CN110312956A - 光装置 - Google Patents

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Abstract

一种MRR(10)，包括环形光波导(30)以及光波导(20)，其中所述光波导(20)被配置成使得所述光波导(20)的第一部分与所述环形波导(30)的第二部分重叠。在一些实施例中，所述光波导(20)具有第一折射率并且所述环形光波导(30)具有第二折射率，使得所述第一折射率小于所述第二折射率。在一些实施例中，所述光波导(20)是聚合物光波导并且所述环形光波导(30)是硅光波导。在一些实施例中，所述光波导(20)在高度上大于所述环形波导(30)并且所述光波导(20)的所述第一部分被配置成为所述环形波导(30)的所述第二部分提供空间。

Description

光装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月14日提交的申请号为15/458,363的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及通信网络领域，并且更具体地，涉及诸如硅光子的光子集成电路(Photonic Integrated Circuits,PIC)技术。
背景技术
光学开关和可调谐光学滤波器是现代光子网络中非常重要的元件。例如，可重配置的波分复用(Wavelength Division Multiplexed,WDM)光网络，包括城域网(Metronetwork)、无源光网络(Passive Optical Network,PON)和高性能计算，利用不同的波长实现包括寻址形式的各种目的。因此，许多光/光子网络需要允许选择波长的设备被插入(add)到传输链路或从传输链路分出(drop)。光学开关和可调谐滤波器在仪器应用中也非常重要，诸如光谱学。因此，需要一种可用作这种装置的部件的可调谐光学元件。
低成本、低功率和紧凑尺寸的光学开关是光交叉连接(optical cross connect,OXC)、可重配置光分插复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexes,ROADM)以及其他光网络系统中的重要部件。光子集成电路(Photonic Integrated Circuits,PIC)利用例如绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)技术，可以提供高速和小占用面积。绝缘体上硅(SOI)由于其相对大的热光系数、高导热率和高对比度折射率而成为开发光学开关的有前途的技术。近年来，已经在SOI平台上报道了各种热光开关配置。
在光子集成电路中制造的微环谐振器(microring resonator,MRR)，也称为微环，已经被广泛研究用于各种应用，包括用于光网络的波长可调谐滤波器。微环是通常为圆形的波导环，但原则上可以是任何几何形状。微环光学耦合到一个或两个传输波导。在微环耦合到单个波导的情况下，它提供从传输波导移除一组波长的能力，从而用作陷波滤波器。在微环耦合到两个传输波导的情况下，传输波导将光耦合到微环或者从微环耦合。如果由第一波导传输的光包括与环共振的波长，则光的共振波长可以从第一传输波导耦合到环中，并且围绕环传播以耦合到第二传输波导。不与环共振的光的波长从第一传输波导的输入端传递到第一传输波导的输出端，并且基本上不与微环相互作用。具有期望的带通特性的滤波器可以通过在有或没有中间传输波导的情况下将多个微环彼此耦合来形成。
然而，对于这种系统存在关于不断增加的速度以及更小的占用面积的需求。此外，需要减少这些部件的光学损耗，尤其是随着PIC内的MRR数量的增加。此外，已知聚合物波导也可用于PIC中。聚合物波导具有三维自由成形制造。与诸如硅的较高折射率材料相比，聚合物波导的传输损耗较小，但具有较低的光模式限制。因此，为了支持单模光传输，由于波导芯和包层之间的较低折射率对比度，聚合物波导的最小尺寸大于硅波导的最小尺寸。此外，聚合物光波导不能像硅光波导那样有效地转动或弯曲。因此，虽然聚合物波导可以适合作为传输波导，但是额外的尺寸和更大的转弯半径使得由聚合物波导形成的MRR不实用。
因此，需要一种至少部分地解决现有技术的一个或多个限制的系统和方法。
提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。不意在必然承认，或不应解释为，任何前述信息构成对抗本发明的现有技术。
