CN112444916A - 多层波导装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种多层波导装置及其制造方法。多层波导装置包括第一波导层和第二波导层，第一波导层包括多个总线波导；第二波导层包括多个耦合器波导，所述第二波导层与所述第一波导层隔开；所述第二波导层由压电材料制备；在施加开关电压时，所述至少一个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合所述第二波导层与所述第一波导层。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层光波导装置，和一种制造例如可用于光子开关的多层光波导装置的方法。
背景技术
现有的一些光子开关装置利用了波导之间的绝热耦合。在绝热耦合中，光功率保持在相同的模式下不变，但能够从一个波导转移到另一个波导。一种这样的光开关装置可以利用耦合器波导，耦合器波导可通过MEMS(微机电系统)驱动使其在总线波导的预定间距内实现绝热耦合。虽然该已知装置可以作为光子开关使用，但是耦合器波导和总线波导都是由硅制备的，并且必须使用静电驱动机构。这可能导致某些缺陷，比如耦合器波导的非线性位移响应，以及对“拉入”效应的敏感。
本发明的目标是解决或减轻至少一个上述问题，或提供一种有用的备选办法。
发明内容
本发明提供了一种多层波导装置，包括：
第一波导层，包括至少一个第一波导组件；
第二波导层，包括至少一个第二波导组件；
其中所述第二波导层由压电材料制备；且
在施加开关电压时，至少一个第二波导组件是可移动的，以选择性地绝热光学耦合第二波导层与第一波导层。
利用压电材料制备第二波导层，可以利用压电驱动来影响绝热耦合，从而避免拉入效应。压电驱动还有其他优点，如具有线性位移和双向驱动的能力。此外，某些压电材料，如氮化铝(AlN)具有二阶非线性，而这是硅所不具备的，而且这些压电材料的透明窗口明显比硅宽。因此，这种压电材料可以补充硅的光学特性，能够构建具有增强功能的光学装置。
所述至少一个第一波导组件可包括分别沿第一方向和第二方向对齐的至少一对波导组件；所述至少一个第二波导的各自末端可沿第一和第二方向对齐，并可移动以绝热光学耦合所述各自末端和所述一对波导组件中的相应的第一波导组件。第一方向可以与第二方向正交。
在某些实施例中，所述第一波导组件在其至少一个区域中具有至少一个第一锥面部分；所述第二波导组件可以沿着其长度具有至少一个第二锥面部分，所述至少一个第二锥面部分与所述至少一个第一锥面部分相对地具有锥面。第一和第二锥面部分可以在重叠区域中重叠。重叠区域的长度约为60微米。
在某些实施例中，所述第一波导组件沿第一和第二方向制备网格，所述第二波导组件相对于所述网格进行布置，以使其各自相对的末端沿所述第一和第二方向对齐。
所述多层波导装置可包括网格接点处的多模干涉结构。所述多模干涉结构可以有大约2.5微米的宽度。
在某些实施例中，第二波导层包括毗邻每个所述第二波导组件各自末端的悬臂梁式驱动器，所述悬臂梁式驱动器具有设置在其相对的表面上的电极。
某些实施例包括对称地布置在所述悬臂梁式驱动器的任何一侧的约束部分，用于约束所述第二波导组件相应的末端在所述第二波导层所在的平面内的运动。
在某些实施例中，第一波导层由硅制备。
在某些实施例中，第二波导层至少部分地由氮化铝制备。
在某些实施例中，每个所述第二波导组件在其与第一波导组件相距约200纳米时的开启位置和其与所述第一波导组件相距约800纳米时的关闭位置之间可移动。
每一个所述第一波导组件可能有大约0.4微米的宽度。
本发明还提供了一种制造多层波导装置的方法，包括：
在基片上制备第一波导层，所述第一波导层包括至少一个第一波导组件；和
在所述第一波导层上制备第二波导层，所述第二波导层包括至少一个第二波导组件；
