CN113994245B - 具有未完成端面的光纤阵列单元 - Google Patents

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Abstract

一种制造光学装置的方法，包括：形成提供一个或多个光纤的布置的光纤阵列单元(FAU)的未完成端面。所述一个或多个光纤终止于所述未完成端面。所述方法还包括将FAU与外部载光介质光学对准。所述一个或多个光纤通过所述未完成端面与所述外部载光介质光学耦合。

Description

具有未完成端面的光纤阵列单元
技术领域
本公开中提出的实施例总体上涉及光学装置，更具体地，涉及用于制造具有光纤阵列单元(FAU)的光学装置的技术，其中该FAU具有未完成(unfinished)端面。
背景技术
在诸如用于光联网系统的收发器模块的光学装置中，最昂贵的部件之一是FAU，其布置用于与光学装置的其他部件光耦合的一个或多个光纤。一个或多个光纤沿FAU延伸并终止于FAU的端面，使得光在端面进入和/或离开一个或多个光纤。因此，传统上认为FAU的端面处理对于实现合适的光学性能(例如，减少由于散射或缺陷造成的光学损失)很重要。
附图说明
因此，通过能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施例得到上面简要概述的本公开的更具体的描述，一些实施例在附图中示出。然而，要注意的是，附图示出了典型的实施例，因此不应被认为是限制性的；其他同样有效的实施例也被考虑在内。
图1是根据一个或多个实施例的示例性光学装置的框图。
图2A是根据一个或多个实施例的示例性收发器模块的外部视图。
图2B是根据一个或多个实施例的示例性收发器模块的内部视图。
图3是根据一个或多个实施例的制造光学装置的方法。
图4A-4H示出了根据一个或多个实施例的制造光学装置的示例性顺序。
图5示出了根据一个或多个实施例的用于制造光学装置的示例性计算系统。
图6示出了根据一个或多个实施例的示例性光学测试装置。
图7示出了根据一个或多个实施例的示例性边缘耦合器。
图8A-8E示出了根据一个或多个实施例的图7的边缘耦合器的不同截面图。
图9A和9B示出了根据一个或多个实施例的锥形波导。
为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示附图共有的相同元件。预期在一个实施例中公开的元件可以有益地用于其他实施例中而无需具体叙述。
具体实施方式
概述
一个实施例是一种制造光学装置的方法，该方法包括形成提供一个或多个光纤的布置的光纤阵列单元(FAU)的未完成端面。一个或多个光纤终止于未完成端面。该方法还包括将FAU与外部载光介质光学对准。一个或多个光纤通过未完成端面与外部载光介质光学耦合。
另一个实施例是一种装置，包括一个或多个光纤，以及提供该一个或多个光纤的布置的光纤阵列单元(FAU)。FAU限定了一个或多个光纤终止于的未完成端面。该装置还包括通过未完成端面与一个或多个光纤光学耦合的外部载光介质。
另一个实施例是一种制造光学装置的方法，该方法包括提供光纤阵列单元(FAU)，FAU提供一个或多个光纤的布置。一个或多个光纤终止于FAU的平均粗糙度(Ra)大于1.0微英寸或0.025微米的端面。该方法还包括将FAU与外部载光介质进行光学对准。一个或多个光纤通过端面与外部载光介质光学耦合。
示例实施例
这里的实施例描述了用于制造具有FAU的光学装置的技术，其中该FAU具有未完成端面。FAU的端面处理可能是FAU制造中最受限制的步骤，既昂贵又耗时。有利地，使用更少和/或选择的工艺制造FAU提供了大量的成本节约和/或在制造期间增加了产量，同时最终支持合适的光学性能。
在一些实施例中，形成FAU的未完成端面包括以下中的一种或多种：机械锯切、表面研磨、划线和切割以及粗抛光。因此，无需对端面进行精细抛光工艺，即可形成FAU的未完成端面。在某些情况下，FAU的未完成端面可以在根本不执行任何抛光工艺的情况下形成。在一些实施例中，FAU的未完成端面具有大于1.0微英寸或0.025微米的平均粗糙度(Ra)，例如在约1.0微英寸和约9.0微英寸之间的范围内或在约0.025微米和约0.225微米之间的范围内。在一些实施例中，FAU的端面是通过使用筛目数在400和1200之间的锯片机械地锯切(例如，使用湿锯)FAU来形成的。
