CN115698790A - 光纤到芯片互连 - Google Patents

光纤到芯片互连 Download PDF

Info

Publication number
CN115698790A
CN115698790A CN202180034364.XA CN202180034364A CN115698790A CN 115698790 A CN115698790 A CN 115698790A CN 202180034364 A CN202180034364 A CN 202180034364A CN 115698790 A CN115698790 A CN 115698790A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
polarization
light
fiber
connector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180034364.XA
Other languages
English (en)
Inventor
C·R·贾尔斯
P·J·文策尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nubis Communications Inc
Original Assignee
Nubis Communications Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nubis Communications Inc filed Critical Nubis Communications Inc
Publication of CN115698790A publication Critical patent/CN115698790A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4213—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being polarisation selective optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/422—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
    • G02B6/4227—Active alignment methods, e.g. procedures and algorithms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres

Abstract

提供了一种用于光学地连接一个或多个光纤和光子集成电路(PIC)的垂直耦合元件的阵列的连接器组合件。在各个实施例中，所述连接器组合件被构造成独立地光学地缩放一些特征尺寸，例如，横向模式尺寸、阵列尺寸、阵列几何结构和/或各种入射角，所述光学缩放是例如从光纤端面平面到连接器配合平面并进一步到PIC耦合平面执行的。在一些实施例中，所述连接器组合件可以支持偏振(解)复用功能。