其中所述第二波导层由压电材料制备；且
在施加开关电压时，至少一个第二波导组件是可移动的，以选择性地绝热光学耦合第二波导层与第一波导层。
制备第一波导层可包括制备沿第一方向和第二方向分别对齐的至少一对波导组件。制备第二个波导层可包括制备至少一个第二波导组件，以使所述至少一个第二波导组件相应的末端沿所述第一和第二方向对齐，并可移动来绝热光学耦合所述相应的末端和所述至少一对波导组件中的相应的第一波导组件。
所述方法可包括沿第一和第二方向将第一波导层制备为网格。制备所述第二波导层可包括制备所述第二波导组件，以使所述第二波导组件相对于所述栅极布置，所述第二波导组件各自相对的末端沿第一和第二方向对齐。
该方法可包括在网格的接点处制备多模干涉结构。
某些实施例包括制备毗邻每个所述第二波导组件各自末端的悬臂梁式驱动器，所述制备包括在悬臂梁式驱动器的相对表面上沉积电极。
附图说明
现在将通过非限制性示例参照附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1是多层波导装置的示例布局，包括布置在阵列中的多个波导组件；
图2是图1装置的示例单元的俯视图；
图3是围绕图2单元的垂直绝热耦合器的布局的放大俯视图；
图4是图2的单元的透视图示意图；
图5是通过图4的线5-5的横断面视图；
图6是多层波导装置的第一层的总线波导的横断面视图；
图7是多层波导装置的第二层的耦合器波导的横断面视图；
图8是包括总线波导和耦合器波导的垂直绝热耦合器的示意图；
图9显示了(a)硅弹性层厚度的优化和(b)氮化铝脊形波导板宽度的优化；
图10是硅总线波导和氮化铝耦合器波导中光学模式的有效折射率计算图；
图11显示了垂直绝热耦合器在距离增加到200纳米间隙间距时的示例的模式剖面；
图12显示了氮化铝输出端口在1550纳米波长处的透射率随垂直间隙间距的变化；
图13显示了不同间隙间距下氮化铝输出端口的光谱响应；
图14显示了多模干涉(MMI)交叉点的示意图；
图15显示了MMI交叉点的光学模式剖面；
图16(a)、(b)和(c)分别显示了透射率作为MMI交叉点的多模区域长度、锥面宽度和锥度长度的函数时的图；
图17显示了(a)硅层(左)和氮化铝层(右)在关闭状态下的功率分布，(b)在关闭状态时透射率作为波长的函数；
图18显示了(a)在开启状态下硅层(左)和氮化铝层(右)的功率分布和(b)在开启状态下透射率作为波长的函数；
图19(a)-(l)示出描述制造多层波导装置的方法的横断面示意图序列；和
图20是垂直绝热耦合器的模拟透射率作为锥面长度的函数的曲线图。
具体实施方式
本发明涉及一种具有开关功能的光电子集成电路(OEIC)、光子集成电路(IC)和传感器使用的光子波导平台。
图1显示了根据某些实施例的光子波导装置结构10的示意图。所述光子波导装置10具有严格的非阻塞矩阵结构，并包括第一波导层，所述第一波导层包括以网格布置的总线波导中的两个正交组14、16。如下所述，总线波导的第一正交组14和第二正交组16的各自的成员在被布置为低损耗的交叉点接触。
在图1的结构中，光沿光路仅通过一个开关组件，由此实现了低光损耗。
装置10还包括第二波导层，所述第二波导层被布置为由单元12所组成的阵列(在本例中，5×5阵列)。每个单元都是一个开关组件，包括一对耦合器波导104和106(如图2和3所示)。耦合器波导104和106可以选择性地绝热光学耦合到第一波导层的总线波导14和16，这样光就可以从装置10输入端根据需要通过通行端口(through port，或称为直通端口)或跌落端口(drop port，或称为分出端口)。
例如，微机电系统驱动机构可并入装置10以影响耦合器波导104与106向总线波导14与16的垂直运动，以影响绝热耦合。与传统的横向耦合器相比，微机电系统驱动的垂直绝热耦合器具有许多优点，包括更小的占地面积、更低的损耗、更大的带宽和更高的制造公差。
图2更详细地显示了开关组件12。第一耦合器波导104连接到第一对悬臂梁式驱动器114和115，而第二耦合器波导106连接到第二对悬臂梁式驱动器116和117。所述悬臂梁式驱动器114、115、116和117分别包括由压电材料制备的驱动层。用于制备驱动层的同一压电材料可用于制备耦合器波导，以使悬臂梁式驱动器的驱动层构成第二波导层的一部分。这使得驱动层和耦合器波导可以通过图案化单层压电材料来制备。此外，通过使用压电材料作为驱动和作为垂直绝热耦合器的耦合器波导，实施例可以利用压电材料的有利的光学特性，如波长调制。
每个悬臂梁式驱动器114-117包括底部电极(如悬臂梁式驱动器116的底部电极206和悬臂梁式驱动器117的底部电极216)，该底部电极与电棒132连接。电棒132和其他开关组件12的每一个电棒都连接到电接触焊盘18，以设置公共接地(图1)。
四个悬臂梁式驱动器114-117的顶部电极也连接到电接触垫上。例如，悬臂梁式驱动器116和117的顶部电极204和214连接到电接触焊盘102。每个开关组件12上的电接触焊盘102与其他开关组件的电接触焊盘隔离，以使每个开关组件12都可以单独寻址。
通过在悬臂梁114-117的顶部电极上施加适当的开关电压，可以实现开关组件12的关闭和开启状态之间的切换。在关闭状态下，在压电悬臂梁式驱动器114-117的顶部电极(如204和214)上施加负的开关电压，使其向上弯曲。结果，耦合器波导104、106在总线波导14、16上方被移动到足够远，使得光继续向通行端口传播而没有中断。在开启状态下，在压电悬臂梁式驱动器114-117的顶部电极上施加正开关电压，使其向下弯曲以缩小耦合器波导104、106和总线波导14、16之间的间隙。因此，光被有效地耦合到耦合器波导104、106和传播到跌落端口。
每一个悬臂梁部分114-117通过支撑件与第一波导层隔开。例如，如图4和图5所示，悬臂梁部分116通过支撑件142与第一波导层200隔开，而悬臂梁部分117通过支撑件140与第一波导层200隔开。同样，悬臂梁部分114通过支撑件142(支撑件142是悬臂梁114和116所共有的)与第一波导层200隔开，而悬臂梁部分115通过支撑件144与第一波导层200隔开。
在某些实施例中，每个悬臂梁式驱动器可包括机械止动器，所述机械止动器的高度被选择为能确保耦合器波导与总线波导之间的最小间距。例如，如图5所示，悬臂梁部分116包括机械止动器162，悬臂梁部分117包括机械止动器164。在顶部电极204和214上施加正开关电压时，悬臂梁式驱动器116和117向下移动，耦合器波导106也由此向下移动，机械止动器162和164毗邻第一波导层200来保持耦合器波导组件106以期望的间距与总线波导14隔开。
如图5所示，悬臂梁式驱动器116包括驱动层202，所述驱动层202由与耦合器波导106相同的压电材料制备。例如，压电材料可以是氮化铝(AlN)。氮化铝作为压电材料的一个优点是它与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容，因此可以实现低成本的大规模生产，并轻松与硅集成。然而，可以理解的是，其他压电材料也适用于本发明的实施例中，如铌酸锂(LiNbO3)和砷化镓(GaAs)。
顶部电极204，如钼电极，设置在驱动层202的上表面上，顶部电极206(通常由与顶部电极204相同的材料制备)设置在驱动层204的下表面上。顶部和底部电极204、206和驱动层202设置在弹性层160上，例如，弹性层160可以由硅制备。因此，悬臂梁式驱动器116是单模(unimorph)悬臂梁。悬臂梁式驱动器114、115和117与悬臂梁式驱动器116具有相同的形状。
