CN112470047B - 用于混合器件的二氧化硅到氮化硅plc波型变换器 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种光学装置，包括：第一波导，其具有被第一包层包覆的第一芯；以及具有第二芯的第二波导管。第二芯的终端部分设置在第一芯的终端部分下方并且被第一芯覆盖。第二芯的折射率高于第一纤芯的折射率，并且至少在第一波导的终端部分中，所述第一芯的折射率高于第一覆层的折射率。所述第二芯被构造在第一芯的末端部分下方，使得在第二芯中传播并指向第二芯的末端的光沿着第二芯被引导并耦合到第一芯中，反之亦然。

Description

用于混合器件的二氧化硅到氮化硅PLC波型变换器

技术领域

申请人特此根据35U.S.C.119(e)申请2018年5月31日提交的第62/678907号美国临时申请的利益，本临时申请全文以引用方式并入本申请内。

背景技术

本发明涉及用于基于二氧化硅的光学器件与基于氮化硅的光学器件连接的低损耗方法，以便每种技术都可以在混合器件中发挥其最佳优势。

相关技术说明

设备和光学芯片占用的面积需要变得更小，以使它们更便宜、使用更少的能量、散发更少的热量、减少材料浪费和降低成本。这意味着现有的技术，如使用二氧化硅的PLC，需要开发出更小的模具。这通常通过增加芯/包层折射率对比度来实现。然而，增加材料对比度通常会导致诸如增加传播损耗之类的缺点。另一种方法是探索新材料，如硅光子、磷化铟、氮化硅或氮氧化硅等。每种物质基础都有自己的优缺点。例如，二氧化硅价格便宜，易于制造，可永久调谐，但模具相对较大；而由硅和氮化物制成的化合物的结构通常更小，支持紧小弯曲半径，但无法永久调谐。氮化硅结构也有其他缺点，如由于模式失配导致与单模光纤耦合不良，波导折射率的偏振依赖性和波场的偏振依赖性。氮化硅结构的另一个缺点是折射率对温度的依赖性更高(Si₃N₄的2.5e-5与SiO₂的0.95e-5)。

另一种方法是制造混合芯片，其中芯片的一部分使用一种材料(例如二氧化硅)制成，该材料可永久调谐，芯片的另一部分使用第二种材料制成，例如氮化硅化合物，该材料不可永久调谐。然而，由于很难将光从使用一种技术的平台(例如二氧化硅)有效地耦合到使用另一个的技术平台(例如氮化硅化合物)，因此混合材料配置在过去一直难以使用。

在本文的描述中，提供了一种能够实现在混合器件的基于二氧化硅和基于氮化硅的部分之间进行低损耗光学耦合的解决方案，从而使得混合配置更加可行。

发明内容

因此，出现了为大型集成光学设备的问题提供可靠的解决方案的机会。这将可能引起更高的芯片良率，以及密度更高，功能更强大的光学设备，组件和系统。

大致上，本发明涉及一种光耦合装置，其包括具有由第一包层包覆的使用第一芯材料的第一芯的第一光波导(例如二氧化硅)，且具有在第一波导的末端终止的纵向终端部分，以及使用第二芯材料的第二芯的第二光波导(例如，氮化物或氮氧化硅)，并且第二光波导具有在第二波导的末端终止的第二芯纵向终端部分；第二芯的纵向终端部分设置在第一芯的纵向终端部分下方并且被第一芯包覆；第二芯的波导模式的折射率高于第一芯的波导模式的折射率，并且第一芯至少在第一波导的终端部分中具有比第一包层的波导模式的折射率高的波导模式的折射率；此外，第二芯被构造在第一芯的纵向终端部分下方，使得在第二芯中传播并指向第二芯的末端的光沿着第二芯被引导并耦合到第一芯中，反之亦然。

