CN209928057U - 横电偏振器 - Google Patents

横电偏振器 Download PDF

Info

Publication number
CN209928057U
CN209928057U CN201921079764.9U CN201921079764U CN209928057U CN 209928057 U CN209928057 U CN 209928057U CN 201921079764 U CN201921079764 U CN 201921079764U CN 209928057 U CN209928057 U CN 209928057U
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
transverse electric
silicon
polarizer
plate structure
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201921079764.9U
Other languages
English (en)
Inventor
林杰
加藤正树
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.)
Inphi Corp
Original Assignee
Inphi Corp
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 Inphi Corp filed Critical Inphi Corp
Application granted granted Critical
Publication of CN209928057U publication Critical patent/CN209928057U/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • 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
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/276—Removing selected polarisation component of light, i.e. polarizers
    • 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
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12035—Materials
    • G02B2006/12061—Silicon
    • 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
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12116—Polariser; Birefringent

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

本申请涉及横电偏振器。公开了一种横电(TE)偏振器。TE偏振器包括具有二氧化硅层的绝缘体上硅衬底。TE偏振器进一步包括嵌入在二氧化硅层中的波导。此外，TE偏振器包括嵌入在二氧化硅层中的板结构，板结构以一间隙距离与波导基本平行。在实施方式中，板结构对在通过波导行进的光波中的横磁(TM)模式诱导额外的传输损失。

Description

横电偏振器
技术领域
本申请涉及一种硅-光子学设备。更具体地，本申请提供一种用于DWDM系统中的宽带通信的基于绝缘体上硅(SOI)平台的紧凑型横电(TE)偏振器、制造TE偏振器的方法、以及与TE偏振器集成的硅-光子学电路。
背景技术
在过去几十年，宽带通信网络的使用蓬勃发展。在早期的互联网，普及的应用局限于电子邮件、公告牌、以及主要的信息式与基于文本的网页冲浪，并且被传输的数据量通常相对较小。当今，互联网与移动应用要求用于传输照片、视频、音乐、以及其他多媒体文件的巨大宽带。例如，类似Facebook的社交网络每天处理500TB以上的数据。由于对数据和数据传输的这种高需求，现有数据通信系统需要进行改善来满足这些需求。
对于许多应用，包括新一代光学网络、光学互连、密集波分复用(DWDM)系统、连贯的收发器、芯片上的实验室等，大规模的光子集成电路变得非常有希望。由于其与具有卓越处理控制、低成本、以及高容量处理的成熟CMOS(互补金属氧化物半导体)技术的兼容性，基于硅的光子集成电路也已经变得非常普及。进一步地，广泛使用绝缘体上硅(SOI)作为制造各种硅-光子学设备的衬底。熟知SOI波导通常是极其偏振敏感的，因此，在偏振敏感的Si光子电路中，包括集成光学偏振器的许多偏振处理设备已经变成非常重要的部件。
例如，对于C-带或O-带中的密集波分复用(DWDM)，通过SOI衬底上的工艺中的简单与高容差制造并且易于与其他硅-光子学设备集成的紧凑型偏振器变成关键的部件。制造用于硅-光子学的偏振器的现有方案的多数工艺偏狭、复杂、尺寸敏感、或难以与其他硅-光子学设备集成。
因此，希望开发一种改善的紧凑、简单、工艺健全的TE偏振器，以易于集成到用于宽带DWDM应用的硅-光子学电路中。
实用新型内容
在实施方式中，本申请提供一种横电(TE)偏振器。TE偏振器包括具有二氧化硅层的绝缘体上硅衬底。TE偏振器进一步包括被嵌入在二氧化硅层中的波导。此外，TE偏振器包括被嵌入在二氧化硅层中的板结构，板结构以一间隙距离与波导基本平行。板结构对在通过波导行进的光波中的横磁(TM)模式诱导额外的传输损失。
进一步地，波导包括半导体特征。
进一步地，半导体特征包括硅材料。
进一步地，半导体特征包括氮化硅材料。
进一步地，板结构包括金属性特征。
进一步地，金属性特征包括氮化钛材料。
进一步地，波导包括第一长度和具有第一宽度与第一厚度的矩形形状的横截面。
进一步地，板结构包括第二长度、第二宽度、以及第二厚度，第二长度小于或等于第一长度，第二宽度大于第一宽度，并且第二厚度小于第一厚度。
进一步地，间隙距离是针对波导和板结构的给定尺寸优化的，以使得对于带中的所有波长，光波中的横磁模式的传输损失大于第一目标损失，并且对于带中的所有波长，光波中的横电模式的传输损失小于第二目标损失。
在另一可替代的实施方式中，本申请提供一种包括与DWDM系统集成的TE偏振器的硅-光子学电路。可选地，TE偏振器能够在不打破电路布局的情况下被插入到硅-光子学电路中。可选地，根据具体应用中的消光比要求，TE偏振器能够被配置成不同的长度。
附图说明
图1是根据本申请的实施方式的基于SOI平台的TE偏振器的简化横截面图。
具体实施方式
本申请涉及一种光子宽带通信设备。更具体地，本申请提供一种用于DWDM系统中的宽带通信的基于绝缘体上硅(SOI)平台的紧凑型横电(TE)偏振器、和与TE偏振器集成的硅-光子学电路。在宽带的DWDM通信应用中，基于SOI平台的TE偏振器能够被集成在硅-光子学系统中，其他应用也是可行的。
基于绝缘体上硅(SOI)的紧凑、简单、以及工艺容差TE偏振器是用于通过硅-光子学电路处理C-带或O-带中的密集波分复用(DWDM)光导的偏振敏感光学传输的关键元件。若干已有的TE偏振器产品具有各种各样的缺点。例如，基于浅蚀刻的SOI脊形波导或泄漏不必要的模式至Si衬底的设计波导的TE偏振器具有的问题在于工艺偏狭。亚波长光栅Si波导偏振器或基于混合电浆子布拉格光栅的偏振器具有非常复杂的光栅工艺。基于光子晶体的偏振器也需要光栅并且难以与其他硅-光子学电路集成。基于马赫-森德折射仪(MZR)的石墨烯辅助偏振器需要涉及额外的材料系统并且不需要与现有的基于CMOS的硅-光子学工艺非常兼容。波导弯曲偏振器与硅-光子学工艺兼容，但是对尺寸高度敏感。
本申请提供一种用于与硅-光子学电路集成的C-带或O-带中的基于SiN/Si、简单、以及健全的偏振器。除标准的CMOS工艺之外，不需要额外的工艺步骤。提供下列描述，以能够使得本领域普通技术人员制造并且使用本申请并且将其整合到具体应用的上下文中。不同应用中的各种变形、以及各种使用将易于对本领域技术人员显而易见，并且此处限定的一般原理可以应用于各种各样的实施方式。由此，本申请并不旨在局限于所提供的实施方式，而是与和此处公开的原理和新型特征一致的最宽范围符合。
图1是根据本申请的实施方式的基于SOI平台的TE偏振器的简化横截面图。如所示，提供了绝缘体上硅衬底，在绝缘体上硅衬底上，能够执行用于形成包括被嵌入在二氧化硅层中的波导的各个光子学元件的多个CMOS工艺。参考图1，二氧化硅层SiO2覆盖在硅层Si上，并且波导100形成有具有第一宽度W1和第一厚度T1的横截面矩形形状。可选地，波导100具有被嵌入在二氧化硅层SiO2内的第一长度(沿着进入横截面的方向，未示出)。可选地，第一长度可以是取决于应用的任意值。可选地，波导被制成具有半导体特征。可选地，半导体特征包括偏振敏感双折射。可选地，由硅材料提供半导体特征，即，波导100是Si波导。可选地，由氮化硅材料提供半导体特征，即，波导100是SiN波导。可选地，波导100由与CMOS工艺兼容的SOI单模式波导工艺上的标准SiN/Si制成，无需额外的波导设计。
在实施方式中，参考图1，板结构200形成有如横截面图中所示的第二宽度W2和第二厚度T2。此外，板结构200形成为以间隙距离G与波导100基本平行。可选地，板结构200通过第二长度(未明确示出)等于或小于波导100的第一长度的方式被完全嵌入在二氧化硅层中SiO2。可选地，板结构200被制造成具有金属性特征。可选地，由金属氮化物材料提供金属性特征。在实施例中，材料是氮化钛TiN。在实施方式中，CMOS铸造TiN沉淀工艺用于形成该结构。其他金属材料是用于制造板结构200的可能替代品。
在实施方式中，具有图1中所示的横截面和等于波导100的第一长度的长度的结构形成TE偏振器。TE偏振器被配置为具有第一长度的波导100，以包含具有在波导100的一端接收的主要TE模式偏振的光波并且通过距波导100为间隙距离的第二长度的板结构200来对TM模式诱导额外的损失，因此，在另一端，通过TE模式，以更高的消光比输出光波。事实上，具有半导体特征的SiN/Si单模式波导中的TM模式限制相比于TE模式较不严格。具有金属特征的TiN板结构由于消散尾对通过SiN/Si波导的光波的TM模式造成高得多的吸收损失。
在实施方式中，本申请中所公开的TE偏振器对于被集成到宽带的硅-光子学电路中在波长上基本不敏感。在不打破电路布局并且不引起工艺不兼容的情况下，其能够被插入到硅-光子学电路中。在实施方式中，图1中所示的结构能够被灵活地调节，以优化波导100和板结构200的形状和尺寸，以利用针对宽带的波长被最小化的TE模式中的传输损失实现所需的TE模式消光比。
又一方面，本公开提供一种用于包含基于SOI平台的横电偏振器的DWDM通信系统的硅-光子学电路。可选地，硅-光子学电路包括类似多路复用器或解多路复用器、偏振旋转器、偏振分裂器等的无源部件。可选地，硅-光子学电路包括耦合至用于在宽带中发送或接收光学信号的有源设备(激光或光电探测器)的类似调节器、耦合器、移相器等的部件。可选地，宽带能够是从1525nm至1565nm的C-带。可选地，宽带能够是从1270nm至1330nm的O-带。此处描述的TE偏振器能够被优化为使得：对于O-带中的所有波长，光波中的横磁(TM)模式的传输损失大于第一目标损失，并且对于带中的所有波长，光波中的横电(TE)模式的传输损失小于第二目标损失。可选地，对于从1270nm至1330nm的O-带中的所有波长，从5dB、7dB、10dB、以及12dB中的一个选择第一目标损失，并且对于O-带中的所有波长，从2dB、1.5dB、1dB、0.5dB中的一个选择第二目标损失。可选地，在不打破电路布局的情况下，TE偏振器能够被插入到硅-光子学电路中。可选地，根据具体应用中的消光比要求，TE偏振器能够被配置成不同的长度。

Claims (9)

1.一种横电偏振器，其特征在于，包括：
绝缘体上硅衬底，具有二氧化硅层；
波导，嵌入在所述二氧化硅层中；
板结构，嵌入在所述二氧化硅层中，所述板结构以一间隙距离与所述波导平行，并且所述板结构对在通过所述波导行进的光波中的横磁模式诱导额外的传输损失。
2.根据权利要求1所述的横电偏振器，其特征在于，所述波导包括半导体特征。
3.根据权利要求2所述的横电偏振器，其特征在于，所述半导体特征包括硅材料。
4.根据权利要求2所述的横电偏振器，其特征在于，所述半导体特征包括氮化硅材料。
5.根据权利要求1所述的横电偏振器，其特征在于，所述板结构包括金属性特征。
6.根据权利要求5所述的横电偏振器，其特征在于，所述金属性特征包括氮化钛材料。
7.根据权利要求1所述的横电偏振器，其特征在于，所述波导包括第一长度和具有第一宽度与第一厚度的矩形形状的横截面。
8.根据权利要求7所述的横电偏振器，其特征在于，所述板结构包括第二长度、第二宽度、以及第二厚度，所述第二长度小于或等于所述第一长度，所述第二宽度大于所述第一宽度，并且所述第二厚度小于所述第一厚度。
9.根据权利要求7所述的横电偏振器，其特征在于，所述间隙距离是针对所述波导和所述板结构的给定尺寸优化的，以使得对于带中的所有波长，所述光波中的横磁模式的传输损失大于第一目标损失，并且对于所述带中的所有波长，所述光波中的横电模式的传输损失小于第二目标损失。
CN201921079764.9U 2018-07-11 2019-07-10 横电偏振器 Expired - Fee Related CN209928057U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/033,074 2018-07-11
US16/033,074 US10310185B1 (en) 2018-07-11 2018-07-11 TE polarizer based on SOI platform

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN209928057U true CN209928057U (zh) 2020-01-10

Family

ID=66673497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201921079764.9U Expired - Fee Related CN209928057U (zh) 2018-07-11 2019-07-10 横电偏振器

Country Status (2)

Country Link
US (4) US10310185B1 (zh)
CN (1) CN209928057U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111736260A (zh) * 2020-07-03 2020-10-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种偏振器件及其制备方法
CN113835242A (zh) * 2021-09-22 2021-12-24 北京大学 起偏器、起偏器制备方法及光纤陀螺仪

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10310185B1 (en) * 2018-07-11 2019-06-04 Inphi Corporation TE polarizer based on SOI platform
DE112021002556T5 (de) 2020-05-01 2023-03-02 Analog Photonics LLC Integrierte polarisationsdrehung und -teilung mit hilfe von modenhybridisierung zwischen mehrfachkernstrukturen
US12085758B1 (en) * 2022-04-29 2024-09-10 Lockheed Martin Corporation Twist feed radio frequency polarizer

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2626082B1 (fr) * 1988-01-14 1991-10-18 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'optique integree permettant de separer les composantes polarisees d'un champ electromagnetique guide et procede de realisation du dispositif
GB2318647B (en) * 1997-08-30 1998-09-09 Bookham Technology Ltd Integrated optical polariser
US7283694B2 (en) * 2001-10-09 2007-10-16 Infinera Corporation Transmitter photonic integrated circuits (TxPIC) and optical transport networks employing TxPICs
KR20130031597A (ko) * 2011-09-21 2013-03-29 한국전자통신연구원 편광기
US8923665B2 (en) * 2013-03-15 2014-12-30 International Business Machines Corporation Material structures for front-end of the line integration of optical polarization splitters and rotators
EP2924482B1 (en) * 2014-03-26 2017-12-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Polarisation mode converter with an asymmetric silicon nitride waveguide
US10310185B1 (en) * 2018-07-11 2019-06-04 Inphi Corporation TE polarizer based on SOI platform

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111736260A (zh) * 2020-07-03 2020-10-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种偏振器件及其制备方法
CN111736260B (zh) * 2020-07-03 2021-11-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种偏振器件及其制备方法
CN113835242A (zh) * 2021-09-22 2021-12-24 北京大学 起偏器、起偏器制备方法及光纤陀螺仪
CN113835242B (zh) * 2021-09-22 2024-08-09 北京大学 起偏器、起偏器制备方法及光纤陀螺仪

Also Published As

Publication number Publication date
US11099327B2 (en) 2021-08-24
US10310185B1 (en) 2019-06-04
US10627574B2 (en) 2020-04-21
US20200264373A1 (en) 2020-08-20
US20200018903A1 (en) 2020-01-16
US20210364701A1 (en) 2021-11-25
US11662521B2 (en) 2023-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN209928057U (zh) 横电偏振器
Mashanovich et al. Silicon photonic waveguides and devices for near-and mid-IR applications
Jalali et al. Advances in silicon-on-insulator optoelectronics
US8649639B2 (en) Method and system for waveguide mode filters
US20150078702A1 (en) System and Method for an Optical Phase Shifter
Feng et al. Fabrication insensitive echelle grating in silicon-on-insulator platform
US11002913B2 (en) Optical dispersion compensator on silicon
US10142032B2 (en) Temperature insensitive delay line interferometer
CN110780381A (zh) 非对称三波导结构的偏振分束器及其制备方法
Saber et al. Integrated polarisation handling devices
US20210116726A1 (en) Dual-slab-layer low-loss silicon optical modulator
CN112526675B (zh) 一种基于模式混合原理的w型硅基槽式片上偏振旋转器
US10126629B1 (en) Optical dispersion compensator on silicon
CN215067407U (zh) 基于soi平台的光分束器
Cheben et al. Polarization compensation in silicon-on-insulator arrayed waveguide grating devices
US11333830B2 (en) Silicon-based polarization beam splitter
Oguma et al. Compactly folded waveguide-type interleave filter with stabilized couplers
Kamei et al. 50-ghz-spacing athermal mach–zehnder interferometer-synchronized arrayed-waveguide grating with improved temperature insensitivity
Giuntoni et al. Integrated dispersion compensator based on SOI tapered gratings
GB2370372A (en) Coupled optical waveguide system with grating and stress controlling layer
Fu et al. Experimental Demonstration of a Horseshoe-shaped 16-channel Arrayed Waveguide Grating (De) multiplexer
Molina-Fernandez et al. New concepts in silicon component design using subwavelength structures
Luff et al. Silicon photonic filters for high speed data transmission applications
Van Thourhout et al. Functional silicon wire waveguides
Kohtoku Low-loss compact silica-based AWG using deep ridge waveguide

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200110

Termination date: 20200710

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee