的一个或更多组件。在另外的实现中，计算装置1500可以是处理数据的任何其它电子装置。
示例1可包含光学设备，包括：半导体层，用于传播来自至少一个光源的光；以及具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，所述阶梯光栅在所述半导体层的外侧；其中所述弯曲的阶梯光栅包含多个光栅齿，所述多个光栅齿的光栅齿带有光栅面和阴影面，其中相应阴影面具有相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。
示例2可包含示例1所述的光学设备，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
示例3可包含示例2所述的光学设备，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
示例4可包含示例1-3中任一项所述的光学设备，其中所述相应阴影面中的第一阴影面具有与所述相应阴影面中的第二阴影面的角度相同的角度。
示例5可包含示例1-3中任一项所述的光学设备，其中所述曲面是椭圆曲面或罗兰曲面。
示例6可包含示例1-3中任一项所述的光学设备，其中所述光学设备是多路复用器或多路分解器。
示例7可包含示例1-3中任一项所述的光学设备，其中所述弯曲的阶梯光栅是内部地反射的。
示例8可包含示例1-3中任一项所述的光学设备，其中所述阴影面用于将所述光反射回向与所述光学设备耦合的输入波导。
示例9可包含一种设备，包括：光源；波导，在所述波导的第一侧与所述光源耦合，所述波导用于传播来自所述光源的光；以及光学设备，在所述第一侧对面的所述波导的第二侧与所述波导耦合，其中所述光学设备包含具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅；其中所述弯曲的阶梯光栅包含多个光栅齿，所述多个光栅齿的相应齿带有光栅面和阴影面，并且其中相应阴影面具有相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。
示例10可包含示例9所述的设备，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
示例11可包含示例10所述的设备，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
示例12可包含示例9-11中任一项所述的设备，其中所述相应阴影面中的第一阴影面具有与所述相应阴影面中的第二阴影面的角度相同的角度。
示例13可包含示例9-11中任一项所述的设备，其中所述曲面是椭圆曲面或罗兰曲面。
示例14可包含示例9-11中任一项所述的设备，其中所述光学设备是多路复用器或多路分解器。
示例15可包含示例9-11中任一项所述的设备，其中所述弯曲的阶梯光栅是内部地反射的。
示例16可包含示例9-11中任一项所述的设备，其中所述阴影面将用于所述光反射回向所述波导。
示例17可包含一种方法，包括：将两层硬掩膜定位在半导体层上，其中所述掩膜定义带有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，其中所述多个光栅齿的相应光栅齿包含光栅面和阴影面，其中相应阴影面具有如相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线所测量的大于0度的光栅角；执行干蚀刻；以及移除所述掩膜。
示例18可包含示例17所述的方法，其中所述掩膜包含薄氮化硅(Si3N4)层和氧化硅(SiO2)层。
示例19可包含示例17所述的方法，其中所述干蚀刻是硅干蚀刻。
示例20可包含示例17-19中任一项所述的方法，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
示例21可包含示例17-19中任一项所述的方法，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
本申请还提供如下技术方案：
1. 一种光学设备，包括：
半导体层，用于传播来自至少一个光源的光；以及
具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，所述阶梯光栅在所述半导体层的外侧；
其中所述弯曲的阶梯光栅包含多个光栅齿，所述多个光栅齿中的光栅齿具有光栅面和阴影面，其中相应阴影面具有相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。
2.如技术方案1所述的光学设备，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
3.如技术方案2所述的光学设备，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
4.如技术方案1所述的光学设备，其中所述相应阴影面中的第一阴影面具有与所述相应阴影面中的第二阴影面的角度相同的角度。
5.如技术方案1所述的光学设备，其中所述曲面是椭圆曲面或罗兰曲面。
6.如技术方案1所述的光学设备，其中所述光学设备是多路复用器或多路分解器。
7.如技术方案1所述的光学设备，其中所述弯曲的阶梯光栅是内部地反射的。
8.如技术方案1所述的光学设备，其中所述阴影面用于将所述光反射回向与所述光学设备耦合的输入波导。
9.一种设备，包括：
光源；
波导，在所述波导的第一侧与所述光源耦合，所述波导用于传播来自所述光源的光；以及
光学设备，在所述第一侧对面的所述波导的第二侧与所述波导耦合，其中所述光学设备包含具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅；
其中所述弯曲的阶梯光栅包含多个光栅齿，所述多个光栅齿中的相应齿具有光栅面和阴影面，并且其中相应阴影面具有相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。
10.如技术方案9所述的设备，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
11.如技术方案10所述的设备，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
12.如技术方案9所述的设备，其中所述相应阴影面中的第一阴影面具有与所述相应阴影面中的第二阴影面的角度相同的角度。