在一些实施例中，折射率匹配材料(例如，折射率匹配环氧树脂)被施加在未完成端面和外部载光介质之间，并且一个或多个光纤通过折射率匹配材料与外部载光介质进行光学耦合。使用折射率匹配材料使得耦合光对光纤端面的质量不那么敏感，因为在光纤和外部载光介质之间的过渡期间折射率保持基本恒定。
在一些实施例中，外部载光介质包括光子芯片的一个或多个光波导，并且一个或多个光波导中的每个光波导与相应的模式适配器光学耦合，该相应的模式适配器在相应光波导处的第一模式大小和如下的第二模式大小之间转换光信号的光模式，第二模式大小与一个或多个光纤中的相应光纤的模式大小基本匹配。模式适配器可以在光子芯片内(例如，作为波导适配器)或在光子芯片外部(例如，作为透镜装置)实现。有利地，通过基本匹配模式大小，可以减少一个或多个光纤与一个或多个光波导之间的耦合损耗。
图1是根据一个或多个实施例的示例性光学装置100的框图。光学装置100包括一个或多个光纤(显示和讨论为多个光纤105-1、105-2、...、105-N)、FAU 110和外部载光介质135。一个或多个光纤中的每个都可以具有任何合适的形式，例如任何合适大小的单模光纤、多芯光纤(即，具有多个载光纤芯的光纤)等等。多个光纤105-1、105-2、...、105-N可以是相同类型(例如，全部是单模光纤)或不同类型(例如，一个或多个单模光纤和一个或多个多芯光纤)。
FAU 110以预定的布置来对多个光纤105-1、105-2、...、105-N进行布置。在一些实施例中，FAU 110以预定间隔(例如，恒定间距)布置多个光纤105-1、105-2、...、105-N。例如，FAU 110可以包括多个凹槽，每个凹槽的尺寸被设计成容纳多个光纤105-1、105-2、...、105-N中的相应光纤的一部分。
FAU 110可以整体形成或由附接在一起的多个部件形成。在一些实施例中，FAU110包括具有多个凹槽的基体和将多个光纤105-1、105-2、...、105-N压入多个凹槽中的预定布置的盖体。FAU 110可以由任何(一种或多种)合适的材料形成，例如玻璃、陶瓷、塑料、半导体材料等。在一些实施例中，FAU 110的材料包括透光材料，使得施加到FAU110上的粘合剂(例如，在基体和盖体之间)可以通过施加紫外线(UV)光穿过FAU 110的一部分(例如，通过盖体传输)来固化以将FAU 110刚性地附接到多个光纤105-1、105-2、...、105-N。
在一些实施例中，FAU 110包括未完成端面，并且多个光纤105-1、105-2、...、105-N延伸穿过FAU 110并终止于未完成端面。如本文所讨论的，“未完成”端面表示尚未在FAU110的端面上执行精细抛光工艺。在一些实施例中，形成FAU 110的未完成端面包括以下中的一项或多项：机械锯切、表面研磨、划线和切割、和粗抛光。在某些情况下，在对端面进行粗抛光工艺之后进行精抛光工艺。示例性粗抛光工艺使用磨粒大小在约5微米(例如，约4500的筛目数)和约12微米(例如，约1600的筛目数)之间的抛光膜。如本文所讨论的，示例性精抛光工艺使用磨粒大小小于5微米的抛光膜。例如，抛光膜可以具有约1微米或更小的磨粒大小(对应于至少14000的筛目数)。在一些情况下，FAU的未完成端面可以在不执行任何抛光工艺(例如，既不进行粗抛光工艺也不进行精抛光工艺)的情况下形成。在一些实施例中，端面的平均粗糙度(Ra)大于1.0微英寸或0.025微米。例如，平均粗糙度可以在约1.0微英寸和约9.0微英寸之间的范围内或在约0.025微米和约0.225微米之间的范围内。在一些实施例中，FAU 110的端面是通过使用筛目数在400和1200之间的锯片来机械地锯切FAU110而形成的。
不管使用哪种工艺来形成FAU 110的未完成端面，任何合适的工艺参数都被考虑在内。以机械锯切为例，该过程可以包括将水或其他合适的润滑剂施加到锯片(例如，湿锯)以帮助切割FAU 110。其他工艺参数，例如锯片粗糙度(例如，筛目数)和锯片速度，可以被控制以降低在FAU110的未完成端面处碎裂的风险(对应于在单个光纤105-1、105-2、...、105-N的端面处碎裂的风险)。
多个光纤105-1、105-2、...、105-N通过FAU 110的未完成端面与外部载光介质135进行光学耦合。在一些实施例中，外部载光介质135包括光子芯片145的一个或多个光波导(示出为多个光波导150-1、150-2、...、150-N)。其他实现方式也是可能的，例如一个或多个光纤(例如，由另一FAU 110布置)。