在该装置中，第二波导可包括在纵向上与第一波导的末端相邻的第二纵向部分，且第二波导的第二纵向部分由第二包层包裹，该第二包层的折射率小于第二芯的折射率。

该装置可以集成到基板上。

在该装置中，可以使第二芯的终端部分从第一波导的末端向第二芯的末端逐渐变细。所述逐渐变细可用于绝热。

在该装置中，第二芯的终端部分可以具有从第一波导的末端向第二芯末端单调减小的有效折射率。

在该装置中，所述第二芯的终端部分可以至少部分地纵向分段，所述分段使得所述第二芯从所述第一波导的末端向所述第二芯的末端单调地减小所述第二芯的有效折射率；所述第二芯材料的每一段可通过折射率低于所述第二芯材料折射率的间隙材料的纵向间隙与所述第二芯材料的下一段隔开；例如，间隙材料可以是第一芯材料，或者，例如另一个示例，其可以包括第一芯材料和第一包层材料的混合物。

在一个实施例中，所述段的长度从第一波导的末端向第二芯的末端单调减小；在另一实施例中，所述间隙的长度可以从第一波导的末端向第二芯的末端单调增加；在又一个实施例中，所述段的长度从第一波导的末端向第二芯的末端单调地减小，并且所述间隙的长度可以从第一波导的末端向第二芯的末端单调增加。

在一个实施例中，第二波导具有小于第一波导的最小弯曲半径的最小弯曲半径；优选地，第二波导的最小弯曲半径不超过100微米，而第一波导的最小弯曲半径至少为1毫米。

根据本发明的装置可以被布置成使得所述第一波导被耦合以将光能传递到光纤中或从光纤传递光能；可替代地或附加地，所述第二波导可被布置成将光能耦合到有源光学器件中或从有源光学器件耦合光能量。

此外，提供了一种光学装置，其包括具有输入端口和多个输出端口的阵列波导光栅(AWG)；所述AWG优选地采用二氧化硅技术制造；该器件还包括第一二氧化硅光波导和多个第二二氧化硅光波导；布置第一氮化物光波导以将光能从第一二氧化硅波导引导到AWG的输入端口，并且多个第二氮化物光波导分别将光能从AWG输出端口中的一个引导到对应的第二二氧化硅光波导中；通过使用二氧化硅输入和输出波导，其每一个都比氮化物波导更容易与光纤耦合；但是，由于氮化物波导中的弯曲比单独使用硅光波导时要紧得多，因此，通过使用氮化物波导将来自二氧化硅输入光波导的光耦合到AWG的输入端口，以及从AWG的输出端口耦合到各自的输出光纤，所产生的芯片可以制造得更小；例如，输入氮化物波导可具有不大于100微米的最小弯曲半径，和/或一个或多个输出氮化物波导可具有不大于100微米的最小弯曲半径。

提供本发明的上述概述是为了提供对本发明的一些方面的基本理解。本概述并非旨在识别本发明的关键或关键要素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为后面更详细描述的前奏。权利要求书、说明书和附图中描述了本发明的具体方面。

附图说明

将根据本发明的具体实施例描述本发明，并参考附图，其中：

图1示出了结合本发明特征的二氧化硅/氮化物过渡结构的俯视图。

图2是图1结构的横截面图。

图3A示出了本技术各方面的示例性应用。

图3B是说明使用本发明的方面可以减少AWG设备的占用面积的尺寸比较。

图4示出了使用本发明的各方面来制造设备的过程的一个实施例的主要步骤。

图5示出了使用本发明的各方面来制造设备的过程的另一实施例的主要步骤。

图6是根据本发明各方面的过渡结构实施例的横截面图。

图7是根据本发明各方面的过渡结构的另一实施例的横截面图。

图8是根据本发明各方面的过渡结构的另一实施例的横截面图。

图9是根据本发明的各方面使用分段逐渐变细的耦合结构的俯视图。

图10是对于各种α值，对于类似于图9所示的结构，从二氧化硅波导到氮化物波导的归一化传输功率的曲线图。

具体实施方式

以下描述是为了使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且在上下文中对特定应用及其要求的提供以下描述。对所公开实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以将本文定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本发明无意局限于所示出的实施例，而是被赋予与本文公开的原理和特征一致的最宽范围相一致。