13.如技术方案9所述的设备，其中所述曲面是椭圆曲面或罗兰曲面。
14.如技术方案9所述的设备，其中所述光学设备是多路复用器或多路分解器。
15.如技术方案9所述的设备，其中所述弯曲的阶梯光栅是内部地反射的。
16.如技术方案9所述的设备，其中所述阴影面将所述光反射回向所述波导。
17.一种方法，包括：
将两层硬掩膜定位在半导体层上，其中所述掩膜定义带有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，其中所述多个光栅齿的相应光栅齿包含光栅面和阴影面，其中相应阴影面具有如相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线所测量的大于0度的光栅角；
执行干蚀刻；以及
移除所述掩膜。
18.如技术方案17所述的方法，其中所述掩膜包含薄氮化硅(Si3N4)层和氧化硅(SiO2)层。
19.如技术方案17所述的方法，其中所述干蚀刻是硅干蚀刻。
20.如技术方案17所述的方法，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
21.如技术方案17所述的方法，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
各种实施例可包含上面描述的实施例的任何适合的组合，包含上面（和）以联合形式（例如“和”可以是“和/或”）描述的备选实施例（或）实施例。此外，一些实施例可包含其上存储有指令的一个或更多个制品（例如非暂态计算机介质），所述指令在被执行时引起上面描述的任何实施例的动作。而且，一些实施例可包含具有用于实行上面描述的实施例的各种操作的任何适合部件的设备或系统。
所示出实现的以上描述（包含摘要中所描述的）不旨在是详尽的，或者不旨在将本公开的实施例限制于所公开的精确形式。虽然在本文中为了示出目的描述了特定实现和示例，但各种等效修改在本公开的范围内是可能的，如本领域技术人员将认识到的。
按照以上详细描述，可对本公开的实施例进行这些修改。在如下权利要求中所使用的术语不应该被视为将本公开的各种实施例限制于在说明书和权利要求中所公开的特定实现。而是，该范围完全通过如下权利要求来确定，权利要求要按照权利要求解释所建立的原则被解释。

Claims (21)

1. 一种光学设备，包括：
半导体层，用于传播来自至少一个光源的光；以及
具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，所述阶梯光栅在所述半导体层的外侧；
其中所述弯曲的阶梯光栅包含多个光栅齿，所述多个光栅齿中的光栅齿具有光栅面和阴影面，其中相应阴影面具有相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。
2.如权利要求1所述的光学设备，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
3.如权利要求2所述的光学设备，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
4.如权利要求1-3中任一项所述的光学设备，其中所述相应阴影面中的第一阴影面具有与所述相应阴影面中的第二阴影面的角度相同的角度。
5.如权利要求1-3中任一项所述的光学设备，其中所述曲面是椭圆曲面或罗兰曲面。
6.如权利要求1-3中任一项所述的光学设备，其中所述光学设备是多路复用器或多路分解器。
7.如权利要求1-3中任一项所述的光学设备，其中所述弯曲的阶梯光栅是内部地反射的。
8.如权利要求1-3中任一项所述的光学设备，其中所述阴影面用于将所述光反射回向与所述光学设备耦合的输入波导。
9.一种设备，包括：
光源；
波导，在所述波导的第一侧与所述光源耦合，所述波导用于传播来自所述光源的光；以及
光学设备，在所述第一侧对面的所述波导的第二侧与所述波导耦合，其中所述光学设备包含具有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅；
其中所述弯曲的阶梯光栅包含多个光栅齿，所述多个光栅齿中的相应齿具有光栅面和阴影面，并且其中相应阴影面具有相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线大于0度的光栅角。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
12.如权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述相应阴影面中的第一阴影面具有与所述相应阴影面中的第二阴影面的角度相同的角度。
13.如权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述曲面是椭圆曲面或罗兰曲面。
14.如权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述光学设备是多路复用器或多路分解器。
15.如权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述弯曲的阶梯光栅是内部地反射的。
16.如权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述阴影面将所述光反射回向所述波导。
17.一种方法，包括：
将两层硬掩膜定位在半导体层上，其中所述掩膜定义带有多个光栅齿的弯曲的阶梯光栅，其中所述多个光栅齿的相应光栅齿包含光栅面和阴影面，其中相应阴影面具有如相对于所述弯曲的阶梯光栅的曲面法线所测量的大于0度的光栅角；
执行干蚀刻；以及
移除所述掩膜。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述掩膜包含薄氮化硅(Si3N4)层和氧化硅(SiO2)层。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述干蚀刻是硅干蚀刻。
20.如权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述阴影面具有小于近似60度的光栅角。
21.如权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述阴影面具有在近似20度与近似50度之间的光栅角。
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