虽然在图5的横断面视图所获取的位置处，耦合器波导106与悬臂梁式驱动器116、117的驱动层202和212是分开显示的，但是可以理解的是，耦合器波导106可以在其他位置沿其长度连接到驱动层202、212。因此，耦合器波导106和驱动层202、212可以构成压电材料的单一连续层(即第二波导层或其中的部分)。这有利于简易开关组件12的生产。
如图3所示，耦合器波导104的一末端通过连接器136连接到由支撑结构122和128构成的、固定的90度弯管上。如果另一末端没有连接部件(空置)，当耦合器波导104伴随悬臂梁式驱动器114和115移动时，耦合器波导104不能保持水平。因此，在耦合器波导104的另一末端提供第二连接器134，以使机械约束对称。连接器134连接到支撑结构120和121，与耦合器波导104和弯管之间的连接器136具有相同的长度和宽度。虽然连接器134从耦合器波导104延伸，并由相同的材料制备，但连接器134没有任何波导组件。
总线波导和耦合器波导之间的绝热耦合机构现在参照图6到12进行描述。该机构将参照图1至5中的总线波导组件14和耦合器波导组件106来描述。然而，可以理解的是，同样的机构也适用于本文所述的其他波导组件。
如图6到8所示，其中标注了示例波导组件的各种尺寸，总线波导14是具有脊部302的脊形波导，脊部302在基板304上方延伸。如图8的顶视图所示，总线波导14的脊部302具有锥面部分308，该锥面部分308位于第一矩形部分306和第二矩形部分310之间。耦合器波导106也是脊形波导，具有脊部402，脊部402在基板404上方延伸。耦合器波导106的脊部402也具有从矩形部分406延伸出来的锥面部分408。
在开关组件12中，如图5和图8所示，耦合器波导106覆盖在母线波导14上，以使母线波导14的锥面部分308与耦合器波导106的锥面部分408相对地具有锥面。这导致了母线波导14和耦合器波导106中光学模式有效折射率的交叉，从而影响了波导14和106之间的绝热耦合。
锥面部分308和408长度相等，在开关组件12中它们之间完全重叠。锥面的长度可以根据仿真来确定，可以选择锥面长度以确保有效的层间过渡。如图20所示，随着锥面长度的增加，从一层到另一层的透射率增加。当锥面长度大于20微米时，透射率基本稳定。因此，对于具有氮化铝耦合器波导和硅总线波导的垂直绝热耦合器，锥面长度超过20微米较为合适。与其他锥面长度相比，在锥面长度为60微米时透射率略高，因此60微米的锥面长度是这种材料组合的最佳选择。
各压电单模悬臂梁式驱动器114-117的宽度可与绝热锥面的长度相等(例如60微米)。悬臂梁的长度可以设置为100微米。可以理解的是，悬臂梁长度可以根据所需的开关速度和开关电压要求来选择。
上述两个连接器134和136的宽度和长度分别为7微米和20微米。连接器的宽度选择为与氮化铝波导104和106的基板宽度相同，而基板宽度设置得足够大，可以将波导104和106中的光学模式与两侧的机械支撑件隔离开来。为减小机械运动的阻尼和光传播损耗，选择了20微米的长度。如果连接器134和136的长度太短，连接器的刚度将会很高，并对氮化铝耦合器波导104、106的运动产生较大的阻尼。在初始间隙固定的情况下，连接器长度越短，在开启和关闭状态时，连接器的倾斜角越大，导致倾斜的连接器与平的耦合器波导或90度弯管之间的接点处的传播损耗越大。
氮化铝压电驱动层202(与氮化铝光学结构106，即第二波导层处于同一层)和顶部和底部电极204、206的厚度可分别设定为400纳米和200纳米。特别地，氮化铝压电驱动层202的厚度和氮化铝波导104与106的厚度相等，因为它们是同一层的组成部分。氮化铝波导的厚度选择为400纳米，以支持约1550纳米波长的单横向电模。