本文针对特定应用描述了本发明的实施方式，并且应当理解，本发明也可以用于许多其他应用和环境中。

集成的基于氮化硅的结构的一个局限性在于，通常，当它们将光耦合到石英纤维或从石英纤维耦合出时，它们会遭受很高的光学损耗，并且对温度和偏振更加敏感。另一方面，基于二氧化硅的集成结构可以设计成支持与光纤模式非常匹配的光学模式，例如SMF28(单模光纤28)。目前有将光纤与Si₃N₄耦合的技术，包括光栅耦合器、棱镜耦合器和对接耦合。然而，这些技术通常会产生较高的光耦合损耗，并浪费更多的能量。因此，具有可行的基于二氧化硅/氮化硅的混合芯片将能够实现从二氧化硅光纤到基于氮化硅的集成波导的光能的低损耗耦合。具体而言，光纤首先耦合到集成的二氧化硅波导，并且本文中的低损耗二氧化硅/氮化硅技术随后用于将来自二氧化硅波导的光耦合到基于氮化硅的波导。离开芯片时，光从基于氮化硅波导耦合到二氧化波导，然后再到光纤。这是本文描述的低损耗耦合技术的一个应用，并且还有许多其他应用。本发明不限于这一申请。

如本文所用，术语“氮化物”是指任何合适的硅、氧和氮化合物。其氮氧比最好足够高，以产生比二氧化硅高至少5％的指数。Si₃N₄用于所述的一些实施例中，但是其他特定化合物可用于其他实施例中。

图1示出了二氧化硅/氮化物过渡结构的俯视图。其包括由二氧化硅制成的第一波导102和由氮化物制成的第二波导104，所述第二波导104形成于具有二氧化硅顶层的硅基板上。注意，在本文的所有实施例中，基板可以是另一种材料；其不必是具有二氧化硅顶层的硅。所述硅波导继续连接到二氧化硅结构(例如AWG，或者耦合到单模二氧化硅光纤)，而所述氮化物波导继续连接到氮化物结构(例如紧密的弯曲和/或有源光学器件，例如硅光子、磷化铟激光二极管或增益芯片)。图2是在两个波导重叠的区域中选取的结构的横截面图。如图2所示，过渡结构包括形成在硅基板208上的热氧化层210。在该区域中，在热氧化层210上形成氮化物芯材料，并且二氧化硅芯102在三个侧面包围氮化物芯104。二氧化硅包层材料212在三个侧面包围二氧化硅芯材料。因此，在重叠区域中，热氧化物和二氧化硅芯材料用作氮化物波导104的包层，并且热氧化物和二氧化硅包层材料作为二氧化硅波导102的包层。如本文所用，所述氮化物芯材料被所述二氧化硅芯材料“包覆”，所述硅芯材料又被所述二氧化硅包覆材料“包覆”。

回到图1，过渡结构具有重叠部分110，其中氮化物波导芯104的终端部分继续在二氧化硅波导102的芯的终端部分之下。氮化物波导104的芯部具有高于其包层的折射率，并且二氧化硅波导102的芯部具有高于其包层的折射率。此外，氮化物波导管104的芯部的折射率高于二氧化硅波导管102的芯部的折射率，从而允许氮化物波导管104的芯部的末端部分在硅波导管102的芯部下方至少短距离继续导光。当光在波导的重叠部分传播时，光从一个波导到另一个波导发生倏逝耦合。