Description

光纤到芯片互连
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月11日提交的美国专利申请16/816,171的优先权，所述美国专利申请的全部内容通过引用并入。
技术领域
各个示例实施例涉及光学通信设备，并且更具体地但不排他地，涉及用于将光纤阵列与平面光子集成电路互连的方法和设备。
背景技术
本节介绍了可以有助于更好地理解本公开的各方面。因此，本节的陈述应就此进行阅读，并且不应被理解为承认现有技术中有什么或现有技术中没有什么。
随着电子处理芯片的输入/输出(I/O)容量的增加，电信号可能无法在实际可行的电子芯片封装的有限尺寸上提供足够的I/O容量。可行的替代方案可以是使用光信号互连电子芯片封装，与电I/O相比，光信号通常可以以高得多的每单位面积I/O容量来递送。
发明内容
本文公开了一种用于光学地连接一个或多个光纤和光子集成电路(PIC)的垂直耦合元件的阵列的连接器组合件的各个实施例。在各个实施例中，所述连接器组合件被构造成独立地光学地缩放一些特征尺寸，例如，横向模式尺寸、阵列尺寸、阵列几何结构和/或各种入射角，所述光学缩放是例如从光纤端面平面到连接器配合平面并进一步到PIC耦合平面执行的。在一些实施例中，所述连接器组合件可以支持偏振(解)复用功能。
根据一示例实施例，提供了一种设备，所述设备包括：一个或多个光纤，所述一个或多个光纤具有多个纤芯；光子集成电路，所述光子集成电路包括沿所述光子集成电路的主表面设置的多个垂直耦合元件；以及光纤连接器，所述光纤连接器连接在所述一个或多个光纤与所述光子集成电路之间以通过所述主表面在所述一个或多个光纤与所述光子集成电路之间传递光，所述光纤连接器包括光学器件，所述光学器件被配置成在所述多个纤芯与所述多个垂直耦合元件之间传输光，使得：所述多个纤芯中的第一对纤芯之间的距离通过第一缩放因子被光学地缩放；并且所述多个纤芯中的至少一个纤芯的直径通过不同于所述第一缩放因子的第二缩放因子被光学地缩放。
在上述设备的一些实施例中，所述光学器件被进一步配置成传输所述光，使得所述多个纤芯中的第二对纤芯之间的距离通过不同于所述第二缩放因子的第三缩放因子被光学地缩放。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第三缩放因子不同于所述第一缩放因子。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第一缩放因子基本上等于所述第三缩放因子。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个第一透镜，所述一个或多个第一透镜位于距所述主表面的第一偏移距离处；多个第二透镜，所述多个第二透镜位于距所述主表面的第二偏移距离处，所述第二偏移距离小于所述第一偏移距离；以及多个第三透镜，所述多个第三透镜位于距所述主表面的第三偏移距离处，所述第三偏移距离小于所述第二偏移距离。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成与所述多个纤芯中的单个纤芯和所述垂直耦合元件中的单个垂直耦合元件传递光。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括多个光波导，所述多个光波导各自光学地连接所述多个纤芯中的相应纤芯和所述垂直耦合元件中的相应垂直耦合元件。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光波导中的至少一些光波导是锥形的。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振分束器。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光纤连接器包括彼此可断开地连接的第一连接器部件和第二连接器部件。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成在所述第一连接器部件与所述第二连接器部件之间的配合表面处产生光点，所述光点的大小至少是所述多个纤芯的对应直径的两倍。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成在第一数量的所述多个纤芯与第二数量的所述垂直耦合元件之间传递光，所述第二数量大于所述第一数量。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述一个或多个光纤包括多芯光纤。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述垂直耦合元件中的每个垂直耦合元件选自由以下组成的元件组：单偏振垂直光栅耦合器、转向镜、偏振分集垂直光栅耦合器、垂直腔表面发射激光器、表面法线调制器和光电二极管。
根据另一个示例实施例，提供了一种光纤连接器，所述光纤连接器包括第一连接器部件，所述第一连接器部件可在所述第一连接器部件的第一侧处连接到具有多个纤芯的一个或多个光纤，所述第一连接器部件具有与所述第一侧相对的第二侧；第二连接器部件，所述第二连接器部件可在所述第二连接器部件的一侧处连接到所述第一连接器部件的所述第二侧并进一步可在所述第二连接器部件的相对侧处连接到光子集成电路；以及光学器件，所述光学器件被配置成在所述第一连接器部件的所述第一侧与所述第二连接器部件的所述相对侧之间传输光，使得所述多个纤芯中的第一对纤芯之间的距离通过第一缩放因子被光学地缩放，并且所述多个纤芯中的至少一个纤芯的直径通过不同于所述第一缩放因子的第二缩放因子被光学地缩放。
在上述光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件被进一步配置成传输所述光，使得所述多个纤芯中的第二对纤芯之间的距离通过不同于所述第二缩放因子的第三缩放因子被光学地缩放。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第三缩放因子不同于所述第一缩放因子。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第一缩放因子基本上等于所述第三缩放因子。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个第一透镜，所述一个或多个第一透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第一偏移距离处；多个第二透镜，所述多个第二透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第二偏移距离处，所述第二偏移距离小于所述第一偏移距离；以及多个第三透镜，所述多个第三透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第三偏移距离处，所述第三偏移距离小于所述第二偏移距离，所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离是在所述第一连接器部件和第二连接器部件彼此连接的情况下测量的。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成与所述多个纤芯中的单个纤芯和所述光子集成电路的垂直耦合元件中的单个垂直耦合元件传递光。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括多个光波导，所述多个光波导各自被设置成光学地连接所述多个纤芯中的相应纤芯和所述光子集成电路的垂直耦合元件中的相应垂直耦合元件。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光波导中的至少一些光波导是锥形的。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振分束器。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件。
附图说明
举例来说，根据以下详细描述和附图，各个所公开的实施例的其它方面、特征和益处将变得更加显而易见，在附图中：
图1示出了可以实践至少一些实施例的光学通信系统的框图；
图2示出了根据一实施例的可以用于图1的光学通信系统中的集成光学装置的示意性侧视图；
图3A至3G示意性地示出了根据一些实施例的可以用于图1的光学通信系统中的一个或多个光纤的各个实例；
图4示意性地示出了根据一实施例的可以用于图1的光学通信系统中的示例光纤阵列；
图5示出了根据一实施例的可以用于图2的集成光学装置中的光纤到PIC连接器布置的示意性横截面侧视图；
图6示出了根据另一实施例的可以用于图2的集成光学装置中的光纤到PIC连接器布置的示意性横截面侧视图；
图7示出了根据又另一实施例的可以用于图2的集成光学装置中的光纤到PIC连接器布置的示意性横截面侧视图；并且
图8A和8B示出了根据一些实施例的可以用于图7的集成光学装置中的光纤到PIC连接器布置的一部分的示意性横截面侧视图。
图8C至8E是走离晶体的示例操作的示意图。
图9是光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图10A是偏振分集组合件的实例的侧视图。
图10B是光纤到PIC连接器的实例的侧视图。
图10C和10D是偏振分集组合件的实例的俯视图。
图11A是光纤到PIC连接器的实例的俯视图。
图11B和11C是示出了走离晶体的光束移位的方向的实例的示意图。
图12是光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图13A是偏振分集组合件的实例的侧视图。
图13B是光纤连接器的示意图。
图13C是双折射孔板的实例的俯视图。
图13D是光栅耦合器的阵列的实例的俯视图。
图14A至18B示出了光栅耦合器和对应的双折射孔板的布置的实例的示意图。
图19A至20C示出了光纤端口的布置、对应的双折射孔板和光栅耦合器的对应布置的实例的示意图。
图21A至21D是双折射孔板的实例的示意图。
图22是在组装期间实现主动对准的光栅耦合器的阵列的示意图。
图23是光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图24A和24B是光纤到PIC连接器的实例的侧视图。
图24C是光纤到PIC连接器中的走离方向的实例的示意图。
图25是通过单个光纤提供光学功率的光学能源的实例的示意图。
图26和27是通过多个光纤提供光学功率的光学能源的实例的示意图。
图28是光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图29和30是波分复用器的示意图。
图31A至32是示出了波分复用通道分配的表格。
图33A是光电子装置的实例的俯视图。
图33B和33C是光电子装置的示例配置的侧视图。
图34A是光纤到PIC连接器的实例的侧视图。
图34B是光纤到PIC连接器的实例的俯视图。
图35是可以处理波分复用光信号的光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图36示出了光纤端口的布置、对应的双折射孔板和光栅耦合器的对应阵列的实例的示意图。
图37是示出了从光栅耦合器到PIC上的调制器的波导路由的实例的示意图。
图38是可以处理来自多行光纤的波分复用光信号的光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图39是包括基于滤波器的波分解复用器和复用器的光纤到PIC连接器的实例的示意图。
图40是包括隔离器的光纤到PIC连接器的实例的示意图。
具体实施方式
为了适应芯片到芯片互连带宽的日益增长的需求，光学I/O的使用可以是有益的。
图1示出了可以实践至少一些实施例的通信系统100的框图。如图所示，系统100包括通过光纤1021-10211适当互连的集成光学通信装置1011-1016，所述光纤在光学通信装置之间建立通信路径。通信系统100还可以包括一个或多个外部光学能源模块103，所述外部光学能源模块产生连续波(CW)光或产生一个或多个周期性或非周期性光脉冲串，以在一个或多个集成光学通信装置1011-1016中使用。一些端到端通信路径可以穿过外部光学能源模块103(例如，参见装置1012与1016之间的所示通信路径)。例如，装置1012与1016之间的通信路径可以由光纤链路1027和1028共同建立，由此来自外部光学能源103的光被复用到光纤链路1027和1028上。一些端到端通信路径可以穿过复用单元104(例如，参见装置1012与1016之间的所示通信路径)。例如，装置1012与1016之间的通信路径可以由光纤链路10210和10211共同建立，由此来自外部光学能源103的光可以在复用单元104内被复用到光纤链路10210和10211上。
通信系统100的各种元件可以受益于光学互连的使用，所述光学互连可以使用包括光电子装置的与包括集成电路的电子芯片共同封装和/或共同集成的光子集成电路。
如本文所使用的，术语“光子集成电路”(或PIC)应被解释为涵盖平面光波电路(PLC)、集成光电子装置、衬底上的晶圆级产品、单独的光子芯片和裸片以及混合装置。可以用于制造各种PIC的示例材料系统可以包括但不限于III-V半导体材料、硅光子、硅基二氧化硅型产品(silica-on-silicon product)、基于硅玻璃的PLC、聚合物集成平台、铌酸锂和衍生物、非线性光学材料等。经封装的装置(例如，接线的和/或包封的芯片)和未封装的装置(例如，裸片)两者都可以被称为PIC。
PIC用于电信、仪器和信号处理领域中的各种应用。PIC通常使用光波导来实施和/或互连各种电路组件，如光开关、耦合器、路由器、分路器、复用器/解复用器、滤波器、调制器、移相器、激光器、放大器、波长转换器、光电(O/E)和电光(E/O)信号转换器等。PIC中的波导通常是片上固体光导体，所述片上固体光导体由于波导的芯与包层之间的折射率对比度而引导光。PIC通常包括平面衬底，光电子装置通过增材制造工艺生长在所述平面衬底上，和/或光电子装置通过减材制造工艺(例如，使用光刻和化学处理步骤的多步骤顺序)蚀刻在所述平面衬底上。
“光电子装置”可以在光和电流(电压)两者下操作，并且可以包括以下中的一个或多个：(i)电驱动光源，如激光二极管；(ii)光学放大器；(iii)光电转换器，如光电二极管；以及(iv)光电子组件，所述光电子组件可以控制光的传播和/或某些性质，如光学调制器或开关。对应的光电子电路可以另外包括能够以与电路的预期功能一致的方式使用电路的光电子装置的一个或多个光学元件和/或一个或多个电子组件。一些光电子装置可以使用一个或多个PIC来实施。
如本文所使用的，术语“集成电路”(IC)应被解释为涵盖非封装裸片和封装裸片两者。在典型的IC制造工艺中，使用硅或其它合适的材料的晶圆以相对大的批量生产裸片(芯片)。可以使用光刻和化学处理步骤的多步骤顺序在晶圆上逐渐形成电路和光学电路。然后将每个晶圆切割(“分割”)成许多片(芯片、裸片)，所述许多片各自包括正在制造的电路的相应副本。每个单独的裸片可以在被结合到更大的电路中之前被适当地封装或保持不被封装。
术语“混合电路”可以指由多个单片IC和可能的一些分立电路组件构成的多组件电路，所有这些组件彼此附接以便可安装在公共基座或载体上并且可电连接到公共基座或载体。代表性混合电路可以包括(i)一个或多个封装或非封装裸片，其中所述裸片中的一些或全部裸片包括光学装置、光电子装置和/或半导体装置；以及(ii)一个或多个任选的分立组件，如连接器、电阻器、电容器和电感器。IC、裸片与分立组件之间的电连接可以例如使用图案化导电(如金属)层、球栅阵列、焊料凸块、焊线等来形成。单独的IC可以包括一个或多个相应衬底、一个或多个重新分布层(RDL)、一个或多个中介层、一个或多个层压板等的任何组合。
在一些实施例中，可以堆叠单独的芯片。如本文所使用的，术语“堆叠”是指封装或非封装裸片的有序布置，其中堆叠裸片的主平面基本上彼此平行。堆叠通常可以以堆叠裸片的主平面彼此平行和/或平行于载体的主平面的取向安装在载体上。
如裸片、PIC、衬底或IC等物体的“主平面”是平行于主平面的基本上平坦的表面的平面，所述平面在物体的所有外表面中具有最大尺寸，例如，长度和宽度。该基本上平坦的表面可以被称为主表面。物体的具有一个相对大的尺寸(例如，长度)和一个相对小的尺寸(例如，高度)的外表面通常被称为物体的边缘。
图2示出了根据一实施例的示例集成光学通信装置200的示意性横截面侧视图。装置200可以用于例如实施图1的装置1011-1016中的一个或多个装置。
装置200包括PIC 210，所述PIC基于任何合适的PIC技术/材料平台，如但不限于硅光子、磷化铟或铌酸锂。PIC 210已经在其衬底201上支撑有适当连接的无源光学元件和/或其阵列，如波导220、耦合器、分光器、滤波器、延迟线等，以及光电子元件和/或其阵列，如调制器、检测器和可调谐移相器。这些元件中的一些元件可以是垂直耦合元件231，所述垂直耦合元件被配置成将光耦合到PIC/从PIC耦合光。在本文中，“垂直”方向是垂直于PIC的主表面的方向。在本公开的上下文中，术语“垂直耦合”表示以相对于衬底201的主表面基本上在平面外但不一定垂直于所述主表面的角度耦合。垂直耦合通常以从衬底的主表面的表面法线测量的0度(垂直)与45度之间的角度实施。垂直耦合可以从PIC(图2中的271)的顶侧(例如，波导侧)或从PIC(图2中的272)的底侧(例如，衬底侧)执行。
在一些实施例中，垂直耦合元件231可以被实施为例如转向镜、垂直光栅耦合器、大象耦合器(elephant coupler)，或者被实施为3D打印到PIC上，适当地连接到无源光学元件或光电子元件的3D垂直耦合结构。在一示例实施例中，垂直耦合元件231可以例如使用以下专利文献中所公开的垂直耦合元件中的任何垂直耦合元件来实施：US2015/0037044、US2015/0125110、US 2015/0293305、US 9927575、US 2018/0329159、US2019/0258175和US10025043。所有这些美国专利和美国专利申请公开通过引用其整体并入本文。
在一些实施例中，垂直耦合元件231可以是表面法线光电子元件，如表面法线调制器、表面法线检测器或表面法线激光器，例如，垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。在一示例实施例中，垂直耦合元件231可以例如使用美国专利和美国专利申请公开US2019/0312642、US10025043和US 8488921中所公开的垂直耦合元件中的任何垂直耦合元件来实施，所有所述美国专利和美国专利申请公开通过引用其整体并入本文。
垂直耦合元件231可以在几何上不同地布置在此类垂直耦合元件的阵列230中。
在一些实施例中，一些光学元件或光电子元件可以与阵列230的一些垂直耦合元件231在空间上共同定位或散置。