电极，机械闭锁装置162，以及开启状态下的垂直间隙的厚度，都是200纳米。在制备机械闭锁装置162、164的空隙506、508后(见图19(d))，可以理解的是，在接下来步骤(图19(e))的硅钼沉积层应该至少为200纳米厚，以避免其在机械闭锁装置162、164的侧壁上的不连续性。
为了使位移最大化，可以优化硅弹性层160的厚度(例如，通过有限元建模)。结果如图9(a)所示，硅层的最佳厚度为600纳米。通过改变氮化铝脊形波导板的宽度，优化了以其上的位置处的最小位移与最大位移之比所确定的氮化铝耦合器波导106的平坦度。如图9(b)所示，板的最佳宽度为20微米。通过这些优化的结构参数，实现300纳米位移所需的电压约为32V。模拟的机械谐振频率为154千赫兹，对应的开关时间约为1微秒。
图10显示了在两个波导14(硅)和106(氮化铝)中沿60微米长的锥面模拟的光学模式的有效折射率。在离输入端口40微米的位置处制备一个交叉点。因此，硅总线波导14在输入端口的光学模式(距离＝0微米)被绝热转移到氮化铝耦合器波导106在输出端口的光学模式(距离＝60微米)。
图11显示了当垂直间隙间距为200纳米时，随着沿耦合器距离的增加，四个不同位置的光学模式剖面。可以清楚地看到，光从硅总线波导14(每个面板的下部)逐渐耦合到氮化铝耦合器波导106(每个面板的上部)。
在1550纳米波长下对不同间隙间距下氮化铝输出端口的透射率进行模拟，如图12所示。在最佳间距(200纳米)下，光以0.015dB的光损耗透射到氮化铝输出端口。因此，可以将开启状态下的间隙间距设为200纳米。到氮化铝输出端口的透射率随着间隙间距的增大而减小。关闭状态下的间隙间距设置为800纳米，大于20dB的开/关消光比可以实现。利用双向压电驱动，初始间隙间距可以是500纳米，以使需要300纳米的位移来将耦合器波导106移动到上述最佳间距位置，以切换到开启或关闭的状态。对不同间隙间距下氮化铝输出端口的模拟光谱响应(图13)显示，绝热耦合器在100纳米波长范围内(1500-1600纳米)实现宽带运行。
尽管光只需要通过一个开关组件(一对绝热耦合器)，但在矩阵开关结构的实施例中，光通过多个交叉点传播。因此，低损耗的交叉点对于保持整体插入损耗在低水平非常重要。多模干涉(MMI)结构可使用和优化以减少交叉点损耗。图14显示了一个MMI结构的示例。在一个示例中，可将波导宽度Wg和多模区域宽度W分别固定为0.4微米和2.5微米，以支持单均匀模式和多均匀模式。多模区长度为Lc、锥面宽度Wd和锥面长度Lt可被单独优化(如在Lumerical等仿真软件中使用FDTD方法)，使插入损耗最小化。典型的最优值Lc、Wd和Lt分别为19微米、2微米、8微米，如图16(a)、16(b)、16(c)所示。MMI交叉点的优化插入损耗为0.086dB。图15显示了MMI交叉点130的模拟光学模式剖面。
通过对垂直绝热耦合器(14、106)和MMI交叉点(130)的单独设计和优化，整个开关单元12也在关闭和开启状态下建模。关闭状态的结果如图17所示，开启状态的结果如图18所示。图17(a)和图18(a)分别显示了硅层和氮化铝层在关闭和开启状态下的功率分布。正如预期的那样，在关闭状态下，大多数光直接传播到通行端口(图17(b))。在开启状态下，光有效地耦合到氮化铝层并透射到跌落端口(图18(b))。在波长为1550纳米时，光损耗在关闭和开启状态分别为0.473dB和0.730dB。因此，每个单元的传播损耗估计为0.473dB，开关损耗估计为0.257dB。
制造过程
某些实施例涉及使用7个掩模的制造工艺流程，如图19所示。
如图19(a)所示，制造从SOI晶片开始，SOI晶片具有第一硅层502、在第一硅层502上设置的二氧化硅层172、以及可以是220纳米厚的硅装置层200。一旦总线波导14和16被图案化到硅装置层200，该硅装置层200将制备第一波导层。
接下来，如图19(b)所示，硅总线波导(如14)通过局部蚀刻(如180纳米深度的局部蚀刻)来图案化。