然而，如果重叠部分的结构设计得不好，则二氧化硅和氮化物波导之间的光学模式可能存在较大的不匹配。因此，优选地，二氧化硅波导管102下的氮化物波导管104的芯部被设计为，使导光模式从外部氮化物波导管104的导光模式逐渐改变为二氧化硅波导管102的导光模式。具体而言，如图1所示，分段逐渐缩小112用于在所述两个波导之间接合。在两种波导类型之间传输光能时，分段逐渐缩小可以降低损耗。所述分段是对二氧化硅芯102下的氮化物芯材料进行周期性分割。所述氮化物层非常薄，且在二氧化硅之前沉积和蚀刻。由于氮化物的折射率远大于二氧化硅芯和二氧化硅包层的折射率，因此二氧化硅芯充当重叠部分110中的氮化物波导的背景(包层)材料。

图1的结构使用两种技术来沿重叠部分110的长度修改模式。首先，氮化物芯材料从硅波导的末端向重叠部分的末端单调地变窄(在图1中向下)。其次，以本文所述的方式分割氮化物芯材料。在一个实施例中，仅使用这些技术中的第一个；不存在分段。特别是，逐渐变窄的氮化物芯材料产生绝热无损转变。然而，变窄技术将要求尖端非常窄，以至于用传统的光刻技术很难实现。这个问题可以通过还使用第二种技术来缓解，其中，所述氮化物芯材料被纵向分割在重叠部分中，以便单调地降低氮化物芯材料的有效折射率(在图1中向下)到其与二氧化硅芯材料的对比度不足以引导氮化物模式的水平，相反，功率将绝热地转移至二氧化硅芯中的波导模式，其具有足够的折射率对比度以支持基本模式。在本发明的一些实施例中，仅将这些技术中的一种或另一种用于修改模式，但是优选将两者结合使用。

每段氮化物芯材料与下一段氮化物芯材料之间通过间隙材料的纵向间隙隔开，且该间隙材料的指数低于氮化物芯材料的指数。在一个实施例中，间隙材料是二氧化硅芯材料，而在另一个实施例中，间隙材料是二氧化硅芯和包层材料的混合物。当氮化物芯深入到二氧化硅波导中时，所述段缩短或间隙延长，或者最好两者都延长。在一些实施例中，所述段可在间隙延长时延长，或所述段可在间隙缩短时缩短，只要所述变化的组合效应与所述氮化物波导的任何变窄一起在重叠区域内是从所述二氧化硅波导的末端向氮化物波导末端(尖端)单调地降低氮化物芯的有效折射率。如本文所用，一个“单调”递增的关系不一定要不断增加；其只需满足发生不递减的变化，并且最终得到的值比其开始时更高。同样，一个“单调”递减的关系不一定要不断减少；其只需满足发生不递增的变化，并且最终的值比其开始的时候要低。

分段和逐渐缩小有许多占空比、宽度和长度的实施例，其允许光从二氧化硅波导到氮化物波导的最佳耦合，反之亦然。从逐渐缩小110的分段部分112的上端开始，并在图1中向下行进，宽度等于临界尺寸的波导段的长度减小，而段之间的间隙同时也增加了长度。通过增加段间包层材料的体积，芯波导的有效折射率逐渐减小，突破连续波导的极限。

另一个实施例如图9所示，其中氮化物波导材料被标识为904，二氧化硅波导材料被标识为902。在本实施例中，对于从左至右传播的光，限制在氮化物中的光首先绝热地从4um宽的波导逐渐变窄到0.7um宽的波导，从而最终增大光模尺寸。随后，宽度为0.7um的周期性分段波导的氮化物材料长度在每个周期中逐渐减少，进一步增加所述光模，增强与顶部掺杂二氧化硅的芯的耦合。所述分段逐渐缩小设计如下：0.7μm宽的波导具有大致恒定的纵向周期a，并增加高折射率段之间的间隙长度，从而进一步有效地降低所述对比度。如果最大的节段具有长度a，则10个节段的长度以0.1a的步长从a减小到0.1a，而9个间隙以0.1a的步长从0.1a增加到0.9a；因此，图9中分段的锥度长度为10a。

在所述逐渐缩小的设计中需要权衡：较长的逐渐缩小更利于模式匹配，但随着氮化物逐渐缩小的延长，传播损耗会因氮化物中的传播损耗高于二氧化硅中的对应物而增加。此外，对于某些设计，有必要使长度最小化以满足外部施加的占位约束。

