CN114911002A - 一种光波导芯片反向传输结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光波导芯片反向传输结构，属于光波导芯片领域，包括集成光波导芯片、准直透镜和反射镜，集成光波导芯片上面设计有正向传输光波导和反向传输光波导。取消了传统连接正向和反向光波导的弯曲光波导。正向和方向光波导的连接性能和连接尺寸不再受到芯片上波导芯层和包层折射率差等因素的影响，增加了芯片设计以及工艺选择的自由度，降低了光波导芯片设计以及工艺的难度。
Description
技术领域
本发明涉及光波导芯片技术领域，尤其涉及光波导芯片反向传输结构。
背景技术
人类社会的信息技术正向更高带宽、更高速度、更高效率的方向发展。光子信息技术正逐渐的在向社会各个领域应用发展。从几十年前的光纤骨干网建设，到后来的光纤到户，再到如今的光数据中心、激光雷达、光生物传感、光子计算等，光子技术发展蓬勃发展。随着应用领域的不断发展，光子器件与模块系统也在日新月异的进步。早期的光子器件主要由分立的各种光源、光纤、光学晶体、光学透镜等组成。随着技术的进步，光子器件正朝着小型化、集成化的方向发展。回顾电子信息领域的电子器件发展史，我们可以看到电子器件经历了从分立器件到集成电路芯片的逐步发展。光子器件目前也同样的朝着集成度更高的光芯片方向前进。集成度更高的光芯片方向意味着更小的体积、更快的速度、更低的能耗以及更低的成本。
光波导芯片是光芯片的一大类。光波导芯片是采用多种集成电路基本工艺技术(例如镀膜、光刻、腐蚀、刻蚀、离子注入等)加工出来的一种光子芯片。光波导是光信号在芯片上有效传输的基本路径，也是光子芯片实现各种处理功能的常用部件之一。按照光波导结构，可将光波导分为平板光波导、条形光波导、脊形光波导等；按照芯片材料，可将光波导分为：玻璃光波导、聚合物光波导、铌酸锂光波导、硅光波导、磷化铟光波导等。
芯片上的光波导基本等效传输原理参见图1所示。光波导芯层的折射率n1>光波导包层的折射率n0。光波导芯层的光信号在芯层和包层的界面发生全反射，从而使得光波导能够像分立光纤一样在芯片上引导光信号传输。
根据光波导芯片功能设计的要求，经常需要在光芯片上实现光的反向传输功能(例如光信号的180度转向)，通常的设计方法是直接使用弯曲光波导连接正向传输光波导和反向传输光波导，如图2所示。其中弯曲光波导的弯曲半径R受到波导等效芯层和包层折射率差(n1-n0)的影响。折射率差越大，弯曲半径R可以越小。而折射率差又受到光芯片的材料以及加工工艺影响。选择光芯片的材料及工艺要综合考虑各方面性能、体积、成本等诸多因素。这就意味着在设计反向传输光波导结构时，不能随意的选择弯曲光波导的弯曲半径，要综合考虑整个芯片的各方面因素。以二氧化硅光波导芯片设计为例，要实现更小的光波导弯曲半径R，就需要增加光波导芯层的折射率，也就是要提高光波导芯层材料的掺杂浓度。但是更高的掺杂浓度有可能带来应力、偏振相关损耗、可靠性等方面的负面影响，这就产生了矛盾。
因此该处弯曲波导的设计经常会受到各方面的限制。为了消除这些矛盾限制，本专利发明了一种新的反向传输结构设计。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的光波导芯片反向传输结构。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种光波导芯片反向传输结构，包括集成光波导芯片、准直透镜和反射镜，集成光波导芯片上面设计有正向传输光波导和反向传输光波导。
进一步地，正向传输光波导和反向传输光波导的端口一侧放置准直透镜，准直透镜的另一侧放置反射镜。
进一步地，正向传输光波导和反向传输光波导的端口一侧放置准直透镜，准直透镜的一侧端面设有反射膜。
进一步地，集成光波导芯片中的光信号经过正向传输光波导输出。
进一步地，所述发散光经过准直透镜后变为准直光，所述反射镜将所述准直光反射回准直透镜。
进一步地，所述集成光波导芯片为玻璃基光波导芯片、二氧化硅基光波导芯片、硅基光波导芯片或者聚合物基光波导芯片中的任意一种。
进一步地，所述准直透镜为渐变折射率准直透镜、球面准直透镜或非球面准直透镜任意一种。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
取消了传统连接正向和反向光波导的弯曲光波导。正向和方向光波导的连接性能和连接尺寸不再受到芯片上波导芯层和包层折射率差等因素的影响，增加了芯片设计以及工艺选择的自由度，降低了光波导芯片设计以及工艺的难度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的光波导芯片反向传输结构的实施例一的结构示意图；