在一些实施例中，光子芯片145的一个或多个光波导150-1、150-2、...、150-N中的每一个与相应的模式适配器125-1、125-2、...、125-N光学耦合。在一些实施例中，模式适配器125-1、125-2、...、125-N在外部载光介质135内实现。在一个示例中，每个模式适配器125-1、125-2、...、125-N包括形成在光子芯片145中的相应波导适配器。在一些实施例中，并且关于图7、8A-8E、9A和9B进一步讨论，每个波导适配器包括设置在光子芯片145的不同层上的多插脚结构，并且不同层的每一层由介电材料隔开。
在其他实施例中，模式适配器125-1、125-2、...、125-N在外部载光介质135的外部。例如，模式适配器125-1、125-2、...、125-N中的每一个可以实现为布置在多个光纤105-1、105-2、...、105-N与外部载光介质135之间的(一个或多个)透镜或其他光学部件。
在一些实施例中，多个光纤105-1、105-2、...、105-N与外部载光介质135直接光学耦合。在一个示例中，多个光纤105-1、105-2、...、105-N通过空气与外部载光介质135光学耦合。在另一示例中，多各光纤105-1、105-2、...、105-N通过诸如环氧树脂的折射率匹配材料140与外部载光介质135光学耦合。折射率匹配材料140可以被固化(例如，使用热或UV光)以将FAU 110与外部载光介质135刚性附接。有益的是，折射率匹配材料140的使用使得耦合光对光纤端面的质量变得不那么敏感，因为折射率在多个光纤105-1、105-2、...、105-N和外部载光介质135之间的过渡期间保持基本恒定。
在其他实施例中，多个光纤105-1、105-2、...、105-N与外部载光介质135间接光学耦合(例如，通过外部实现的模式适配器125-1、125-2、...、125-N)。尽管单独讨论了这些特征，但是预期了光学装置100的一些实现方式包括多个模式适配器125-1、125-2、...、125-N和折射率匹配材料140。
图2A是根据一个或多个实施例的收发器模块200的外部视图，图2B是内部视图。收发器模块200代表图1的光学装置100的一个示例。
收发器模块200可以以任何合适的形式实现。例如，收发器模块200可以可移除地附接到数据中心的网络交换机。收发器模块200包括外壳205，其部分地或完全地包围收发器模块200的电气部件和/或光学部件。收发器模块200还包括与外壳205连接并且允许收发器模块200可移除地附接到网络交换机(例如，由技术人员)的把手215。
在一些实施例中，外壳205完全包围收发器模块200的一些电气部件和/或光学部件，而一个或多个其他电气部件和/或光学部件暴露在外部。如图所示，收发器模块200包括外露的光学连接器210-1、210-2和电连接器225。光学连接器210-1、210-2可以以任何合适的标准化或专有形式实现，例如多光纤插/拔(MPO)、朗讯连接器(LC)等。电连接器225可以以任何合适的标准化或专有形式实现，例如印刷电路板(PCB)240的边缘连接器的导电迹线。
在外壳205内，光学连接器210-1、210-2的内部部分220-1、220-2与相应的光纤105-1、105-2光学耦合。光纤105-1、105-2由FAU 110布置并且经由FAU 110的未完成端面245与光子芯片235(代表外部载光介质135的一个示例)光学耦合。FAU 110和光子芯片235设置在PCB 240顶上的衬底230(例如，硅衬底)上。在一些实施例中，衬底230、FAU 110和光子芯片235的尺寸被设计成使得当FAU 110当接触衬底230的参考表面时，光纤105-1、105-2在一个或多个维度上与光子芯片235的光波导光学对准。
图3是根据一个或多个实施例的制造光学装置的方法300。方法300可以与其他实施例结合使用，例如，作为制造图2A和2B的收发器模块200的一部分。
方法300开始于块305，其中提供FAU的部件。在一些实施例中，FAU的部件包括FAU的基体402和盖体414。在块315，FAU与一个或多个光纤组装在一起。现在参考图4A和4B，图示400提供FAU的端视图并且图示410提供FAU的顶视图。在一些实施例中，组装FAU包括将多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4插入形成在FAU的基体402中的多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4中。。
在一些实施例中，多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4从基体402的顶面408形成到基体402中。多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4的尺寸设计成使得当多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4接触多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4时，多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4具有预定布置。尽管多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4被示为v形，但也可以设想其他形状(例如，u形)。
现在参考图4C和4D，图示412提供了FAU的端视图并且图示420提供了FAU的顶视图。盖体414包括顶面418和相反的底面416。在一些实施例中，顶面418和底面416中的每一个基本上是平面的，但是也可以设想其他构造。底面416接触多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4，确保多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4中的每个光纤相对于多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4中的相应凹槽以预定布置“安置”或放置。
在块325，施加粘合剂以将一个或多个光纤附接到FAU。现在参考图4E和4F，图示422提供FAU的端视图并且图示426提供FAU的顶视图。在一些实施例中，施加粘合剂包括将环氧树脂424芯吸到盖体414和基体402之间的容积中，这可以包括将环氧树脂424芯吸到多个凹槽404-1、404-2、404-3、404-4的一部分中。在一些实施例中，环氧树脂424是折射率匹配环氧树脂。在一些实施例中，环氧树脂424然后可以被固化以刚性地附接盖体414、基体402和多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4。
在一些实施例中，固化环氧树脂424包括施加热量。在其他实施例中，基体402和/或盖体414由透光材料形成，并且固化环氧树脂424包括通过基体402和盖体414之一施加UV光。固化的环氧树脂432在图4G的图示430中示出。
在块335，形成FAU的未完成端面436。在一些实施例中，形成FAU的未完成端面436包括以下中的一种或多种：机械锯切、表面研磨、划线和切割以及粗抛光。对线428(图4H的图示434中所示)执行端面加工以形成未完成端面436。在一些实施例中，未完成端面436基本上是平面的。在一些实施例中，未完成端面436与多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4的长轴基本正交。在执行端面处理之后，多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4延伸通过FAU并终止于未完成端面436。
在块345，FAU与外部载光介质进行光学对准。在一些实施例中，多个光纤406-1、406-2、406-3、406-4通过未完成端面436与外部载光介质进行光学耦合。在块355，折射率匹配材料施加在未完成端面436和外部载光介质之间。多个光纤通过折射率匹配材料与外部载光介质进行光学耦合。在块365，折射率匹配材料被固化并且FAU被刚性地附接到外部载光介质。在一些实施例中，折射率匹配材料与在块325施加的粘合剂相同，尽管这不是必需的。在这种情况下，固化折射率匹配材料包括施加热量和施加UV光中的一种。方法300在块365完成之后结束。
图5是示出根据一个或多个实施例的用于制造光学装置的示例性计算系统505的图示500。计算系统505可以与其他实施例结合使用，例如用于执行图3的方法300。
计算系统505可以以任何合适的形式实现。在一些实施例中，计算系统505包括单一计算设备，例如与一个或多个制造系统接口连接并被配置为控制其操作的控制器。在其他实施例中，计算系统505包括例如经由本地接入网(LAN)和/或广域网(WAN)联网在一起的多个计算设备。
计算系统505包括一个或多个计算机处理器510和存储器515。一个或多个计算机处理器510可以以任何合适的形式实现，例如通用微处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)等。计算系统505的存储器515可以包括根据它们的大小、相对性能或其他能力而选择的多种计算机可读介质：易失性和/或非易失性介质、可移除和/或不可移除介质等。
存储器515可以包括用于执行本文描述的各种功能的一个或多个模块。在一个实施例中，每个模块包括可由一个或多个计算机处理器510执行的程序代码。然而，其他实施例可以包括部分或完全在计算系统505的硬件(即，电路)或固件中实现的模块。
如图所示，存储器515包括FAU组装模块520、粘合模块525、端面处理模块530和光学对准模块535。在一些实施例中，FAU组装模块520控制机器人系统，该机器人系统布置FAU的部件，例如通过将多个光纤插入FAU的基体的多个凹槽中，并且通过将盖体与多个光纤接触。在一些实施例中，粘合模块525控制将环氧树脂或其他合适的粘合剂施加到FAU的机器人系统。在一些实施例中，粘合模块525还控制机器人系统在FAU的未完成端面和外部载光介质之间施加环氧树脂或其他合适的粘合剂。在一些实施例中，粘合模块525还控制加热系统和/或UV光系统以固化环氧树脂/粘合剂。
在一些实施例中，端面处理模块530控制机器人系统，该机器人系统执行以下各项中的至少一项以形成FAU的未完成端面：机械锯切、表面研磨、以及划线和切割。多个光纤延伸穿过FAU并终止于未完成端面。
在一些实施例中，光学对准模块535控制机器人系统，该机器人系统使FAU和/或外部载光介质移位以实现光学对准。在一些实施例中，光学对准模块535还控制光学测试系统，用于在FAU和外部载光介质之间传输(一个或多个)光信号，并测量(一个或多个)接收到的光信号(例如，有源光对准)的信号强度。
图6示出了根据一个或多个实施例的示例性光学测试装置600。图6所示的特征可以与其他实施例结合使用。例如，FAU 606、608可以代表图1、2A和2B中描绘的FAU 110的示例。
光学测试装置600包括光纤带(ribbon)602，光纤带602包括多个光纤。在一个实施例中，光纤带602包括八(8)个光纤，但也考虑其他合适的数量。多个光纤由第一FAU 606布置，并延伸穿过第一FAU 606并终止于第一FAU 606的端面612。
光学测试装置600还包括光纤带604，光纤带604包括多个光纤。在一个实施例中，光纤带604包括八(8)个光纤(与光纤带602中包括的光纤的数量相匹配)，但是也可以设想其他合适的数量。多个光纤由第二FAU 608布置，并延伸穿过第二FAU 608并终止于第二FAU608的端面614。
FAU 606、608的光纤通过各自的端面612、614彼此光学对准(例如，通过图5的光学对准模块535的操作)。FAU 606、608的端面612、614彼此间隔距离d。在一些实施例中，距离d在10和20微米之间。折射率匹配环氧树脂610被施加在端面612、614之间并被固化以刚性附接FAU 606、608。
在一些实施例中，FAU 606、608的相应端面612、614是未完成的(例如，根据图4A-4H中所示的顺序形成)。在第一实验设置中，未完成端面612、614(例如，锯切FAU)提供了FAU606、608之间的测量耦合损耗，其中平均值为0.336dB，标准偏差为0.14dB。相比之下，在第二实验设置中，端面612、614在精抛光时提供平均值为0.327dB且标准偏差为0.12dB的测量耦合损耗。出乎意料的是，具有通过折射率匹配环氧树脂610光学耦合的未完成端面612、614的FAU 606、608能够具有与具有精抛光端面612、614的FAU 606、608几乎相同的性能。由于个体光纤的端面角度的潜在较大变化，未完成端面612、614的标准偏差似乎稍大(0.14dB与0.12dB相比)。