图3A说明了本文所述的混合技术的一个示例应用，其中每种技术平台都被利用以发挥其优势。图3A示出由二氧化硅制成的AWG 310，其两端通过氮化物段与二氧化硅光纤312、314连接。二氧化硅波导用于光纤和芯片之间的接口，因为这样可以提供较低的光耦合损耗。二氧化硅波导与氮化物波导接口连接，将光传输到氮化物波导中，因为对于单模光传输，氮化物波导可以制作半径小于约100微米的弯曲，而制作弯曲半径低于毫米范围的二氧化硅波导是不切实际的。氮化物波导用于在整个芯片上的光学器件间传递，这有助于减少芯片上的占位面积。氮化物波导与二氧化硅波导接口连接，以实现特定于技术的操作，例如AWG(因为二氧化硅AWG可以永久调谐，而氮化物AWG目前无法永久调谐，在本文其他地方提到的差异)。二氧化硅波导接口回氮化物波导，以进一步在芯片上进行光学传递，包括紧密的波导弯曲(比二氧化硅的最小弯曲半径更紧)。然后氮化物波导接口回二氧化硅波导，以实现芯片和光纤之间的低损耗光耦合。

因此，在图3A中可以看出，该设备包括阵列波导光栅(AWG)310，其具有输入端口316和多个输出端口318。虽然在图中不一定可以区分，但是输出端口318是单个光纤。所述AWG优选在二氧化硅技术平台中制成，且每个输入端口316和输出端口318也是如此。该装置还包括一个输入二氧化硅光波导320和多个输出二氧化硅光波导322。一个输入氮化物光波导324被布置成将光能从输入二氧化硅波导管320引导到AWG的输入端口316，并且多个输出氮化物光波导326分别将光能从AWG输出端口318中的一个引导到相应的一个输出二氧化硅光波导322中。通过使用二氧化硅输入和输出波导，与氮化物波导相比，它们中的每一个都更容易耦合到光纤(例如312和314)。但是，通过使用氮化物波导管(例如324和326)将光从二氧化硅输入光波导320传递到AWG的输入端口316，并且从AWG的输出端口318传递到相应的输出光纤322，由于与仅使用二氧化硅波导相比，氮化物波导中的弯曲更紧密，因此可以使所得芯片更小。例如，输入氮化物波导可具有不大于100微米的最小弯曲半径，和/或一个或多个输出氮化物波导可具有不大于100微米的最小弯曲半径。(如本文其他地方所解释的，提及“输入”和“输出”并不意味着设备只在一个方向上运行；该设备还反向运行，在这种情况下，“输出”变为输入，而“输入”变为输出。)

图3B是尺寸比较，示出了仅通过将氮化物波导段用于紧半径波导弯曲并使用诸如图2和图1的在二氧化硅波导和氮化物波导之间的过渡中使用的逐渐缩小可以将AWG设备的占位面积减小多少。此外，应当理解，在其他实施例中，氮化物段可仅存在于AWG的一端而非另一端，并且在其它实施例中，可以在光路径中包括其他，具有或不具有去到和来自基于所述两个技术平台波导的过渡，的光学功能。

图4示出了使用本发明的方面制造设备的过程的一个实施例的主要步骤。图5示出了使用本发明的方面来制造设备的过程的另一实施例的主要步骤。

图6是在所述两个波导重叠的区域截取的根据本发明的各方面的过渡结构的实施例的剖视图。在图6中，所述氮化物芯材料被标识为604，所述二氧化硅芯材料被标识为602，并且所述二氧化硅包层材料被标识为612。薄二氧化硅缓冲层603覆盖在热氧化层610上并包裹氮化物芯材料604。所述缓冲层603用于帮助保护氮化物层，即其充当保护封盖层以帮助减少损耗。所述二氧化硅芯材料602仍被视为，如此术语在本文所使用的，“包覆”氮化物芯材料604。在一个实施例中，所述二氧化硅波导602的宽度可大约为4微米，所述氮化物层602可具有约200nm的厚度，所述缓冲层603可具有约600nm的厚度，氮化物604可具有大于5％的折射率对比度，并且二氧化硅芯材料602可以具有0.3％到5％的折射率对比度。在一种结构中，所述二氧化硅芯折射率可大约为1.45至1.47，所述二氧化硅包层折射率可大约为1.445，且所述氮化物的折射率可大约为1.98。