如图19(c)所示，二氧化硅的牺牲层504然后沉积在第一波导层200上，例如可通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)。沉积步骤之后可进行平面化处理，如化学机械平面化(CMP)，以获得平面化的牺牲层504(例如，可为500纳米厚)。
接下来，如图19(d)所示，将用于制备机械闭锁装置162和164的空隙506和508，以200纳米深度的局部蚀刻，图案化到牺牲层504中。
然后在牺牲层504上沉积硅层510(例如600纳米厚)，在硅层510上沉积钼层512(例如200纳米厚)。例如，每一层都可以通过PECVD沉积。硅层510沉积在牺牲层504上，将空隙506、508填充来制备机械闭锁装置结构162、164(图19(e))。
接下来，如图19(f)所示，通过对钼层512进行完全蚀刻，将钼底部电极206和216图案化。
通过对硅层510进行完全蚀刻，将单模悬臂梁式驱动器116和117的硅弹性层160图案化，如图19(g)所示。
接下来，如图19(h)所示，例如通过物理气相沉积(PVD)，在底部电极206和216以及牺牲层504的暴露部分上沉积压电材料(如氮化铝，可以沉积成400纳米厚的层)层516。然后在压电材料层516上沉积另一钼层518(例如使用PECVD)。然后通过完全蚀刻在压电层516和钼层518中制备开口520、522，以使底部电极206和216可以被接近。如图19(i)所示，钼顶部电极204、214也通过完全蚀刻被图案化。
接下来，如图19(j)所示，将耦合器波导106的脊部402通过局部蚀刻在压电层516中图案化，以获得脊部402所需的高度(在本示例中为160纳米)。然后，在脊形波导结构106的任何一侧通过完全蚀刻对开口524进行图案化，以暴露二氧化硅牺牲层504(图19(k))。
最后，如图19(l)所示，二氧化硅牺牲层504通过开口524，例如由蒸气氢氟酸(VHF)蚀刻，以制成悬臂梁式驱动器116和117，悬臂梁式驱动器116和117分别包括弹性层160和夹在两个电极(204、206；214、216)之间的驱动层(202、212)。每个悬臂梁式驱动器由支撑件142和140(牺牲层504的未蚀刻部分)分别支撑在第一波导层200上方。
综上所述，实施例涉及一种无源矩阵结构的多层氮化铝-硅光子波导装置。该装置具有由微机电系统压电驱动器驱动的开关功能。通过仿真，优化了各种结构参数。仿真得到开关速度约为1微秒，开关电压为32V，带宽大于100纳米，传播损耗为每单元0.473dB，开关损耗为0.257dB，开/关消光比大于20dB。开关单元12可以制作为大约450微米×450微米的尺寸。
本发明公开的波导装置实施例可作为实现多层氮化铝-硅平台中不同层之间可控和选择性光路由的不可缺少的构件。在这样的平台中，由于先进的硅光子学设计和制造技术，硅层提供了低损耗的长距离光传播。利用氮化铝层的压电效应和基于二阶非线性的光电效应，可以在氮化铝层中放置各种各样的调制器。当光信号需要调制时，该开关将光信号从硅层耦合到氮化铝层。从波长转换到光子逻辑电路，甚至人工智能(AI)的光子深度神经网络，这种集成系统可以为OEIC和光子IC的各种新使用铺平道路。
虽然在此提出的结果是在近红外(NIR)波长区域，可以理解的是，本发明的实施例在工作波长方面也可扩展到中红外(MIR)甚至远红外(FIR)。MIR谱与各种有机和无机化合物的官能团区以及指纹区广泛重叠。因此，实施例还可用于构建多路复用无标签生化传感系统。综上所述，目前多层氮化铝-硅光子平台的潜在使用包括：
1)光子开关；
2)可切换光电调制器；
3)可调谐波长转换器；
4)可切换弹性光调制器；
5)可切换声光调制器；
6)可切换压电-光学机械电路；
