DE112018006281T5

DE112018006281T5 - Adiabatisch gekoppelte photonische systeme mit vertikal abgeschrägten wellenleitern

Info

Publication number: DE112018006281T5
Application number: DE112018006281.3T
Authority: DE
Inventors: Daniel Mahgerefteh; Jin-hyoung LEE; Bernd Huebner
Original assignee: Finisar Corp
Current assignee: Finisar Corp
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN111566527A; CN111566527B; US10802214B2; DE112018006281B4; CN115712170A; US20190170941A1; GB202008602D0; GB2582498B; GB2582498A; WO2019113369A1

Abstract

In einem Beispiel umfassen ein photonisches System und Verfahren eine photonische integrierte Schaltung (PIC) mit einem Silizium-(Si)-Wellenleiter und einem ersten Siliziumnitrid-(SiN)-Wellenleiter. Das System enthält auch einen Interposer, der einen zweiten SiN-Wellenleiter mit vertikalen Abschrägungen auf dem zweiten SiN-Wellenleiter enthält, indem die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters in Richtung des ersten SiN-Wellenleiters vergrößert wird, um einen adiabatischen optischen Modentransfer zu ermöglichen, und die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters in Richtung weg vom ersten SiN-Wellenleiter verringert wird, um den optischen Modentransfer zu unterbinden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/595,463 , die am 6. Dezember 2017 eingereicht wurde und durch Verweis in diese Anmeldung aufgenommen wird.
FELD
Die hier diskutierten Ausführungsformen beziehen sich auf mehrstufige adiabatisch gekoppelte photonische Systeme.
HINTERGRUND
Sofern hierin nicht anders angegeben, sind die hier beschriebenen Dokumente nicht Stand der Technik hinsichtlich der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung und werden nicht durch Aufnahme in diesen Abschnitt als Stand der Technik anerkannt.
Eine gängige Lösung zur Ein- oder Auskopplung von Licht in eine oder aus einer photonischen integrierten Schaltung (PIC) aus Silizium (Si) umfasst einen Planar- oder Kantenkoppler. Kantenkopplung von einer Kante der Si-PIC kann eingesetzt werden, um Licht in die Si-PIC einzukoppeln oder aus ihm auszukoppeln. Die Kantenkopplung kann jedoch Komponentenprofile erfordern, die aufgrund von Fertigungstoleranzen anfällig für Schwankungen sind, was zu inakzeptablen Effizienzen führen kann.
Der hier beanspruchte Gegenstand ist nicht auf Ausführungen beschränkt, die etwaige Nachteile beheben oder die nur in Umgebungen wie den oben beschriebenen funktionieren. Vielmehr soll dieser Hintergrund nur einen beispielhaften Technologiebereich veranschaulichen, in dem einige der hier beschriebenen Ausführungen angewendet werden können.
KURZDARSTELLUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORM
Diese Kurzdarstellung soll in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorstellen, die weiter unten in der Detailbeschreibung näher beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung dient weder dazu, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Eigenschaften des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, noch ist sie als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands gedacht.
Einige hier beschriebene beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf zweistufige adiabatisch gekoppelte photonische Systeme.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein photonisches System eine photonische integrierte Schaltung (PIC) mit einem Silizium-(Si)-Wellenleiter und einem ersten Siliziumnitrid-(SiN)-Wellenleiter. Das photonische System kann ferner einen Interposer mit einem zweiten SiN-Wellenleiter mit vertikalen Abschrägungen auf dem zweiten SiN-Wellenleiter enthalten, indem die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters in einer Richtung zum ersten SiN-Wellenleiter hin erhöht wird, um einen optischen Modentransfer zu ermöglichen, und die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters in einer Richtung weg vom ersten SiN-Wellenleiter verringert wird, um den optischen Modentransfer zu unterbinden.
Der Si-Wellenleiter kann eine zweite laterale Abschrägung aufweisen, um einen optischen Modentransfer vom Si-Wellenleiter zum ersten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen. Außerdem kann der erste SiN-Wellenleiter eine erste laterale Abschrägung aufweisen, um einen optischen Modentransfer vom ersten SiN-Wellenleiter zum zweiten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen. Die vertikale Abschrägung am zweiten SiN-Wellenleiter des Interposers kann vom ersten SiN-Wellenleiter der PIC weg in der Dicke abnehmen, um einen optischen Modentransfer vom ersten SiN-Wellenleiter zum zweiten SiN-Wellenleiter zu unterbinden.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein photonisches System einen Silizium (Si)-Wellenleiter mit einer ersten lateralen Abschrägung an einem Endabschnitt umfassen, wobei der Si-Wellenleiter derart konfiguriert ist, dass ein optisches Signal in einer optischen Mode propagiert. Das System kann auch einen ersten Siliziumnitrid (SiN)-Wellenleiter mit einem nicht abgeschrägten Abschnitt aufweisen, der konfiguriert ist, mit dem optischen Signal von der lateralen Abschrägung des Si-Wellenleiters adiabatisch optisch zu koppeln, wobei der erste SiN-Wellenleiter ferner eine zweite laterale Abschrägung an einem Endabschnitt aufweist. Das System kann ferner einen zweiten SiN-Wellenleiter mit einer ersten vertikalen Abschrägung enthalten, um die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters zu erhöhen, der konfiguriert ist, das optische Signal vom ersten SiN-Wellenleiter adiabatisch optisch in den zweiten SiN-Wellenleiter einzukoppeln, wobei der zweite SiN-Wellenleiter ferner eine zweite vertikale Abschrägung aufweist, um die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters zu verringern und eine optische Kopplung mit dem ersten SiN-Wellenleiter zu unterbinden.
Das System kann noch einen dritten SiN-Wellenleiter enthalten, der konfiguriert ist, das Signal des zweiten SiN-Wellenleiters optisch zu koppeln. Außerdem können der Si-Wellenleiter und der erste SiN-Wellenleiter als Teil einer photonischen integrierten Schaltung (PIC) und der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Teil eines Interposers zur Kopplung mit der PIC konfiguriert sein. Außerdem können der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter Abschnitte enthalten, die konfiguriert sind, einen Niederkontrast für die Faserkopplung des optischen Signals in eine Faser aufzuweisen. Der zweite SiN-Wellenleiter kann vertikal zwischen einer Dicke von etwa 20 nm und etwa 250 nm abgeschrägt sein. Der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter können durch einen Abstand von etwa 1 µm getrennt sein.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren ein Propagieren eines optischen Signals in einem Silizium (Si)-Wellenleiter mit einem ersten lateral abgeschrägten Ende. Außerdem kann das Verfahren ein erstes optisches Koppeln des optischen Signals vom ersten lateral abgeschrägten Ende des Si-Wellenleiters in einen ersten Siliziumnitrid (SiN)-Wellenleiter mit einem zweiten lateral abgeschrägten Ende umfassen. Ferner kann das Verfahren als Reaktion darauf, dass der zweite SiN-Wellenleiter in der Nähe des zweiten lateral abgeschrägten Endes des ersten SiN-Wellenleiters vertikal auf eine erhöhte Dicke abgeschrägt ist, ein zweites optisches Koppeln des optischen Signals von dem zweiten lateral abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters in einen dritten SiN-Wellenleiter umfassen.
Darüber hinaus kann das Verfahren ein drittes optisches Koppeln des optischen Signals von dem zweiten SiN-Wellenleiter in einen dritten SiN-Wellenleiter umfassen, als Reaktion darauf, dass der zweite SiN-Wellenleiter vertikal weg vom ersten SiN-Wellenleiter auf eine verringerte Dicke abgeschrägt ist. Außerdem können der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter einen Hochkontrast aufweisen, wobei der zweite SiN-Wellenleiter eine Dicke von etwa 250 nm und der dritte SiN-Wellenleiter eine Dicke von etwa 20 nm aufweisen und durch einen Abstand von etwa 1 µm getrennt sind.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und sind zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch die Anwendung der Erfindung erlernt werden. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der Instrumente und Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen besonders hervorgehoben werden, realisiert und erzielt werden. Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen vollständiger hervorgehen oder können durch die Anwendung der Erfindung erlernt werden, wie nachstehend dargelegt.
Figurenliste
Zur weiteren Verdeutlichung des Vorstehenden und anderer Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung gegeben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es wird allgemein anerkannt, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs anzusehen sind. Die Erfindung wird durch die Verwendung der beigefügten Zeichnungen mit zusätzlichen Einzelheiten und Details beschrieben und erläutert.

ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen optoelektronischen Systems (im Folgenden „System“).
ist eine Seitenansicht eines exemplarischen zweistufigen adiabatisch gekoppelten photonischen Systems (im Folgenden „photonisches System“) aus .
bis enthalten verschiedene Ansichten von Abschnitten des photonischen Systems der und .
enthält grafische Darstellungen der simulierten Lichtmoden im Interposer-Wellenleiterstreifen.
Die zeigen Darstellungen der Moden und effektiven Indizes, die in einer Abschrägung eines Wellenleiters auftreten.
veranschaulicht die Länge der Abschrägungen im Vergleich zur Kopplungseffizienz für Wellenleiter im System.
veranschaulicht die Auswirkung der Spitzengröße eines ersten SiN-Wellenleiters in Bezug auf den Kopplungsverlust mit einem zweiten SiN-Wellenleiter in einem System.
enthält eine Ansicht von Abschnitten des photonischen Systems der und , in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform.
veranschaulicht einen Bondingprozess für die Kopplung eines Interposers an eine PIC.
veranschaulicht eine Methode zur Kopplung eines optischen Signals von einer PIC in eine Einmodenfaser (SMF).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einige hier beschriebene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf die adiabatische Kopplung von Licht von einem Silizium (Si)-Wellenleiter in einen zwischengeschalteten Siliziumnitrid (Si_xN_y, hier allgemein als SiN bezeichnet) Wellenleiter und dann vom SiN-Wellenleiter in einen Interposer-Wellenleiter (z.B. Polymer- oder Hochindex-Glas-Wellenleiter) oder umgekehrt. Zur besseren Übersichtlichkeit wird in der folgenden Diskussion die adiabatische Kopplung oft im Zusammenhang mit einer einzelnen Si-Wellenleiter-in-SiN-Wellenleiter-in-Interposer-Wellenleiter-Kopplung diskutiert, wobei davon ausgegangen wird, dass mehrere solcher Kopplungen in einem spezifischen System enthalten sein können.
Der Si-Wellenleiter kann eine erste optische Modenausdehnung haben, ein erster SiN-Wellenleiter kann eine zweite optische Modenausdehnung haben, die wesentlich größer als die erste optische Modenausdehnung ist, und ein Interposer-Wellenleiter kann eine dritte optische Modenausdehnung haben, die wesentlich größer als die zweite Modenausdehnung ist. Beispielsweise kann die erste optische Modenausdehnung etwa 0,3 µm betragen oder in einem Bereich zwischen 0,25 µm und 0,5 µm liegen; die zweite optische Modenausdehnung kann etwa 1 µm betragen oder in einem Bereich zwischen 0,7 µm und 3 µm liegen; und die dritte optische Modenausdehnung kann etwa 10 µm betragen oder in einem Bereich zwischen 8 µm und 12 µm liegen. Die dritte optische Modenausdehnung kann einer optischen Modenausdehnung einer Standard-Einmoden-Lichtleitfaser im Wesentlichen ähnlich sein. Beispielsweise kann eine Standard-Einmoden-Lichtleitfaser eine optische Modenausdehnung von etwa 10 µm haben, was im Wesentlichen der dritten optischen Modenausdehnung entspricht.
Der Si-Wellenleiter kann auf eine Breite von etwa 80 Nanometern (nm) invers abgeschrägt werden, um eine Ausdehnung der Lichtmode zu erhöhen und diese sich bis in einen Mantel des Si-Wellenleiters erstrecken zu lassen. Der erste SiN-Wellenleiter kann auf einer photonischen integrierten Schaltung (PIC) aus Silizium hergestellt werden, die den Si-Wellenleiter enthält. Der erste SiN-Wellenleiter kann das Licht aus der inversen Si-Abschrägung empfangen. Ähnlich wie der Si-Wellenleiter kann der erste SiN-Wellenleiter auf eine Breite von 80-300 nm invers abgeschrägt sein. Die Interposer-Wellenleiter, einschließlich des zweiten und dritten SiN-Wellenleiters, mit einem Kern von etwa 1 µm können in engen optischen Kontakt mit dem ersten SiN-Wellenleiter angeordnet sein. Licht aus der inversen Abschrägung des Si-Wellenleiters kann adiabatisch in Schritten entlang der Propagationsrichtung in den ersten SiN-Wellenleiter und dann in den Interposer, einschließlich des zweiten und dritten SiN-Wellenleiters, eingekoppelt und vollständig oder im Wesentlichen vollständig in diesen überführt werden. Die Interposer-Wellenleiter können auf einem getrennten starren oder flexiblen Substrat verarbeitet und mit dem ersten SiN-Wellenleiter mit verschiedenen Techniken, einschließlich der thermo-mechanischen Befestigung, oder mit Hilfe eines Indexanpassungs-Klebstoffs befestigt werden. Die Si-PIC kann Modulatoren, Wellenleiter, Detektoren, Koppler und andere optische Komponenten in einem Si-auf-Isolator- (z.B. Silizium auf Siliziumdioxid (SiO₂) Boxschicht) auf-Si-Substrat enthalten. Eine integrierte Schaltung (IC) kann (z.B. durch eine Kupfersäule) auf der Si-PIC auf einem Abschnitt der Si-PIC flip-chip-gebondet werden, der von einem Kopplungsbereich entfernt ist, in dem sich der erste SiN-Wellenleiter und der Interposer mit dem zweiten und dritten SiN-Wellenleiter befinden können. Die Interposer-Wellenleiter können in einem Interposer enthalten sein, der transparent sein und / oder Ausrichtungsmarkierungen aufweisen kann, um die optische Ausrichtung des ersten SiN-Wellenleiters auf der Si-PIC mit den Interposer-Wellenleitern auf dem Interposer zu erleichtern. Die Interposer-Wellenleiter einschließlich des zweiten und dritten SiN-Wellenleiters und des ersten SiN-Wellenleiters können entweder passiv oder aktiv ausgerichtet werden.
Der erste SiN-Wellenleiter kann in einem Herstellungsprozess der Si-PICs bereitgestellt werden, dem ein SiN/SiO₂-Schichtabschnitt für Kopplung und passive Funktionen hinzugefügt wird. Eine Standard-Si-Photonenstapelschicht hat ein Si-Substrat, eine SiO₂-Oxidschicht (als BOX oder SiO₂-Box bezeichnet) und eine Si-Wellenleiterschicht, in der Si-Wellenleiter von einem SiO₂-Mantel umgeben sind, um das Licht einzuschließen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen können diesem Standardstapel eine erste SiN-Schicht für zweistufige Kopplung und wahlweise passive optische Funktionen hinzufügen. Die erste SiN-Schicht weist Bereiche von SiN-Kernwellenleitern auf, die von einer SiO₂-Ummantelung umgeben sind, um das Licht einzuschließen. SiN hat einen mittleren Brechungsindex zwischen den Brechungsindizes von Si und Kunststoff und ermöglicht so eine effiziente adiabatische Kopplung zwischen den beiden Schichten mit Abschrägungsbreiten, die innerhalb der kritischen Abmessungen einiger Standard-CMOS-Fabrikate (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) liegen. Der geringe Verlust von SiN und der geringere Kern-Mantel-Indexunterschied von SiN relativ zum SiO₂-Mantel im Vergleich zu Si und SiO₂ ermöglicht die Herstellung passiver Komponenten mit besserer Leistung. Zum Beispiel haben Wellenlängenmultiplexer (WDM mux) und Demultiplexer (WDM demux) in SiN eine höhere Kanalisolierung als in Si. Darüber hinaus haben passive Komponenten in SiN relativ zu Si einen 5-mal geringeren Drift der Spitzenwellenlängen mit der Temperatur.
In einigen Ausführungsformen können Sende- (TX) und Empfangs- (RX) Si-Wellenleiter auf der Si-PIC in einer Ebene liegen oder an einer planaren Schnittstelle der Si-PIC zugänglich sein, wohingegen ein MT-Verbinder für parallele Einmodefasern gemäß des Multisource-Agreements (MSA) Konfigurationen aufweisen kann, bei denen ein TX-Array in einer Reihe und ein RX-Array in einer darunter liegenden Reihe vorliegt. Es ist auch möglich, dass sowohl TX als auch RX in der gleichen Reihe aber getrennt voneinander sind. Zu den hier beschriebenen Ausführungsformen gehört ein Interposer, der den ersten SiN-Wellenleiter mit Ein-/Ausgängen in einer Ebene der Si-PIC verbinden und zum Beispiel für einen MT-Verbinder zwei vertikal getrennte Reihen von Ein-/Ausgängen bereitstellen kann.
In einigen Ausführungsformen können Wellenlängenmultiplexing oder andere passive optische Funktionen in dieselbe SiN/SiO₂-Schicht integriert werden, in der der erste SiN-Wellenleiter ausgebildet ist. Eine Verwendung der SiN/SiCh-Schicht kann im Vergleich zur Implementierung solcher optischen Funktionen in anderen Schichten und / oder Materialien insofern vorteilhaft sein, als sie einen geringeren Verlust, eine bessere Kanalisolierung aufgrund geringerer Verluste in SiN und einen geringeren Indexunterschied zwischen Kern und Mantel bietet.
Einige der hier beschriebenen Ausführungsformen können über einen Betriebsbereich wellenlängenunabhängig sein. Beispielsweise können einige der hier beschriebenen Ausführungsformen über einen Betriebsbereich von 1310 nm nach den üblichen LR-Standards (Long-Reach) wellenlängenunabhängig sein, während Oberflächengitterkoppler ein relativ schmales Durchlassband von 20-30 nm haben können.
In einigen Ausführungsformen kann Licht, das vom Si-Wellenleiter zum ersten SiN-Wellenleiter und weiter zum Interposer einschließlich des zweiten und dritten SiN-Wellenleiters propagiert, vom Si-Wellenleiter nach unten zum ersten SiN-Wellenleiter und dann nach oben zum Interposer einschließlich des zweiten und dritten SiN-Wellenleiters gehen, wo es dann in eine optische Faser oder dergleichen eingekoppelt werden kann, oder das Licht kann auf dem umgekehrten Weg propagieren. In diesen und anderen Ausführungsformen können die Interposer-Wellenleiter Kunststoff- oder Hochindex-Glaswellenleiter mit einem ähnlichen Brechungsindex des Mantels nahe 1,5 umfassen.
In der anschließenden Diskussion werden zahlreiche Ausführungsformen offenbart. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, es sei denn, der Zusammenhang gebietet etwas anderes. Zum Beispiel kann ein Abschnitt oder eine Gesamtheit einer oder mehrerer Ausführungsformen mit einem Teil oder einer Gesamtheit einer oder mehrerer anderer Ausführungsformen kombiniert werden, es sei denn, der Zusammenhang gebietet etwas anderes.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, um verschiedene Aspekte von exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben. Es ist zu beachten, dass es sich bei den Zeichnungen um diagrammatische und schematische Darstellungen solcher exemplarischen Ausführungsformen handelt, die weder eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung darstellen, noch notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind.
ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen optoelektronischen Systems 100 (im Folgenden „System 100“), das entsprechend mindestens einer hier beschriebenen Ausführungsform ausgestaltet ist. Wie dargestellt, enthält das System 100 eine Si-PIC 102, einen Interposer 104, einen dreidimensionalen (3D) Stapelbereich 106 und eine flip-chip-gebondete integrierten Schaltung (IC) 108. Die Si-PIC 102 und der Interposer 104 bilden zusammen ein zweistufiges, adiabatisch gekoppeltes photonisches System 200 (nachfolgend „photonisches System 200“).
Im Allgemeinen kann die Si-PIC 102 ein oder mehrere optische Elemente, wie z.B. einen Modulator, einen Wellenleiter, einen Koppler oder andere optische Elemente in einem Si-auf-Isolator-Substrat enthalten.
Im Allgemeinen kann die 3D-Stapelregion 106 elektrische Verbindungen zu einer oder mehreren aktiven optischen Komponenten der Si-PIC 102 bereitstellen. Dementsprechend kann der 3D-Stapelbereich 106 z.B. metallbeschichtete Säulen, Leiterbahnen und / oder Kontakte sowie isolierendes Dielektrikum und / oder andere Materialien und Elemente enthalten.
Im Allgemeinen kann der Flip-Chip-gebundene IC 108 eine oder mehrere aktive und / oder passive elektrische Vorrichtungen enthalten, die über den 3D-Stapelbereich 106 mit einer oder mehreren aktiven optischen Komponenten der Si-PIC 102 kommunikativ gekoppelt werden können.
Der Interposer 104 kann mechanisch mit der Si-PIC 102 gekoppelt oder durch Schichtabscheidung mit der Si-PIC 102 integral ausgebildet sein. Ein Interposer-SiN-Wellenleiter des Interposers 104 und ein SiN-Wellenleiter und Si-Wellenleiter der Si-PIC 102 können konfiguriert sein, Licht adiabatisch in die Si-PIC 102 ein- oder aus diesem auszukoppeln. Wie hier beschrieben, kann Licht mit einem Transfer-Wechselwirkungsbereich, welcher hier manchmal als adiabatischer Kopplungsbereich bezeichnet wird, adiabatisch von einer optischen Komponente oder Vorrichtung, hier „Initial“-Wellenleiter, in einen anderen, hier „Final“-Wellenleiter, eingekoppelt werden. Zur Übertragung optischer Leistung vom Initial-Wellenleiter zum Final-Wellenleiter werden eine oder mehrere optische Eigenschaften von einem oder beiden der Initial- und Final-Wellenleiter, wie Breite, Höhe, effektiver Brechungsindex usw. entlang der optischen Achse variiert. Dabei bilden der Initial- und der Final-Wellenleiter ein einzelnes System innerhalb des Transfer-Wechselwirkungsbereichs und das Licht bleibt in einer einzigen Mode des gemeinsamen Systems, während es physikalisch vom Initial-Wellenleiter zum Final-Wellenleiter transferiert wird. Der Initial- und der Final-Wellenleiter können jeweils dem Si-Wellenleiter und dem SiN-Wellenleiter oder umgekehrt entsprechen. Alternativ oder zusätzlich können die Initial- und Final-Wellenleiter jeweils dem SiN-Wellenleiter und dem Interposer-Wellenleiter oder umgekehrt entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann man sprechen, dass zwei Komponenten adiabatisch miteinander gekoppelt sind, wenn die beiden Komponenten wie hier beschrieben derart konfiguriert sind, dass sie ein adiabatisches Kopplungsgebiet bilden.
Darüber hinaus wird hier mit „Licht“ allgemein elektromagnetische Strahlung jeder geeigneten Wellenlänge bezeichnet und kann z.B. Licht mit Wellenlängen von etwa 800 bis 900 nm, 1200 bis 1360 nm, 1360 bis 1460 nm, 1530 bis 1565 nm oder anderen geeigneten Wellenlängen umfassen. Licht kann darüber hinaus eine TE- oder TM-Polarisation aufweisen.
Bei diesen und anderen Ausführungen kann der SiN-Wellenleiter in der Si-PIC 102 an dem SiN-Wellenleiter im Interposer 104 ausgerichtet und mit diesem optisch gekoppelt werden. Zusätzlich kann der Interposer-Wellenleiter im Interposer 104 an dem SiN-Wellenleiter in der Si-PIC 102 ausgerichtet und mit diesem optisch gekoppelt werden. Der Si-Wellenleiter kann einen ersten Brechungsindex n1 haben. Der SiN-Wellenleiter kann einen zweiten Brechungsindex n2 haben. Der Interposer-SiN-Wellenleiter kann einen dritten Brechungsindex n3 haben. Im Allgemeinen kann der zweite Brechungsindex n2 des SiN-Wellenleiters zwischen dem ersten Brechungsindex n1 des Si-Wellenleiters und dem dritten Brechungsindex n3 des Interposer-SiN-Wellenleiters liegen. Zusätzlich gilt n1 > n2 > n3. In einigen Ausführungsformen kann bei einem zweistufigen adiabatisch gekoppelten photonischen System mit drei Wellenleitern jeder der Wellenleiter genau einen der Brechungsindizes n1, n2, n3 aufweisen, wobei der erste Brechungsindex n1 in einem Bereich von 3 bis 3,5, der zweite Brechungsindex n2 in einem Bereich von 1,8 bis 2,2 und der dritte Brechungsindex n3 in einem Bereich von 1,49 bis 1,6 liegen können.
Der Interposer-SiN-Wellenleiter im Interposer 104 kann zusätzlich an einem Ein- und / oder Ausgang für ein oder mehrere optische Signale ausgerichtet und mit diesem optisch gekoppelt sein. Eine Beispiel-Eingangsquelle kann eine optische Signalquelle (z.B. ein Laser), eine optische Faser, einen Faserendstecker, eine Linse oder eine andere optische Komponente oder Vorrichtung sein, von der eingehende optische Signale (z.B. Signale, die zur Si-PIC 102 kommen) dem Interposer 104 zur Eingabe in die Si-PIC 102 zugeführt werden. Ein Beispiel für ein Ausgabegerät, für welches eine Ausgabe bereitgestellt werden kann, kann einen Laser, einen optischen Empfänger (z.B. eine Fotodiode), eine optische Faser, einen Faserendstecker, eine Linse oder eine andere optische Komponente oder Vorrichtung umfassen, für die ausgehende Signale (z.B. Signale, die die Si-PIC 102 verlassen) über den Interposer 104 bereitgestellt werden können. Eine oder mehrere der aktiven optischen Komponenten der Si-PIC 102 können ausgehende Signale erzeugen oder anderweitig die Quelle für ausgehende Signale sein, die vom photonischen System 200 über den Si-Wellenleiter, den SiN-Wellenleiter und den Interposer-Wellenleiter ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere der aktiven optischen Komponenten der Si-PIC 102 konfiguriert sein, eingehende Signale, die über den Interposer-Wellenleiter, den SiN-Wellenleiter und den Si-Wellenleiter in das photonische System 200 eingegeben werden, zu empfangen und zu verarbeiten.
ist eine Seitenansicht des photonischen Systems 200 aus , ausgebildet in Übereinstimmung mit mindestens einer der hier beschriebenen Ausführungsform. Das photonische System 200 umfasst die Si-PIC 102 und den Interposer 104. veranschaulicht zusätzlich den 3D-Stapelbereich 106.
Die Si-PIC 102 umfasst ein Si-Substrat 202, eine SiO₂-Box 204, eine erste Schicht 206, die einen oder mehrere SiN-Wellenleiter 208 aufweist, und eine zweite Schicht 210, die einen oder mehrere Si-Wellenleiter 212 aufweist. In der abgebildeten Ausführung sind die erste und zweite Schicht 206 und 210 beide über der SiO₂-Box 204 ausgebildet. Insbesondere ist die erste Schicht 206 auf (oder mindestens über) der zweiten Schicht 210 und die zweite Schicht 210 auf (oder mindestens über) der SiO₂-Box 204 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen der ersten Schicht 206 und der zweiten Schicht 210 zumindest in einem Bereich, in dem der Si-Wellenleiter 212 optisch mit dem ersten SiN-Wellenleiter 208 gekoppelt ist, eine Deckschicht 214 aus SiN ausgebildet sein. In einer Beispielausführung enthält der erste SiN-Wellenleiter 208 Si3N4 als Wellenleiterkern, der an mindestens zwei Seiten entlang seiner Länge von SiO₂ oder einem anderen geeigneten Wellenleitermantel umgeben ist.