图2为本发明提出的光波导芯片反向传输结构的实施例二的结构示意图；
图3为光波导的基本工作原理示意图；
图4为常规弯曲波导连接正向和反向传输光波导示意图。
图中：1、集成光波导芯片；2、准直透镜；3、反射镜；4、正向传输光波导；5、反向传输光波导；6、反射膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
参照图1，光波导芯片反向传输结构，包括集成光波导芯片1、准直透镜2和反射镜3，集成光波导芯片1上面设计有正向传输光波导4和反向传输光波导5，正向传输光波导4和反向传输光波导5的端口一侧放置准直透镜2，准直透镜2的另一侧放置反射镜3，集成光波导芯片1中的光信号经过正向传输光波导4输出，从光波导输出的光为发散光，所述发散光经过准直透镜2后变为准直光，所述反射镜3将所述准直光反射回准直透镜2；
在本申请的具体实施例中，所述集成光波导芯片1为玻璃基光波导芯片、二氧化硅基光波导芯片、硅基光波导芯片或者聚合物基光波导芯片中的任意一种，其中，所述集成光波导芯片1在实施时，可替换为其它材质加工的光波导芯片；
在本申请的具体实施例中，所述准直透镜2为渐变折射率准直透镜、球面准直透镜或非球面准直透镜任意一种，用于对波导出射的发散光进行准直。
从上述设计不难看出，集成光波导芯片1中的光信号经过正向传输光波导4输出，从光波导输出的光为发散光。发散光经过准直透镜2后变为准直光，反射镜3将准直光反射回准直透镜，通过调节准直透镜2和反射镜3的相对角度，准直透镜将反射回的准直光汇聚到反向传输光波导5输出，从而实现光波导芯片的光信号反向传输，按照光路可逆原理，反向传输光波导5的输出光也可以传输进入到正向传输光波导4。
实施例二
参照图2，在实施例一的基础上，作为同一发明的另一优选实施例，将反射准直光的反射镜3取消，替换为在准直透镜2的端面制作一层反射膜6，其中：
准直透镜端面的反射膜6和反射镜3的功能一样，是将准直光反回准直透镜，通过设计准直透镜端面即反射膜的角度，可保证准直透镜2将反射光传输到反向传输光波导5。
为了更好的理解本发明的实施例，以下对常规芯片上的光波导基本等效传输原理进行阐述。
如图3所示，芯片上的光波导基本等效传输原理为，光波导芯层的折射率n1>光波导包层的折射率n0。光波导芯层的光信号在芯层和包层的界面发生全反射，从而使得光波导能够像分立光纤一样在芯片上引导光信号传输。
如图4所示，根据光波导芯片功能设计的要求，经常需要在光芯片上实现光的反向传输功能(例如光信号的180度转向)，通常的设计方法是直接使用弯曲光波导连接正向传输光波导和反向传输光波导，其中，弯曲光波导的弯曲半径R受到波导等效芯层和包层折射率差(n1-n0)的影响。折射率差越大，弯曲半径R可以越小。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光波导芯片反向传输结构，包括集成光波导芯片(1)、准直透镜(2)和反射镜(3)，其特征在于，集成光波导芯片(1)上面设计有正向传输光波导(4)和反向传输光波导(5)。
2.根据权利要求1所述的光波导芯片反向传输结构，其特征在于，正向传输光波导(4)和反向传输光波导(5)的端口一侧放置准直透镜(2)，准直透镜(2)的另一侧放置反射镜(3)。
3.根据权利要求1所述的光波导芯片反向传输结构，其特征在于，正向传输光波导(4)和反向传输光波导(5)的端口一侧放置准直透镜(2)，准直透镜(2)的一侧端面设有反射膜(6)。
4.根据权利要求2或3任一所述的光波导芯片反向传输结构，其特征在于，集成光波导芯片(1)中的光信号经过正向传输光波导(4)输出。
5.根据权利要求4所述的光波导芯片反向传输结构，其特征在于，所述发散光经过准直透镜(2)后变为准直光，所述反射镜(3)将所述准直光反射回准直透镜(2)。
6.根据权利要求1所述的光波导芯片反向传输结构，其特征在于，所述集成光波导芯片(1)为玻璃基光波导芯片、二氧化硅基光波导芯片、硅基光波导芯片或者聚合物基光波导芯片中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的光波导芯片反向传输结构，其特征在于，所述准直透镜(2)为渐变折射率准直透镜、球面准直透镜或非球面准直透镜任意一种。
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