7)压电光子(弹性光和/或声光)物理传感器，包括压力传感器、力传感器、传声器、陀螺仪等；
8)可切换光子逻辑电路；
9)光子深度神经网络；
10)光子AI芯片；
11)芯片上多路无标签生化传感器。
实施例可以具有以下优点：
·多层氮化铝-硅集成充分利用了这两种材料的优点；
·与微机电系统压电驱动器集成的氮化铝波导，实现了硅层与氮化铝层之间的光路由和各层的开/关切换。
与以前的发明相比，本发明的实施例使硅和氮化铝之间能够协同，这种协同衍生了各种新颖使用，而这是纯硅平台所无法实现的。此外，由氮化铝实现的压电驱动机构比硅的静电驱动机构具有线性位移、双向驱动和不受拉入效应影响的优点。
本发明的一些实施例的描述包含在下列一个或多个编号的声明中：
声明1：一种多层波导装置，包括：
第一波导层，包括至少一个总线波导；和
第二波导层，包括至少一个耦合器波导；
其中所述第二波导层由压电材料制备；和
其中在施加开关电压时，至少一个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合第二波导层到第一波导层。
声明2：根据声明1的多层波导装置，其中所述至少一个总线波导包括分别沿第一方向和第二方向对齐的至少一对总线波导；以及至少一对耦合器波导；其中，所述至少一对耦合器波导的各自耦合器波导沿第一和第二方向对齐，并可移动以将各自耦合器波导与所述至少一对总线波导的各自总线波导绝热光学耦合。
声明3：根据声明2的多层波导装置，其中第一方向与第二方向正交。
声明4：根据声明1至3中任一项的多层波导装置，其中总线波导在其至少一个区域中沿其长度具有至少一个第一锥面部分；所述耦合器波导沿其长度具有至少一个第二锥面部分，所述至少一个第二锥面部分与所述至少一个第一锥面部分相对地具有锥面。
声明5：根据声明4的多层波导装置，其中第一和第二锥面部分在重叠区域中重叠。
声明6：根据声明5的多层波导装置，其中重叠区域的长度约为60微米。
声明7：根据声明2至6中任一项的多层波导装置，其中所述总线波导沿第一和第二方向制备网格，所述耦合器波导相对于所述网格进行布置，以使各自的耦合器波导沿第一和第二方向对齐。
声明8：根据声明7的多层波导装置，包括在网格接点处的多模干涉结构。
声明9：根据声明1至8中任一项的多层波导装置，其中第二波导层包括连接到每个耦合器波导的悬臂梁式驱动器，所述悬臂梁式驱动器具有设置在其相对表面上的电极。
声明10：根据声明9的多层波导装置，包括对称地布置在所述悬臂梁式驱动器的任何一侧的约束部分，用于约束所述耦合器波导在所述第二波导层的平面内的运动。
声明11：根据声明1至10中任一项的多层波导装置，其中第一波导层由硅制备。
声明12：根据声明1至11中任一项的多层波导装置，其中第二波导层至少部分由氮化铝制备。
声明13：根据声明1到12中任一项的多层波导装置，其中每个所述耦合器波导可以在开启状态和关闭状态之间移动，在开启状态下，它与总线波导隔开约200纳米，在关闭状态下，它与所述总线波导隔开约800纳米。
声明14：根据声明1到13中任一项的多层波导装置，其中每个总线波导具有大约0.4微米的宽度。
声明15：根据声明8的多层波导装置，其中多模干涉结构的宽度约为2.5微米。
声明16：一种制造多层波导装置的方法，包括：
在基片上制备第一波导层，所述第一波导层包括至少一个总线波导；和
制备与所述第一波导层具有间隔关系的第二波导层，所述第二波导层包括至少一个耦合器波导；
其中所述第二波导层由压电材料制备；和
其中在施加开关电压时，至少一个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合第二波导层和第一波导层。
声明17：根据声明16的方法，其中制备第一波导层包括制备沿第一方向和第二方向分别对齐的至少一对总线波导；和其中制备第二制备波导层包括制备至少一对耦合器波导，以使所述至少一对耦合器波导的相应的耦合器波导沿第一和第二方向对齐，并可移动，以绝热光学耦合至少一对总线波导中的相应的总线波导。