图7示出了光子芯片的侧视图700，该光子芯片包括使用多插脚嵌入式结构形成的边缘耦合器720。此处，在边缘耦合器720上方形成硅波导705(例如，边缘耦合器720可以嵌入光子芯片的绝缘层中)。然而，在另一实施例中，多插脚结构可以相对于硅波导705翻转，使得边缘耦合器720的插脚形成在硅波导705上方的层中(即，硅波导705在边缘耦合器720的插脚和绝缘层之间)。尽管未示出，硅波导705在一个或多个光学部件与边缘耦合器720之间耦合光信号。
如侧视图700所示，边缘耦合器720的一个界面耦合到硅波导705，而另一界面在光子芯片的侧表面725处被光学暴露。侧表面725可以被蚀刻或未被蚀刻。如本文所用，“光学暴露”意味着边缘耦合器720实体地暴露在侧表面725处或从侧表面725略微凹陷(例如，1-5微米)但仍然可以从外部光学耦合到FAU。
边缘耦合器720包括波导适配器715，其可以光学耦合到外部光学器件，例如FAU的光纤。边缘耦合器720由单独的插脚710A、710B、710C制成，这些插脚可以包括嵌入绝缘材料(例如，二氧化硅或氮氧化硅)中的相同材料(例如，氮化硅或氮氧化硅)。在一个实施例中，插脚710A、710B、710C和边缘耦合器720的材料可以不同于光子芯片的绝缘层的材料。通常，边缘耦合器720可由如下的任何材料制成，该材料具有比围绕插脚710A、710B、710C的绝缘材料的材料的折射率更高的折射率。
图8A-8E示出了根据一个或多个实施例的图7的边缘耦合器720的截面图。具体地，图8A示出了最靠近侧表面725(或耦合界面)的波导适配器715的一部分的截面A-A。这里，波导适配器715包括可以具有相同或相似的宽度(W)和高度(H)(或厚度)尺寸的四个单独的插脚710A、710B、710C、710D。这些尺寸以及插脚710A、710B、710C、710D之间的间隔可根据具体应用而变化。在所示的示例中，波导适配器715可以被配置为与模场直径为10微米的单模光纤接口连接。本领域普通技术人员将理解，这些尺寸可根据具体应用而变化。具体地，可以选择如下尺寸：这些尺寸使得插脚在耦合界面处的模式与光要耦合到或从其耦合的外部设备的模式基本匹配。如本文所述，“基本匹配”包括模式大小相等的情况，以及模式大小在彼此的大约25％以内的情况。这里，插脚710A、710B、710C、710D的宽度可以在大约200-300纳米的范围内，高度在100-250纳米之间。更具体地，宽度可以约为200纳米，而高度约为200纳米。插脚710A和插脚710C之间的距离以及插脚710D和插脚710B之间的距离可以是大约两微米。如上所述，插脚710A、710B、710C、710D的尺寸以及间隔可以根据耦合到光子芯片的外部光源的模式或设计而变化。
图8B示出了波导适配器715的截面B-B。该图示出了当多插脚适配器远离相邻边缘耦合器凹进时，插脚710B、710C、710D的宽度减小而插脚710A的宽度增加。如图所示，插脚710A、710B、710C、710D的宽度的渐缩以绝热方式完成。渐缩导致光能从被波导适配器715右侧的插脚710A、710B、710C、710D(其中插脚710A、710B、710C、710D的宽度和高度相同或相似)限制的光学模式逐渐转变到被波导适配器715中更远离左侧的位置处的上插脚710A逐渐越来越多地限制的模式。这种渐缩将由插脚710A、710B、710C、710D限制的光能传递到仅插脚710A。然而，反之亦然。即，随着光信号从左到右传播，渐缩宽度还使得在上插脚710A中引入的信号能够被转移到由插脚710A、710B、710C、710D限制的模式。随着波导适配器715从右向左延伸，插脚710A、710B、710C、710D的宽度可以连续改变(例如，以线性或非线性方式，例如以指数方式或更高阶多项式分布)，或者在替代实施例中，以离散增量改变。如图8所示，最终插脚710B、710C、710D终止(其结束波导适配器715)，而插脚710A继续传输光信号。在一个实施例中，波导适配器715可具有大约100至500微米的长度。此外，波导适配器715可针对该长度的全部或仅其一部分渐缩。例如，在插脚710A、710B、710C、710D的宽度开始改变之前，插脚710A、710B、710C、710D的宽度可以在前五到五十微米内保持基本相等。