发明内容
本公开的一方面提供一种微环谐振器(MRR)。这样的MRR包括环形光波导以及光波导，其中所述光波导被配置成使得所述光波导的第一部分与所述环形波导的第二部分重叠。在一些实施例中，所述光波导具有第一折射率并且所述环形光波导具有第二折射率，使得所述第一折射率小于所述第二折射率。在一些实施例中，所述光波导是聚合物光波导并且所述环形光波导是硅光波导。在一些实施例中，所述光波导在高度上大于所述环形波导并且所述光波导的所述第一部分被配置成为所述环形波导的所述第二部分提供空间。在一些实施例中，光波导和所述环形光波导放置在水平绝缘基座上，并且所述光波导的所述第一部分在水平维度上与所述环形光波导的所述第二部分重叠。在一些实施例中，所述光波导的所述第一部分在重叠区域中与所述环形波导的所述第二部分重叠。在一些实施例中，所述光波导的所述第一部分在所述重叠区域中与所述环形光波导的所述第二部分接触。在一些实施例中，所述MRR还包括所述重叠区域中位于所述光波导的所述第一部分和所述环形光波导的所述第二部分之间的间隙。在一些这样的实施例中，所述间隙填充有折射率匹配材料，所述折射率匹配材料具有介于所述第一折射率和所述第二折射率之间的第三折射率。在一些实施例中，所述MRR还包括插入在所述重叠区域内的所述光波导和所述环形波导之间的耦合材料，所述耦合材料具有介于所述第一折射率和所述第二折射率之间的第三折射率。
本公开的另一方面提供一种光子电路(PIC)。这样的PIC包括由具有第一折射率的第一材料形成的第一光波导。这样的PIC还包括光耦合到所述光波导的多(N)个微环谐振器(MRR)。所述N个MRR的每个包括由具有第二折射率的第二材料形成的环形光波导，其中所述第一折射率小于所述第二折射率。对于每个MRR，所述第一光波导的第一部分与所述N个环形波导的每个的一部分重叠。在一些实施例中，每个环形光波导被配置成在不同波长处谐振。在一些实施例中，所述第一光波导是聚合物光波导，并且对于每个MRR，所述环形光波导是硅光波导。在一些实施例中，所述第一光波导在高度上大于每个环形波导，并且对于每个MRR，所述光波导的一部分被配置成为所述环形光波导提供空间。在一些实施例中，这样的PIC还包括水平绝缘基座。在这样的一个实施例中，所述第一光波导和每个环形光波导放置在水平绝缘基座上，使得所述光波导的第一部分在水平维度上与每个环形光波导的第二部分重叠。在一些实施例中，所述光波导的所述第一部分在重叠区域中与每个环形波导的所述部分重叠。在一些实施例中，这样的PIC还包括插入在每个重叠区域内的所述光波导和每个环形波导之间的耦合材料，所述耦合材料具有介于所述第一折射率和所述第二折射率之间的第三折射率。
本公开的另一方面提供一种光装置。这样的光装置包括第一光波导、环形光波导以及所述第一光波导和所述环形光波导之间的重叠区域，其中所述第一光波导的第一部分与所述环形光波导的第二部分重叠。在一些实施例中，所述第一光波导具有第一折射率并且所述环形光波导具有第二折射率，使得所述第一折射率小于所述第二折射率。在一些实施例中，这样的光装置还包括水平绝缘基座。在这样的实施例中，所述第一波导和所述环形波导放置在所述水平绝缘基座上；并且所述第一光波导的所述第一部分在水平维度上与所述环形波导的所述第二部分重叠。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
图1示意性示出了基于传统的定向耦合器的硅MRR。图1A示意性示出了该MRR的等距视图，而图1B示意性示出了该MRR的俯视图。
图2示意性示出了根据本发明实施例的MRR。图2A示意性示出了该MRR的等距视图，而图2B示意性示出了该MRR的俯视图。
图3A示出了根据本发明实施例的MRR沿图2B的截面线3-3的横截面图。图3B示出了替代实施例，其中在重叠区域内的聚合物光波导和环形光波导之间插入折射率匹配材料。
图4示出了根据本发明实施例的图3A的示例的示例尺寸。
图5示出了替代实施例，其中较小的聚合物波导与环形波导部分地重叠，以实现两个波导之间的多模耦合。
图6示出了根据本发明实施例的包括两个环形波导的MRR的示例。
图7示出了根据本发明实施例的示例PIC，诸如基于微环的开关矩阵。
图8示出了根据本发明实施例的用作DWDM收发器的PIC的示例。
应注意，在所有附图中，相同的特征由相同的附图标记标识。
具体实施方式
环形谐振器(ring resonator,RR)，也称为微环谐振器(MRR)，是可以与另一光波导，以及根据实现方式，与附加的光波导光学耦合的一种光波导环。将针对假设MRR耦合到两个光波导的示例来进行讨论，但是应当理解，对于一些实现方式(例如，陷波滤波器)，附加的光波导不是必需的。
图1示意性示出了基于传统的定向耦合器的硅MRR。图1A示意性示出了该MRR的等距视图，而图1B示意性示出了该MRR的俯视图。图1A示出的MRR 1包括在二氧化硅基座50上的三个硅光波导。三个硅波导包括插入在平行的硅波导23和40之间的环形波导30。MRR在环形波导30与光波导23和40之间分别配置有间隙25、35，以允许环30与波导23和40之间的渐逝耦合(evanescent coupling)。这样的MRR可以被调谐以针对特定波长谐振，使得对于所述特定波长，波导23中的光可以耦合到波导40。这种设置通常用作分插复用器的一部分。在这样的示例中，硅波导23用作传输波导，并且硅波导40用作用于MRR所调谐到的波长的分出波导。定向耦合器可以设计成在给定波长下具有从零到一范围内的任何耦合比。该耦合比随定向耦合器部分处的波长和波导尺寸的变化而变化。应当理解，一些MRR利用2×2多模干涉(multimode interference,MMI)耦合器，在这种情况下，不存在间隙25、35，并且多模接合部分(multimode joint section)将环形波导30与波导23或40连接。与定向耦合器MRR相比，基于MMI的MRR可具有更多的损耗和背反射，但是基于MMI的MRR可以具有更好的偏振容限和更宽的带宽的优点。
这种MRR包括用于移动环的谐振频率的一对电极(未示出)，以及用于接收用于驱动电极的驱动信号的输入接口。MRR中的谐振频移可以通过电光效应(例如，载流子注入)或热光效应来提供。因此，MRR可用于可调谐开关和其他光学元件。
图2示意性示出了根据本发明实施例的MRR 10。图2A示意性示出了该MRR的等距视图，而图2B示意性示出了该MRR的俯视图。图2A示出的MRR 10包括硅基座50上的聚合物光波导20和硅光波导40。该装置还包括插入在波导20和40之间的环形光波导30。MRR在环形波导30和光波导40之间配置有间隙35以允许环30和硅波导40之间的定向耦合。然而，在聚合物光波导20和环形光波导30之间不存在间隙。此外，不需要在聚合物光波导20和环形光波导30之间附加MMI耦合器。而是聚合物光波导20被配置为使得光聚合物波导20的第一部分与环形波导30的第二部分重叠。这在图3所示的横截面图中将更加明显。可以调谐这样的MRR以针对特定波长谐振，使得对于所述特定波长，波导20中的光可以耦合到波导40。这种设置可以用作分插复用器或其他光学元件的一部分，如下所述。在这样的示例中，聚合物波导20用作传输波导，并且硅波导40用作用于MRR所调谐到的波长的分出波导。MRR 10的谐振频移可以通过电光效应(例如，载流子注入)或热光效应来提供。
在所示的实施例中，环形光波导30是圆形的，但这不是必需的。可以使用其他环形形状。一个这样的示例形状是体育场或跑道(在一对相对侧具有半圆形的矩形)。此外，虽然所示实施例利用环形波导30和光波导40之间的定向耦合，但是可以利用MMI耦合器。
在某些情况下，聚合物光波导具有有益的特性，包括比硅光波导受到的光学损失更少，这使得它们的使用对于某些类型的PIC是有利的。而且，聚合物波导可更容易制造，例如,使用三维自由成形制造。然而，与诸如硅的较高折射率材料相比，聚合物波导可具有较低的光模式限制。因此，它们往往比硅光波导更大，从而在利用它们的PIC中占用更多的面积。此外，聚合物光波导不能像硅光波导那样有效地转动或弯曲。因此，由于波导芯和包层(cladding)之间的较低折射率对比度，与硅波导相比，利用聚合物波导可能需要更大的占用面积弯曲半径。因此，在PIC内使用聚合物和硅光波导的组合可以是有利的。例如，这种混合PIC可以在当减小损耗很重要时使用聚合物光波导，并且在当尺寸/占用面积或曲率半径很重要时使用硅光波导。应注意，虽然聚合物环形波导可用于形成MRR，但是这种聚合物环形波导的曲率半径将显着更大，使得硅环形波导更有效。有利地，实施例提供聚合物光波导和硅环形光波导之间的有效耦合。
在图2A和2B所示的实施例中，MRR 10包括聚合物光波导20和环形波导30之间的重叠区域38。在该重叠区域38中，聚合物光波导20的第一部分与环形波导30的第二部分重叠。这可以在图3A中更容易地看出。