图7是在两个波导重叠的区域中截取的根据本发明各方面的过渡结构的另一实施例的剖视图。在图7中，所述氮化物芯材料被标识为704，所述二氧化硅芯材料被标识为702，并且所述二氧化硅包层材料被标识为712。与图6不同，在图7的实施例中，没有将氮化物芯材料与二氧化硅芯材料分离的薄缓冲层。

图8是在两个波导重叠的区域中截取的根据本发明各方面的过渡结构的另一实施例的剖视图。在图8中，所述氮化物芯材料被标识为804，所述二氧化硅芯材料被标识为802，并且所述二氧化硅包层材料被标识为812。薄缓冲层803仅覆盖氮化物芯材料804，而不覆盖热氧化层810。其在热氧化层810和氮化物芯材料804层上形成，然后与氮化物芯材料结合。所述二氧化硅芯材料仍被视为，如此术语在本文所使用的，“包覆”氮化物芯材料。

可以看出，本文讨论的技术允许在芯片和光纤之间实现高百分比的功率耦合。这降低了所述光纤、二氧化硅波导和氮化物波导之间的光耦合损耗。这些技术还可以节省能源，并允许使用在二氧化硅和氮化物基波导之间切换的混合技术平台，从而使设计能够受益于这两种技术的优点，例如二氧化硅部分的光纤和芯片之间的低损耗，以及氮化物部分的芯片占位面积更小，尤其是当与纯二氧化硅或纯氮化物等效芯片相比时。这种结构适用于垂直和水平两种极化。另一个优点是本文所述的技术可以使用CMOS兼容的制造工艺，这意味着它们可以利用投入CMOS和电子行业的大量技术成果。

在某些实施例中，二氧化硅波导的芯和包层之间的折射率对比度可以是，例如，大约0.3％到大约5％之间的任何对比度。1.5％的对比是合理的。

注意，虽然本文中提到的两种波导技术平台是二氧化硅和氮化物化合物，但相同的概念也可以应用于其他材料搭配中。

本文中的描述假设了亥姆霍兹互易性，即一条光线和它的反向光线具体匹配的光学历程的原理，例如在被动介质中或在界面处的反射、折射、模式转换、耦合和吸收。因此，本文中关于光在一个方向上传播时的表现的光学结构的任何描述在本质上也建立了当光在相反方向上传播时光的表现的光学结构。样的描述并不意味着光必须沿所描述的方向行进才能满足描述；只要光在所述方向上移动时其表现如描述的那样，则该设备即可满足所述描述。

此外，请注意，如本文所用，布置在基板中，或基板上，或部分在基板中和部分在基板上的光学结构的物质之间没有区别。例如，波导的所有特征，包括芯材料，包层材料等，在本文中均等同地描述为“在衬底上”或“在衬底内”，并且在这两者之间没有区别的意图。此外，如本文所用，术语“光”是指任何光能。它不仅限于可见光。

如本文所用，波导的芯和包层被认为是由相同的“材料”制成的，即使折射率差可能通过掺杂的方式引入。

如本文所使用的，所述波导的“纵向”维度是比其他两个维度长得多的维度。所述波导的“横向”方向是相对纵向维度横向但与基板平行的方向。所述纵向和横向均在本文中被认为是“水平”维度，并且平行于基板的主表面。所述波导的“垂直”维度在本文中被认为与水平维度正交。