图8C示出了边缘耦合器720的截面C-C。这里，波导适配器715已经终止，其留下插脚710A以承载光信号。尽管显示为是线性的，但插脚710A可以弯曲或扭曲以将光信号承载到光子芯片或测试结构的不同区域。因此，插脚710A的长度可以远大于插脚710B、710C、710D的长度以使得插脚710A能够将光信号承载到不同区域。
图8D示出了边缘耦合器720和硅波导705的截面D-D。如图所示，插脚710A的宽度大于硅波导705的宽度。此外，插脚710A和硅波导705之间的距离取决于用于制造晶片的技术可以在从数百纳米到仅几纳米的范围。根据用于制造半导体晶片的技术，插脚710A的一部分可以直接接触硅波导705。
图8E示出了边缘耦合器720和硅波导705的截面E-E。这里，插脚710A的宽度已经缩小，而硅波导705的宽度已经增加。再次以绝热方式示出的这种渐缩使得插脚710A中的光信号以最小损耗转移到硅波导705，反之亦然。最终，插脚710A终止并且硅波导705可以将光信号承载到不同的光学部件，例如，在光子芯片中。
尽管上述实施例讨论了通过改变宽度来使插脚710A、710B、710C、710D渐缩，但是如果高度是渐缩的，或者两者的某种组合，则可能发生类似的光功率传递。然而，与如图8A-8E所示的宽度渐缩相比，插脚710A、710B、710C、710D的高度渐缩可能需要不同的光刻和制造技术或材料。也没有必要所有插脚的宽度都是渐缩的。例如，在某些设计中，所需的光能传递可以通过仅使710A的宽度渐缩而插脚710B、710C、710D的宽度不渐缩来获得。
图9A和9B示出了根据一个或多个实施例的锥形波导的视图。更具体地，图9A和9B示出了用于在波导之间传输光信号的部分重叠的倒锥形波导结构。如图所示，图9A示出了第一锥形波导905与第二锥形波导910部分重叠的平面图。具体地，图9A可以是图7中的光子芯片部分的布置，其中硅波导705与插脚710A重叠。波导的渐缩是绝热完成的，以最大限度地减少光损耗。尽管图9A和9B示出了锥形的宽度是线性变化的，但是只要满足绝热标准，波导也可以以非线性方式渐缩，例如，以指数或一些高阶多项式分布的方式。在一个实施例中，第一锥形波导905和第二锥形波导910之间的距离小于一微米。例如，第一锥形波导905和第二锥形波导910可以相隔100纳米或更小。间隔距离会影响光信号在第一锥形波导905和第二锥形波导910之间传输的效率，因此，可以设计结构使得第一锥形波导905和第二锥形波导910在制造技术允许的情况下尽可能接近。
图9B示出了第一锥形波导905和第二锥形波导910的俯视图。通过至少部分地重叠第一锥形波导905和第二锥形波导910，光信号可以在半导体晶片中的不同层中的波导之间传输。在一个实施例中，第一锥形波导905和第二锥形波导910在它们各自开始渐缩的端部部分重叠。锥形的斜率或变化可取决于用于形成第一锥形波导905和第二锥形波导910的材料。在一个实施例中，在最宽处，第一锥形波导905和第二锥形波导910可具有从200纳米到2微米的宽度范围。在最窄点处，第一锥形波导905和第二锥形波导910可以具有100纳米至200纳米的宽度。锥形部分的长度可以在10微米到50微米的范围内-例如大约20微米。
在上文中，参考了本公开中呈现的实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。相反，所描述的特征和元素的任何组合，无论是否与不同的实施例相关，都被预期实现和实践预期的实施例。此外，尽管本文公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优点，但是特定的优点是否通过给定的实施例实现并不限制本公开的范围。因此，前述方面、特征、实施例和优点仅是说明性的并且不被认为是所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确陈述。
参照根据本公开中呈现的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图描述了本公开的方面。应当理解，流程图v和/或框图的每个块、以及流程图说明和/或框图中的块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以生产机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图块或多个框图块中指定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，包括实现流程图和/或框图块或多个框图块中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以导致在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图块或多个框图块中指定的功能/动作的过程。
图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每一块可表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实现中，块中标注的功能可以不按照图中标注的顺序出现。例如，根据所涉及的功能，连续显示的两个块实际上可以基本同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行这些块。还将注意到，框图和/或流程图说明的每个块、以及框图和/或流程图说明中的块的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
鉴于前述，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (12)

1.一种制造光学装置的方法，所述方法包括：
形成光纤阵列单元FAU的未完成端面，所述FAU提供一个或多个光纤的布置，其中，所述一个或多个光纤终止于所述未完成端面；和
将所述FAU与外部载光介质进行光学对准，
其中，所述一个或多个光纤通过所述未完成端面与所述外部载光介质光学耦合，
其中，所述外部载光介质包括光子芯片的一个或多个光波导，
其中，所述一个或多个光波导中的每个光波导与相应的模式适配器光学耦合，并且
其中，每个模式适配器能操作来在相应光波导处的第一模式大小和如下的第二模式大小之间转换光信号的光模式，所述第二模式大小与所述一个或多个光纤中的相应光纤的模式大小基本匹配。
2.如权利要求1所述的方法，其中，形成所述FAU的未完成端面包括以下各项中的一项或多项：机械锯切、表面研磨、划线和切割以及粗抛光。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括：
在所述未完成端面和所述外部载光介质之间施加折射率匹配材料，
其中，所述一个或多个光纤通过所述折射率匹配材料与所述外部载光介质光学耦合。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
固化所述折射率匹配材料，其中，所述FAU被刚性附接到所述外部载光介质。
5.如权利要求1所述的方法，其中，每个模式适配器包括形成在所述光子芯片中的相应波导适配器。
6.如权利要求5所述的方法，
其中，每个波导适配器包括设置在所述光子芯片的不同层上的多插脚结构，并且
其中，所述不同层的每一层由介电材料隔开。
7.一种光学装置，包括：
一个或多个光纤；
光纤阵列单元FAU，提供所述一个或多个光纤的布置，所述FAU限定未完成端面，所述一个或多个光纤终止于所述未完成端面；和
外部载光介质，所述外部载光介质通过所述未完成端面与所述一个或多个光纤光学耦合，
其中，所述外部载光介质包括光子芯片的一个或多个光波导，
其中，所述一个或多个光波导中的每个光波导与相应的模式适配器光学耦合，并且
其中，每个模式适配器能操作来在相应光波导处的第一模式大小和如下的第二模式大小之间转换光信号的光模式，所述第二模式大小与所述一个或多个光纤中的相应光纤的模式大小基本匹配。
8.如权利要求7所述的光学装置，其中，所述FAU的未完成端面是使用以下各项中的一项或多项形成的：机械锯切、表面研磨、以及划线和切割。
9.如权利要求7或8所述的光学装置，其中，所述一个或多个光纤通过施加在所述未完成端面和所述外部载光介质之间的折射率匹配材料与所述外部载光介质光学耦合。
10.如权利要求9所述的光学装置，其中，所述折射率匹配材料被固化以将所述FAU刚性地附接到所述外部载光介质。
11.如权利要求7所述的光学装置，
其中，每个模式适配器包括形成在所述光子芯片中的相应波导适配器。
12.如权利要求11所述的光学装置，
其中，每个波导适配器包括设置在所述光子芯片的不同层上的多插脚结构，并且
其中，所述不同层的每一层由介电材料隔开。
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