图3A示出了根据本发明实施例的MRR沿图2B的截面线3-3的横截面图。在该图中，高度指的是垂直方向，宽度指的是水平方向(长度是页面向内/向外的方向)。可以看出，聚合物波导20在高度和宽度上均大于环形波导30。实施例利用这种额外尺寸，通过包括重叠区域38来改善聚合物光波导20和环形光波导30之间的耦合效率，其中环形波导30呈现出在重叠区域38中嵌入(或插入)到聚合物波导20中。应注意，在一些实施例中，环形波导可插入聚合物波导中。在其他实施例中，取决于生产PIC的制造工艺，由于制造的分层过程，环形波导30可以不需要物理地插入聚合物波导20中，其中聚合物波导可以沉积在硅波导上。
应该理解，各种实施例可以使用各种材料。虽然已经给出了关于聚合物传输波导和硅环形波导的示例，但是这种装置可以更一般地描述为具有光波导和环形波导，其中光波导与环形波导的一部分重叠。对实施例进行讨论，其中光波导具有第一折射率并且环形光波导具有第二折射率，使得第一折射率小于第二折射率。然而，由于存在许多类型的聚合物波导，将针对两种类型波导之间的折射率差异范围来讨论示例。该范围取决于这两种材料。硅波导和聚合物波导之间的折射率差异范围的一些非限制性实例可以是1.9-2.3，这取决于材料。然而，在一些实施例中，可以使用氮化硅波导和聚合物波导，并且取决于材料，氮化硅波导和聚合物波导之间的折射率差异范围的一些非限制性示例可以是0.7-0.4。作为另一个例子，在一些实施例中，可以使用玻璃波导和聚合物波导，并且玻璃波导和聚合物波导之间的折射率差异范围的一些非限制性示例是0.1-0.3。
图3B示出了替代实施例，其中在重叠区域60内的聚合物光波导20和环形光波导30之间插入折射率匹配材料。在所示的实施例中，在聚合物光波导20和环形光波导30之间的62处水平地插入耦合材料，并且还在65处垂直地插入耦合材料。在一些实施例中，耦合材料可位于62处、65处中的任一者、两者或之外。折射率匹配材料具有介于聚合物折射率和硅折射率之间的折射率，以改善聚合物光波导20和环形光波导30之间的耦合并减少可能的背反射。图4示出了根据本发明实施例的图3A的示例的示例尺寸。在该示例中，聚合物光波导的高度为1.0μm，宽度为1.4μm。环形波导的横截面高度为220nm，宽度为500nm，并且在横截面处，环形波导的横截面宽度的一半嵌入聚合物波导内。然而，这里的尺寸只是示例，可以使用其他尺寸。在一个实施例中，聚合物光波导具有在1550nm处折射率为1.57的聚合物芯SU-8和在1550nm处折射率为1.34的Cytop包层。应注意，未示出聚合物芯的包层。在一些实施例中，聚合物光波导的芯与硅光波导的芯重叠。
图5示出了替代实施例，其中较小的聚合物波导580与环形波导590部分地重叠，以实现两个波导之间的多模耦合。在该示例中，聚合物波导具有与环形波导类似的横截面尺寸。如果使用诸如重叠区域、包层材料(未示出)、聚合物芯材料以及硅波导的尺寸的因素以允许类似尺寸的聚合物波导，则这样的实施例可能是有用的。
其他实施例可以使用级联(cascaded)MRR。图6示出了根据一个实施例的包括两个环形波导的MRR的示例，不过N级MRR是可能的。图6示出了硅光波导540和聚合物光波导520之间相邻的硅光环形波导532和硅光环形波导531。在该示例中，聚合物光波导520内的光信号，除了经由环和波导540分出的波长λ2之外，可以通过波导520。在该示例中，硅光环形波导531被配置成在指定为λ1的波长范围处谐振，并且硅光环形波导532被配置成在指定为λ2的波长范围处谐振，其中λ2是λ1的子集。图6还示出了可以在各种实施例中实现的一些替代特征，其可以包括单级的实施例。首先，如上所述，环形波导不需要是圆形的，可以利用允许光在环形内循环的其他形状。在图6所示的示例中，硅光环形波导531和硅光环形波导532具有体育场形状。体育场形状具有两个平行部分，在两侧具有连接两个平行部分的半圆。通过允许发生光学耦合的更大区域，这种形状可以提高耦合效率。其次，图6还示出了聚合物波导与硅波导重叠的量可以变化。在图4所示的示例中，聚合物波导与硅波导的横截面宽度的一半重叠。然而，图6示出了聚合物波导520在560处与硅波导531的整个横截面宽度重叠的示例。可以利用其他变形，这取决于诸如所使用的材料、光波导尺寸、耦合长度以及所需的耦合量之类的因素。
如上所述，关于以上各种实施例讨论的MRR结构可以集成到各种PIC结构中。图7示出了根据本发明实施例的示例PIC，诸如基于微环的开关矩阵。在这样的示例中，公共聚合物光波导710携带包括λ1λ2λ3...λn的WDM信号，其中多个MRR在各个波长上执行开关功能。在该示例中，MRR 720分出λ1、MRR 730分出λ2、MRR 740分出λ3以及MRR 750分出λn。类似地，MRR790插入λ1、MRR 780插入λ2、MRR 770插入λ3、MRR 760插入λn。每个MRR包括硅环形波导，其以如上所述的方式与公共聚合物光波导710耦合。换句话说，公共聚合物光波导710与每个MRR硅环形波导的一部分重叠。每个MRR将每个环耦合到另一个光波导，其在该示例中携带单个波长。例如，MRR 730包括硅环形波导732，其与公共聚合物光波导710重叠。MRR 732被配置成在λ2处谐振，其有效地将λ2耦合到光波导731。光波导731可以是硅光波导或另一聚合物光波导。应注意，每个MRR被示为框以示意性地表示每个MRR可包括其他部件，诸如用于接收驱动信号以调谐环以在所需波长处谐振的调谐器和输入端。应注意，每个MRR可具有环形波导，其具有不同的路径长度以在特定波长处谐振和/或每个MRR可被调谐以使用电光技术、热光技术或其他方法来改变谐振波长。应注意，在一些应用中，公共聚合物光波导710可以不是连续的，但是可以具有例如使用聚合物引线键合而光学耦合的多个波导。
图8示出了根据本发明实施例的用作DWDM收发器的PIC的示例。这种收发器包括接收器801和发射器802。在一些实施例中，接收器801和发射器802可以实现为单独的PIC。收发器从网络光纤807接收包括λ1λ2λ3...λn的WDM信号并将包括λ1λ2λ3...λn的WDM信号发送到网络光纤807，可以理解收发器可以在一根光纤上发送并从另一根光纤接收。发射器和接收器中的每一个可以包括多个MRR，用于在各个波长上的插入/分出功能。可以调谐每个MRR(调谐器和驱动信号未示出)以通过耦合到环的分出光波导(可以是硅或聚合物)将特定波长分出到光电探测器(photodetector,PD)。在该示例中，MRR 820经由光波导821将λ1从聚合物光波导805分出到PD 823、MRR 830经由光波导831将λ2从聚合物光波导805分出到PD833、MRR 840经由光波导841将λ3从聚合物光波导805分出到PD 843并且MRR 850经由光波导851将λn从聚合物光波导805分出到PD 853。如上所述，聚合物波导805可以是连续的聚合物波导，或者可以由光学耦合在一起的聚合物波导的段来形成，例如通过聚合物引线键合。
在发射器侧，每个波长的光可以由作为调制器的MRR直接调制。根据要调制的数据流，驱动信号通过修改硅环的谐振波长来调制数据。因此，每个MRR包括硅环形波导，其如上所述与发射聚合物波导810重叠。在该示例中，MRR 860包括硅环形波导861并且根据驱动流862在λ1上插入数据，MRR 870包括硅环形波导871并且根据驱动流872将数据插入到λ2上，MRR 880包括硅环形波导881并根据驱动流882将数据插入到λ3上，并且MRR 890包括硅环形波导891并且根据驱动流892将数据插入到λn上。每个MRR包括硅环形波导，其以如上所述的方式与公共聚合物光波导810耦合。换句话说，公共聚合物光波导810与每个MRR硅环形波导861、871、881以及891的一部分重叠。在一些实施例中，每个调制器和滤波器的硅微环可以在单个PIC芯片上制造。聚合物波导可以在PIC芯片的顶部制造。使用这种公共聚合物波导可以减少插入损耗，这与使用互连每个环的硅波导的类似设计形成对比。如上所述，在一些情况下，公共聚合物波导不需要是单一结构，而是可以制造成互连的聚合物波导的部分。
应当理解，PIC可以包括多于一个聚合物光波导。应当理解，图7和图8中所示的示例可以表示PIC的部分，PIC包括额外电路组件或每个电路部分的倍数。
尽管已经参考具体特征和其实施例描述了本公开，但是显而易见的是，在不脱离本公开的情况下，可以对其进行各种修改和组合。因此，说明书和附图仅被视为由所附权利要求限定的本公开的说明，并且预期涵盖落入本公开的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。

Claims (20)

1.一种微环谐振器MRR，包括：
环形光波导；以及
光波导，
所述光波导被配置成使得所述光波导的第一部分与所述环形波导的第二部分重叠。
2.根据权利要求1所述的MRR，其中所述光波导具有第一折射率并且所述环形光波导具有第二折射率，使得所述第一折射率小于所述第二折射率。
3.根据权利要求1或2所述的MRR，其中所述光波导是聚合物光波导并且所述环形光波导是硅光波导。
4.根据权利要求3所述的MRR，其中所述光波导在高度上大于所述环形波导并且所述光波导的所述第一部分被配置成为所述环形波导的所述第二部分提供空间。
5.根据权利要求4所述的MRR，其中所述光波导和所述环形光波导放置在水平绝缘基座上，并且所述光波导的所述第一部分在水平维度上与所述环形光波导的所述第二部分重叠。
6.根据权利要求2所述的MRR，其中所述光波导的所述第一部分在重叠区域中与所述环形波导的所述第二部分重叠。
7.根据权利要求6所述的MRR，其中所述光波导的所述第一部分在所述重叠区域中与所述环形光波导的所述第二部分接触。
8.根据权利要求6所述的MRR，还包括所述重叠区域中位于所述光波导的所述第一部分和所述环形光波导的所述第二部分之间的间隙。
9.根据权利要求8所述的MRR，其中所述间隙填充有折射率匹配材料，所述折射率匹配材料具有介于所述第一折射率和所述第二折射率之间的第三折射率。
10.根据权利要求6所述的MRR，还包括插入在所述重叠区域内的所述光波导和所述环形波导之间的耦合材料，所述耦合材料具有介于所述第一折射率和所述第二折射率之间的第三折射率。
11.一种光子电路，包括：
由具有第一折射率的第一材料形成的第一光波导；
光耦合到所述光波导的多(N)个微环谐振器MRR，所述N个MRR中的每个包括由具有第二折射率的第二材料形成的环形光波导，其中所述第一折射率小于所述第二折射率；并且
其中所述第一光波导的第一部分与所述N个环形波导中的每个的一部分重叠。
12.根据权利要求11所述的光子电路，其中每个环形光波导被配置成在不同波长处谐振。
13.根据权利要求11或12所述的光子电路，其中所述第一光波导是聚合物光波导，并且对于每个MRR，所述环形光波导是硅光波导。
14.根据权利要求13所述的光子电路，其中所述第一光波导在高度上大于每个环形波导，并且对于每个MRR，所述光波导的一部分被配置成为所述环形光波导提供空间。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的光子电路，还包括水平绝缘基座，并且第一光波导和每个环形光波导放置在水平绝缘基座上，使得所述光波导的第一部分在水平维度上与每个环形光波导的第二部分重叠。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的光子电路，其中所述光波导的所述第一部分在重叠区域中与每个环形波导的所述一部分重叠。
17.根据权利要求16所述的光子电路，还包括插入在每个重叠区域内的所述光波导和每个环形波导之间的耦合材料，所述耦合材料具有介于所述第一折射率和所述第二折射率之间的第三折射率。
18.一种光装置，包括：
第一光波导；
环形光波导；以及
所述第一光波导和所述环形光波导之间的重叠区域，其中所述第一光波导的第一部分与所述环形光波导的第二部分重叠。
19.根据权利要求18所述的光装置，其中所述第一光波导具有第一折射率并且所述环形光波导具有第二折射率，使得所述第一折射率小于所述第二折射率。
20.根据权利要求18或19所述的光装置，还包括水平绝缘基座，并且其中：
所述第一波导和所述环形波导放置在所述水平绝缘基座上；并且
所述第一光波导的所述第一部分在水平维度上与所述环形波导的所述第二部分重叠。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023109692A1 (zh) * 2021-12-14 2023-06-22 上海曦智科技有限公司 光互连装置及其制造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108802907B (zh) * 2017-04-26 2020-03-10 华为技术有限公司 一种可重构光分插复用器
IT201800009753A1 (it) * 2018-10-24 2020-04-24 Specto Srl Dispositivo e metodo per l'analisi spettroscopica di luce diffusa
TW202220233A (zh) * 2020-11-02 2022-05-16 國立清華大學 中紅外線發光二極體及其製造方法、矽光子電路及其製造方法