Obwohl in nicht dargestellt, kann die Si-PIC 102 zusätzlich eine oder mehrere aktive optische Komponenten enthalten, die in der zweiten Schicht 210 ausgebildet sind. In diesen und anderen Ausführungsformen kann die Si-PIC 102 außerdem eine oder mehrere dielektrische Schichten 216, die auf und / oder über der zweiten Schicht 210 ausgebildet sind, und eine oder mehrere metallbeschichtete Strukturen 218, die in den dielektrischen Schichten 216 ausgebildet sind, enthalten. Die metallbeschichteten Strukturen 218 können sich von einer Oberseite der Si-PIC 102 durch die dielektrischen Schichten 216 erstrecken, um die aktiven optischen Komponenten, die in der zweiten Schicht 210 oder an anderer Stelle in der Si-PIC 102 ausgebildet sind, elektrisch zu kontaktieren. Die dielektrischen Schichten 216 können SiO₂ oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material enthalten. Die dielektrischen Schichten 216 und die metallbeschichteten Strukturen 218 sind zusammen ein Beispiel für den 3D-Stapelbereich 106.
Mit Verweis auf die Zusammenschau der und kann der flip-chip-gebondete IC 108 mit dem 3D-Stapelbereich 106 flip-chip-gebondet werden. Der Flip-Chip-gebundene IC 108 kann eine oder mehrere aktive und / oder passive elektrische Vorrichtungen enthalten, die über den 3D-Stapelbereich 106 mit einer oder mehreren aktiven optischen Komponenten, die in der zweiten Schicht 210 der Si-PIC 102 gebildet werden, kommunikativ gekoppelt sein können.
Der Interposer 104 kann einen Wellenleiterstreifen 222 enthalten, der aus einem oder mehreren Interposer-Wellenleitern 224 besteht. Jeder Wellenleiterstreifen 222 enthält einen ersten Interposer-Kernwellenleiter, hier zweiter SiN-Wellenleiter 224A, einen Interposer-Mantel 225 mit unterschiedlichen Brechungsindizes und einen zweiten Interposer-Kernwellenleiter, hier dritter SiN-Wellenleiter 224B. Ein Kopplungsabschnitt des zweiten SiN-Wellenleiters 224A des Interposers kann, wie nachfolgend näher beschrieben, über einem lateral abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 in der ersten Schicht 206 angeordnet und an dem lateral abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 ausgerichtet sein.
Der Si-Wellenleiter 212 (oder insbesondere der Kern des Si-Wellenleiters 212) kann den ersten oben erwähnten Brechungsindex n1 haben. Der SiN-Wellenleiter 208 (oder genauer gesagt, der Kern des SiN-Wellenleiters 208) kann den zweiten oben erwähnten Brechungsindex n2 haben. Der Interposer-Wellenleiterstreifen 222 (oder insbesondere der zweite SiN-Wellenleiter 224A und der dritte SiN-Wellenleiter 224B) kann den dritten oben erwähnten Brechungsindex n3 haben, wobei n1 > n2 > n3 gilt. Die räumliche Trennung des Interposers 104 von der Si-PIC 102 in ist ein Beispiel für getrennte funktionelle Einheiten, da in mindestens einer Ausführungsform der Interposer 104 direkt auf die Si-PIC 102, z.B. durch Abscheidungsprozesse, ausgebildet sein kann.
Die enthalten verschiedene Ansichten von Abschnitten des photonischen Systems 200 der , die entsprechend mindestens einer hier beschriebenen Ausführungsform ausgestaltet sind. Insbesondere enthält eine Draufsicht 300A und eine Längsschnittansicht 300B, und enthält an einigen Stellen, die in jeweils durch die Bezugslinien 1-8 gekennzeichnet sind, Querschnittsansichten 300C-300H.
Die Draufsicht 300A von veranschaulicht die relative x-Achsen- und z-Achsen-Ausrichtung verschiedener Komponenten in Bezug zueinander gemäß einer willkürlich definierten x-y-z-Koordinatenachse, die in jeder der Ansichten 300A-300B von und anderen Abbildungen dargestellt ist. Für alle Ansichten 300C-300H der wird genau eine Repräsentation der x-y-z-Koordinatenachsen bereitgestellt, da die Ansichten 300C-300H die gleiche Ausrichtung haben. Die x-Richtung wird manchmal als laterale oder transversale Richtung bezeichnet und Begriffe wie Breite, lateral, transversal, lateral, seitwärts usw. können somit z.B. auf Abmessungen, relative Position und / oder Bewegung in x-Richtung verweisen, es sei denn, der Zusammenhang gebietet etwas anderes. Die y-Richtung wird manchmal auch als vertikale Richtung bezeichnet und Begriffe wie Höhe, Dicke, vertikal, vertikal, oben, unten, oben, unten usw. können somit z.B. auf Abmessungen, relative Position und / oder Bewegung in y-Richtung verweisen, sofern der Zusammenhang nichts anderes gebietet. Die z-Richtung wird manchmal als Längs- oder Lichtpropagationsrichtung bezeichnet und Begriffe wie Länge, längs, stromaufwärts, stromabwärts, vorwärts, rückwärts, vorne, hinten usw. können somit z.B. auf Abmessungen, relative Position und / oder Bewegung in z-Richtung verweisen, es sei denn, der Zusammenhang gebietet etwas anderes.
Der Längsschnitt 300B von zeigt ein Beispiel eines Materialstapels für die verschiedenen Komponenten. Die Draufsicht 300A von enthält Umrisse oder Grundrisse der verschiedenen Komponenten auf verschiedenen Ebenen des Materialstapels, die bei der Draufsicht nicht unbedingt sichtbar sind, aber als Umrisse oder Grundrisse dargestellt werden, um die x- und z-Ausrichtung der verschiedenen Komponenten zueinander zu veranschaulichen.
Der Abschnitt des photonischen Systems 200, der in der Draufsicht 300A von dargestellt ist, enthält ein abgeschrägtes Ende des Si-Wellenleiters 212. Das abgeschrägte Ende des Si-Wellenleiters 212 ist an der Bezugslinie 1 relativ breiter als an der Bezugslinie 2. Das abgeschrägt zulaufende Ende des Si-Wellenleiters 212 kann als abgeschrägt oder, strukturell gleichwertig, als invers abgeschrägt betrachtet werden. Wie hier verwendet, kann ein Wellenleiter wie der Si-Wellenleiter 212 in in Bezug auf ausgehende optische Signale, z.B. optische Signale, die an einem relativ breiteren Abschnitt des Wellenleiters in den Wellenleiter eintreten und durch den Wellenleiter zu einem relativ schmaleren Abschnitt des Wellenleiters propagieren, als abgeschrägt betrachtet werden. Im Vergleich dazu kann ein Wellenleiter wie dem Si-Wellenleiter 212 in eine inverse Abschrägung in Bezug auf eingehende optische Signale, z.B. optische Signale, die durch den Wellenleiter in der Richtung von schmaler zu breiter aus dem Wellenleiter propagieren, aufweisen. Der Einfachheit halber sollte der Begriff „Abschrägung“ und seine Varianten in der nachfolgenden Diskussion allgemein als eine Variation der Wellenleiterbreite entlang der optischen Achse verstanden werden. In einigen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, die Breite des Wellenleiters entlang der optischen Achse linear oder nichtlinear oder in Segmenten mit linearer und nichtlinearer Variation zu variieren. Die Breite der Abschrägung um die Wechselwirkungsregion des Wellenleiters im Initial- und im Finalwellenleiter kann variiert werden, um die Kopplung zu optimieren oder die Länge der Kopplungsregion zu reduzieren, um ein physikalisch kleineres Bauelement zu erzeugen.
Der Si-Wellenleiter 212, einschließlich des abgeschrägten Endes, kann in der zweiten Schicht 210 gebildet und unter der ersten Schicht 206 positioniert werden, die den ersten SiN-Wellenleiter 208 enthält. Zum Beispiel kann die zweite Schicht 210 unter der SiN-Deckschicht 214 positioniert werden, die ihrerseits unter der ersten Schicht 206 liegt. Innerhalb der zweiten Schicht 210 kann SiO₂ im Allgemeinen neben den Seiten des Si-Wellenleiters 212 angeordnet werden (z.B. in positiver x- und negativer x-Richtung), wie in den Ansichten 300C in dargestellt, um einen Mantel für den Si-Wellenleiter 212, der als Kern dient, zu bilden. In einigen Ausführungsformen können der Si-Wellenleiter 212 und / oder andere Si-Wellenleiter der Si-PIC 102 eine Dicke t_Si (z.B. in y-Richtung) von etwa 0,3 µm und einen Brechungsindex von etwa 3,4 aufweisen. Die hier angegebenen spezifischen Werte für Brechungsindex, Dicke, Breite, Länge und andere Werte dienen nur als Beispiel, und andere als die ausdrücklich angegebenen Werte können dennoch in den Umfang der beschriebenen Ausführungsformen fallen.
Wie in dargestellt, kann die SiN-Deckschicht 214 auf der zweiten Schicht 210, die den Si-Wellenleiter 212 enthält, geformt oder anderweitig angeordnet werden. Die SiN-Deckschicht 214 kann in einigen Ausführungsformen eine Dicke (z.B. in y-Richtung) von etwa 0-50 nm aufweisen.
Die Ansicht 300B in veranschaulicht weiter den ersten SiN-Wellenleiter 208. Der erste SiN-Wellenleiter 208 umfasst sowohl einen Kopplungsabschnitt als auch ein abgeschrägtes Ende. Der Kopplungsabschnitt des ersten SiN-Wellenleiters 208 umfasst im Allgemeinen den Abschnitt des ersten SiN-Wellenleiters 208 zwischen den Bezugslinien 1 und 3, und das abgeschrägte Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 umfasst im Allgemeinen den Abschnitt des ersten SiN-Wellenleiters 208 zwischen den Bezugslinien 4 und 5. Das abgeschrägte Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 ist an der Bezugslinie 4 relativ breiter als an der Bezugslinie 5.
Innerhalb der ersten Schicht 206 kann SiO₂ im Allgemeinen neben den Seiten des ersten SiN-Wellenleiters 208 angeordnet werden (z. B. in positiver x- und negativer x-Richtung), um, wie in den Ansichten 300C der bis in dargestellt, als Mantelschicht für den ersten SiN-Wellenleiter 208 zu dienen. In einigen Ausführungsformen können der erste SiN-Wellenleiter 208 und / oder andere SiN-Wellenleiter der ersten Schicht 206 eine Dicke (z.B. in z-Richtung) von etwa 0,5 bis 1 µm und einen Brechungsindex von etwa 1,99 haben.
Aus ist ersichtlich, dass, obwohl der erste SiN-Wellenleiter 208 in y-Richtung gegenüber dem Si-Wellenleiter 212 verschoben ist, das abgeschrägte Ende des Si-Wellenleiters 212 in x- und z-Richtung an dem Kopplungsabschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 1 und 2) des ersten SiN-Wellenleiters 208 ausgerichtet sein kann, so dass das abgeschrägte Ende des Si-Wellenleiters 212 den Kopplungsabschnitt des SiN-Wellenleiters 208 (in der Ansicht 300A) in x- und z-Richtung bildet und parallel dazu verläuft (in der Ansicht 300B).
zeigt zusätzlich einen Interposer-Wellenleiterstreifen 222. Der Interposer-Wellenleiterstreifen 222 umfasst den zweiten SiN-Wellenleiter 224A, einen Mantel 225, und den dritten SiN-Wellenleiter 224B. Zusätzlich enthält der zweite SiN-Wellenleiter 224A einen ersten vertikal abgeschrägten Abschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 2 und 4), einen Hochkontrast-Kopplungsabschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 4 und 6), einen zweiten vertikal abgeschrägten Abschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 6 und 7) und einen Niederkontrast-Faserkopplungsabschnitt (der sich im Wesentlichen über die Bezugslinie 7 hinaus erstreckt).
Das photonische System 200 enthält einen ersten optischen Modenabschnitt, der sich im Allgemeinen links von der Referenzlinie 1 befindet, wo ein optisches Signal als eine optische Mode im Si-Wellenleiter 212 propagiert. Das photonische System 200 enthält einen ersten Kopplungsabschnitt in der PIC 102, der sich im allgemeinen zwischen den Referenzlinien 1 und 2 befindet, wo eine optische Mode des optischen Signals im Si-Wellenleiter 212 auf den ersten SiN-Wellenleiter 208 transferiert wird. Das photonische System 200 enthält einen zweiten Kopplungsabschnitt, der sich im allgemeinen zwischen den Bezugslinien 4 und 5 befindet, wo eine optische Mode des optischen Signals im ersten SiN-Wellenleiter 208 auf den zweiten SiN-Wellenleiter 224A im Interposer 104 transferiert wird. Das photonische System 200 enthält ferner einen zweiten optischen Modenabschnitt, der sich im Allgemeinen zwischen den Referenzlinien 5 und 7 befindet, wo das optische Signal in einer optischen Mode propagiert. Das photonische System 200 enthält ferner einen dritten Kopplungsabschnitt, der sich im allgemeinen zwischen den Bezugslinien 7 und 8 befindet, wo das optische Signal sowohl im zweiten SiN-Wellenleiter 224A als auch im dritten SiN-Wellenleiter 224B in eine Fasermode überführt wird.
Der Interposer-Wellenleiterstreifen 222 umfasst die Interposer-Wellenleiter 224A und 224B und umfasst im Allgemeinen den Teil der Interposer-Wellenleiter 224A und 224B zwischen den Bezugslinien 1 und 8 und kann sich von einem Kopplungsabschnitt weg erstrecken (z. B. nach rechts in . Die Interposer-Wellenleiter 224A und 224B können zusammen mit und folglich, wie möglicherweise ein oder mehrere anderen Interposer-Wellenleitern, gekoppelt an die Si-PIC 102 in ausgeformt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Interposer-Wellenleiter 224A eine Dicke t224A (z.B. in y-Richtung) aufweisen, die z.B. zwischen 20 nm und 250 nm variiert, und einen Brechungsindex von etwa 1,986 für die Interposer-Wellenleiter 224A und etwa 1,446 für den Interposer-Mantel 225. Der Interposer-Wellenleiter 224B kann eine Dicke t_224B (z.B. in y-Richtung) von z.B. 20 nm und einen Brechungsindex von ca. 1,986 für den Interposer-Wellenleiter 224B und ca. 1,446 für den Interposer-Mantel 225 aufweisen. Außerdem ist der Brechungsindex der Interposer-Wellenleiter 224A und 224B größer als der des Interposer-Mantels 225, wobei die Interposer-Wellenleiter 224A und 224B einen effektiven Index in einem Bereich von 1,50 bis 1,65 aufweisen können. Der effektive Index ist definiert als das Überlappintegral des optischen Feldes mit dem Brechungsindexprofil des Wellenleiters. Betrachtet man hierfür einen SiN-Wellenleiter mit einem SiO₂-Mantel. Es ist dabei wichtig, dass mit abnehmender Breite des SiN-Wellenleiters in einer Abschrägung der effektive Index abnimmt, da ein größerer Anteil der optischen Mode mit dem umgebenden SiO₂ mit niedrigerem Index überlappt. Es ist zu berücksichtigen, dass das untere Ende des Bereichs des effektiven Index‘ für die Interposer-Wellenleitermode durch die minimale Abschrägungsspitzenbreite bestimmt wird, die durch den SiN-Herstellungsprozess bestimmt wird und die hier in der Größenordnung von 200 nm angenommen wird. Beispielsweise kann die minimale Breite der Abschrägungsspitze für SiN-Wellenleiter 180 nm betragen. Wenn der Prozess eine kleinere Spitzenbreite für das SiN zulässt, wird ein entsprechend niedrigerer Brechungsindex für den Interposer ermöglicht. Dies liegt daran, dass ein adiabatischer Kopplungstransfer auftritt, wenn die effektiven Brechungsindizes des SiN-Wellenleiters und des Interposer-Wellenleiters im Wesentlichen gleich sind. Eine Verringerung der SiN-Spitzenbreite verringert den effektiven Index des SiN-Wellenleiters und erlaubt einen niedrigeren Materialindex für den Interposer.
Aus ist ersichtlich, dass, obwohl der zweite und dritte Interposer-Wellenleiter 224A und 224B in y-Richtung gegenüber dem ersten SiN-Wellenleiter 208 verschoben sind, der Kopplungsabschnitt der Interposer-SiN-Wellenleiter 224A und 224B dennoch in x- und z-Richtung an dem abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 ausgerichtet ist, so dass der Kopplungsabschnitt des Interposer-Wellenleiters 224A das abgeschrägte Ende des SiN-Wellenleiters 208 überlappt (wie in der Ansicht 300A) und parallel dazu verläuft (wie in der Ansicht 300B).
Die Ansichten 300C-300H der zeigen die Breiten (z. B. in x-Richtung) des abgeschrägten Endes eines jeden der Si-Wellenleiter 212 und der SiN-Wellenleiter 208, 224A und 224B an den Bezugslinien 1-8 der . Beispielsweise ist aus der Ansicht 300C zu erkennen, dass die Breite des Si-Wellenleiters 212 von einer Breite w_Si1 von etwa 0,32 µm an der Referenzlinie 1 auf eine Breite w_Si2 von etwa 0,08 µm (oder 80 nm) an der Referenzlinie 2 abgeschrägt verläuft. Auch die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters 224A verläuft invers abgeschrägt (d.h. nimmt entlang der Vertikalen zu) von einer Dicke t_224A1 von etwa 20 nm auf eine Zwischendicke t224A3 von weniger als 0,25 µm. Außerdem bleibt die Dicke des dritten SiN-Wellenleiters 224B über alle Referenzlinien 1-8 konstant bei etwa 20 nm. Das Oxid SiO₂ 225, das den zweiten SiN-Wellenleiter 224A und den dritten SiN-Wellenleiter 224B trennt, bleibt über alle Referenzlinien 1-8 konstant bei etwa 1 µm.
Auch aus den Ansichten 300E und 300F ist zu erkennen, dass die Breite des ersten SiN-Wellenleiters 208 von einer Breite w_SiN1 von etwa 1,0 µm an der Referenzlinie 4 auf eine Breite w_SiN2 von etwa 0,20 µm (oder 200 nm) an der Referenzlinie 5 abgeschrägt verläuft. Als weiteres Konstruktionsbeispiel kann die Breite w_SiN1 an der Referenzlinie 4 etwa 1,5 µm betragen und auf die Breite w_SiN2 von etwa 0,08 µm an der Referenzlinie 5 abgeschrägt verlaufen.
Die abgeschrägten Enden des Si-Wellenleiters 212 und des SiN-Wellenleiters 208 stellen einen adiabatischen Transfer für optische Signale vom Si-Wellenleiter 212 zum ersten SiN-Wellenleiter 208 und vom ersten SiN-Wellenleiter 208 zum zweiten SiN-Wellenleiter 224A oder adiabatische Transfers für optische Signale, die in die entgegengesetzte Richtung propagieren, bereit. Ein adiabatischer Transfer kann erreicht werden, indem die Struktur und / oder ein effektiver Index der abgeschrägten Enden des Si-Wellenleiters und des ersten SiN-Wellenleiters 212 und des ersten SiN-Wellenleiters 208 in ausreichend langsamer Weise geändert wird, so dass Licht aus seiner Mode nicht gestreut wird, wenn es auf die abgeschrägten Enden trifft, und in derselben Mode weiter propagiert, wenn es die abgeschrägten Enden verlässt und in den Kopplungsabschnitt des zweiten SiN-Wellenleiters 208 oder des zweiten SiN-Wellenleiters 224A auf dem Interposer eintritt. Dies bedeutet, dass das Licht einen allmählichen Transfer zwischen dem abgeschrägten Ende des Si-Wellenleiters 208 oder des ersten SiN-Wellenleiters 212 und dem um die y-Achse verschobenen und benachbarten Kopplungsabschnitt des ersten SiN-Wellenleiters 208 oder des zweiten SiN-Wellenleiters 224A erfahren kann, so dass sich die Mode nicht ändert und keine signifikante Streuung des Lichts stattfindet. Dementsprechend ist das abgeschrägte Ende des Si-Wellenleiters 212 in Kombination mit dem Kopplungsabschnitt des ersten SiN-Wellenleiters 208 ein Beispiel für ein adiabatisches Kopplungsgebiet. Das abgeschrägte Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 und der Kopplungsabschnitt des zweiten SiN-Wellenleiters 224A ist ein weiteres Beispiel für ein adiabatisches Kopplungsgebiet.
Weiterhin ist aus den Ansichten 300G und 300H, von Linie 6 bis Linie 7 zu erkennen, dass die Dicke t_224A6 des zweiten SiN-Wellenleiters 224A von einer Dicke t_224A6 von etwa 250 nm an der Referenzlinie 6 auf eine Dicke t_224A7 von etwa 20 nm an der Referenzlinie 7 abgeschrägt verläuft. Der zweite SiN-Wellenleiter 224A und der dritte SiN-Wellenleiter 224B sind durch SiO₂ mit einer Dicke t_SiO1 von etwa 1 µm getrennt.
Darüber hinaus zeigt die Ansicht 300H von der Referenzlinie 7 nach, bezogen auf die , rechts erstreckend, dass der zweite SiN-Wellenleiter 224A und der dritte SiN-Wellenleiter 224B über eine optische Kopplung verbunden sind, so dass die SiN-Wellenleiter 224A und 224B für einen Transfer einer optischen Mode in eine Faser-Mode zur Kopplung an eine optische Faser wie eine Einmodenfaser (SMF) 390 verbunden sind.
Wie in bis dargestellt, verläuft der zweite SiN-Wellenleiter 224A abgeschrägt oder variiert in seiner Dicke. Eine solche Dickenvariation eines Wellenleiters führt zu einem Interposer mit höherem Index, der eine verbesserte effektive Indexanpassung an den ersten SiN-Wellenleiter 208 der Si-PIC 102 gewährleisten kann. Darüber hinaus verbessert ein solches variierendes Wellenleiterprofil die Kopplungsleistung in der TM-Mode. Außerdem ist eine adiabatische Abschrägung für die Kopplung zwischen dem Si-Wellenleiter 212 und dem ersten SiN-Wellenleiter 208 sowie für die Kopplung zwischen dem ersten SiN-Wellenleiter 208 und dem zweiten SiN-Wellenleiter 224A erforderlich. Solche Abschrägungen können mit einer endlichen Spitzengröße enden, die je nach Prozessvariationen variieren können. Die Abschrägung und inverse Abschrägung der Dicke des Wellenleiters ist toleranter gegenüber Prozessvariationen. Darüber hinaus kann die Dickenanpassung eines Wellenleiters zu einem besseren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) führen.
Eine Technik zur Dickenabschrägung eines Wellenleiters, wie z.B. der zweite SiN-Wellenleiter 224A, umfasst beispielsweise Techniken wie ein TriPleX™-Verfahren von LioniX.
Im Betrieb können die Struktur, der Brechungsindex und / oder andere Eigenschaften eines optischen Mediums einen effektiven Index des optischen Mediums bestimmen. Der effektive Index ist in gewisser Weise analog zu den Energieniveaus in der Quantenmechanik. Ein höherer effektiver Index ist analog zu einem niedrigeren Energieniveau. Daher neigt Licht bei zwei benachbarten optischen Medien mit unterschiedlichen effektiven Indizes dazu, sich durch das Medium mit dem höheren effektiven Index auszubreiten.
In den hier beschriebenen Ausführungsformen und im Speziellen mit Bezugnahme auf die bis können Si-Wellenleiter im Allgemeinen einen höheren effektiven Index aufweisen als SiN-Wellenleiter. Durch Abschrägung des Endes eines Si-Wellenleiters kann der effektive Index entlang der Länge des abgeschrägten Endes verringert werden, bis der effektive Index des Si-Wellenleiters ungefähr dem effektiven Index eines um die y-Achse verschobenen SiN-Wellenleiters entspricht oder sogar kleiner wird, wie in den bis dargestellt. Dementsprechend kann Licht, das durch den Si-Wellenleiter 212 propagiert und durch sein abgeschrägtes Ende austritt, das abgeschrägte Ende des Si-Wellenleiters 212 verlassen und in den ersten SiN-Wellenleiter 208 etwa an einem Punkt eintreten, an dem der effektive Index des abgeschrägten Endes des Si-Wellenleiters 212 mit einem effektiven Index des ersten SiN-Wellenleiters 208 übereinstimmt. Analog dazu kann der erste SiN-Wellenleiter 208 an seinem Ende abgeschrägt werden, bis sein effektiver Index ungefähr dem effektiven Index eines um die y-Achse versetzten dritten SiN-Wellenleiters 224B entspricht oder , wie in den bis dargestellt, sogar kleiner wird. Dementsprechend kann Licht, das durch den ersten SiN-Wellenleiter 208 propagiert und durch sein abgeschrägtes Ende austritt, aus dem abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters 208 austreten und in den zweiten SiN-Wellenleiter 224A auf dem Interposer etwa an einem Punkt eintreten, an dem der effektive Index des abgeschrägten Endes des ersten SiN-Wellenleiters 208 mit einem effektiven Index des zweiten SiN-Wellenleiters 224A übereinstimmt.
Solche Feinabmessungen sind möglicherweise für einige Fertigungsanlagen/Hersteller nicht erreichbar und / oder können mit den bestehenden Prozessen dieser Fertigungsanlagen/Hersteller unvereinbar sein. Darüber hinaus haben kleinere Si-Wellenleiter im Allgemeinen eine höhere Einkopplungsverluste als relativ größere Si-Wellenleiter, was sie nachteilig macht. Die adiabatische Kopplungslänge zwischen Si- und Kunststoff-Wellenleitern kann in der Größenordnung von 2 mm liegen, über die ein solch schmaler Si-Wellenleiter unerwünschte optische Verluste verursachen würde.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen implementieren eine zweistufige adiabatische Kopplung, bei der der erste SiN-Wellenleiter einen mittleren Brechungsindex zwischen dem des Si-Wellenleiters und dem des zweiten SiN-Wellenleiters aufweist, so dass der effektive Index des Si-Wellenleiters an den effektiven Index des SiN-Wellenleiters angepasst werden kann, indem der SiN-Wellenleiter und / oder sein abgeschrägtes Ende mit größeren Abmessungen hergestellt wird, die von den Fertigungsanlagen/Herstellern erreicht werden können und die die Verwendung eines SiN-Wellenleiters mit größerem, geringerem Verlust ermöglichen. Hier kann die adiabatische Kopplungslänge vom Si-Wellenleiter zum ersten SiN-Wellenleiter relativ klein sein, z.B. etwa 50-200 µm. In diesem Fall bringt der höhere Verlust des kleinen ~ 80 nm breiten Si-Wellenleiters keinen signifikanten Verlust mit sich und der Verlust ist, wie oben beschrieben, deutlich geringer als der des schmaleren Si-Wellenleiters über 2 mm. Der adiabatische Kopplungsbereich zwischen dem ersten SiN-Wellenleiter und dem zweiten SiN-Wellenleiter kann etwa 2 mm betragen, wobei der geringere Verlust des zweiten SiN-Wellenleiters im Vergleich zum ersten Si-Wellenleiter zu weniger Verlust im Vergleich zur direkten adiabatischen Kopplung zwischen Si und Interposer-Wellenleitern führt.
enthält grafische Darstellungen der simulierten Lichtmoden von TE- und TM-polarisiertem Licht im Interposer-Wellenleiterstreifen 222 einschließlich des zweiten SiN-Wellenleiters 224A und des dritten SiN-Wellenleiters 224B von . Der Plot 402 zeigt eine Darstellung der TE-Modenkopplung zwischen dem Interposer-Wellenleiterstreifen 222 und der SMF 390 aus . Wie dargestellt koppelt die TE-Mode mit etwa 85 % Modenüberlapp mit der SMF, was etwa 0,7 dB entspricht. Darüber hinaus ist im Plot 404 eine Darstellung der TM-Mode-Kopplung zwischen dem Interposer-Wellenleiterstreifen 222 und der SMF 390 aus zu sehen. Wie dargestellt koppelt die TM-Mode mit einer Modenüberlapp von etwa 92% mit der SMF, was etwa 0,36 dB entspricht.
zeigt Plots der Moden und effektiven Indizes, die zwischen der Referenznummer 4 und der Referenznummer 5 in auftreten. Ein Modenprofilplot 504 veranschaulicht die Moden im zweiten SiN-Wellenleiter 224A und der Modenprofilplot 506 die Moden im ersten SiN-Wellenleiter 208. Es wird darauf hingewiesen, dass der zweite SiN-Wellenleiter 224A als Querschnittsansicht des Wellenleiters dargestellt ist, während der erste SiN-Wellenleiter 208 als Draufsicht dargestellt ist, um die Beziehungen der Abschrägung beider Wellenleiter zu veranschaulichen.
In zeigt der Plot 508 eine Kopplungsregion 510, in der die effektiven Indizes für die TE-Moden für die Evaneszenzkopplung zwischen dem ersten SiN-Wellenleiter 208 und dem zweiten SiN-Wellenleiter 224A kompatibel sind. In zeigt der Plot 512 einen Kopplungsbereich 514, in dem die effektiven Indizes für die TM-Moden für die Evaneszenzkopplung zwischen dem ersten SiN-Wellenleiter 208 und dem zweiten SiN-Wellenleiter 224A kompatibel sind.
veranschaulicht die Länge der Abschrägungen im Vergleich zur Kopplungseffizienz. Die Länge der einzelnen Abschrägungen ermöglicht eine weitere Optimierung der Kopplungseffizienz. Im Allgemeinen verbessert eine größere Abschrägungslänge die Kopplungseffizienz für verschiedene Betriebsarten. Abschrägung I bezieht sich auf die vertikale Abschrägung für den zweiten SiN-Wellenleiter 224A und Abschrägung II bezieht sich auf die horizontale Abschrägung für den ersten SiN-Wellenleiter 208. In einem in dargestellten Beispiel, wenn die Länge der Abschrägung I für den zweiten SiN-Wellenleiter 224A etwa 1,5 mm und die Länge der Abschrägung II für den ersten SiN-Wellenleiter 208 etwa 1 mm beträgt, ist der Umwandlungsverlust für die TE-Mode etwa 0,013 dB und der Umwandlungsverlust für die TM-Mode etwa 0,04 dB. Weiterhin zeigen die Plots in , dass der größte Teil der Kopplung in Bezug auf die Grundmode auftritt.
veranschaulicht die Auswirkung der Spitzengröße des ersten SiN-Wellenleiters 208 in Bezug auf den Kopplungsverlust mit dem zweiten SiN-Wellenleiter 224A. Wie veranschaulicht, wir keine übermäßige Prozesspräzision benötigt, um eine sehr kleine Spitzenbreite zu realisieren, da der Kopplungsverlust bei Spitzenbreiten bis zu etwa 300 nm vernachlässigbar ist.
veranschaulicht eine alternative Ausführungsform des oben beschriebenen Interposers und der Wellenleiter in Bezug auf und anderen zugehörigen Abbildungen. Im Allgemeinen veranschaulicht die vorliegende Darstellung, dass der vertikal abgeschrägte zweite SiN-Wellenleiter 224A' sich weiterhin vertikal auf null abgeschrägt, was dazu führt, dass der dritte SiN-Wellenleiter 224B' eine optische Kopplung mit der SMF eingeht.
Die Draufsicht 800A von zeigt eine topologische Ansicht 800A und eine Längsschnittansicht 800B, welche einen exemplarischen Materialstapel für die verschiedenen Komponenten, von denen die meisten Komponenten oben in Bezug auf beschrieben sind, veranschaulichen.
Der in der Ansicht 800A von dargestellte Teil des photonischen Systems 200' enthält einen Interposer-Wellenleiterstreifen 222'. Der Interposer-Wellenleiterstreifen 222' enthält den zweiten SiN-Wellenleiter 224A', den Mantel 225', und den dritten SiN-Wellenleiter 224B'. Zusätzlich enthält der zweite SiN-Wellenleiter 224A' einen ersten vertikal abgeschrägten Abschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 2 und 4), einen Hochkontrast-Kopplungsabschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 4 und 6), einen zweiten vertikal abgeschrägten Abschnitt (im Wesentlichen zwischen den Bezugslinien 6 und 7) und keinen Abschnitt, der sich über die Bezugslinie 7 hinaus erstreckt. Der zweite vertikal abgeschrägte Teil kann beispielsweise eine Länge zwischen 0,5 und 1,5 mm haben.
Das photonische System 200' enthält einen ersten optischen Modenabschnitt, der sich im Allgemeinen links von der Referenzlinie 1 befindet, wo ein optisches Signal als eine optische Mode im Si-Wellenleiter 212 propagiert. Das photonische System 200' enthält einen ersten Kopplungsabschnitt in der PIC 102, der sich im allgemeinen zwischen den Referenzlinien 1 und 2 befindet, wo ein optischer Mode des optischen Signals im Si-Wellenleiter 212 auf den ersten SiN-Wellenleiter 208 transferiert wird. Das photonische System 200' enthält einen zweiten Kopplungsabschnitt, der sich im Allgemeinen zwischen den Bezugslinien 4 und 5 befindet, wo eine optische Mode des optischen Signals im ersten SiN-Wellenleiter 208 auf den zweiten SiN-Wellenleiter 224A' im Interposer 104' transferiert wird. Das photonische System 200' enthält ferner einen zweiten optischen Modenabschnitt, der sich im Allgemeinen zwischen den Bezugslinien 5 und 7 befindet, wo das optische Signal als eine optischen Mode propagiert. Das photonische System 200' enthält ferner einen dritten Kopplungsabschnitt, der sich im allgemeinen zwischen den Bezugslinien 7 und 8 befindet, wo das optische Signal sowohl im zweiten SiN-Wellenleiter 224A' als auch im dritten SiN-Wellenleiter 224B' in eine Fasermode überführt wird.
Der Interposer-Wellenleiterstreifen 222' umfasst die Interposer-Wellenleiter 224A' und 224B' und umfasst im Allgemeinen den Teil der Interposer-Wellenleiter 224A' und 224B' zwischen den Bezugslinien 1 und 8 und kann sich von einem Kopplungsabschnitt weg erstrecken (z.B. rechts in ). Die Interposer-Wellenleiter 224A' und 224B' können zusammen mit und folglich, wie möglicherweise ein oder mehrere andere Interposer-Wellenleiter, gekoppelt an die Si-PIC 102 in ausgeformt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Interposer-Wellenleiter 224A' eine Dicke t224A (z.B. in y-Richtung) haben, die z.B. zwischen 20 nm und 250 nm variiert, und einen Brechungsindex von etwa 1,51 für den Interposer-SiN-Wellenleiter 224A' und etwa 1,5 für den Interposer-Mantel 225' aufweist. Der Interposer-Wellenleiter 224B' kann eine Dicke t_224B (z.B. in y-Richtung) von z.B. 20-25 nm und einen Brechungsindex von ca. 1,51 für den Interposer-SiN-Wellenleiter 224B' und ca. 1,5 für den Interposer-Mantel 225' haben.
Außerdem ist der Brechungsindex der Interposer-SiN-Wellenleiter 224A' und 224B' größer als der des Interposer-Mantels 225', und die Interposer-Wellenleiter 224A' und 224B' können Brechungsindizes in einem Bereich von 1,509 bis 1,52 haben. Es gilt zu beachten, dass das untere Ende des Brechzahlbereichs für den Interposer durch die minimale Abschrägungsspitzenbreite bestimmt wird, die durch den SiN-Herstellungsprozess ermöglicht wird und die hier in der Größenordnung von 200 nm angenommen wird. Zum Beispiel kann die minimale Breite der Abschrägungsspitze für SiN-Wellenleiter 180 nm betragen. Wenn der Prozess eine kleinere Spitzenbreite für das SiN zulässt, wird ein entsprechend niedrigerer Brechungsindex für den Interposer zugelassen. Dies liegt daran, dass ein adiabatischer Kopplungstransfer auftritt, wenn die effektiven Brechungsindizes des SiN-Wellenleiters und des Interposer-Wellenleiters im Wesentlichen gleich sind. Eine Verringerung der SiN-Spitzenbreite verringert den effektiven Index des SiN-Wellenleiters und erlaubt einen niedrigeren Materialindex für den Interposer.
Aus ist ersichtlich, dass der zweite SiN-Wellenleiter 224A' an der Referenzlinie 7 endet und der dritte SiN-Wellenleiter 224B' horizontal oder lateral von einer ersten Breite (z.B. 8 µm) an der Referenzlinie 7 auf eine zweite Breite (z.B. 7 µm) an der Referenzlinie 8 oder an einer Zwischenreferenzlinie (nicht dargestellt) zwischen Referenzlinie 7 und Referenzlinie 8 abgeschrägt sein kann.
veranschaulicht einen Bondingprozess zur Kopplung eines Interposer 900 mit einer PIC 902. In einer Ausführung können ein oder mehrere Gräben 904 im Interposer 900 durch verschiedene Techniken einschließlich Ätzen durch chemische oder mechanische Prozesse gebildet werden. Die Gräben 904 können Reservoirs für einen Klebstoff wie z.B. Epoxid 906 bilden. Die Gräben 904 können überschüssiges Epoxid 906 aufnehmen und eine weitere laterale Unterstützung zwischen dem Interposer 900 und der PIC 902 bieten. Die Gräben 904 ermöglichen ferner die Bildung einer dünnen Epoxid-Verbindungslinie zwischen dem zweiten SiN-Wellenleiter 224A und dem ersten SiN-Wellenleiter 208, was zur Verringerung der optischen Kopplungsverluste beiträgt.
veranschaulicht eine Methode 1000 zur Kopplung eines optischen Signals von einer PIC an eine SMF. Das Verfahren 1000 umfasst einen Schritt 1002 zur Propagation eines optischen Signals in einem Silizium (Si)-Wellenleiter mit einem ersten lateral abgeschrägten Ende. Das Verfahren 1000 enthält auch einen Schritt 1004 zum ersten optischen Koppeln des optischen Signals vom ersten lateral abgeschrägten Ende des Si-Wellenleiters in einen ersten Siliziumnitrid (SiN)-Wellenleiter mit einem zweiten lateral abgeschrägten Ende. Das Verfahren 1000 enthält ferner einen Schritt 1006 zum zweiten optischen Koppeln des optischen Signals von dem zweiten lateral abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters in einen dritten SiN-Wellenleiter als Reaktion darauf, dass der zweite SiN-Wellenleiter in der Nähe des zweiten lateral abgeschrägten Endes des ersten SiN-Wellenleiters vertikal auf eine erhöhte Dicke abgeschrägt wird.
In Bezug auf die Verwendung von im Wesentlichen allen Plural- und / oder Singularausdrücken in diesem Dokument können Fachkundige vom Plural in den Singular und / oder vom Singular in den Plural übersetzen, wie es dem Zusammenhang und / oder der Anwendung angemessen ist. Die verschiedenen Singular / Plural-Permutationen können hier der Klarheit halber ausdrücklich aufgeführt sein.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Ausführungsformen ausgeformt sein, ohne von ihrem Grundgedanken oder ihren wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht nur zur Veranschaulichung und nicht einschränkend zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird daher durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben. Alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind in ihren Anwendungsbereich einzubeziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62595463 [0001]

Claims

Photonisches System, aufweisend: eine photonische integrierte Schaltung (PIC) mit einem ersten Siliziumnitrid (SiN)-Wellenleiter; und einen Interposer mit einem zweiten SiN-Wellenleiter, der vertikal mit zunehmender Dicke in Richtung des ersten SiN-Wellenleiters abgeschrägt ist, um einen adiabatischen optischen Modentransfer zwischen dem ersten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen und vertikal mit abnehmender Dicke in einer Richtung weg vom ersten SiN-Wellenleiter abgeschrägt ist, um einen adiabatischen optischen Modentransfer zwischen dem zweiten SiN-Wellenleiter und einem dritten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen.
Photonisches System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Si-Wellenleiter mit einer Abschrägung an einem Ende, um Licht zwischen dem Si-Wellenleiter und dem ersten SiN-Wellenleiter adiabatisch zu koppeln.
Photonisches System nach Anspruch 1, bei dem der zweite SiN-Wellenleiter des Interposers nach Abnahme der Dicke endet.
Photonisches System nach Anspruch 1, wobei der erste SiN-Wellenleiter eine erste laterale Abschrägung aufweist, um einen optischen Modentransfer von dem ersten SiN-Wellenleiter zu dem zweiten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen.
Photonisches System nach Anspruch 1, wobei der dritte SiN-Wellenleiter an den zweiten SiN-Wellenleiter angrenzt und der dritte SiN-Wellenleiter konfiguriert ist, einen optischen Modentransfer zwischen dem zweiten SiN-Wellenleiter und dem dritten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen.
Photonisches System nach Anspruch 5, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter konfiguriert sind, den optische Modentransfer mit dem ersten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen, wenn der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Hochkontrast-Wellenleiter konfiguriert sind, wobei der zweite und der dritte SiN-Wellenleiter Dicken von etwa 250 nm bzw. 20 nm aufweisen und um etwa 1 µm voneinander beabstandet sind.
Photonisches System nach Anspruch 6, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter konfiguriert sind, den optischen Modentransfer mit dem ersten SiN-Wellenleiter zu unterbinden, wenn der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Niederkontrast-Wellenleiter konfiguriert sind, wobei der zweite und der dritte SiN-Wellenleiter jeweils eine Dicke von etwa 20 nm aufweisen und um etwa 1 µm voneinander beabstandet sind.
Photonisches System nach Anspruch 1, wobei, der erste SiN-Wellenleiter ein abgeschrägtes Ende mit einem ersten effektiven Brechungsindex n1 aufweist; und die zweiten und dritten SiN-Wellenleiter zusammen erste und zweite Niederindexkontrast-Abschnitte mit einem effektiven Index n2 an zwei Enden und einen dritten Hochindexkontrast-Abschnittsbereich zwischen den ersten und zweiten Niederindexkontrast-Abschnitten ausbilden, wobei der dritte Hochindexkontrast-Abschnitt einen dritten effektiven Index n3 aufweist und vertikal abgeschrägt ist, um die ersten und zweiten Niederindexkontrast-Abschnitte adiabatisch mit den dritten Hochindexkontrast-Abschnitt zwischen den ersten und zweiten Niederindexkontrast-Abschnitten zu koppeln, wobei sich n3 an n1 annähert und n3 > n2 ist, und das abgeschrägte Ende des ersten SiN-Wellenleiters optisch mit dem dritten Hochindexkontrast-Abschnitt des Interposers gekoppelt ist.
Photonisches System, aufweisend: einen Silizium (Si)-Wellenleiter mit einer ersten lateralen Abschrägung an einem Endabschnitt, wobei der Si-Wellenleiter derart konfiguriert ist, dass ein optisches Signal als eine optische Mode propagiert; einen ersten Siliziumnitrid (SiN)-Wellenleiter mit einem nicht abgeschrägten Abschnitt, der konfiguriert ist, das optische Signal von der ersten lateralen Abschrägung des Si-Wellenleiters adiabatisch optisch zu koppeln, wobei der erste SiN-Wellenleiter ferner eine zweite laterale Abschrägung an einem Endabschnitt aufweist; und einen zweiten SiN-Wellenleiter mit einer ersten vertikalen Abschrägung, um die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters zu erhöhen, um das optische Signal zwischen dem ersten SiN-Wellenleiter und dem zweiten SiN-Wellenleiter adiabatisch zu koppeln, wobei der erste SiN-Wellenleiter vor der zweiten lateralen Abschrägung endet und der zweite SiN-Wellenleiter ferner eine zweite vertikale Abschrägung aufweist, um die Dicke des zweiten SiN-Wellenleiters zu verringern.
Photonische System nach Anspruch 9, ferner aufweisend: einen dritten SiN-Wellenleiter, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter konfiguriert sind, den optischen Modentransfer mit dem ersten SiN-Wellenleiter zu ermöglichen, wenn der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Hochkontrast-Wellenleiter konfiguriert sind.
Photonisches System nach Anspruch 10, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter konfiguriert sind, den optischen Modentransfer mit dem ersten SiN-Wellenleiter zu unterbinden, wenn der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Niederkontrast-Wellenleiter konfiguriert sind.
Photonisches System nach Anspruch 10, wobei der Si-Wellenleiter und der erste SiN-Wellenleiter als Teil einer photonischen integrierten Schaltung (PIC) konfiguriert sind und der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Teil eines Interposers zur Kopplung mit der PIC konfiguriert sind.
Photonisches System nach Anspruch 10, wobei der zweite SiN-Wellenleiter mit einer Dicke zwischen etwa 20 nm und etwa 250 nm vertikal abgeschrägt ist.
Photonisches System nach Anspruch 10, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter durch einen Abstand von etwa 1 µm getrennt sind.
Methode, aufweisend: Propagieren eines optischen Signals in einem Silizium (Si)-Wellenleiter mit einem ersten lateral abgeschrägten Ende; erstes optisches Koppeln des optischen Signals vom ersten lateral abgeschrägten Ende des Si-Wellenleiters in einen ersten Siliziumnitrid (SiN)-Wellenleiter umfassend ein zweites lateral abgeschrägtes Ende; und zweites optisches Koppeln des optischen Signals vom zweiten lateral abgeschrägten Ende des ersten SiN-Wellenleiters in einen zweiten SiN-Wellenleiter als Reaktion darauf, dass der zweite SiN-Wellenleiter mit einer in der Nähe des zweiten lateral abgeschrägten Endes des ersten SiN-Wellenleiters größeren Dicke vertikal abgeschrägt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend ein drittes optisches Koppeln des optischen Signals von dem zweiten SiN-Wellenleiter in einen dritten SiN-Wellenleiter als Reaktion darauf, dass der zweite SiN-Wellenleiter vertikal weg vom ersten SiN-Wellenleiter auf eine verringerte Dicke abgeschrägt ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Hochkontrast-Wellenleiter zum optischen Modentransfer konfiguriert sind, wobei der zweite SiN-Wellenleiter eine Dicke von etwa 250 nm und der dritte SiN-Wellenleiter eine Dicke von etwa 20 nm aufweisen und durch einen Abstand von etwa 1 µm getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin aufweisend eine Fasermodenkopplung des optischen Signals aus dem zweiten SiN-Wellenleiter und dem dritten SiN-Wellenleiter in eine Faser.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite SiN-Wellenleiter und der dritte SiN-Wellenleiter als Niederkontrast-Wellenleiter zur Unterbindung des optischen Modentransfers konfiguriert sind, wobei der zweite und der dritte SiN-Wellenleiter jeweils eine Dicke von etwa 20 nm aufweisen und um etwa 1 µm voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend ein Überlappen der Faser mit dem zweiten SiN-Wellenleiter und dem dritten SiN-Wellenleiter um einen Abstand von etwa 3 µm.