申请人在此单独公开本文所述的每个单独特征以及两个或多个这样的特征的任何组合，只要这些特征或组合能够根据本领域技术人员的公知常识在整体上实现，无论这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。申请人表示，本发明的方面可以包括任何这样的特征或特征的组合。

特别地且不限于，尽管在本文中单独描述了许多发明方面，但是应该认识到，所述许多方面可以相互组合或一起使用。所有此类组合均应包含在本文件的范围内。

为了说明和描述的目的，已经提供了本发明的优选实施例的上述描述。其并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。显然，许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。特别地，但不限于，本文中通过引用针对任何一个实施例描述、建议或合并的任何和所有变体也应被视为相对于所有其他实施例进行了示范。选择和描述本文描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适于预期的特定用途的各种修改。

Claims (17)

1.一种光耦合装置，其特征在于包括：

具有由第一包层包覆的使用第一芯材料的第一芯的第一光波导，且具有在第一波导的末端终止的纵向终端部分；

使用第二芯材料的第二芯的第二光波导，并且第二光波导具有在第二波导的末端终止的第二芯纵向终端部分；

其特征在于：第二芯的纵向终端部分设置在第一芯的纵向终端部分下方并且被第一芯覆盖；第二芯的波导模式的折射率高于第一芯的波导模式的折射率，并且第一芯至少在第一波导的终端部分中具有比第一包层的波导模式的折射率高的波导模式的折射率；

此外，所述第二芯的终端部分至少部分地纵向分段，所述分段使得所述第二芯从所述第一光波导的末端向所述第二芯的末端单调减小所述第二芯的有效折射率；

此外，所述第二芯被构造在所述第一芯的纵向终端部分下方，使得在第二芯中传播并指向第二芯的末端的光沿着第二芯被引导并耦合到第一芯中，反之亦然。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二波导可包括在纵向上与所述第一波导的末端相邻的第二纵向部分，其中第二波导的第二纵向部分由具有折射率小于第二芯的第二包层所覆盖。

3.如权利要求1所述的装置，其进一步包含基板，

其中，所述第一和第二光波导集成到所述基板上。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二芯的终端部分从所述第一波导的末端向第二芯的末端逐渐变细。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二芯的终端部分从所述第一波导管的末端向所述第二芯的末端绝热地逐渐变细。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二芯的终端部分可以具有从第一波导的末端向第二芯末端单调减小的有效折射率。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二芯材料的每一段可通过折射率低于所述第二芯材料折射率的间隙材料的纵向间隙与所述第二芯材料的下一段隔开；所述段的长度从第一波导的末端向第二芯的末端单调减小。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述间隙材料可以是第一芯材料。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述间隙材料可以包括第一芯材料和第一包层材料的混合物。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二芯的末端部分至少部分地在纵向上被分段，所述第二芯材料的每个段与所述第二芯材料的下一个段间隔开纵向间隙，间隙材料的折射率低于第二芯材料的折射率，从第一波导的末端到第二芯的末端，间隙的长度单调增加。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于所述间隙的长度可以从第一波导的末端向第二芯的末端单调增加。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一波导由二氧化硅制成，且所述第二波导管由氮化硅化合物制成。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于其进一步包含所述第二光波导与第一光波导之间之二氧化硅缓冲层，所述第二光波导由氮化硅化合物制成，第一光波导由二氧化硅制成。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一波导由二氧化硅制成，且所述第二波导由氮氧化硅制成。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二波导具有第二纵向部分，其中所述第二芯被第二包层包覆，所述第二包层的折射率小于所述第二芯的折射率，

其中，具有第一芯和第一包层的第一波导具有用于单模光传输的第一最小弯曲半径，

其中，具有第二芯和第二包层的第二波导具有用于单模光传输的第二最小弯曲半径，

其中所述第二最小弯曲半径小于第一最小弯曲半径。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于所述第二最小弯曲半径不超过100微米。

17.如据权利要求13所述的装置，其特征在于所述第一光波导被耦合以将光能传输到光纤中或从光纤传输出去。

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