CN116045940B (zh) * 2023-03-31 2023-06-23 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 一种基于集成光学陀螺的微环耦合结构及调整方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060078254A1 (en) * 2004-10-08 2006-04-13 Djordjev Kostadin D Vertically coupling of resonant cavities to bus waveguides
CN101344615A (zh) * 2007-07-12 2009-01-14 国际商业机器公司 用于最小化波长选择滤波器的传播损耗的方法和装置
CN101548444A (zh) * 2006-12-01 2009-09-30 3M创新有限公司 光学微谐振器
CN102062988A (zh) * 2010-12-27 2011-05-18 中国科学院半导体研究所 基于并行双微环谐振器的光学逻辑门

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5408492A (en) * 1993-05-21 1995-04-18 Smiths Industries Aerospace & Defense Systems, Inc. Solid medium optical ring laser rotation sensor
US6052495A (en) * 1997-10-01 2000-04-18 Massachusetts Institute Of Technology Resonator modulators and wavelength routing switches
WO2001038905A2 (en) * 1999-11-23 2001-05-31 Nanovation Technologies, Inc. Localized thermal tuning of ring resonators
US7110640B2 (en) * 2001-07-19 2006-09-19 Evident Technologies Reconfigurable optical add/drop filter
US6960031B2 (en) * 2002-12-19 2005-11-01 Primarion, Inc. Apparatus and method of packaging two dimensional photonic array devices
US7184632B2 (en) 2003-05-27 2007-02-27 Cornell Research Foundation, Inc. Light scattering optical resonator
JP2008304216A (ja) 2007-06-05 2008-12-18 Sony Corp 物質検知方法、物質検知装置、物質検知装置の本体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060078254A1 (en) * 2004-10-08 2006-04-13 Djordjev Kostadin D Vertically coupling of resonant cavities to bus waveguides
CN101548444A (zh) * 2006-12-01 2009-09-30 3M创新有限公司 光学微谐振器
CN101344615A (zh) * 2007-07-12 2009-01-14 国际商业机器公司 用于最小化波长选择滤波器的传播损耗的方法和装置
CN102062988A (zh) * 2010-12-27 2011-05-18 中国科学院半导体研究所 基于并行双微环谐振器的光学逻辑门

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023109692A1 (zh) * 2021-12-14 2023-06-22 上海曦智科技有限公司 光互连装置及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
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WO2018166327A1 (en) 2018-09-20
CN110312956B (zh) 2021-08-20

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