声明18：根据声明17的方法，包括沿第一和第二方向将第一波导层制备为网格；其中，制备第二波导层包括制备耦合器波导，以使其沿第一和第二方向对齐。
声明19：根据声明18的方法，包括在网格接点处制备多模干涉结构。
声明20：根据声明16到19中任一项的方法，包括制备与每对耦合器波导的各自耦合器波导毗邻的悬臂梁式驱动器，其中所述制备包括在悬臂梁式驱动器的相对表面沉积电极。
可以理解的是，可以对描述的实施例的多个方面进行许多进一步修改和变换。因此，所描述的方面旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、修改和变化。
本说明书中对任何先前的出版物(或从其获得的信息)或任何已知事项的引用均不是，也不应该被视为承认或认可或任何形式的暗示该先前出版物(或从其获得的信息)构成本说明书所涉及的努力领域中的公知常识的一部分。
Claims (10)
1.一种多层波导装置，包括：
第一波导层，包括多个总线波导；
第二波导层，包括多个耦合器波导，所述第二波导层与所述第一波导层隔开；
其中所述第二波导层由压电材料构成；且
在施加开关电压时，每个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合所述第二波导层与所述第一波导层。
2.根据权利要求1所述的多层波导装置，包括沿第一方向和与第一方向正交的第二方向分别对齐的至少一对总线波导；以及至少一对耦合器波导，该耦合器波导沿所述第一和第二方向对齐，并且该耦合器波导可移动，以绝热光学耦合所述耦合器波导和所述总线波导。
3.根据权利要求1或2所述的多层波导装置，包括一对连接到每个所述耦合器波导的悬臂梁式驱动器，每个悬臂梁式驱动器包括驱动层，所述驱动层是由压电材料制备的且是所述第二波导层的一部分，所述驱动层与用于施加所述开关电压的电极接触。
4.根据权利要求3所述的多层波导装置，包括对称地布置在所述悬臂梁式驱动器的任何一侧的机械约束，所述机械约束用于约束所述耦合器波导在所述第二波导层的平面内的运动。
5.根据权利要求1所述的多层波导装置，其中所述总线波导在其至少一个区域中沿其长度具有至少一个第一锥面部分；所述耦合器波导沿其长度具有至少一个第二锥面部分，所述至少一个第二锥面部分与所述至少一个第一锥面部分相对地具有锥面；所述第一和第二锥面部分在重叠区域中重叠。
6.根据权利要求2所述的多层波导装置，其中所述总线波导沿所述第一和第二方向制备网格，所述第一波导层包括在网格接点处的多模干涉结构。
7.根据权利要求3所述的多层波导装置，其中所述第二波导层至少部分由氮化铝制备。
8.根据权利要求7所述的多层波导装置，其中每个悬臂梁式驱动器包括在其下表面上的机械止动器，以保持每个所述耦合器波导在与所述第一波导层预定的间距处。
9.一种制造多层波导装置的方法，包括：
在基片上制备第一波导层，所述第一波导层包括多个总线波导；和
制备第二波导层，所述第二波导层与所述第一波导层隔开，所述第二波导层包括多个耦合器波导；
其中所述第二波导层由压电材料制备；且
在施加开关电压时，每个耦合器波导是可移动的，以选择性地绝热光学耦合所述第二波导层与所述第一波导层。
10.根据权利要求9所述的方法，包括提供一对悬臂梁式驱动器，每一个悬臂梁式驱动器包括驱动层，所述驱动层由压电材料制备并连接到每一个所述耦合器波导，其中单层压电材料被图案化以制备所述驱动层和所述耦合器波导。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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