CN1308730A - 提供衰减的集成光学器件 - Google Patents
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Abstract
本申请说明了在集成光学器件的光透射层的边缘附加锯齿形。这使得被散射的背景光从器件中耦合出去,从而改进信噪比。
Description
本发明涉及一种在光学回路中使用的如集成硅波导的集成光学器件。
集成光学器件可包括在硅片的上表面形成的硅波导。图1显示了这样的一种结构，其中在硅层12上形成肋形波导10。硅层12是绝缘硅片，已在硅片16内硅氧层14之上外延生长。为了保护的目的，将全部的波导用硅氧层18涂布。结果是光在波导10之内传播。
光能量的实际分布事实上是在区域20的内部。这种分布是在直立的肋形波导10内延伸，但主要在硅层(SOI层)12内延伸，并且事实上在肋形波导10的两边稍有延伸。
一些杂散光不可避免地从波导中丢失。这些丢失的杂散光一般在SOI层12的内部传播，通过内部反射保留在其中。最终，这些杂散光可能被反射到基片上的光电二极管接收器，因而增加了信号的串扰，由此整体上增加了器件的串扰信号，并减低了信噪比。该器件的性能可以通过消除这样的杂散光而得到改进。
已经公知的是在SOI层内提供局部的掺杂区域。这些区域作为杂散光的吸收区域，然后使其以热的形式消散。
本发明提供了一种集成光学组件，包括光透射层，以及沿其边缘形成的具有至少一个锯齿形的层。
这样的锯齿将给内部反射的光提供交替角度，减少垂直反射。对于杂散光锯齿形还产生多重反射，其中至少有一些将会损耗。这些作用将减少回到器件活性区的散射光的比例。
清楚的是，最好沿着光透射层的边缘有多数这样的锯齿。有可能设计这样的层，使得大部分散射光被更少数目的设置合适的锯齿形捕获。但优选的是该层基本上所有的边缘都含有锯齿形。这些锯齿形可以是基本上均匀的。但是，在特殊的设计中可能优选不均匀分布的锯齿形，例如以变化的角度分布。
由于锯齿会聚边形成的对角减少，入射光束在锯齿形中被捕获的可能性因而增加。在这样的捕获中，光束将经受多重反射，所有的这些反射会导致一定的衰减。由此，优选的是使该角度最小化，此后该角度被称为α。优选的最大值是光透射层材料的内部反射临界角(此后称为θc)的两倍。当α小于该角时，任何得以反射到锯齿形内部的光束必须引导到尖端，连续反射的入射角降低。最终，入射角可能降至足以使近似全折射发生，将光束从透射层中耦合消去。
光透过层的常用材料是硅，一般以绝缘硅片的形式存在。典型的绝缘体是二氧化硅。硅的反射系数是约3.5，临界角为约17°(忽略二氧化硅任何保护层的作用)。
本发明的实施例将参考附图以实例的方式描述，其中：
图1是SOI波导结构的透视图；
图2是本发明第一实施例的透视图；
图3是图2实施例的顶视图；
图4是图3沿IV-IV的断面图；
图5是本发明第二实施例的顶视图；
图6是本发明第三实施例的顶视图；
图7和8说明了本发明的操作方式。
图1已经描述过，因此在此不进一步再描述。
图2，3和4显示了本发明的第一实施例。硅片16包括硅氧绝缘层14，在其上是取向延伸的硅透射层12。为了清楚起见，硅氧保护层18没有示出。在硅透射层12的边缘，提供了许多锯齿形22。这些锯齿形可以通过合适的掩模蚀刻硅层的上部直接形成。
图3显示了锯齿形的会聚边形成的角，标为α。
图5显示了α角大大减少的第二实例。其优点将在以下的描述中显而易见。
图6显示了第三实施例，其中锯齿形是圆形的，但仍然沿着大概直的部分相对形成角α。虽然这种排列很可能具有略微减小的有效性，但是它更易于制造。
图7说明了本发明被认为的工作原理。需要考虑的是单一锯齿22和入射的散射光束24，原则上达到任意的角度。这将使入射角θ与锯齿形22的一边形成一个角度，并且该光束在锯齿形的边缘被内部反射。然后光束以θ-α的角度与锯齿的对边相遇，即，大大小于入射的原始角度。在图7所示的情况中，入射角θ-α比临界角度小，因此光束24相当大的部分通过折射逸出。因而，在透射层内传播的光的反射部分的能量被强烈地衰减。
一些入射角可能导致两边的全内反射，并且仍将被反射回透射层中。但是，这些入射角很可能在基片更深的边缘基本被折射出去，尤其是当基片边缘是不垂直的，或锯齿形不都如图3，5和8所示的基本上平行。
图8显示了减小α的优点。入射光束24仍在锯齿22的第一边缘处被内部反射。由于在更大的掠射角处铸造第一边缘，因而θ增大，α变小，θ-α很可能保持在临界角以上。但是，这种情况的几何学表明下一个连续反射离开仍然导向锯齿22尖端的光束24。反射继续时，θ-nα将最终变得小于临界角。进一步的多重反射变得更容易丢失。因此大部分光束可能最终从锯齿中耦合出去，但那时光束已经历了若干有损耗的反射，使得光保持在透射层之内，并且发射到器件组件的光束将被强烈地衰减。
因此，通过本发明，一束杂散光在其相遇的每一个切边经受多重反射。经受这种反射以及(尤其)折射过程时将组合衰减作用，得到高的总衰减量。
Claims (10)
1.一种集成光学组件，包括一种光透射层，以及沿其边缘形成的具有至少一个锯齿形的层，因而产生光的多重内反射，并由此衰减。
2.如权利要求1的集成光学组件，其中沿着光透射层的边缘有多个这样的锯齿。
3.如权利要求2的集成光学组件，其中基本上层的所有边缘都含有锯齿。
4.如权利要求2或3的集成光学组件，其中锯齿基本上是均匀的。
5.如权利要求2-4任一权利要求之一的集成光学组件，其中锯齿是非均匀排列的。
6.如权利要求5的集成光学组件，其中锯齿以变化的角度排列。
7.如前述任一权利要求的集成光学组件，其中由锯齿的会聚边相对形成的角度(α)，小于两倍的光透射层材料的内反射临界角。
8.如前述任一权利要求的集成光学组件，其中透射层是硅的。
9.如权利要求8的集成光学组件是一种绝缘硅器件。
10.一种基本上的任何一个这里所描述的参照附图2-8和/或在附图2-8中说明的集成光学组件。
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