在一些实施例中，一些光学元件或光电子元件可以位于PIC的与垂直耦合阵列230不相交的区域中。
PIC的光学元件和光电子元件被适当地连接到电子集成电路260，如驱动放大器、互阻抗放大器、电子控制电路、数字逻辑、微控制器、微处理器和/或电子开关。一些电子电路可以与阵列230的一些垂直耦合元件在空间上共同定位或散置，并且一些电子电路可以位于与阵列230在空间上不相交的区域中。一些电子电路可以与PIC的光学元件或光电子元件单片集成。一些电子电路可以在与PIC分离的芯片上，并且可以使用合适的电互连技术电连接到PIC，所述电互连技术如接合线、球、凸块、微凸块、柱和隔膜(例如，呈堆叠的形式)。
在本公开的上下文中特别感兴趣的是连接器结构271和272，所述连接器结构能够实现作为光纤链路102的一部分的一个或多个光纤202的M个空间路径与PIC的阵列230的N个垂直耦合元件之间的(可能是可插拔和/或可移除的)连接。在一些实施例中，数字N和M是大于一的不同整数。在一些其它实施例中，N＝M。
在本公开的上下文中，术语“空间路径”是指穿过单模或多模光纤的芯、多芯光纤的芯或少模光纤的一个或多个空间耦合的芯的光路，所述一个或多个空间耦合的芯被配置成在其不同的空间模式下传送不同信号。空间路径可以传送在一个或多个偏振中和/或一个或多个波长上的信号。在一些实施例中，空间路径可以是偏振保持的。所述一个或多个光纤202可以包括单模光纤、多模光纤、少模光纤、多芯光纤和/或偏振保持光纤。所述一个或多个光纤202可以包括色散位移、色散补偿、非零色散偏移、标准单模色散和/或高色散光纤。所述一个或多个光纤202可以固定地附接(例如，胶合)到连接器元件250上，例如，通过将单独的光纤定位在连接器元件250内提供的单个孔中，或者通过将单独的光纤定位在V形槽的线性阵列中并且堆叠多个此类线性阵列以形成2D阵列。因此，一个或多个光纤202的M个空间路径可以形成具有特定几何布局并且在光纤端面平面243中具有特定空间路径间隔的阵列。光纤端面平面243可以平行于PIC的主表面(例如，如图2的结构271的所示细节中所指示的)，或可以相对于PIC的主表面成非零角度(例如，如图2的结构272的所示细节所指示的)。在各个实施例中，相对于PIC的主表面的所述角度可以在0度(在这种情况下，对应的光纤端面平面平行于PIC的主表面)与90度(在这种情况下，对应的光纤端面平面垂直于PIC的主表面)之间进行适当地选择。
连接器元件240可以固定地附接(例如，胶合)到PIC 210，例如，通过在组装期间将连接器元件对准并随后附连到PIC 210。连接器元件240可以附接到PIC 210的两个主表面中的任一个。连接器元件240可以固定地或可移动地附接到连接器配合平面241中的连接器元件250。连接器配合平面241可以平行于PIC的主表面(例如，如在图2的结构271中)或可以相对于PIC的主表面(例如，如在图2的结构272中)成一定角度。相对于PIC的主表面的所述角度可以在0度(在这种情况下，对应的连接器配合平面平行于PIC的主表面)与90度(在这种情况下，对应的连接器配合平面垂直于PIC的主表面)之间进行选择。在一些实施例中，连接器元件240和250可以包括使元件240和250能够自对准的机械结构。例如，此类机械结构可以使用圆柱形或圆锥形的柱和孔布置(post-and-hole arrangement)、杆和槽布置(rod-and-groove arrangement)或者球和孔布置(ball-and-hole arrangement)来实施。连接器元件240和250可以进一步包括能够在配合之后将元件240和250保持在适当位置的机械结构，例如，合适的卡扣机构。
连接器元件240和250中的任一个可以包括以下中的一个或多个：(i)反射光学元件，如介电界面或金属界面；(ii)折射光学元件，如透镜或棱镜；(iii)衍射光学元件，如光栅；(iv)双折射光学元件，如方解石晶体、偏振光栅或波片；(v)写入合适的基质材料如玻璃的3D波导或纳米结构；和/或(vi)3D打印的光波导、微结构或纳米结构。连接器元件240和250的组合通常被设计成适当地将光纤端面平面243中的一个或多个光纤202的M个空间路径映射到耦合平面242中的阵列230的N个垂直耦合元件。对应的一组光纤202、连接器元件240和250以及垂直耦合阵列230一起形成连接器组合件271或272。本文所公开的一些实施例具体针对提供连接器组合件271和272的优化设计，例如，关于制造、装配和操作中的公差。此类实施例中的一些实施例可以缩放到相对大量的空间路径，例如，M>100。
图3A至3G展示了根据一些实施例的一个或多个光纤202的配置。更具体地，图3A至3G示意性地示出了根据各个实施例的光纤耦合平面243中的一个或多个光纤202的示例横截面视图。
图3A展示了支持M＝6个空间路径的单芯单模光纤的一维(1D)阵列。所示出的六个光纤中的每个光纤包括通常由具有不同折射率的玻璃制成的相应包层301和相应芯302，使得包层的折射率低于芯的折射率以建立介电光波导。在一些实施例中，还可以使用更复杂的折射率轮廓，如折射率沟槽、多折射率轮廓或逐渐变化的折射率轮廓。在一些实施例中，还可以使用更复杂的几何结构，如非圆形芯或包层、光子晶体结构、光子带隙结构或嵌套反谐振无节点式空芯结构。对于这些结构中的任何结构，可以适当地选择几何、结构和材料性质，以允许单个引导(例如，横向)模式在系统100的工作波长范围内传播。在本公开的上下文中，三种特征尺寸是令人特别感兴趣的：(i)有效芯直径Dcore，通常定义为光纤内传播的模的光强度下降到光强度值在芯中心处的1/e2时的直径(有时也称为模场直径)；(ii)阵列内的最小芯到芯间距Smin；以及(iii)阵列内的最大芯到芯间距Smax。图3A指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Dcore、Smin和Smax。
图3B展示了支持M＝12个空间路径的单芯单模光纤的二维(2D)阵列。图3B指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Smin和Smax。
图3C展示了支持M＝17个空间路径的单芯单模光纤的二维(2D)阵列。图3C指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Smin和Smax。
尽管图3A至3C仅示出了三个示例几何阵列布局和间距，但在各个替代性实施例中也可以使用其它几何阵列布局。基于所提供的描述，本领域普通技术人员将能够制作和使用此类其它几何阵列布局而无需任何过度实验。一些实施例也可以使用具有不同性质的一个或多个光纤阵列来构造，如具有不同折射率轮廓、不同有效芯直径等的光纤的混合物。
图3D展示了支持M＝7个空间路径的多芯单模光纤。多芯光纤包括通常由具有不同折射率的玻璃制成的包层301和七个芯302，使得包层的折射率低于芯的折射率。在一些实施例中，还可以使用更复杂的折射率轮廓，如折射率沟槽、多折射率轮廓或逐渐变化的折射率轮廓。还可以使用更复杂的几何结构，如非圆形芯、非圆形包层、光子晶体结构、光子带隙结构或嵌套反谐振无节点式空芯结构。对于这些结构中的任何结构，可以选择几何、结构和材料性质，以允许每个芯的单个引导(例如，横向)模式在系统100的工作波长范围内传播。无论这些结构的复杂性如何，都可以定义每个芯的有效芯直径Dcore。光纤内的不同芯可以具有名义上相同或基本上不同(例如，相差超过10％)的有效芯直径。图3D指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Dcore、Smin和Smax。
图3E展示了支持M＝4个空间路径的多芯单模光纤。图3E指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Smin和Smax。
图3F展示了支持M＝8个空间路径的多芯单模光纤。图3F指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Smin和Smax。
图3G展示了支持M＝4个空间路径的多芯单模光纤。图3G指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Smin和Smax。
尽管图3D至3G仅示出了四个示例几何芯布局和间距，但在各个替代性实施例中也可以使用其它几何芯布局。基于所提供的描述，本领域普通技术人员将能够制作和使用此类其它几何芯布局而无需任何过度实验。
图4展示了根据一些实施例的一个或多个光纤202的配置。更具体地，图4示意性地示出了根据各个实施例的光纤耦合平面243中的一个或多个光纤202的示例横截面视图。
图4展示了支持M＝90个空间路径的多芯单模光纤的示例二维(2D)阵列。在一些实施例中，阵列内的不同光纤可以具有不同的相应芯计数、不同的相应有效芯直径和/或不同的相应旋转取向。图4指示了与此特定实施例相对应的特征尺寸Smin和Smax。
在一些实施例中，图3D至3H和图4中所示的一些多芯光纤的一些芯可以被设计成基本上未耦合，例如，在1km的传播距离上表现出低于20dB的芯到芯串扰，或者可以被设计成相对强耦合。图3和4中所示的单芯和/或多芯光纤的一些芯可以被设计成少模或多模，即，可以被设计成传播相对较小数量(例如，<10)或相对较大数量(例如，≥10)的横向模式。
耦合从光纤202到PIC 210的大量空间路径的重要另外的方面可以包括考虑实际可用的光纤和光学元件、光电子元件和电子元件的相对尺寸以及其在对应大阵列内的放置。例如，在PIC的一些区域中相对靠近的所需间距可以指示形成较大阵列可能是困难的，这带来了困难的可缩放性问题。另外，在一些情况下，典型的纤芯和典型的垂直光栅耦合器的相对对准可能需要1微米的数量级或更好的放置精度以实现低耦合损耗。然而，此些要求可能不与使用常规被动对准工艺实现的典型精度兼容，这可能不利地需要使用更慢和/或更昂贵的主动对准工艺。
在研究了现有光纤到PIC耦合结构的一些缺点之后，已经通过分析、建模和模拟识别并检查了适于支持大量空间路径的阵列的大量制造的可移除光纤到PIC连接的光耦合结构的各种设计。具体地，所设想的解决方案可以通过实施以下特征中的一些或全部特征来允许一个或多个光纤202的M个空间路径与N个垂直耦合元件的阵列230之间的有效耦合：(i)以第一因子(表示为A)放大或缩小光纤端面平面243中光纤的最小芯到芯间距，以匹配耦合平面242中垂直耦合元件之间的最小间距；(ii)以第二因子(表示为B)放大或缩小光纤端面平面243中光纤的最大芯到芯间距，以匹配耦合平面242中垂直耦合元件之间的最大间距；(iii)以第三因子(表示为C1)放大或缩小光纤端面平面243中光纤的有效芯直径，以匹配耦合平面242中有效垂直光栅耦合器尺寸；(iv)以第四因子(表示为C2)放大或缩小光纤端面平面243中光纤的有效芯直径，以实现与光纤端面平面243中的有效光束直径相比连接器配合平面241中的基本上不同(例如，更大)的有效光束直径；和/或(v)改变光纤端面平面243、连接器配合平面241与耦合平面242之间的至少一些区域中的多个空间路径的有效横截面几何布局。在一示例实施例中，因子A、B、C1和C2中的至少一些或全部因子可以是不同的。
对于可以获得的可能益处的实例，可以考虑A＝B＝2且C1＝1.5的示例实施例。在此特定实施例中，C1的缩放允许将连接器组件240附接到PIC 210的放宽的对准公差。A和B的缩放允许PIC 210内的甚至更放宽的光波导间距，由此潜在地降低波导到波导串扰和/或实现相对大的阵列的使用。
图5示出了根据一实施例的可以用于装置200(图2)中的光纤到PIC连接器布置500。如图所示，连接器布置500包括连接到连接器元件250的多芯光纤(MCF)202的阵列501。MCF202的端面被布置成基本上在同一平面中，即，光纤端面平面243(还参见图2)。连接器元件250进一步连接到连接器元件240，并且两个连接器元件之间的接口包括连接器配合平面241(还参见图2)。
连接器元件250包括每个MCF 202一个准直透镜551。在一示例实施例中，准直透镜551可以被布置成在连接器配合平面241中提供放大的光束光斑尺寸。例如，10微米的有效芯直径连同准直透镜551的焦距f1为f1＝500微米可能导致连接器配合平面241中的有效光束直径为大约100微米。
连接器元件240包括每个MCF 202一个聚焦透镜541。连接器元件240和250的纵向尺寸可以被选择成使得连接器配合平面241位于准直透镜551与聚焦透镜541之间的任何方便的定位处。例如，此类尺寸可以被选择成使得连接器配合平面241中的光束直径扩展C2≈10倍。这种扩展可以是有益的，因为其可以显著地简化连接器对准。在替代性实施例中，其它纵向尺寸可以被类似地选择成实现因子C2的其它值。
在图5所示的示例实施例中，每个聚焦透镜541具有焦距f2＝2f1。此焦距比导致每个MCF的整个芯图案在耦合平面242中放大A＝2倍。例如，最小芯到芯间距Smin(例如，参见图3D)在耦合平面242中也被放大两倍。这种放大既适用于MCF芯的间距，也适用于与每个单独的芯相对应的特性模式尺寸。
为了独立地选择应用于光纤端面平面243与耦合平面242之间的单独空间路径的有效放大率，每个空间路径被引导穿过相应的单独透镜542。例如，在图5的实施例中，每个单独透镜542具有焦距f3＝70微米，并且因此相对缩小75％。因此，实现了总体特性模式尺寸放大率C1＝2x 0.75＝1.5。与光纤端面平面243相比，耦合平面242中的较大有效模式尺寸可以有利地帮助放宽连接器元件240相对于耦合平面242中的垂直耦合元件230的阵列的定位公差。
在一些实施例中，一些或全部透镜542可以从对应照射光束的中心横向偏移。此类横向偏移使得被导向阵列230的垂直耦合元件231的光束543以期望的耦合角(例如，不一定沿着相对于对应PIC的主表面的法线)照射到所述耦合元件处。注意，在本实例中，最大芯到芯间距保持基本上不变，因为所应用的放大率是基于每个MCF发生的，由此实现B≈1的B值。
在上述实例中，几何结构缩放参数集{A，B，C1，C2}为大约{2，1，1.5，10}。然而，几何结构缩放参数集{A，B，C1，C2}的其它数值组合也可例如通过适当选择相关尺寸、定位和焦距来实现。根据以上描述，本领域普通技术人员将能够根据需要实现此类其它数值组合，而无需任何过度实验。
此外，图5所展示的透镜系统仅表示使用折射光学元件执行独立阵列图案缩放和模式尺寸缩放的许多可能方式之一。例如，给定阵列图案缩放可以在与光纤端面平面243相对应的空间路径的任何不同子集上进行。不同子集可以具有相同或不同的相应放大因子。当单独子集被不同地缩放时，光纤端面平面243的总体阵列图案几何结构可以变换以在耦合平面242中产生几何上不同的阵列图案。
在一些实施例中，图案缩放也可以在与光纤端面平面243相对应的整个空间路径集合上进行，例如通过使用横向跨越整个阵列501的单个透镜元件551，由此在耦合平面242中产生阵列501的几何上类似的缩放图像，因为后者被呈现给光纤端面平面243中的透镜系统。使用这个设计的示例实施例可以实现{2，2，1.5，10}的参数集{A，B，C1，C2}。
在一些实施例中，模场直径缩放可以在与光纤端面平面243相对应的空间路径的任何子集上进行，并且可以针对不同的空间路径使用相同或不同的相应缩放(例如，放大)因子。
在一些实施例中，可以使用非球面透镜及其阵列。此类透镜可以例如使用晶圆级加工技术来制造。
在一些实施例中，透镜541和542的功能可以组合成单个非球面折射元件，所述单个非球面折射元件可以使用如由德国艾根施泰因-利奥伯德港的Nanoscribe公司(Nanoscribe of Eggenstein-Leopoldshafen,Germany)提供的以供销售的技术等技术来进行3D打印。
如本领域普通技术人员将理解的，设置光纤202相对于PIC的主平面的角度以及选择单独的光束543在垂直耦合器阵列230上的入射角也是可能的，例如，通过将光纤202以倾斜或弯曲的方式安装在连接器元件250内，使连接器配合平面241相对于PIC的主平面倾斜一定角度，和/或在组合件500内的适当位置处引入金属或介电反射接口、折射元件(如棱镜)和/或衍射元件(如光栅)。
图6示出了根据另一个实施例的可以在装置200(图2)中使用的光纤到PIC连接器布置600。如图所示，连接器布置600包括连接到连接器元件250的MCF 202的阵列501。MCF202的端面被布置成基本上在同一平面中，即，光纤端面平面243(还参见图2)。连接器元件250进一步连接到连接器元件240，并且两个连接器元件之间的接口包括连接器配合平面241(还参见图2)。
连接器元件250包括3D波导652的阵列，所述阵列使用合适的技术(如英国利文斯顿的Optoscribe公司(Optoscribe of Livingston,United Kingdom)提供的供销售的产品中的一些产品)在合适的基质材料如玻璃中形成(例如，光学写入)。
在一些实施例中，写入到连接器元件250中的3D波导652可以扩展或适当地几何地重新布置由光纤202在光纤端面平面243处提供的空间路径的阵列几何结构。在图6所示的实施例中，3D波导在光纤端面平面243与连接器配合平面241之间以C2＝2的因子扩展模场直径。
在一些实施例中，连接器元件250的3D波导652可以独立地扩展各个波导的模场直径，以实现连接器配合平面241处的经扩展的束连接。这可以通过使用在3D波导布置652内的锥形或倒锥形结构和/或通过改变一个或多个3D波导写入参数，如用于写入3D波导652的飞秒激光脉冲的扫描速度或重复率来实现，从而产生更大的3D波导模场直径。
在一些实施例中，连接器元件250中的3D波导652还可以引入弯曲角，例如，以适应来自光纤202(例如，来自不平行于PIC主表面的光纤端面平面)的光的不同入射角。在一些实施例中，3D波导弯曲部可以与由于适当放置的电介质或金属接口(图6中未明确示出)引起的反射或折射角变化或与由于适当放置的光栅(图6中未明确示出)引起的衍射角变化组合。
连接器元件240可以使用3D波导644，所述波导的模场直径中的一些模场直径相对于光纤端面平面243内的典型光纤模场直径在连接器配合面板241处扩展，以基本上匹配连接器元件250在连接器配合平面241处的对应波导的模场直径。
在一些实施例中，连接器元件240的3D波导644可以适当地改变阵列尺寸、阵列几何结构、模式尺寸和入射角，以便匹配耦合平面242处的相应几何参数。
在图6所示的示例实施例中，每个波导模场直径从连接器配合平面241处的C2＝2的放大率减小到其75％，由此产生从光纤端面平面243中的光纤202到耦合平面242中的垂直耦合器阵列230的总模场直径放大率C1＝2×0.75＝1.5。与光纤端面平面243相比，耦合平面242中的较大有效模式尺寸可以有利地帮助放宽连接器元件240相对于耦合平面242中的垂直耦合元件231的阵列230的定位公差。
在一些实施例中，一些或所有波导弯曲部645可以建立与阵列230的垂直耦合元件231的期望耦合角。
上文所描述的3D波导系统应仅被视为可以用于执行独立阵列模式缩放、阵列模式几何结构变换、光斑尺寸缩放和入射角适配的许多可能的实施例之一。在一些实施例中，混合组合件也是可能的，并且可以被认为是上文所描述的实施例的功能等效物。一些实施例可以使用连接器元件240和250中的任一者或两者内的衍射、反射或折射表面、3D波导和3D打印结构的任何合适的组合。
一些实施例可以被构造成使用连接器组合件271和272内的偏振分集光学器件。例如，所述一个或多个光纤202的一些芯可以传送随机偏振的信号或可以传送偏振复用的信号。另外，一些垂直光栅耦合器可以是偏振敏感的。将来自一个或多个光纤202的双偏振光适当地耦合到PIC 210可以因此受益于偏振分集垂直耦合元件，如二维偏振分集垂直光栅耦合器。与单偏振垂直耦合元件的插入损耗相比，一些偏振分集垂直耦合元件可以具有固有地更高的插入损耗。因此，用一对单偏振垂直耦合元件替代一个偏振分集垂直耦合元件并且在PIC外部，例如在连接器组合件271和272内执行偏振分集可能是有益的。
一些实施例可以受益于例如在美国专利US 9927575中公开的偏振分集光学器件的使用，所述美国专利通过引用其整体并入本文。
图7示出了根据又另一个实施例的可以在装置200(图2)中使用的光纤到PIC连接器布置700。如图所示，连接器布置700包括连接到连接器元件250的MCF 202的阵列501。MCF202的端面被布置成基本上在同一平面中，即，光纤端面平面243(还参见图2)。连接器元件250进一步连接到连接器元件240，并且两个连接器元件之间的接口包括连接器配合平面241(还参见图2)。
图7所示的实施例被构造成将光纤端面平面243中的光纤202的M＝8条空间路径耦合到阵列230的N＝16>M个垂直耦合元件231。
连接器元件250包括每个MCF 202一个准直透镜551。在一示例实施例中，准直透镜551可以被布置成在连接器配合平面241中提供放大的光束光斑尺寸。连接器元件250进一步包括偏振分集组合件757。
图8A示出了根据一实施例的偏振分集组合件757的子元件的示意性侧视图810。如图所示，组合件757包括双折射光束移位元件753(也称为“走离(walk-off)元件”)。在一些实施例中，元件753可以由如适当定向的方解石、钒酸钇(YVO4)或a-BBO的此类双折射材料制成，如由中国福建省福州市的福州美扬光电有限公司(MT-Optics of Fuzhou,Fujian,China)提供的供销售的那些材料。双折射光束移位元件753用于将入射光束754分裂为对应的一对出射光束755a和755b。因此，光束755a和755b包括入射光束754的两个正交偏振状态的相应光。为了制备用于耦合到阵列230中的平行对准(与正交定向相反)的垂直光栅耦合器的光束755a和755b，光束755b穿过半波片756以使半波片中的光的偏振旋转。通过半波片756、光束755a和755b具有相同偏振状态，并且因此被适当地调节以使用阵列230中的平行定向的垂直光栅耦合器。
在替代性实施例中，光束755a(而不是光束755b)可以穿过半波片756以使半波片中的光的偏振旋转。在各个实施例中，半波片756可以由例如石英晶体、聚合物延迟膜制成，或者可以被3D打印。在一些实施例中，可以使用晶圆级光学处理和组装来制造偏振分集结构757。
在一些实施例中，偏振分集结构757可以插入在光纤到PIC阵列连接器布置700中的连接器元件240或250内的其它位置处，例如，在透镜741与透镜742之间或在透镜551与透镜541之间。
在一些实施例中，偏振分集结构757的一些元件可以在功能上被分开并且放置在连接器元件271和272内的不同位置处。例如，双折射光束移位元件753可以放置在光纤端面平面243与透镜551之间，并且半波片756可以放置在透镜541与透镜542之间。
图8B示出了根据替代性实施例的偏振分集组合件757的子元件的示意性侧视图820。此特定实施例使用偏振敏感光栅853，如由美国北卡罗来纳州达勒姆的ImagineOptix公司(ImagineOptix of Durham,North Carolina,USA)提供的供销售的偏振敏感光栅，所述偏振敏感光栅用于将入射光束754分裂为两个圆偏振光束855a和855b，这两个圆偏振光束的偏振是相互正交的。光束855a和855b被引导穿过光学层858，所述光学层具有足够的厚度以使光束充分地横向分离。第二偏振光栅859然后用于衍射横向分离的光束855a和855b，使得如此衍射的光束变得平行于原始光束754。包括四分之一波偏振延迟器元件861和四分之三波偏振延迟器元件862的后续光学层860然后将两个光束855a和855b的偏振转换成同一线性偏振状态。在一示例实施例中，此线性偏振状态是用于实现线性偏振光束755a和755b有效光学耦合到阵列230的垂直光栅耦合器中的适当偏振状态。
偏振分集结构757的物理原理可以解释如下。图8C至8E包括示出了入射光束830被偏振分集结构757分裂为两个偏振光束的示意图。例如，入射光束830包括两个正交偏振分量，所述两个正交偏振分量被走离晶体832在空间上分裂为第一偏振分量834和第二偏振分量836。参考图8C，入射光束830可以具有任意方向的偏振分量，并且走离晶体832将偏振分量分离成第一偏振分量834和第二偏振分量836，这两个偏振分量的偏振彼此正交且相隔距离d。如图8D和8E所示，具有垂直于图的平面的偏振方向的分量834笔直地穿过走离晶体832，而具有平行于图的平面的偏振方向的分量836相对于分量834移位一定距离d。
然后，两个空间分离的偏振分量834、836中的至少一个偏振分量通过半波片838旋转，使得两个空间路径的所得偏振相同。在图8D的实例中，第二偏振分量836的偏振被旋转90°以生成偏振分量840，使得偏振分量834和840具有相同偏振。在图8E的实例中，第一偏振分量834的偏振被旋转90°以生成偏振分量842，使得偏振分量836和842具有相同偏振。然后，两个空间解复用的偏振分量(834和840)或(836和842)入射在偏振敏感的垂直光栅耦合器如图2中的231上，以耦合到光子集成电路(如210)中。在一些实例中，光栅耦合器仅响应于TE(横向电)偏振或TM(横向磁)偏振。TE偏振光的特征在于其电场垂直于入射平面。对于TE光，垂直于各向同性材料中的电场的磁场位于入射平面中。
在一些实施方案中，光纤到PIC布置提供了光纤与偏振相关PIC耦合元件之间的两个正交偏振的偏振管理，所述偏振相关PIC耦合元件可以是响应于例如圆偏振、线性偏振或任何其它偏振状态的垂直耦合元件或边缘耦合元件。下面描述的实例使用响应于给定线性偏振的光子集成电路边缘耦合元件，例如，垂直光栅耦合器。
在图8A的实例中，双折射光束移位元件753和半波片756都定位在光纤端面平面243与连接器配合平面241之间。在一些实施方案中，双折射光束移位元件753可以定位在光纤端面平面243与连接器配合平面241之间，并且半波片756可以定位在连接器配合平面241与耦合平面242之间。
参考图9，在一些实施方案中，光纤到PIC连接器900包括偏振分集结构902，所述偏振分集结构包括走离元件904和空间变化的双折射元件906。走离元件904定位在准直透镜551与连接器配合平面241之间。空间变化的双折射元件906定位在单独的透镜542与耦合平面242之间。例如，来自芯302的入射光束908穿过准直透镜551，并且由走离元件904分裂为一对光束755a和755b。光束755a的偏振正交于光束755b的偏振。光束755a穿过空间变化的双折射元件906，所述空间变化的双折射元件使光束755a的偏振方向旋转为与光束755b的偏振方向相同。两个光束755a和755b然后通过垂直耦合元件231耦合到光子集成电路210。
在一些实施方案中，图7和8A的空间变化的双折射元件906或光束移位元件753可以由双折射孔板(BHP)替代，其中双折射材料的板包括开口或孔，使得光束可以在偏振方向没有任何变化的情况下穿过孔，而使穿过双折射材料的光束的偏振方向旋转例如90°。双折射孔板可以与走离元件组合使用，使得光束由走离元件分裂为第一偏振分量和第二偏振分量，所述第一偏振分量被引导通过双折射孔板中的孔，并且所述第二偏振分量被导向通过双折射材料，由此产生具有相同偏振方向的两个偏振光束。
图10A至10D示出了光纤到PIC连接器1000或其部分的各个视图。参考图10A，在一些实施方案中，光纤到PIC连接器1000被配置成光学地耦合来自一行输入纤芯302的一行入射光束1008。光纤到PIC连接器1000包括偏振分集组合件1002，所述偏振分集组合件包括走离晶体1004和双折射孔板1006。双折射孔板1006在位置1012处具有双折射材料，所述双折射材料充当图7和8A的半波片756。入射光束1008由走离晶体1004分裂为最初具有不同偏振状态(例如，正交偏振状态)的两个光束755a和755b。两个光束755a和755b之一被双折射孔板1006中的双折射材料旋转，在此之后两个光束755a和755b具有相同的偏振状态。
图10B是在方向A上观察的光纤到PIC连接器1000的侧视图。来自芯302的入射光束1008穿过准直透镜551。走离晶体1004将入射光束1008分裂为两个光束分量，并且双折射孔板1006使光束分量之一的偏振方向旋转，从而产生具有相同偏振状态的两个光束。光束穿过第二透镜541和第三透镜542，并且被引导到光子集成电路210上的垂直耦合元件231。
图10C是偏振分集组合件1002的一实例的俯视图，所述偏振分集组合件包括走离晶体1004和具有孔1020的双折射孔板1006。走离晶体1004引起偏振分裂，从而引起方向A(图10A中示出了方向A)上的光束移位，方向A在此实例中平行于行方向。来自芯302的入射光束具有由走离晶体1004从初始位置1014移位到第二位置1016的偏振分量，其中移位方向平行于行方向。虚线1018a表示一组第二透镜541和第三透镜542的位置。虚线1018b表示另一组第二透镜541和第三透镜542。第二透镜541和第三透镜542的中心偏离偏振光束分量的中心，这使得偏振光束分量被透镜折射并且以在0至90°的范围内的入射角θ被导向垂直光栅耦合器。
图10D是偏振分集组合件1002的另一个实例的俯视图，其中偏振分裂引起垂直于方向A(图10A中示出了方向A)的光束移位。在此实例中，光束移位方向垂直于行方向。来自芯302的入射光束具有由走离晶体1004从初始位置1014移位到第二位置1022的偏振分量，其中移位方向垂直于行方向。虚线1018a和1018c中的每条虚线表示一组第二透镜541和第三透镜542。第二透镜541和第三透镜542的中心偏离偏振光束分量的中心，这使得偏振光束分量被透镜折射并且以在0至90°的范围内的入射角θ被导向垂直光栅耦合器。
图11A是光纤到PIC连接器1100的一实例的俯视图，其中一行四对纤芯302与双折射孔板1006的四对孔1020对准。图11B是示出了走离晶体1004在平行于行方向的方向1022上使每个光束的偏振分量移位的实例的示意图。图11C是示出了走离晶体1004在垂直于行方向的方向1024上使每个光束的偏振分量移位的实例的示意图。走离晶体可以被设计成在任何预定方向上使每个光束的偏振分量移位。
在一些实施方案中，双折射板可以具有不同厚度的区域，使得当由走离元件提供的两个偏振分量通过具有不同厚度的两个区域时，所得光束具有相同的偏振方向。例如，如果半波片的厚度为d1，则两个区域的厚度差可以等于d1。双折射板可以具有多对区域，在所述多对区域中，每对区域包括厚度为d1+d2的第一区域和厚度为d2的第二区域。来自走离元件的两个正交偏振的光束分量被引导到一对区域，在所述一对区域中，一个光束分量的偏振相对于另一个光束分量旋转90°，从而产生具有相同偏振方向的两个偏振光束。
图12是光纤到PIC连接器1000的一实例的示意图，其中半波片(例如，756)被实施为具有孔1020的双折射板1006。来自输入纤芯302的入射光束1008由走离元件1004分裂为具有“x”偏振的第一光束分量1026和具有“y”偏振的第二光束分量1028。该图示出了一实例，在所述实例中“x”偏振路径是TE偏振，并且“y”偏振是TM偏振，分别入射在光栅耦合器231a和231b上。光栅耦合器231a和231b将第一光束分量1026和第二光束分量1028耦合到光子集成电路210。通常，“孔”板1006具有空间变化的双折射，所述空间变化的双折射被配置成将入射偏振光转换成光栅耦合器偏振状态，例如，具有使光栅耦合器的耦合效率最大化的偏振状态。
光纤到PIC连接器1000可以将来自光子集成电路210的两个输出光信号组合成在输出纤芯上传输的输出光束。例如，光子集成电路210输出两个光信号，所述两个光信号分别通过光栅耦合器231c和231d被转换成光束1030和1032，其中光束1030和1032具有相同的偏振状态。光束1030穿过第三透镜542和第二透镜541，然后穿过双折射孔板1006中的孔1020。光束1030在不改变方向的情况下笔直地穿过走离元件1004。光束1032穿过第三透镜542和第二透镜541，然后穿过双折射孔板1006中的双折射材料，所述双折射孔板使光束1032的偏振方向旋转90°。光束1032被走离元件1004移位一定距离并且与光束1030组合。组合光束穿过准直透镜551并且被引导到输出纤芯1034。
图13A至13D是示出了光纤连接器、双折射孔板与光栅耦合器之间的关系的示意图。图13A是光纤到PIC连接器1000的示意图，所述光纤到PIC连接器与图10A中所示的光纤到PIC连接器相同。图13B是光纤连接器1300的示意图，所述光纤连接器包括发射器光纤端口(例如，1302)、接收器光纤端口(例如，1304)和光学能源光纤端口(例，如1306)。圆圈指示输入光纤位置(例如，302)。此实例包括3行12个光纤。例如，这些行可以间隔开500μm，并且行内的光纤可以间隔开250μm。在此实例中，橙色圆圈(例如，1302)表示发射器(TX)光纤端口，棕色圆圈(例如，1304)表示接收器(RX)光纤端口，并且红色圆圈(例如，1306)表示光学能源光纤端口。于2021年2月3日提交的美国临时专利申请63/145,368中提供了关于光纤连接器的另外的信息，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入。
图13C是具有孔1020的双折射孔板1006的一实例的俯视图。孔1020位于光束755a的位置处。走离方向由箭头1308表示。
图13D是安装在光子集成电路的顶部上的六行十二个光栅耦合器1310(图2、5至7中的231)的阵列的一实例的俯视图。每个光栅耦合器1310是TE耦合器，其中电场的方向由箭头1312表示。走离晶体1004将每个输入光束分裂为具有正交偏振状态的两个光束分量，并且双折射孔板1006使两个光束分量之一的偏振方向旋转，使得两个光束分量在到达光栅耦合器1310时具有相同的偏振状态。橙色三角形(例如，1316)表示用于通过发射器(TX)光纤端口1302输出的发射(TX)信号的光栅耦合器。如果发射信号具有单个偏振，则对应的发射器(TX)光纤端口1302仅需要一个光栅耦合器。棕色三角形(例如，1318)表示用于接收(RX)信号的光栅耦合器。由于输入信号的随机偏振，每个对应的接收器(RX)光纤端口1304需要两个光栅耦合器1310。红色三角形(例如，1320)表示与光学能源光纤端口1306相对应的光栅耦合器。白色三角形1314指示：(i)光栅耦合器不存在于那些位置处；(ii)光栅耦合器存在于那些位置处但未被耦合以接收或发射光信号；或(iii)光栅耦合器连接到对准波导以辅助对准校准。
图14A至18B展示了可以与图13B中所示的相同光纤阵列一起使用的光栅耦合器定向的实例。在这些实例中的每个实例中，光栅耦合器为同一类型，例如，所有TE光栅耦合器或所有TM光栅耦合器，并且光栅耦合器在同一方向上对准。图14A至18B示出了TE光栅耦合器的实例。相同的原理可以应用于具有适当调整的双折射孔板的TM光栅耦合器。
图14A和14B展示了光栅耦合器1400和对应的双折射孔板1402的布置的实例，所述双折射孔板包括预定位置处的孔1404。此实例假定走离元件输出具有方向1406上的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向1408从第一光束分量移位一定距离。第一光束分量具有与光栅耦合器对准的方向1406上的电场。孔1404被定位成允许第一光束分量穿过而不影响偏振状态。在此实例中，光栅耦合器1400被定向成使光束与方向1406上的电场的耦合最大化。
图15A和15B展示了光栅耦合器1500和对应的双折射孔板1502的布置的实例，所述双折射孔板包括预定位置处的孔1504。此实例假定走离元件输出具有垂直于方向1506的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向1508从第一光束分量移位一定距离。第二光束分量具有与光栅耦合器对准的方向1506上的电场。孔1504被定位成允许第二光束分量穿过而不影响偏振状态。在此实例中，光栅耦合器1500被定向成使光束与方向1506上的电场的耦合最大化。
图16A和16B展示了光栅耦合器1600和对应的双折射孔板1602的布置的实例，所述双折射孔板包括预定位置处的孔1604。此实例假定走离元件输出具有垂直于方向1606的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向1608从第一光束分量移位一定距离。第二光束分量具有与光栅耦合器对准的方向1606上的电场。孔1604被定位成允许第二光束分量穿过而不影响偏振状态。在此实例中，光栅耦合器1600被定向成使光束与方向1606上的电场的耦合最大化。
图17A和17B展示了光栅耦合器1700和对应的双折射孔板1702的布置的实例，所述双折射孔板包括预定位置处的孔1704。此实例假定走离元件输出具有平行于方向1706的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向1708从第一光束分量移位一定距离。第一光束分量具有与光栅耦合器对准的方向1706上的电场。孔1704被定位成允许第一光束分量穿过而不影响偏振状态。在此实例中，光栅耦合器1700被定向成使光束与方向1706上的电场的耦合最大化。
图18A和18B展示了光栅耦合器1800和对应的双折射孔板1802的布置的实例，所述双折射孔板包括预定位置处的孔1804。此实例假定走离元件输出具有垂直于方向1806的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向1808从第一光束分量移位一定距离。第二光束分量具有与光栅耦合器对准的方向1806上的电场。孔1804被定位成允许第二光束分量穿过而不影响偏振状态。在此实例中，光栅耦合器1800被定向成使光束与方向1806上的电场的耦合最大化。
图13A至13D、14A、14B、15A、15B、16A、16B、17A、17B、18A和18B示出了光栅耦合器和对应的双折射孔板的各种定向的实例。光栅耦合器的定向可以取决于例如光波导路由布局。光栅耦合器可以具有不同于上述实例的定向。例如，可以基于期望的光波导布局选择光栅耦合器的定向，然后定向走离元件，使得从走离元件输出的光束分量平行于或正交于电场的方向，其中光栅耦合器具有最大耦合效率。双折射孔板被设计成使得孔被定位在光束分量不需要旋转偏振方向的位置处，以实现光栅耦合器的最大耦合效率。
图19A至20C展示了可以与图13B中所示的相同光纤阵列一起使用的光栅耦合器定向的实例。在这些实例中，一些光栅耦合器被定位于在纤芯位置之间对准的位置处，以实现更高的密度。光栅耦合器为同一类型，例如，TE光栅耦合器或TM光栅耦合器，并且光栅耦合器在同一方向上对准。图19A至20C示出了TE光栅耦合器的实例。相同的原理可以应用于具有适当调整的双折射孔板的TM光栅耦合器。
图19A至19C是光纤端口1900的布置、具有预定位置处的孔1910的双折射孔板1902和光栅耦合器1904的布置的实例的示意图。此实例假定走离元件输出具有垂直于方向1906的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向1908从第一光束分量移位一定距离。第二光束分量具有方向1906上的电场。在此实例中，光栅耦合器1904被定向成使光束与方向1906上的电场的耦合最大化。因为第二光束分量的偏振已经与光栅耦合器对准，所以孔1910被定位成允许第二光束分量穿过而不改变偏振状态。图19A示出了三行12个光纤端口1900的布置。走离方向1908平行于行方向。所述光栅耦合器中的一些光栅耦合器被定位于在光纤端口1900的位置之间对准的位置处，以实现更高的密度。例如，两个相邻光栅耦合器1904之间的距离可以是一行中两个相邻纤芯之间的距离的约一半。
图20A至20C是光纤端口2000的布置、具有预定位置处的孔2010的双折射孔板2002和光栅耦合器2004的布置的实例的示意图。此实例假定走离元件输出具有平行于方向2006的电场的光束。每个输入光束由走离元件分裂为第一光束分量和第二光束分量。第一光束分量笔直地穿过走离元件，并且第二光束分量沿走离方向2008从第一光束分量移位一定距离。第一光束分量具有方向2006上的电场。在此实例中，光栅耦合器2004被定向成使光束与方向2006上的电场的耦合最大化。因为第一光束分量的偏振已经与光栅耦合器对准，所以孔2010被定位成允许第一光束分量穿过而不改变偏振状态。图20A示出了三行12个光纤端口的布置。走离方向2008相对于行方向成一定角度(例如，45°)。所述光栅耦合器中的一些光栅耦合器被定位于在光纤端口2000的位置之间对准的位置处，以实现更高的密度。在图20A的实例中，一行中相邻纤芯之间的距离与一列中相邻纤芯之间的距离相同。例如，两个相邻光栅耦合器2004之间的距离可以是一行中两个相邻纤芯之间的距离的约70％。
参考图21A至21D，双折射孔板可以具有各种形状中的一种或多种形状的孔。图21A是具有呈圆形形状的孔2102的双折射孔板2100的一实例的示意图。图21B是具有呈正方形的孔2106的双折射孔板2104的一实例的示意图。图21C是具有条形孔2110的双折射孔板2108的一实例的示意图。在一些实例中，孔可以具有矩形形状。图21D是包括间隔开的多个单独的条状薄片2112的双折射孔板2116的一实例的示意图，其中条状薄片2112之间的空间2114形成双折射孔板2116的“孔”。在一些实施方案中，双折射孔板的孔可以具有不同形状的组合，并且这些形状可以具有任意几何结构。
在一些实施方案中，光栅耦合器的阵列可以包括用于在纤芯与光子集成电路之间耦合光信号的光栅耦合器的第一子集，以及不用于在纤芯与光子集成电路之间耦合光信号的光栅耦合器的第二子集。光栅耦合器的第二子集可以用于对准目的。
参考图22，光栅耦合器2200的阵列包括用于耦合输出或发射光信号的发射-光栅耦合器2202、用于耦合输入或接收光信号的接收-光栅耦合器2204以及用于耦合光学能源光的光学能源-光栅耦合器2206。此实例假定走离方向2208。光栅耦合器2200的阵列包括未使用的发射-光栅耦合器，例如，2210a和2210b，所述未使用的发射-光栅耦合器可以通过波导(例如，2212)连接以实现组装期间的主动对准。术语“未使用的发射-光栅耦合器”是指不用于在光纤与光子集成电路之间耦合光信号的光栅耦合器。例如，“未使用的发射-光栅耦合器”被定位成与另一个发射-光栅耦合器相邻，其中未使用的发射-光栅耦合器沿走离方向从第二发射-光栅耦合器移位。
光子集成电路可以被设计成使得光信号从光子集成电路输出到光栅耦合器2210a，并且光电检测器检测从光栅耦合器2210b接收到的光。在光子集成电路与光纤到PIC连接器的组装期间，监测从光栅耦合器2210b接收到的光以优化光纤到PIC连接器与光子集成电路的对准，例如，通过找到光子集成电路与光纤到PIC连接器之间的对准，所述对准实现从光子集成电路的光输出端口到光栅耦合器2210a以及从光栅耦合器2210b到光电检测器的最高光传输效率。
通过将光栅耦合器阵列内的未使用的发射-光栅耦合器用于对准目的，无需增加光栅耦合器阵列的总覆盖区。可以保持光栅耦合器的阵列的几何尺寸。在图22的实例中，光栅耦合器的阵列占据总矩形覆盖区。为了提供用于对准目的的光栅耦合器，阵列的几何尺寸不需要延伸超过矩形覆盖区。
硅光子集成电路可以在其能够处理的光功率方面具有限制(例如，软限制)。过量的光功率可能导致非线性过量波导损耗。光子集成电路上的光功率保持在特定值以下，以避免过量的非线性波导损耗。纤芯可以传送光学能源光，所述光学能源光的功率大于可以由光子集成电路适当处理的功率。光学能源分光器可以将来自纤芯的光学能源光分裂为两个或更多个光学能源光束，使得每个光学能源光束具有适于光子集成电路的功率电平。
参考图23，在一些实施方案中，光纤到PIC连接器2300包括被配置成从偏振保持光纤(PMF)2304接收光学能源光2302的光学能源光纤端口，所述PMF的轴相对于走离元件2306的走离轴成45°对准。走离元件2306使来自光纤2304的光的一半行进到走离路径中的每个走离路径，从而产生第一光学能源光束2308和第二光学能源光束2310。第一光学能源光束2308通过第一光栅耦合器2312耦合到光子集成电路2316，并且第二光学能源光束2310通过第二光栅耦合器2314耦合到光子集成电路2316。每个光栅耦合器稳定地接收由偏振保持光纤2304传送的功率的一半。这样，偏振保持光纤2304可以传送光学能源光，所述光学能源光的功率是可以由光子集成电路2316适当处理的功率量的两倍。
参考图24A至24C，在一些实施方案中，可以将来自偏振保持光纤2304的光学能源光束分裂为四个光束，以允许偏振保持光纤2304传送光学能源光，所述光学能源光的功率是可以由光子集成电路2316适当处理的功率量的四倍。
图24A是光纤到PIC连接器2400的侧视图，所述光纤到PIC连接器包括被配置成从偏振保持光纤(PMF)2304接收光学能源光束2402的光学能源光纤端口，所述PMF的轴相对于第一走离元件2408的走离轴成45°对准。第一走离元件2408使来自光纤2304的光的一半行进到走离路径中的每个走离路径，从而产生光束1(2404)和光束2(2406)。四分之一波片2426将线性偏振光束1和光束2变成圆偏振光束。第二走离元件2410执行光束1和2的第二偏振分裂。因此，光束1被分裂为光束1a和光束1b，而光束2被分裂为光束2a和光束2b。这导致1:4功率分裂。第二走离元件2410相对于第一走离元件2408以角度θ(例如，90°)旋转，使得第二走离元件2410的走离方向相对于第一走离元件2408的走离方向成角度θ。后续的双折射孔板使所述光束中的一些光束的偏振旋转，以确保所有光束的偏振方向与光栅耦合器适当对准。
图24B是光纤到PIC连接器2400的第二侧视图。第二侧视图是从右侧看到的图24A的第一侧视图。如图24B所示，第二走离元件2410使来自光束1(2404)的光的一半行进到走离路径中的每个走离路径，从而产生第一光束1a和第二光束1b。第二走离元件2410使来自光束2(2406)的光的一半行进到走离路径中的每个走离路径，从而产生第三光束2a和第四光束2b。半波片2412使第二光束1b和第四光束2b旋转，使得第一光束1a、第二光束1b、第三光束2a和第四光束2b具有相同的偏振方向。
图24C是示出了从偏振保持光纤(PMF)2304接收到的光学能源光2402的定位2414的示意图。第一走离元件2408使光束2(2406)在第一走离中被移位到定位2418。光束1保持在与光学能源光2402相同的定位2414处。第二走离元件2410使光束1b在第二走离2420中被移位到定位2422。光束1a保持在与光束1(2402)相同的定位2414处。第二走离元件2410使光束2b在第二走离2420中被移位到定位2424。光束2a保持在与光束2(2406)相同的定位2418处。
光束1a、1b、2a、2b通过四个光栅耦合器耦合到光子集成电路。每个光栅耦合器稳定地接收由偏振保持光纤2304传送的功率的四分之一。这样，偏振保持光纤2304可以传送光学能源光，所述光学能源光的功率是可以由光子集成电路适当处理的功率量的四倍。
在一些实例中，代替使用四分之一波片2426，第二走离元件2410可以相对于第一走离元件2408成45°对准，以实现相同的分裂效果。
在一些实施方案中，第三走离元件用于将四个光束1a、1b、2a、2b分裂为八个光束。这允许偏振保持光纤2304传送光学能源光，所述光学能源光的功率是可以由光子集成电路适当处理的功率量的八倍。
可以使用另外的走离元件来进一步分裂光束，以允许偏振保持光纤2304传送具有更大功率，如功率为可以由光子集成电路适当处理的功率量的16、32、64、128倍或更大倍数的光学能源光。
参考图25，将光学能源耦合到光子集成电路可能需要仔细的偏振对准，因为光子集成电路上的调制器可能是偏振敏感的，即，仅有效地调制光的一个固定线性偏振。激光器2500可以发射线性偏振光，并且线性偏振保持光纤(LPMF)2502可以用于将外部光学能源2500连接到光子集成电路2504。
参考图26，如果需要多于一个能源输入，可以将LPMF 2502相对于偏振分束器(PBS)2600定向成45度，由此在PBS 2600处实现光学能源的1:2光学功率分裂。在此实例中，相等的功率分裂可能需要LPMF 2502在激光器2500和PBS 2600处的准确角度对准，这可能增加封装组件的成本。
在一些实施方案中，圆偏振光纤可以用作用于光学能源的分配光纤。参考图27，四分之一波片2700设置在激光器2500处，以将激光器输出的偏振状态从线性改变为圆形。圆偏振保持光纤(CPMF)2702将圆偏振光从四分之一波片2700传输到偏振分束器2600。由于圆偏振是两个线性偏振的叠加，因此PBS 2600仍然执行1:2功率分裂。这种设计的优点在于，CPMF可以以任何旋转角度安装到激光器2500和PBS 2600，从而降低对准或封装成本。这种通用架构也适用于其它偏振分裂接口，包括2D光栅耦合器。
参考图28，光纤到PIC连接器2800(与图23的连接器2300相同)从圆偏振保持光纤2802接收光学能源光。CPMF光纤2802可以以任何随机角度相对于走离晶体附接，以执行所指示的功率分裂。
上文针对图27和28的实例所描述的技术也可以用于在边缘耦合接口的输入处执行偏振分裂。
图29示出了WDM复用器2900的示意图。在此实例中，WDM复用器2900可以复用4个波长。相同原理可以用于设计可以复用N个波长的WDM复用器，其中N是大于4的整数。例如，WDM复用器2900可以如下操作。四个光栅耦合器2902发射处于不同的光波长(WL)且全部处于相同偏振的4个信号。双折射孔板2904使4个WL中的2个，例如WL2和WL4旋转。图2912示出了在穿过双折射孔板2904之后的WL1、WL2、WL3和WL4的偏振方向。第一走离元件2906将两种偏振组合(来自上述实施例中的偏振分离的反相操作)。以红色示出的波片2908是高阶(相对较厚)波片，其厚度被设计成使得：
●不改变WL1的偏振(“WL1处的全波片”)；
●使WL2的偏振旋转90度(“WL2处的半波片”)；
●使WL3的偏振旋转90度(“WL2处的半波片”)；以及
●不改变WL4的偏振(“WL4处的全波片”)。
图2914示出了在穿过波片2908之后的WL1、WL2、WL3和WL4的偏振方向。第二走离元件2910将一种偏振的WL1+WL2处的光束(a)和正交偏振的WL3+WL4处的光束(b)组合。第二走离元件2910的厚度为第一走离元件2906的厚度的约两倍，因为由第二走离元件2910组合的两个光束之间的移位为由第一走离元件2904组合的两个光束之间的移位的约两倍。
图30是包括石英半波片3002和钒酸钇(YVO4)波片3006的WDM复用器3000的一实例的示意图。
参考图31A，表3100示出了200GBASE-FR4波分复用通道分配。参考图31B，表3102示出了200GBASE-LR4波分复用通道分配。这些通道提供800GHz间距和368GHz窗口。表3100和3102中的通道L0、L1、L2和L3的中心波长可以与图29和30中的波长WL1、WL2、WL3和WL4相对应。
参考图32，表3200示出了400GBASE-FR8波分复用通道分配。表3200中的八个通道的中心波长可以用于WDM复用器，所述复用器具有复用八个不同波长的三个走离元件。
上文所描述的光纤到PIC连接器可以被定向成使得光轴平行或垂直于(或以任何其它角度)光子集成电路的顶表面。光纤到PIC连接器的光轴是指走离元件和双折射孔板的光轴。
图33A是光电子装置3300的一实例的俯视图。图33B是光电子装置3300的第一配置的侧视图，其中光纤到PIC连接器具有平行于光子集成电路3304的顶表面的光轴。透镜阵列3308耦合在垂直于PIC 3304的顶表面的方向上传播的光束，并且转向镜3306改变光束的传播方向。
图33C是光电子装置3300的第二配置的侧视图，其中光纤到PIC连接器3310具有垂直于光子集成电路3304的顶表面的光轴。走离元件输出在垂直于PIC 3304的顶表面的方向上传播的光束。转向镜3312改变光束的传播方向。在图33A至33C的实例中，转向镜(例如，3306、3312)改变光束的方向以实现水平光纤附接，即，在附接位置处，光纤平行于光子集成电路的顶表面延伸。
图34A是将光纤3402光学耦合到PIC 3404的光纤到PIC连接器3400的侧视图。光纤到PIC连接器3400实现光信号的边缘耦合。
图34B是将光纤3402光学耦合到PIC 3404的光纤到PIC连接器3400的俯视图。光纤到PIC连接器3400使得光信号能够边缘耦合到PIC上的波导3406。
在一些实施方案中，光纤到PIC连接器可以包括基于滤波器的WDM解复用器和/或复用器。这种光纤到PIC连接器可以将单行N个光纤转换到Nx2M光栅耦合器阵列，其中M是所使用的波长的数量。
光纤到PIC连接器可以包括波分复用器和/或解复用器。图35是从光纤3502接收波分复用(WDM)光信号或向光纤3502发射WDM光信号的光纤到PIC连接器3500的一实例的侧视图。在此实例中，光纤3502中的WDM信号包括四个波长WL1、WL2、WL3和WL4。尽管图35的侧视图示出了一个光纤3502，但应当理解，在所示的光纤后面有更多的光纤交错排列。
第一滤波器3504允许具有波长WL1的光信号通过，并且反射具有波长WL2、WL3和WL4的光信号。第二滤波器3506反射具有波长WL2的光信号，并且允许具有波长WL3和WL4的光信号通过。第三滤波器3508反射具有波长WL3的光信号，并且允许具有波长WL4的光信号通过。与波长无关的反射镜3510反射具有波长WL4的光信号。
当光纤到PIC连接器3500用作解复用器时，具有带有波长WL1、WL2、WL3和WL4(每个波长两种偏振)的分量的WDM光信号被滤波器3504、3506和3508分离成四个光信号，所述四个光信号各自具有一个波长。四个单波长光信号穿过走离元件3512和双折射孔板3514，从而产生与光栅耦合器3516适当对准的具有相同偏振状态的八个光信号。当光纤到PIC连接器3500用作复用器时，来自光栅耦合器3516的具有波长WL1、WL2、WL3和WL4的光信号穿过双折射孔板3514和走离元件3512，并且被滤波器3504、3506、3508和反射镜3510引导到光纤3502。
图36示出了光纤端口3600、双折射孔板3602和光栅耦合器3604的阵列的布置的实例的示意图。为了进行解复用，将来自每个光纤端口3600的WDM光信号分裂为具有四个不同波长的八个光信号。为了进行复用，将来自光栅耦合器3604的具有四个不同波长的八个光信号复用成WDM光信号并且被引导到光纤端口3600。
图37是示出了从光栅耦合器到PIC上的调制器的波导路由的实例的示意图。两行光栅耦合器3702处理具有波长WL1的光信号。接下来的两行光栅耦合器3704处理具有波长WL2的光信号。接下来的两行光栅耦合器3706处理具有波长WL3的光信号。接下来的两行光栅耦合器3708处理具有波长WL4的光信号。
第一组调制器3710处理具有波长WL1和WL2的光信号。第二组调制器3712处理具有波长WL3和WL4的光信号。每个调制器具有接收光学能源光的输入端口3714，以及用于输出发射信号的输出端口3716。在此实例中，处理波长WL1和WL2的光栅耦合器位于光栅耦合器阵列的靠近第一组调制器3710的第一侧上。处理波长WL3和WL4的光栅耦合器位于光栅耦合器阵列的靠近第二组调制器3712的第二侧上。这避免了波导的交叉并且使得更容易设计波导路由。
参考图38，在一些实施方案中，光纤到PIC连接器3800被配置成耦合到多行光纤3802。所述图示出了光纤到PIC连接器3800的侧视图，其中示出了来自两行的两个光纤3802。应当理解，在所示的光纤后面有更多的光纤交错排列。连接器3800可以将K行N个光纤(例如，光纤(a)、光纤(b))转换到Nx2MK光栅耦合器阵列，其中M表示所使用的波长的数量。在此实例中，使用M＝4个波长。
光纤到PIC连接器3800包括第一滤波器3804，所述第一滤波器允许具有波长WL1的光信号通过，并且反射具有波长WL2、WL3和WL4的光信号。第二滤波器3806反射具有波长WL2的光信号，并且允许具有波长WL3和WL4的光信号通过。第三滤波器3808反射具有波长WL3的光信号，并且允许具有波长WL4的光信号通过。与波长无关的反射镜3810反射具有波长WL4的光信号。滤波器3804、3806和3808足够大以能够处理来自两个光纤3802的光束。在此实例中，两个输入光束被分裂为被引导到光栅耦合器的16个光束。
图39是包括基于滤波器的波分解复用器和复用器的光纤到PIC连接器3900的实例的示意图，所述基于滤波器的波分解复用器和复用器包括具有不同分光比的宽带分光器和带通滤光器。光纤到PIC连接器3900包括第一宽带分光器，所述第一宽带分光器具有25％:75％的分光比，使得25％的光穿过分光器以形成光束3904，并且75％的光被反射以形成光束3906。光束3904穿过走离元件3908，所述走离元件将光束3904分裂为两个偏振光束3912a和3912b。偏振光束3912a、3912b由允许波长WL1穿过的第一带通滤光器3910过滤。
光束3906被导向具有33％:67％的分光比的第二宽带分光器3918，使得光束3906的33％被分光器3918反射以形成光束3914，并且光束3906的67％穿过分光器3918以形成光束3916。光束3914具有来自光纤3924的输入光束3922的功率的约75％×33％＝25％。光束3916具有输入光束3922的功率的约75％×67％＝50％。光束3914穿过走离元件3908，所述走离元件将光束3914分裂为由允许波长WL2穿过的第二带通滤光器3920过滤的两个偏振光束。
光束3916被导向具有50％:50％的分光比的第三宽带分光器3922，使得光束3916的50％被分光器3922反射以形成光束3924，并且光束3916的50％穿过分光器3922以形成光束3926。光束3924和3926中的每个光束具有输入光束3922的功率的约50％×50％＝25％。光束3924穿过走离元件3908，所述走离元件将光束3924分裂为由允许波长WL3穿过的第三带通滤光器3928过滤的两个偏振光束。
光束3926被导向转向镜3930，所述转向镜将光束3926的100％朝向走离元件3908反射，所述走离元件将光束3926分裂为由允许波长WL4穿过的第四带通滤光器3932过滤的两个偏振光束。
在一些实施方案中，带通滤光器3910、3920、3928和3932可以用于图35和38的复用器和解复用器中以降低信道间串扰。
在一些实施方案中，非互易光学元件可以用于形成隔离器。参考图40，光纤到PIC连接器4000包括隔离器，使得离开光子集成电路的光(出射，蓝色箭头)不会回溯输入(入射)光路(红色箭头)，并且因此不会耦合回到光纤中。该原理也适用于显示灰色的(greyed-out)正交偏振。
入射光束4004由走离元件4002分裂为具有偏振A的第一入射光束4008和具有偏振A'的第二入射光束4010。-45°旋转半波片4006使第一入射光束4008的偏振旋转以具有偏振B。第一入射光束4008然后穿过+45°法拉第旋转器4012以具有与光栅耦合器4016对准的偏振C。在图的上部处的图4014中示出了偏振方向A、B和C。
出射光束最初具有偏振C。出射光束穿过+45°法拉第旋转器4012以具有偏振B。走离元件4002将出射光束的传播方向改变成不会回溯输入(入射)光路并且因此不会耦合回到光纤4020中的光束4018。
在一实例中，第一系统包括数据处理器和光子集成电路，所述数据处理器被配置成处理数据，所述光子集成电路被配置成将从一个或多个光纤接收到的光信号转换成传输到数据处理器的电信号。
在一实例中，第二系统包括数据处理器和光子集成电路，所述数据处理器被配置成处理数据，所述光子集成电路被配置成将来自数据处理器的电子信号转换成可以输出到一个或多个光纤的光信号。
在一实例中，第三系统包括数据处理器和光子集成电路，所述数据处理器被配置成处理数据，所述光子集成电路被配置成将从一个或多个光纤接收到的光信号转换成传输到数据处理器的电信号。光子集成电路还被配置成将来自数据处理器的电子信号转换成可以输出到所述一个或多个光纤的光信号。
在一些实施方案中，第一系统、第二系统和第三系统中的每一者可以包括光纤到PIC连接器，所述光纤到PIC连接器光学地耦合到所述一个或多个光纤并还光学地耦合到光子集成电路的耦合元件。耦合元件可以是例如，光栅耦合器或边缘耦合器。光纤到PIC连接器可以包括上文所描述的特征中的一个或多个特征，如图5的光纤到PIC连接器布置500的一个或多个特征、图6的光纤到PIC连接器布置600的一个或多个特征、图7的光纤到PIC连接器布置700的一个或多个特征、图9的光纤到PIC连接器900的一个或多个特征、图10A、10B、12、13的光纤到PIC连接器1000的一个或多个特征、图11A的光纤到PIC连接器1100的一个或多个特征、图23的光纤到PIC连接器2300的一个或多个特征、图24A、24B的光纤到PIC连接器2400的一个或多个特征、图28的光纤到PIC连接器2800的一个或多个特征、图33C的光纤到PIC连接器3310的一个或多个特征、图34A、34B的光纤到PIC连接器3400的一个或多个特征、图35的光纤到PIC连接器3500的一个或多个特征、图38的光纤到PIC连接器3800的一个或多个特征、图39的光纤到PIC连接器3900的一个或多个特征，和图40的光纤到PIC连接器4000的一个或多个特征。
第一系统、第二系统和第三系统中的每一者可以包括以下文献中描述的一个或多个特征或组件：于2020年3月18日提交的美国专利申请16/822,103、于2020年4月14日提交的美国专利申请16/847,705、于2020年6月1日提交的美国专利申请16/888,890、于2020年9月18日提交的美国临时专利申请63/080,528、于2020年10月7日提交的美国临时专利申请63/088,914、于2020年11月20日提交的美国临时专利申请63/116,660以及于2021年2月5日提交的美国临时专利申请63/146,421。上述申请的全部内容通过引用并入。
相关领域的普通技术人员应当理解，本文在将来自一个或多个光纤202的光耦合到PIC210的上下文中描述的至少一些实施例可以同等地操作以将来自PIC 210的光耦合到一个或多个光纤202。耦合方向的这种可逆性是本文所描述的至少一些实施例的一般特征，包括使用偏振分集的实施例中的一些实施例。
本文所公开的示例光学系统应仅被视为许多可能的实施例中的一些实施例，所述实施例可以用于使用衍射、折射、反射和偏振相关光学元件、3D波导和3D打印光学组件来执行偏振解复用和独立阵列图案缩放、阵列几何结构重新布置、光斑尺寸缩放和入射角适配。鉴于本公开并且无需任何过度实验，相关领域的普通技术人员可以制作和使用实现类似功能集的其它实施方案。
根据上文所公开的一示例实施例，例如，在发明内容部分和/或参考图1至8中的一些或全部的任何一个或任何组合，提供了一种设备，所述设备包括：一个或多个光纤(例如，202，图5)，所述一个或多个光纤具有多个纤芯(例如，302，图3A至3G)；光子集成电路(例如，210，图5)，所述光子集成电路包括沿所述光子集成电路的主表面设置的多个(例如，230，图5)垂直耦合元件(例如，231，图5)；以及光纤连接器(例如，240/250，图5)，所述光纤连接器连接在所述一个或多个光纤与所述光子集成电路之间以通过所述主表面在所述一个或多个光纤与所述光子集成电路之间传递光，所述光纤连接器包括光学器件，所述光学器件被配置成在所述多个纤芯与所述多个垂直耦合元件之间传输光，使得：第一对所述纤芯之间的距离(例如，Smin，图3A至3G)通过第一缩放因子(例如，A)被光学地缩放；并且所述纤芯中的至少一个纤芯的直径(例如，Dcore，图3A至3G)通过不同于所述第一缩放因子的第二缩放因子(例如，C1)被光学地缩放。
在上述设备的一些实施例中，所述光学器件被进一步配置成传输所述光，使得第二对所述纤芯之间的距离(例如，Smax，图3A至3G)通过不同于所述第二缩放因子的第三缩放因子(例如，B)被光学地缩放。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第三缩放因子不同于所述第一缩放因子。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第一缩放因子基本上等于所述第三缩放因子。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括：一个或多个第一透镜(例如，551，图5)，所述一个或多个第一透镜位于距所述主表面的第一偏移距离处；多个第二透镜(例如，541，图5)，所述多个第二透镜位于距所述主表面的第二偏移距离处，所述第二偏移距离小于所述第一偏移距离；以及多个第三透镜(例如，542，图5)，所述多个第三透镜位于距所述主表面的第三偏移距离处，所述第三偏移距小于所述第二偏移距离。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括至少一个透镜(例如，542，图5)，所述至少一个透镜被配置成与所述纤芯中的单个纤芯和所述垂直耦合元件中的单个垂直耦合元件传递光。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括多个光波导(例如，652，图6)，所述多个光波导各自光学地连接所述纤芯中的相应纤芯和所述垂直耦合元件中的相应垂直耦合元件。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光波导中的至少一些光波导是锥形的。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振分束器(例如，810和820，图8A和图8B)。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件(例如，861、862，图8B)。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光纤连接器包括彼此可断开地连接的第一连接器部件(例如，250，图5)和第二连接器部件(例如，240，图5)。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成在所述第一连接器部件与所述第二连接器部件之间的配合表面处产生光点(例如，560，图5)，所述光点的大小至少是所述纤芯的对应直径的两倍。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述光学器件被配置成在第一数量的所述纤芯与第二数量的所述垂直耦合元件之间传递光，所述第二数量大于所述第一数量。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述一个或多个光纤包括多芯光纤。
在上述设备中的任何设备的一些实施例中，所述垂直耦合元件中的每个垂直耦合元件选自由以下组成的元件组：单偏振垂直光栅耦合器、转向镜、偏振分集垂直光栅耦合器、垂直腔表面发射激光器、表面法线调制器和光电二极管。
根据上文所公开的另一个示例实施例，例如，在发明内容部分和/或参考图1至8中的一些或全部的任何一个或任何组合，提供了一种光纤连接器，所述光纤连接器包括：第一连接器部件(例如，240，图5)，所述第一连接器部件可在所述第一连接器部件的第一侧(例如，555，图5)处连接到具有多个纤芯(例如，302，图3A至3G)的一个或多个光纤(例如，202，图5)，所述第一连接器部件具有与所述第一侧相对的第二侧(例如，556，图5)；第二连接器部件(例如，250，图5)，所述第二连接器部件可在所述第二连接器部件的一侧(例如，545，图5)处连接到所述第一连接器部件的所述第二侧并进一步可在所述第二连接器部件的相对侧(例如，546，图5)处连接到光子集成电路(例如，210，图2)；以及光学器件，所述光学器件被配置成在所述第一连接器部件的所述第一侧与所述第二连接器部件的所述相对侧之间传输光，使得：第一对所述纤芯之间的距离(例如，Smin，图3A至3G)通过第一缩放因子(例如，A)被光学地缩放；并且所述纤芯中的至少一个纤芯的直径(例如，Dcore，图3A至3G)通过不同于所述第一缩放因子的第二缩放因子(例如，C1)被光学地缩放。
如本文所使用的，术语“相对”是指部件的两个对应侧面或边缘的相对取向和/或定位，并且应被解释为涵盖相对取向/定位中的任何取向/定位，其中：(i)这两个侧面基本上(例如，在15度内)彼此平行但位于部件的不同端部处；(ii)这两个侧面彼此不平行，即，可以以在15度与165度之间的范围内的相对角度取向；(iii)这两个侧面基本上彼此垂直；(iv)这两个侧面中的至少一个侧面不是严格意义上的平面并且具有偏离平面几何结构的一些特征；(v)这两个侧面彼此没有接触的点；以及(vi)这两个侧面具有共同的边缘或接触区域，例如，在部件的角部处。图5所示的侧面545、546、555和556应被视为是提供此类侧面的非限制性说明性实例。
在上述光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件被进一步配置成传输光，使得第二对所述纤芯之间的距离(例如，Smax，图3A至3G)通过不同于所述第二缩放因子的第三缩放因子(例如，B)被光学地缩放。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第三缩放因子不同于所述第一缩放因子。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件被配置成传输所述光，使得所述第一缩放因子基本上等于所述第三缩放因子。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括：一个或多个第一透镜(例如，551，图5)，所述一个或多个第一透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第一偏移距离处；多个第二透镜(例如，541，图5)，所述多个第二透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第二偏移距离处，所述第二偏移距离小于所述第一偏移距离；以及多个第三透镜(例如，542，图5)，所述多个第三透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第三偏移距离处，所述第三偏移距离小于所述第二偏移距离，所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离是在所述第一连接器部件和第二连接器部件彼此连接的情况下测量的。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括至少一个透镜(例如，542，图5)，所述至少一个透镜被配置成与所述纤芯中的单个纤芯和所述光子集成电路的垂直耦合元件中的单个垂直耦合元件传递光。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括多个光波导(例如，652，图6)，所述多个光波导各自被设置成光学地连接所述纤芯中的相应纤芯和所述光子集成电路的垂直耦合元件中的相应垂直耦合元件。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光波导中的至少一些光波导是锥形的。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振分束器(例如，810和820，图8A和图8B)。
在上述光纤连接器中的任何光纤连接器的一些实施例中，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件(例如，861、862，图8B)。
虽然本公开包括对说明性实施例的引用，但本说明书不旨在以限制意义来解释。对所描述的实施例的各种修改以及在本公开的范围内的对于本公开所属领域的技术人员来说显而易见的其它实施例被认为落入本公开的原理和范围内，例如，如在以下权利要求中所表达的。
除非另有明确说明，否则每个数值和范围均应被解释为近似的，如同数值或范围之前有词语“约”或“大约”一样。
应进一步理解的是，在不背离例如如以下权利要求中表达的本公开的范围的情况下，本领域的技术人员可以对已经出于解释本公开的性质的目的而描述和说明的部件的细节、材料和布置作出各种改变。
权利要求中使用附图标记和/或附图参考标记旨在标识所要求保护的主题的一个或多个可能的实施例，以便促进对权利要求的解释。此类使用不应被解释为必然将那些权利要求的范围限制于对应附图中所示出的实施例。
虽然以下方法权利要求(如果有的话)中的元素是以具有对应标记的特定顺序叙述的，但是除非权利要求陈述以其它方式暗示用于实施那些元素中的一些或全部元素的特定顺序，否则那些元素不一定旨在限制于以所述特定顺序实施。
本文对“一个实施例”或“一实施例”的提及意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。在本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部指代同一个实施例，也不是与其它实施例必定相互排斥的单独实施例或替代性实施例。上述情况适用于术语“实施方案”。
除非本文另有说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等来指代多个相似对象中的一个对象仅指示此类相似对象的不同实例被提及，并且不旨在暗示如此提及的相似对象必须在时间上、空间上、排序上或以任何其它方式处于对应的次序或顺序。
同样出于本说明书的目的，术语“耦合(couple)”、“耦合(coupling)”、“耦合(coupled)”、“连接(connect)”、“连接(connecting)”或“连接(connected)”是指本领域中已知的或后来开发的任何方式，其中允许在两个或更多个元件之间传递能量，并且设想了一种或多种另外的元件的插入，尽管不是必需的。相反，术语“直接耦合”、“直接连接”等暗示不存在此类另外的元件。
本说明书和附图仅展示本公开的原理。因此，应当理解，本领域的普通技术人员将能够设计出体现本公开的原理并且包括在本公开的精神和范围内的各种布置，但是本文中并未明确描述或示出所述布置。此外，本文所引用的所有实例原则上明确旨在仅用于教学目的以帮助读者理解本公开的原理和发明人为了推动本领域的发展而贡献的概念，并且应被理解为不限于此类具体引用的实例和条件。此外，本文中叙述本公开的原理、方面和实施例的全部陈述以及本公开的具体实例旨在涵盖其等效物。
如在本申请中所使用的，术语“电路系统”可以是指以下中的一者或多者或全部：(a)仅硬件的电路实施方案(如仅模拟和/或数字电路系统中的实施方案)；(b)硬件电路和软件的组合，如(如果适用的话)：(i)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合，以及(ii)具有软件的硬件处理器(包括数字信号处理器)、软件和存储器的任何部分，所述硬件处理器、软件和存储器一起工作以使如手机或服务器等设备执行各种功能；以及(c)需要软件(例如，固件)进行操作的硬件电路和或处理器，如微处理器或微处理器的一部分，但当不需要软件进行操作时，软件可以不存在。电路系统的这一定义适用于这一术语在本申请、包括在任何权利要求中的全部使用。作为另外的实例，如在本申请中所使用的，术语电路系统还涵盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)或硬件电路或处理器的一部分及它(或它们)附带软件和/或固件的实施方案。例如且如果适用于特定权利要求要素，术语电路系统还涵盖用于移动装置的基带集成电路或处理器集成电路或者服务器、蜂窝网络装置或其它计算或网络装置中的类似集成电路。
本领域的普通技术人员应理解的是，本文中的任何框图表示体现本公开的原理的说明性电路系统的概念视图。

Claims (85)

1.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个光纤，所述一个或多个光纤具有多个纤芯；
光子集成电路，所述光子集成电路包括沿所述光子集成电路的主表面设置的多个垂直耦合元件；以及
光纤连接器，所述光纤连接器连接在所述一个或多个光纤与所述光子集成电路之间以通过所述主表面在所述一个或多个光纤与所述光子集成电路之间传递光，所述光纤连接器包括光学器件，所述光学器件被配置成在所述多个纤芯与所述多个垂直耦合元件之间传输光，使得：
所述多个纤芯中的第一对纤芯之间的距离通过第一缩放因子被光学地缩放；并且
所述多个纤芯中的至少一个纤芯的直径通过不同于所述第一缩放因子的第二缩放因子被光学地缩放。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件被进一步配置成传输所述光，使得所述多个纤芯中的第二对纤芯之间的距离通过不同于所述第二缩放因子的第三缩放因子被光学地缩放。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括：
一个或多个第一透镜，所述一个或多个第一透镜位于距所述主表面的第一偏移距离处；
多个第二透镜，所述多个第二透镜位于距所述主表面的第二偏移距离处，所述第二偏移距离小于所述第一偏移距离；以及
多个第三透镜，所述多个第三透镜位于距所述主表面的第三偏移距离处，所述第三偏移距离小于所述第二偏移距离。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成与所述多个纤芯中的单个纤芯和所述多个垂直耦合元件中的单个垂直耦合元件传递光。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括多个光波导，所述多个光波导各自光学地连接所述多个纤芯中的相应纤芯和所述多个垂直耦合元件中的相应垂直耦合元件。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述多个光波导中的至少一些光波导是锥形的。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振分束器。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括彼此可断开地连接的第一连接器部件和第二连接器部件。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述光学器件被配置成在所述第一连接器部件与所述第二连接器部件之间的配合表面处产生光点，所述光点的大小至少是所述多个纤芯的对应直径的两倍。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件被配置成在所述多个纤芯中的第一数量的纤芯与所述多个垂直耦合元件中的第二数量的垂直耦合元件之间传递光，所述第二数量大于所述第一数量。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个垂直耦合元件中的每个垂直耦合元件选自由以下元件组成的元件组：单偏振垂直光栅耦合器、转向镜、偏振分集垂直光栅耦合器、垂直腔表面发射激光器、表面法线调制器和光电二极管。
13.一种光纤连接器，其特征在于，所述光纤连接器包括：
第一连接器部件，所述第一连接器部件能够在所述第一连接器部件的第一侧处连接到具有多个纤芯的一个或多个光纤，所述第一连接器部件具有与所述第一侧相对的第二侧；
第二连接器部件，所述第二连接器部件能够在所述第二连接器部件的一侧处连接到所述第一连接器部件的所述第二侧，并且进一步能够在所述第二连接器部件的相对侧处连接到光子集成电路；以及
光学器件，所述光学器件被配置成在所述第一连接器部件的所述第一侧与所述第二连接器部件的所述相对侧之间传输光，使得：
所述多个纤芯中的第一对纤芯之间的距离通过第一缩放因子被光学地缩放；并且
所述多个纤芯中的至少一个纤芯的直径通过不同于所述第一缩放因子的第二缩放因子被光学地缩放。
14.根据权利要求13所述的光纤连接器，其特征在于，所述光学器件被进一步配置成传输所述光，使得所述多个纤芯中的第二对纤芯之间的距离通过不同于所述第二缩放因子的第三缩放因子被光学地缩放。
15.根据权利要求13所述的光纤连接器，其特征在于，所述光学器件包括：
一个或多个第一透镜，所述一个或多个第一透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第一偏移距离处；
多个第二透镜，所述多个第二透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第二偏移距离处，所述第二偏移距离小于所述第一偏移距离；以及
多个第三透镜，所述多个第三透镜位于距所述第二连接器部件的所述相对侧的第三偏移距离处，所述第三偏移距离小于所述第二偏移距离，所述第一距离、所述第二距离和所述第三距离是在所述第一连接器部件和所述第二连接器部件彼此连接的情况下测量的。
16.根据权利要求13所述的光纤连接器，其特征在于，所述光学器件包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成与所述多个纤芯中的单个纤芯和所述光子集成电路的多个垂直耦合元件中的单个垂直耦合元件传递光。
17.根据权利要求13所述的光纤连接器，其特征在于，所述光学器件包括多个光波导，所述多个光波导各自被设置成光学地连接所述多个纤芯中的相应纤芯和所述光子集成电路的多个垂直耦合元件中的相应垂直耦合元件。
18.根据权利要求17所述的光纤连接器，其特征在于，所述多个光波导中的至少一些光波导是锥形的。
19.根据权利要求13所述的光纤连接器，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振分束器。
20.根据权利要求13所述的光纤连接器，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件。
21.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括具有孔的双折射板。
22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述孔包括圆形孔、正方形孔、矩形孔或条形孔中的至少一者。
23.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述双折射板包括半波片。
24.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括彼此间隔开的多个条状薄片，其中所述多个条状薄片被配置成使具有第一偏振状态的光束分量的偏振旋转，并且所述多个条状薄片之间的空间允许具有第二偏振状态的光束分量在没有偏振旋转的情况下穿过。
25.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述一个或多个偏振旋转元件被实施为具有孔的双折射板。
26.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括：
一个或多个走离元件，所述一个或多个走离元件被配置成从所述多个纤芯中的一个或多个纤芯接收输入光束，并且将每个输入光束分离成具有第一偏振的第一光束分量和具有第二偏振的第二光束分量；以及
具有孔的双折射板，其中所述双折射板相对于所述一个或多个走离元件定位，使得每个孔与对应的第一光束分量对准，其中所述双折射板使所述第二光束分量中的每个第二光束分量的偏振旋转以使所述第二光束分量具有与所述对应的第一光束分量相同的偏振。
27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述第一光束分量和所述第二光束分量中的每一者被导向所述多个垂直耦合元件中的一个垂直耦合元件。
28.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被配置成发射单波长信号，并且用于将输入光从所述光纤连接器传输到所述光子集成电路的垂直耦合元件的数量是提供所述输入光束的纤芯的数量的两倍。
29.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被布置成一行或多行，
其中每个走离元件被配置成允许所述第一光束分量在没有移位的情况下穿过，并且使所述第二光束分量相对于所述第一光束分量移位一定距离，
其中所述第二光束在平行于行方向的走离方向上被移位。
30.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被布置成一行或多行，
其中每个走离元件被配置成允许所述第一光束分量在没有移位的情况下穿过，并且使所述第二光束分量相对于所述第一光束分量移位一定距离，
其中所述第二光束在垂直于行方向的走离方向上被移位。
31.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，每个走离元件被配置成允许所述第一光束分量在没有移位的情况下穿过，并且使所述第二光束分量相对于所述第一光束分量移位一定距离，
其中所述多个垂直耦合元件被配置成以最大效率耦合具有沿第一方向的电场的光信号，
其中所述第二光束在平行于所述第一方向的走离方向上相对于所述第一光束移位。
32.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被布置成一行或多行，并且所述第一方向垂直于所述行方向。
33.根据权利要求31所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被布置成一行或多行，所述第一方向相对于所述行方向成一定角度，并且所述角度在10°至80°的范围内。
34.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，每个走离元件被配置成允许所述第一光束分量在没有移位的情况下穿过，并且使所述第二光束分量相对于所述第一光束分量移位一定距离，
其中所述多个垂直耦合元件被配置成以最大效率耦合具有沿第一方向的电场的光信号，
其中所述第二光束在垂直于所述第一方向的走离方向上相对于所述第一光束移位。
35.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被布置成一行或多行，并且所述第一方向平行于所述行方向。
36.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，所述多个纤芯被布置成一行或多行，并且所述第一方向相对于所述行方向成一定角度，并且所述角度在10°至80°的范围内。
37.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个垂直耦合元件包括第一组垂直耦合元件和第二组垂直耦合元件，所述第一组垂直耦合元件在所述多个纤芯与所述光子集成电路之间传输光，所述第二组垂直耦合元件不在所述多个纤芯与所述光子集成电路之间传输光，
其中所述第二组垂直耦合元件中的至少一对垂直耦合元件通过对准波导连接，所述对准波导使得所述多个垂直耦合元件和所述光纤连接器能够主动对准。
38.根据权利要求37所述的设备，其特征在于，所述多个垂直耦合元件位于整个矩形覆盖区内，并且所述第二组垂直耦合元件定位在所述整个矩形覆盖区内。
39.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括光学能源光纤端口，所述光学能源光纤端口被配置成从光纤接收第一光学能源光束，其中所述光纤连接器包括第一偏振分束器，所述第一偏振分束器被配置成将所述第一光学能源光束分裂为第二光学能源光束和第三光学能源光束。
40.根据权利要求39所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括偏振旋转元件，所述偏振旋转元件使所述第二光学能源光束或所述第三光学能源光束的偏振方向旋转，以使所述第二光学能源光束和所述第三光学能源光束具有相同偏振。
41.根据权利要求39所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括第二偏振分束器，所述第二偏振分束器被配置成将所述第二光学能源光束和所述第三光学能源光束分裂为四个光学能源光束。
42.根据权利要求41所述的设备，其特征在于，所述第一偏振分束器具有第一走离方向，并且所述第二偏振分束器具有不同于所述第一走离方向的第二走离方向。
43.根据权利要求41所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括第三偏振分束器，所述第三偏振分束器被配置成将所述四个光学能源光束分裂为八个光学能源光束。
44.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括波分复用器，所述波分复用器将具有两个或更多个不同波长的两个或更多个光信号复用成单个WDM输出光信号。
45.根据权利要求44所述的设备，其特征在于，所述波分复用器包括第一走离元件和双折射孔板。
46.根据权利要求45所述的设备，其特征在于，所述波分复用器包括第二走离元件和波片，其中所述波片被配置成保持具有第一波长的光的偏振并且使具有第二波长的光的偏振旋转。
47.根据权利要求46所述的设备，其特征在于，所述波片被配置成使具有第三波长的光的偏振旋转并且保持具有第四波长的光的偏振，其中所述第一波长、所述第二波长、所述第三波长和所述第四波长全都彼此不同。
48.根据权利要求47所述的设备，其特征在于，所述第一波长小于所述第二波长，所述第二波长小于所述第三波长，并且所述第三波长小于所述第四波长。
49.根据权利要求46所述的设备，其特征在于，所述双折射孔板包括石英，并且所述波片包括钒酸钇(YVO4)。
50.根据权利要求44所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成复用具有与200GBASE-FR4波分复用通道分配兼容的波长的光。
51.根据权利要求44所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成复用具有与200GBASE-LR4波分复用通道分配兼容的波长的光。
52.根据权利要求44所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成复用具有与400GBASE-FR8波分复用通道分配兼容的波长的光。
53.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件，其中所述偏振分束器和所述偏振旋转元件沿基本上平行于所述光子集成电路的顶表面的方向对准，其中所述光纤连接器包括转向镜，以将来自所述偏振旋转元件的光重定向到所述垂直耦合元件。
54.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件，其中所述偏振分束器和所述偏振旋转元件沿基本上垂直于所述光子集成电路的顶表面的方向对准。
55.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述光学器件包括一个或多个偏振旋转元件，其中所述偏振分束器和所述偏振旋转元件被配置成使得来自所述多个纤芯的光能够边缘耦合到所述光子集成电路。
56.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括波分解复用器，所述波分解复用器包括一个或多个波长相关滤波器。
57.根据权利要求56所述的设备，其特征在于，所述波分解复用器被配置成将具有第一波长的光引导到第一组一个或多个光栅耦合器，并且将具有第二波长的光引导到第二组一个或多个光栅耦合器。
58.根据权利要求56所述的设备，其特征在于，所述波分解复用器被配置成将K行N个光纤转换到Nx2MK光栅耦合器阵列，K、N和M为正整数，并且M表示由所述波分解复用器处理的波长的数量。
59.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括波分复用器，所述波分复用器包括一个或多个波长相关滤波器。
60.根据权利要求59所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成将来自第一组一个或多个光栅耦合器的具有第一波长的光和来自第二组一个或多个光栅耦合器的具有第二波长的光组合成组合光束。
61.根据权利要求59所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成将Nx2MK光栅耦合器阵列转换到K行N个光纤，K、N和M为正整数，并且M表示由所述波分复用器处理的波长的数量。
62.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括波分解复用器，所述波分解复用器包括一个或多个宽带分光器。
63.根据权利要求62所述的设备，其特征在于，所述波分解复用器被配置成将入射光分裂为第一光束和第二光束，将所述第一光束引导到使具有第一波长的光穿过的第一带通滤光器，并且将所述第二光束引导到使具有第二波长的光穿过的第二带通滤光器。
64.根据权利要求62所述的设备，其特征在于，所述波分解复用器被配置成将K行N个光纤转换到Nx2MK光栅耦合器阵列，K、N和M为正整数，并且M表示由所述波分解复用器处理的波长的数量。
65.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括波分复用器，所述波分复用器包括一个或多个宽带分光器。
66.根据权利要求65所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成将来自第一组一个或多个光栅耦合器的具有第一波长的光和来自第二组一个或多个光栅耦合器的具有第二波长的光组合成组合光束。
67.根据权利要求65所述的设备，其特征在于，所述波分复用器被配置成将Nx2MK光栅耦合器阵列转换到K行N个光纤，K、N和M为正整数，并且M表示由所述波分复用器处理的波长的数量。
68.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括隔离器，所述隔离器被配置成将离开所述光子集成电路的出射光引导到出射路径中，所述出射路径不同于由入射光行进的入射路径，并且所述出射光不被耦合回到提供所述入射光的光纤中。
69.根据权利要求68所述的设备，其特征在于，所述隔离器包括走离元件和至少一个非互易旋转器。
70.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
激光器，所述激光器被配置成提供光学能源光；
第一线性偏振保持光纤，所述第一线性偏振保持光纤光学地耦合到所述激光器以接收所述光学能源光；
偏振分束器，其中所述线性偏振保持光纤相对于所述偏振分束器以一定角度定向，以实现所述光学能源光的光学功率分裂，以生成具有第一偏振的第一能源光和具有第二偏振的第二能源光；
第二线性偏振保持光纤，所述第二线性偏振保持光纤光学地耦合到所述偏振分束器的第一端口以接收所述第一能源光；以及
第三线性偏振保持光纤，所述第三线性偏振保持光纤光学地耦合到所述偏振分束器的第二端口以接收所述第二能源光。
71.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
激光器，所述激光器被配置成提供线性偏振的光学能源光；
四分之一波片，所述四分之一波片用于将所述线性偏振的光学能源光转换成圆偏振的光学能源光；
圆偏振保持光纤，所述圆偏振保持光纤被配置成传播来自所述四分之一波片的所述圆偏振的光学能源光；
偏振分束器，所述偏振分束器被配置成使所述圆偏振的光学能源光分裂，以生成具有第一偏振的第一能源光和具有第二偏振的第二能源光；
第一线性偏振保持光纤，所述第一线性偏振保持光纤光学地耦合到所述偏振分束器的第一端口以接收所述第一能源光；以及
第二线性偏振保持光纤，所述第二线性偏振保持光纤光学地耦合到所述偏振分束器的第二端口以接收所述第二能源光。
72.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
光纤连接器，所述光纤连接器包括：
一组光纤端口，所述一组光纤端口被配置成光学地耦合到具有多个纤芯的一个或多个光纤；
一组光学端口，所述一组光学端口被配置成光学地耦合到光子集成电路的多个耦合元件；以及
光学器件，所述光学器件被配置成在所述一组光纤端口与所述一组光学端口之间传输光；
其中所述光学器件包括以下中的至少一者：(i)一个或多个偏振分束器；(ii)一个或多个偏振旋转元件；(iii)一个或多个走离元件；(iv)双折射孔板；(v)波分复用器；(vi)波分解复用器；或(vii)隔离器。
73.根据权利要求72所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器被配置成从所述一组光纤端口接收第一光学能源光束，将所述第一光学能源光束分裂为第二光学能源光束和第三光学能源光束，并且通过所述一组光学端口输出所述第二光学能源光束和所述第三光学能源光束。
74.根据权利要求73所述的设备，其特征在于，所述光纤连接器包括根据权利要求39至43中任一项所述的光纤连接器。
75.根据权利要求71至74中任一项所述的设备，其特征在于，所述双折射孔板包括根据权利要求21至23、25至36和45至49中任一项所述的双折射孔板。
76.根据权利要求71至75中任一项所述的设备，其特征在于，所述一个或多个走离元件包括根据权利要求26至36、45至49和69中任一项所述的走离元件。
77.根据权利要求71至76中任一项所述的设备，其特征在于，所述波分复用器包括根据权利要求44至52、59至61和65至67中任一项所述的波分复用器。
78.根据权利要求71至77中任一项所述的设备，其特征在于，所述波分解复用器包括根据权利要求56至58和62至64中任一项所述的波分解复用器。
79.根据权利要求71至78中任一项所述的设备，其特征在于，所述隔离器包括根据权利要求68或69所述的隔离器。
80.一种数据中心，其特征在于，所述数据中心包括根据权利要求1至79中任一项所述的设备。
81.一种操作根据权利要求1至79中任一项所述的设备的方法。
82.一种操作根据权利要求80所述的数据中心的方法。
83.一种组装根据权利要求1至79中任一项所述的设备的方法。
84.一种使用根据权利要求1至79中任一项所述的设备处理数据的方法。
85.一种使用根据权利要求39至43、70和71中任一项所述的设备提供光学功率的方法。
CN202180034364.XA 2020-03-11 2021-03-11 光纤到芯片互连 Pending CN115698790A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/816,171 US11287585B2 (en) 2020-03-11 2020-03-11 Optical fiber-to-chip interconnection
US16/816,171 2020-03-11
PCT/US2021/021953 WO2021183792A1 (en) 2020-03-11 2021-03-11 Optical fiber-to-chip interconnection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115698790A true CN115698790A (zh) 2023-02-03

Family

ID=77664725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180034364.XA Pending CN115698790A (zh) 2020-03-11 2021-03-11 光纤到芯片互连

Country Status (5)

Country Link
US (3) US11287585B2 (zh)
EP (1) EP4118472A4 (zh)
CN (1) CN115698790A (zh)
CA (1) CA3175091A1 (zh)
WO (1) WO2021183792A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11493713B1 (en) 2018-09-19 2022-11-08 Psiquantum, Corp. Photonic quantum computer assembly having dies with specific contact configuration and matched CTE
US11422322B2 (en) * 2019-07-12 2022-08-23 Ayar Labs, Inc. Hybrid multi-wavelength source and associated methods
US11287585B2 (en) * 2020-03-11 2022-03-29 Nubis Communications, Inc. Optical fiber-to-chip interconnection
US11194109B2 (en) 2020-03-18 2021-12-07 Nubis Communications, Inc. Optical fiber cable and raceway therefor
US11916598B2 (en) * 2020-04-13 2024-02-27 Avicenatech Corp. Parallel optical communication channels using microLEDs
US11153670B1 (en) 2020-04-14 2021-10-19 Nubis Communications, Inc. Communication system employing optical frame templates
US11621795B2 (en) 2020-06-01 2023-04-04 Nubis Communications, Inc. Polarization-diversity optical power supply
US11446776B2 (en) * 2020-08-27 2022-09-20 Northrop Grumman Systems Corporation Method for assembling a hollow core optical fiber array launcher
US20220159860A1 (en) 2020-09-18 2022-05-19 Nubis Communications, Inc. Data processing systems including optical communication modules
CA3198375A1 (en) 2020-10-07 2022-04-14 Nubis Communications, Inc. Data processing systems including optical communication modules
US11901947B2 (en) 2021-04-14 2024-02-13 Nubis Communications, Inc. Communication system employing optical frame templates
US20230018654A1 (en) * 2021-06-17 2023-01-19 Nubis Communications, Inc. Communication systems having pluggable modules
US20230081747A1 (en) * 2021-09-16 2023-03-16 Cisco Technology, Inc. High density fiber interfaces for silicon photonics based integrated-optics products
US20230204879A1 (en) * 2021-12-24 2023-06-29 Intel Corporation Optical packaging using embedded-in-mold (eim) optical module integration

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK108691D0 (da) 1991-06-07 1991-06-07 Allan Goettsche Maaling af induceret dobbeltbrydning
US6327085B1 (en) 1998-03-31 2001-12-04 Nikon Corporation Optical filter and optical device provided with this optical filter
US6608671B2 (en) 1998-07-17 2003-08-19 Vertex Pharmaceuticals (San Diego) Llc Detector and screening device for ion channels
US6434291B1 (en) * 2000-04-28 2002-08-13 Confluent Photonics Corporations MEMS-based optical bench
US6587618B2 (en) 2001-03-16 2003-07-01 Corning Incorporated Collimator array and method and system for aligning optical fibers to a lens array
AU2002347569A1 (en) 2001-10-25 2003-05-06 Lambda Crossing Ltd. Polarization multiplexer/demultiplexer for optical array processors
JP2006506657A (ja) * 2002-03-14 2006-02-23 エスエーイー・マグネティクス（エイチ・ケイ）リミテッド 光ファイバーとの半導体装置の能動的光学整合のための一体化プラットホーム
US6910780B2 (en) * 2002-04-01 2005-06-28 Santur Corporation Laser and laser signal combiner
DE10238741A1 (de) * 2002-08-19 2004-03-04 Infineon Technologies Ag Planare optische Komponente und Kopplungsvorrichtung zur Kopplung von Licht zwischen einer planaren optischen Komponente und einem optischen Bauteil
JP4158588B2 (ja) 2002-09-06 2008-10-01 日立電線株式会社 導波路型光可変減衰器
CN2731475Y (zh) 2002-10-04 2005-10-05 雅马哈株式会社 微透镜阵列和具有导销插入孔的装置
JP2004246279A (ja) * 2003-02-17 2004-09-02 Seiko Epson Corp 光モジュール及びその製造方法、光通信装置、光電気混載集積回路、回路基板、電子機器
WO2006088859A2 (en) * 2005-02-16 2006-08-24 Applied Materials, Inc. Optical coupling to ic chip
US7505192B1 (en) 2006-06-05 2009-03-17 Agiltron, Inc. Optical apparatus having a compound tri-state non-reciprocal rotator
US7399125B1 (en) 2006-07-26 2008-07-15 Lockheed Martin Corporation Lens array with integrated folding mirror
US7742566B2 (en) 2007-12-07 2010-06-22 General Electric Company Multi-energy imaging system and method using optic devices
US8985865B2 (en) 2008-11-28 2015-03-24 Us Conec, Ltd. Unitary fiber optic ferrule and adapter therefor
US8090230B1 (en) 2009-02-12 2012-01-03 Compass Electro-Optical Systems Method and device for light coupling
US8047856B2 (en) 2010-02-24 2011-11-01 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Array connector for optical transceiver module
US9939560B2 (en) 2010-06-30 2018-04-10 3M Innovative Properties Company Diffuse reflective optical films with spatially selective birefringence reduction
US8488921B2 (en) 2010-07-16 2013-07-16 International Business Machines Corporation Packaged multicore fiber optical transceiver module
EP2656137B1 (en) 2010-12-21 2015-09-16 OFS Fitel, LLC Multicore collimator
US9103987B2 (en) 2010-12-29 2015-08-11 Alcatel Lucent Optical amplifier for multi-core optical fiber
EP2734914B1 (en) * 2011-07-22 2016-11-23 Rapt IP Limited Optical coupler for use in an optical touch sensitive device
US9229169B2 (en) 2011-08-16 2016-01-05 International Business Machines Corporation Lens array optical coupling to photonic chip
US8837878B2 (en) * 2011-08-24 2014-09-16 Alcatel Lucent Multi-core optical fiber coupler
US9645316B1 (en) 2011-11-29 2017-05-09 Compass Electro Optical Systems Ltd. Parallel optical interconnect
US20160377821A1 (en) 2012-03-05 2016-12-29 Nanoprecision Products, Inc. Optical connection of optical fibers to grating couplers
US10606003B2 (en) 2013-08-02 2020-03-31 Luxtera, Inc. Method and system for an optical coupler for silicon photonics devices
EP2866065A1 (en) * 2013-10-22 2015-04-29 CCS Technology, Inc. Multi-core optical fiber
US20150125110A1 (en) 2013-11-04 2015-05-07 Cisco Technology, Inc. Passively Placed Vertical Optical Connector
WO2015095169A1 (en) 2013-12-19 2015-06-25 Corning Optical Communications LLC Ferrule-core concentricity measurement systems and methods
WO2015117241A1 (en) 2014-02-05 2015-08-13 British Columbia Cancer Agency Branch Systems for optical imaging of biological tissues
JP6029115B2 (ja) * 2014-03-26 2016-11-24 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 光デバイス、光コネクタ・アセンブリおよび光接続方法
JP6446815B2 (ja) * 2014-04-08 2019-01-09 住友電気工業株式会社 光接続構造
JP6133509B2 (ja) 2014-07-11 2017-05-24 古河電気工業株式会社 曲げ光ファイバの製造方法及び曲げ光ファイバ内蔵コネクタの製造方法
US9435961B2 (en) 2014-10-15 2016-09-06 Huawei Technologies Co., Ltd. Stacked photonic chip coupler for SOI chip-fiber coupling
US9500821B2 (en) 2014-10-27 2016-11-22 Coriant Advanced Technology, LLC Photonic interface for electronic circuit
US9939598B2 (en) 2015-01-16 2018-04-10 Us Conec, Ltd. Fiber optic connector assembly, apparatus for forming a transceiver interface, and ferrule
US10976508B2 (en) 2015-01-30 2021-04-13 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Optical modules
US20160266322A1 (en) * 2015-03-12 2016-09-15 Samtec, Inc. Optical module including silicon photonics chip and coupler chip
US10246742B2 (en) 2015-05-20 2019-04-02 Quantum-Si Incorporated Pulsed laser and bioanalytic system
US9927575B2 (en) 2015-06-25 2018-03-27 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical coupling using polarization beam displacer
US9453723B1 (en) 2015-06-30 2016-09-27 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Method for testing a photonic integrated circuit including a device under test
US9594220B1 (en) 2015-09-22 2017-03-14 Corning Optical Communications LLC Optical interface device having a curved waveguide using laser writing and methods of forming
GB201516870D0 (en) 2015-09-23 2015-11-04 Roadmap Systems Ltd Optical systems
US20170139145A1 (en) 2015-10-20 2017-05-18 Kaiam Corp. Optical interconnect for switch applications
US9798084B2 (en) 2015-11-20 2017-10-24 Google Inc. Photonic chip grating couplers
JP2017134282A (ja) 2016-01-28 2017-08-03 ソニー株式会社 光コネクタ及び光伝送モジュール
RU2745381C2 (ru) 2016-03-15 2021-03-24 Нанопресижен Продактс, Инк. Оптическая юстировка оптической подсистемы по отношению к оптоэлектронному прибору
DE102016221464A1 (de) 2016-11-02 2018-05-03 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems und optisches System
US9971110B1 (en) * 2017-01-06 2018-05-15 International Business Machines Corporation Alignment mechanism of optical interconnect structure
US10551575B2 (en) 2017-08-24 2020-02-04 Juniper Networks, Inc. Optical coupler including a faraday rotator layer and at least one grating coupler
US20190312642A1 (en) 2018-04-05 2019-10-10 David Thomas Neilson Reflective optical data modulator
US11041999B2 (en) * 2018-11-21 2021-06-22 Nokia Solutions And Networks Oy Chip-to-chip optical interconnect
US20200158967A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-21 Nokia Solutions And Networks Oy Optical fiber connector coupling and package for optically interconnected chips
US10754070B2 (en) * 2018-12-05 2020-08-25 International Business Machines Corporation Microlens array assembling process
WO2021170200A1 (en) 2020-02-26 2021-09-02 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Optical coupler comprising a molded optical interposer together with a pic and 2 polarization selective elements enabling isolation and/or polarization management
US11287585B2 (en) 2020-03-11 2022-03-29 Nubis Communications, Inc. Optical fiber-to-chip interconnection
US20220291461A1 (en) 2021-03-11 2022-09-15 Nubis Communications, Inc. Optical fiber-to-chip interconnection

Also Published As

Publication number Publication date
EP4118472A1 (en) 2023-01-18
WO2021183792A9 (en) 2021-11-04
US11567273B2 (en) 2023-01-31
US20210286140A1 (en) 2021-09-16
US20230176301A1 (en) 2023-06-08
WO2021183792A1 (en) 2021-09-16
EP4118472A4 (en) 2024-04-24
US11287585B2 (en) 2022-03-29
US20220221662A1 (en) 2022-07-14
CA3175091A1 (en) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115698790A (zh) 光纤到芯片互连
US20220291461A1 (en) Optical fiber-to-chip interconnection
EP3304154B1 (en) Optical coupling using polarization beam displacer
US7031574B2 (en) Plug-in module for providing bi-directional data transmission
US20080298738A1 (en) Waveguide type wavelength domain optical switch
Kopp et al. Two-dimensional, 37-channel, high-bandwidth, ultra-dense silicon photonics optical interface
CN213659025U (zh) 一种光接收组件及光模块
US20230152537A1 (en) Optical Coupler Comprising a Molded Optical Interposer Together with a PIC and 2 Polarization Selective Elements Enabling Isolation and/or Polarization Management
US20040086214A1 (en) Optical circulator for bi-directional communication
CN104487878A (zh) 偏振分离器、偏振分离结构、光混合器和偏振分离器的制造方法
US20230094780A1 (en) Optical connector for photonic circuits
US20220404566A1 (en) Optical fiber-to-chip interconnection
EP4305477A1 (en) Optical fiber-to-chip interconnection
CN117858653A (zh) 光纤到芯片互连
US11747566B2 (en) Coupling multiple optical channels using a z-block
Tekin et al. Fibre-array optical interconnection for silicon photonics
Merget et al. Glass Molded Optical Interposers for Wafer Scale Datacom Component Packaging
Kawashima et al. 3-D PBS & 90 Optical hybrid circuit using novel planar polarization optics
WO2004104664A1 (en) Polarization device
JP2004170382A (ja) 光スペクトラム測定器および偏波状態測定器
JP2014092660A (ja) 多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置
JP5579818B2 (ja) 多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置
Lee et al. Dual-layer WDM routing for wafer-scale packaging of photonically-interconnected computing systems
Madamopoulos Optical Interconnects
Popelek et al. X-cube: an eight-port beamsplitting device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination