TW202232156A - 用於多芯光纖的小型雙偏光耦合器 - Google Patents

Abstract

一種用於將多芯光纖的複數個芯耦合至積體光子裝置的光纖耦合器，包括光柵陣列，此光柵陣列包括以對應至多芯光纖中的複數個芯的方式佈置的複數個偏光分光光柵。光纖耦合器亦包括從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的第一及第二側延伸的第一及第二模式轉換器，以接收由偏光分光光柵散射的光學訊號的第一及第二偏光模式。複數個波導從模式轉換器的每個模式轉換器的端部延伸以引導光學訊號之一個光學訊號的單一偏光模式。

Description

用於多芯光纖的小型雙偏光耦合器

本申請根據專利法主張於2021年2月5日提交的美國臨時申請號第63/146,260的優先權，以全文引用的方式併入本文中。

本揭露內容涉及光纖耦合器，更具體而言，涉及用於多芯光纖的光柵耦合器。

在資料中心及光學網路中運用光纖傳輸系統以光學地連接複數個不同的光裝置。為了增加如此光纖傳輸系統的容量，已採討各種空間分複用技術，包含多芯光纖。若光可從所有芯有效率地耦合，則採用如此多芯光纖為最有益的。舉例而言，若來自多芯光纖的光被傳輸至積體光子裝置，諸如光子積體電路，則光柵耦合器可被使用於將多芯光纖的每個芯耦合至光子積體電路的波導。現有的光柵耦合器可包含用於將來自多芯光纖的每個芯的光學訊號引導至波導之一個波導的光柵及波導錐形體。如此現有的光柵及波導錐形體在結構上與特定多芯光纖不兼容。若多芯光纖中的芯對芯間隔距離太小，舉例而言，現有的光柵及波導錐度組合可能過於龐大，無法有效率地將兩種偏光模式的光從每個芯耦合至單獨的波導。結果為，現有的光柵耦合器可能會致使光學訊號中的偏光多樣性的損失，這對於高端通訊系統而言為不可接受的。

本揭露內容的第一態樣包含光學系統，光學系統包括：多芯光纖，多芯光纖包括複數個芯；及光纖耦合器。光纖耦合器包括光柵陣列，光柵陣列包括複數個設置在基材上的偏光分光光柵。複數個偏光分光光柵以對應至多芯光纖中的複數個芯以接收來自複數個芯之一個芯的光學訊號中的方式佈置。複數個偏光分光光柵包括的偏光分光光柵的數量小於或等於多芯光纖的芯的數量。光纖耦合器亦包括第一模式轉換器，從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的第一側延伸，以接收由偏光分光光柵散射的光學訊號的第一偏光模式；第二模式轉換器，從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的第二側延伸，以接收由偏光分光光柵散射的光學訊號的第二偏光模式；及複數個波導從模式轉換器的每個模式轉換器的端部延伸以引導光學訊號之一個光學訊號的單一偏光模式。

本揭露內容的第二態樣包含根據第一態樣的光學系統，其中複數個芯中的毗鄰芯彼此藉由小於或等於45µm的最小芯對芯間隔距離隔開。

本揭露內容的第三態樣包含根據第一至第二態樣中任一項的光學系統，其中多芯光纖包括小於或等於125µm的總直徑。

本揭露內容的第四態樣包含根據第一至第三態樣中任一項的光學系統，其中多芯光纖包括至少2個芯，使得4個偏光模式係藉由從每個模式轉換器的端部延伸的複數個波導引導。

本揭露內容的第五態樣包含根據第一至第四樣中任一項的光學系統，其中多芯光纖包括至少5個芯，使得10個偏光模式係藉由從每個模式轉換器的端部延伸的複數個波導引導。

本揭露內容的第六態樣包含根據第一至第五態樣中任一項的光學系統，其中複數個芯中的毗鄰芯彼此藉由小於或等於35µm的最小芯對芯間隔距離隔開。

本揭露內容的第七態樣包含根據第一至第六態樣中任一項的光學系統，其中複數個偏光分光光柵的第一側及第二側至少與複數個芯的每個芯的模式場直徑一樣長。

本揭露內容的第八態樣包含根據第一至第七態樣中任一項的光學系統，其中模式場直徑大於或等於5µm且小於或等於25µm。

本揭露內容的第九態樣包含根據第一至第八態樣中任一項的光學系統，其中從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的第一及第二模式轉換器包括在垂直於第一及第二偏光模式的傳播方向的方向上的尺寸，其小於或等於模式場直徑的1.2倍。

本揭露內容的第十態樣包含根據第一至第九態樣中任一項的光學系統，其中從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的第一及第二模式轉換器包括在第一及第二偏光模式的該傳播方向上的尺寸，其小於或等於模式場直徑。

本揭露內容的第十一態樣包含根據第一至第十態樣中任一項的光學系統，其中每個偏光分光光柵及由其延伸的第一及第二模式轉換器包括小於或等於250µm ²的結合橫截面積。

本揭露內容的第十二態樣包含根據第一至第十一態樣中任一項的光學系統，其中光柵陣列的毗鄰偏光分光光柵的中心彼此藉由最小光柵間隔距離隔開，該最小光柵間隔距離對應至複數個芯的間隔。

本揭露內容的第十三態樣包含根據第一至第十二態樣中任一項的光學系統，其中複數個波導的每個波導與複數個波導中的其他波導藉由至少500nm的最小波導間隔距離隔開。

本揭露內容的第十四態樣包含根據第一至第十三態樣中任一項的光學系統，其中複數個波導被彎曲使得複數個波導延伸至光柵陣列之外側。

本揭露內容的第十五態樣包含根據第一至第十四態樣中任一項的光學系統，其中複數個波導中的至少一個波導被彎曲，使得在光柵陣列的外側，該至少一個波導的延伸方向在模式轉換器部端相對於最初延伸方向改變至少90°。

本揭露內容的第十六態樣包含根據第一至第十五態樣中任一項的光學系統，其中複數個波導中的至少一個波導在光柵陣列之內的偏光分光光柵中的兩個之間延伸。

本揭露內容的第十七態樣包含根據第一至第十六態樣中任一項的光學系統，其中光學訊號的每個偏光模式以大於或等於-6.0dB一耦合效率耦合至複數個波導之一個波導中。

本揭露內容的第十八態樣包含根據第一至第十七態樣中任一項的光學系統，其中光學訊號的每個偏光模式以大於或等於-10dB且小於或等於-0.5dB的耦合效率耦合至複數個波導之一個波導中。

本揭露內容的第十九態樣包含根據第一至第十八態樣中任一項的光學系統，其中光纖耦合器在1550nm附近以大於或等於50nm的3dB耦合效率帶寬，耦合複數個波導中每個光學訊號的兩種偏光模式。

本揭露內容的第二十態樣包含根據第一至第十九態樣中任一項的光學系統，其中從偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的第一及第二模式轉換器的每個模式轉換器包括沿著彎曲的輪廓延伸的複數個奈米結構，彎曲的輪廓朝著從模式轉換器延伸的波導延伸。

本揭露內容的第二十一態樣包含根據第一至第二十態樣中任一項的光學系統，其中複數個奈米結構包括100nm的最小特徵大小。

本揭露內容的第二十二態樣包含用於將多芯光纖耦合至光子裝置的光學裝置，包括。光學裝置包括偏光分光光柵，被設置在基材上，偏光分光光柵將第一傳播方向上的第一偏光模式的光朝向偏光分光光柵的第一側引導，將第二傳播方向上的第二偏光模式的光朝向偏光分光光柵的第二側引導。第一側及第二側的長度大於或等於10µm且小於或等於15µm。光學裝置亦包含從偏光分光光柵的第一及第二側延伸的第一及第二模式轉換器，第一及第二模式轉換器將第一及第二傳播方向上的第一及第二偏光模式分別地引導至從第一及第二模式轉換器延伸的第一及第二波導中。第一及第二模式轉換器包括沿著第一及第二傳播方向的長度，其小於或等於偏光分光光柵的第一及第二側的長度。

本揭露內容的第二十三態樣包含根據第二十二態樣的光學裝置，其中偏光分光光柵、第一模式轉換器、及第二模式轉換器包括小於或等於250µm ²的結合橫截面積。

本揭露內容的第二十四態樣包含根據第二十二至第二十三態樣中任一項的光學裝置，其中偏光分光光柵的第一側和第二側包括大於或等於10µm的長度。

本揭露內容的第二十五態樣包含根據第二十二至第二十四態樣中任一項的光學裝置，其中第一及第二模式轉換器包括沿著第一及第二傳播方向的大於或等於3µm且小於或等於10µm的長度。

本揭露內容的第二十六態樣包含根據第二十二至第二十五態樣中任一項的光學裝置，其中第一及第二模式轉換器將第一及第二偏光模式引導至第一及第二波導，其帶有大於或等於-0.5dB的插入損耗。

本揭露內容的第二十七態樣包含根據第二十二至第二十六態樣中任一項的光學裝置，其中偏光分光光柵為包括複數個偏光分光光柵的光柵陣列的組件，複數個偏光分光光柵以對應至多芯光纖中的複數個芯的佈置的方式佈置，使得複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵接收來自芯之一個芯的光學訊號。

本揭露內容的第二十八態樣包含根據第二十二至第二十七態樣中任一項的光學裝置，進一步包括從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的第一側及第二側延伸的一對模式轉換器，該對模式轉換器的每個模式轉換器將光學訊號之一個光學訊號的偏光模式引導至被設置在模式轉換器的端部的波導。

本揭露內容的第二十九態樣包含根據第二十二至第二十八態樣中任一項的光學裝置，其中光柵陣列的毗鄰偏光分光光柵的中心彼此藉由一最小光柵間隔距離隔開，最小光柵間隔距離為小於或等於50µm。

本揭露內容的第三十態樣包含根據第二十二至第二十九態樣中任一項的光學裝置，進一步包括將多芯光纖保持在基材上方小於50um處，使得複數個芯之一個芯與光柵陣列的複數個偏光分光光柵之一個偏光分光光柵對準。

本揭露內容的第三十一態樣包含根據第二十二至第三十態樣中任一項的光學裝置，其中多芯光纖中的複數個芯包括小於或等於45µm的最小芯對芯間隔距離。

本揭露內容的第三十二態樣包含根據第二十二至第三十一態樣中任一項的光學裝置，其中多芯光纖中的複數個芯的毗鄰芯彼此藉由大於或等於20µm且小於或等於25µm的最小芯對芯間隔距離隔開。

本揭露內容的第三十三態樣包含根據第二十二至第二十三態樣中任一項的光學裝置，其中多芯光纖包括小於或等於125µm的總直徑。

本揭露內容的第三十四態樣包含一種將來自多芯光纖的光耦合至光子積體電路的方法。該方法包括以下步驟將複數個光學訊號從多芯光纖的複數個芯傳輸至光子積體電路的光柵陣列上，光柵陣列包括設置在基材上的複數個偏光分光光柵，複數個偏光分光光柵以對應至多芯光纖中的複數個芯的方式佈置，以接收光學訊號之一個光學訊號。方法包括以下步驟，在複數個偏光分光光柵的一個偏光分光光柵處，散射複數個光學訊號的每個光學訊號的光，使得在第一及第二傳播方向上分別引導複數個光學訊號的第一偏光模式及第二偏光模式。方法包括以下步驟，使用從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的模式轉換器將第一及第二偏光模式的每個偏光模式個別地引導至複數個波導中。多芯光纖包括至少5個芯，使得至少10種不同的偏光模式經複數個模式轉換器被引導至複數個波導中。複數個芯中的毗鄰芯係藉由小於或等於45µm的芯對芯間隔距離隔開。

本揭露內容的第三十五態樣包含根據第三十四態樣的方法，其中多芯光纖包括小於或等於125µm的總直徑。

本揭露內容的第三十六態樣包含根據第三十四態樣至第三十五態樣中任一項的方法，其中，芯對芯最小間隔距離小於或等於35µm。

本揭露內容的第三十七態樣包含根據第三十四態樣至第三十六態樣中任一項的方法，其中多芯光纖包括至少2個芯，使得至少4種不同的偏光模式係經由模式轉換器引導至複數個波導中。

本揭露內容的第三十八態樣包含根據第三十四態樣至第三十七態樣中任一項的方法，其中一個偏光分光光柵及由其延伸的複數個模式轉換器之一對模式轉換器包括小於或等於250µm ²的一結合橫截面積。

應當瞭解，上述一般性描述以及以下實施方式二者呈現的實施例僅為範例性的，並且預期提供概述或框架，此等概述或框架以理解請求項的性質與特徵。額外特徵與優點將於隨後的實施方式中闡述，並且部分地對於熟習此項技藝者而言從描述中為顯而易見的，或通過實踐在書面描述及請求項中描述的實施例暨隨附的附圖認知。

現在將詳細參考包括多芯光纖及用於將多芯光纖的複數個芯耦合到積體光子裝置的光纖耦合器的光學系統的實施例。光纖耦合器包括複數個偏光分光光柵，如此偏光分裂光柵以對應至多芯光纖中的複數個芯的方式佈置，使得每個偏光分光光柵接收來自複數個芯之一個的光學訊號。第一及第二模式轉換器從每個偏光分光光柵延伸至將光學訊號的不同偏光模式從芯遞送到積體光子裝置的其他組件的波導。將偏光分光光柵及由其延伸的模式轉換器的結構設計成具緊湊性，以有助於以對應至多芯光纖中的芯佈置的陣列方式佈置。在實施例中，舉例而言，與每個偏光分光光柵相關聯的第一及第二模式轉換器從偏光分光光柵的毗鄰第一及第二側延伸以在第一傳播方向上引導光學訊號至波導的第一偏光模式，且在第二傳播方向上引導光學訊號至波導的第二偏光模式。在實施例中，第一及第二模式轉換器包括沿著第一及第二傳播方向的長度，其小於或等於偏光分光光柵的第一及第二側的長度。在實施例中，每個偏光分光光柵及由其延伸的第一及第二模式轉換器，包括小於或等於250µm ²的結合橫截面積。在實施例中，多芯光纖以耦合角度相對於多芯光纖保持，使得多芯光纖的每個芯耦合至偏光光柵之一個。在實施例中，耦合角度使得多芯光纖相對於光纖耦合器的表面法線以非零角度延伸。在實施例中，耦合角度使得多芯光纖垂直於光纖耦合器(例如，與其相關聯的基材)延伸。

每個偏光分光光柵的緊湊性允許在將來自特定多芯光纖的光耦合到積體光子裝置時保持偏光多樣性。舉例而言，在實施例中，具有最小芯對芯間隔距離小於或等於50µm(例如，小於或等於45µm、小於或等於40µm、小於或等於35µm、小於或等於32µm、小於或等於30µm、小於或等於25µm、小於或等於22µm)的多芯光纖，可藉由本文中所描述的光柵耦合器耦合至積體光子裝置，同時仍保持所有芯之間的偏光多樣性。亦即，即便當每個芯與複數個芯中的毗鄰芯以小於或等於45µm分離時，多芯光纖的複數個芯中的每個芯的兩種不同偏光模式可耦合至積體光子裝置的單獨波導中。鑑於此，本文中所描述的光柵耦合器及模式轉換器有助於耦合具有與標準單一模式光纖相關聯的大小(例如，小於或等於125µm)及相對高芯計數(例如，大於或等於2個芯、大於或等於5個芯、大於或等於7個芯、大於或等於8個芯)，同時仍保持偏光多樣性。本文中所描述的偏光分光光柵及模式轉換器的結構可適用於波長分複用與空間分複用及偏光多樣性相結合的系統的情況，供用於高資料速率或其他受空間約束的應用，諸如高密度光纖陣列。

在本說明書及隨後的請求項中，將參考數個術語，此等術語應界定成具有以下含義：

如本文中所使用，術語「約」意指數量、大小、配方、參數、及其他數量與特徵並非且無需為準確，但是可根據需要為近似及/或更大或更小，反射容許偏差、轉換因數、四捨五入、量測誤差、及類似者，及熟習此項技藝者已知的其他因素。當術語「約」被使用於描述範圍的值或端點時，此揭露內容應被瞭解為包含所稱的特定值或端點。無論說明書中的範圍的數值或端點列舉「約」與否，範圍的數值或端點預期包含兩個實施例：一個由「約」修飾，一個未以「約」修飾。將進一步瞭解，每個範圍的端點相對於另一個端點二者皆為顯著的，且獨立於另一個端點。

多芯光纖，亦稱作多芯部分或「MC」，出於本揭露內容的目的，被認為包含設置在形成共同包覆層的包覆層矩陣之內的兩個或更多個芯。每個芯可被認為具有藉由較低指數(折射率)內包覆層圍繞的較高指數芯區域。每個芯可包含由一個或更多個較低指數內包覆層圍繞的較高指數芯區域，該內包覆層設置在每個芯與共同包覆層的包覆層矩陣之間。

如本文中所使用，多芯光纖可包含複數個芯，其中可將每個芯界定成第 i ^th芯(即，第1或第一、第2或第二、第3或第三、第4或第四、等……)。第 i ^th芯可具有外半徑r _Ci。將第 i ^th芯設置在多芯光纖的包覆層矩陣之內，其界定多芯光纖的共同包覆層。共同包覆層包含外半徑R _CC。

如本文中所使用，術語「毗鄰芯」係指最接近參考芯的芯。在實施例中，多芯光纖的所有芯可彼此等距地間隔。在其他實施例中，芯可彼此不等距地間隔。在實施例中，一些芯部分與參考芯部的間隔將比毗鄰芯部與參考芯部的間隔更遠。

如本文中所使用，將術語「耦合效率」量測及決定成兩個光學組件之間的光功率傳輸的百分比，並計算成從輸出功率(例如，從單一波導量測)除以來自輸入的光功率(例如，在多芯光纖的特定芯中)。

如本文中所使用，術語「串擾」(當不被使用於描述多芯光纖耦合中的串擾時)係指由光纖至晶片光柵耦合器中所存在的非理想性所誘發、在積體光子裝置的波導之間發生的光學訊號耦合。如本文中所描述，耦合至特定波導的串擾可藉由決定從相鄰波導(例如，除了正在量測串擾的波導以外的波導)輸出的光學功率並將此所量測的光學率除以輸入至被耦合至所欲量測串擾之波導的多芯光纖的訊號的光學功率。

藉由決定多芯光纖中訊號強度掉落至峰值強度e ^-2倍處的徑向定位量測模式場直徑(MFD)。除非另作說明，「模場直徑」或「MFD」係指在1550nm處的模式場直徑。

如本文中所使用的方向性術語-舉例而言，上、下、右側、左側、前、後、頂部、底部-僅係參照所繪製的附圖，並無意暗示絕對定向。

除非另作明確地說明，否則絕非預期將本文中闡述的任何方法解釋為要求按特定順序進行步驟，設備亦不需要任何特定定向。據此，在方法請求項沒有實際列舉其步驟應被遵循的順序的情況下，或在任何設備請求項並未實際列舉個別組件敘述的順序或定向的情況下，或在請求項或說明書中沒有具體地說明步驟將被限制成特定順序的情況下，或未列舉設備組件的特定順序或定向的情況下，這絕無預期在任何方面推斷順序或定向。此主張適用於任何可能非表達基礎的解釋，包含:相對於與步驟的佈置相關的邏輯問題、操作流程、組件的順序、或組件的定向；從文法組織或標點符號衍生簡單明瞭的含義，以及；說明書中敘述的實施例的數字或類型。

如本文中所使用，除非內容另作明確指定，否則單數形式「一」(a)、「一」(an)、以及「該」(the)包含複數對象。因此，舉例而言，除非上下文另作明確表示，否則「一」組件的參考包含具有兩個或更多個此種組件的態樣。

圖1A示意性地描繪光學傳輸系統100。光學傳輸系統100包括傳輸光學裝置110、接收光學裝置115、及在傳輸光學裝置110與接收光學裝置115之間延伸的多芯光纖105。取決於光學傳輸系統100的背景，發射光學裝置110及接收光學裝置115可採用各種類形式。在實施例中，傳輸光學裝置110及接收光學裝置115中的一個或更多個為積體光子裝置，其中至少部分組件形成設置在共同基材上的光子積體電路。舉例而言，在實施例中，傳輸光學裝置110包括第一積體光子裝置並且接收光學裝置115包括第二積體光子裝置。在實施例中，傳輸光學裝置110及接收光學裝置115可以是，舉例而言，在中央機構(CO)、前端、切換中心、或類似者等處實行的系統。在實施例中，傳輸光學裝置110及接收光學裝置115可在消費者駐地設備(CPE)或其他裝置實行。光學傳輸系統100可用於資料中心間通訊及資料中心內通訊。本文中所描述的光柵耦合器可用於可插拔光學器件暨共同封裝的光學器件二者。儘管本文中描述在1550nm波長下進行通訊的範例，但光學傳輸系統100可在與本揭露內容一致的其他波長(例如，1310nm)下操作。

在所描繪的實施例中，傳輸光學裝置110包括複數個發射器125及耦合至複數個發射器125的複數個光學通訊連結130。舉例而言，第一發射器125-a可配置成生成耦合至第一光學通訊連結130-a的第一個光學訊號。傳輸光裝置110可包括n個發射器125及光學通訊連結130，使得能產生n個不同的光學訊號並將其耦合至複數個光學通訊連結130中單獨的光學通訊連結中。在實施例中，複數個光學通訊連結130包括將複數個光學訊號從複數個發射器125遞送至耦合器120的複數個光纖(例如，單一模式光纖或多模式光纖)。在實施例中，複數個光學通訊連結130包括將複數個光學訊號從複數個發射器遞送至耦合器120的複數個波導。取決於實作，由複數個發射器125生成的複數個光學訊號中的每個光學訊號可包括通過光學通訊連結130傳播的兩個偏光模式。

在實施例中，傳輸光學裝置110的耦合器120配置成將由複數個發射器125生成的複數個光學訊號之一個光學訊號耦合至多芯光纖105的芯中。應理解到，在實施例中，耦合器120的結構可具有類似於本文中所描述的耦合器135的結構。亦即，本文中所描述的基於偏光分光光柵的耦合器可與本文中所描述的具體範例反向順序操作以將複數個波導耦合至多芯光纖105中。

取決於實作，多芯光纖105可具有各種長度。在實施例中，光學傳輸系統100既可用於短距離光學通訊系統(例如，用於資料中心之內的連接)，亦可用於長距離光學通訊系統(例如，用於資料中心間連接、都會環境、海底環境，諸如橫貫大陸光學通訊連結)二者。如將應當理解，如此應用可利用具有不同長度的多芯光纖。

在實施例中，多芯光纖105包括設置在形成共同包覆層的包覆層矩陣之內的複數個芯。每個芯可被認為具有藉由較低指數內包覆層圍繞的較高指數芯區域。每個芯可包含由一個或更多個較低指數內包覆層圍繞的較高指數芯區域，該內包覆層設置在每個芯與共同包覆層的包覆層矩陣之間。在實施例中，耦合器120包括光纖扇入裝置諸如基於錐形光纖的耦合器、透鏡耦合系統、基於波導的耦合器、或基於光柵的耦合器，以耦合通過複數個光學通訊連結130傳播的光學訊號。在實施例中，多芯光纖105包括對應至複數個發射器125中的發射器數量的數個芯，使得從而生成的每個光學訊號耦合至多芯光纖105的第二芯中。

在實施例中，多芯光纖105包括基於光學傳輸系統100的額外組件配置的結構。舉例而言，諸如開關、檢測器、及接收光學裝置115的其他組件之類的組件可配置成，與具有外徑為150µm或更小(例如，125µm)及模式場直徑小於或等於15µm(例如，10µm、8µm、等)的光纖一起操作。額外地，為了最大化資料傳輸速率，若多芯光纖105包括至少2個芯(例如，大於或等於3個芯、大於或等於4個芯、大於或等於5個芯、大於或等於6個芯、大於或等於7個芯、大於或等於8個芯)可為有益的。將如此數量的芯局限在多芯光纖105之內、在如此大小約束之內操作致使多芯光纖105的複數個芯彼此相對地靠近。舉例而言，在實施例中，多芯光纖105的複數個芯中毗鄰的複數個芯之間以最小芯對芯間隔距離小於或等於50µm(例如，小於或等於45µm，小於或等於40µm、小於或等於35µm、小於或等於32µm、小於或等於30µm、小於或等於25µm、小於或等於22µm)彼此隔開。如此芯對芯間距對將通過多芯光纖傳播的光學訊號耦合至接收光學裝置115提出挑戰。

在所描繪的實施例中，接收光學裝置115為積體光子裝置，其中將其複數個組件設置在基材150上。接收光學裝置115包括耦合器135、複數個光學通訊連結145、及複數個接收器140。在本文中所描述的實施例中，耦合器135包括光柵耦合器，光柵耦合器包含以對應至多芯光纖105中的芯佈置的方式佈置的複數個偏光分光光柵。多芯光纖105的端部可相對於基材150保持間隔的關係，使得多芯光纖105的每個芯與光柵陣列的偏光分光光柵之一個偏光分光光柵對齊，使得其中一個藉由傳輸光學裝置110生成的光學訊號被其中一個偏光分光光柵散射。如本文中所描述，複數個光學訊號之一個光學訊號可包含多個偏光模式。在如此情況下，偏光分光光柵可將光學訊號中的一個的第一偏光模式的光引導至第一傳播方向，並將光學訊號的第二偏光模式的光引導至第二傳播方向。光柵陣列可包括從複數個偏光分光光柵中的每個偏光分光光柵的兩側延伸的模式轉換器，以將與光學訊號相關聯的第一及第二偏光模式的每個偏光模式耦合至複數個光學通訊連結145中的一個光學通訊連結。舉例而言，光學通訊連結145-a中的第一個光學通訊連結可接收由傳輸光學裝置110生成的第一光學訊號的第一偏光模式，且光學通訊連結145-b中的第二通訊連結可接收第二光學訊號的第二偏光模式。在實施例中，傳輸光學裝置包含n個光學通訊連結145，其中n對應至藉由傳輸光學裝置110生成的光學訊號的數量。在實施例中，接收光學裝置115的光學通訊連結145的數量包括耦合器135的至少雙倍數量的偏光分光光柵。儘管在所描繪的實施例中，傳輸光學裝置110及接收光學裝置115包含相同數量的光學通訊連結(即，傳輸光學裝置110包含n個光學通訊連結130且接收光學裝置115包含n個光學通訊連結145)，應理解到，亦考量其中傳輸光學裝置110及接收光學裝置115包含不等數量的光學通訊連結的實施例二者。

在實施例中，接收光學裝置115的複數個光學通訊連結145包括在基材150中形成的層(或設置在基材150上的層)中的複數個波導。舉例而言，如本文中所描述，光學通訊連結145可包括在與耦合器135的複數個偏光分光光柵相同的材料層中形成的複數個波導。複數個個接收器140配置成接收通過複數個光學通訊連結145傳播的光學訊號並對其進行操作。在實施例中，舉例而言，複數個接收器140為用於將複數個光學訊號遞送至接收光學裝置115的不同組件的光學開關或類似物的輸入。在實施例中，複數個接收器140將被引導至其的光學訊號轉換成電性訊號，用於光子積體電路中的額外操作。

現在參照圖1B，根據範例實施例更詳細地描繪圖1A的光學傳輸系統的多芯光纖105與耦合器135之間的介面。在所描繪的實施例中，多芯光纖105包括被設置在共同包覆層155中的複數個芯160。複數個芯160包括第一芯160-a、第二芯160-b、第三芯160-c、第四芯160-d、第五芯160-e、第六芯160-f、及第七芯160-g。多芯光纖105亦包括延伸通過多芯光纖105的縱向中心線的中心軸165。在實施例中，多芯光纖105保持與基材150間隔的關係(例如，藉著未描繪的光纖單元)，使得多芯光纖105的端部170設置在靠近耦合器135處。在實施例中，經由黏著劑將多芯光纖105的端部170固定在基材150上。在實施例中，將多芯光纖105相對於基材150定位，使得中心軸165與基材150的表面法線175以一角度延伸。在實施例中，此角度配置成使複數個芯160之每個芯與耦合器135的複數個偏光分光光柵180之一個偏光分光光柵之間的耦合效率最大化。在實施例中，中心軸165與基材150的表面法線175之間的角度大於或等於5°(例如，大於或等於7°、大於或等於10°、大於或等於12°)以最大化耦合效率並有益地減少將光的反向散射回至複數個芯160中。將在本文中參照圖1E更詳細地描述多芯光纖105的結構。

在所描繪的實施例中，多芯光纖105的端部170垂直於中心軸165。應當瞭解，在實施例中，多芯光纖105以非零劈開角度切割以降低在多芯光纖105的端部170處的反射。應當瞭解，以一角度拋光多芯光纖以便光纖端部170大致上平行於基材150延伸，可達到類似的耦合結果。多芯光纖105的如此端部面拋光可有益地致使複數個芯之間的均勻耦合及減少至多芯光纖105中的反向散射。

在圖1B所描繪的實施例中，耦合器135為包括複數個偏光分光光柵180的光柵耦合器。在實施例中，複數個偏光分光光柵180以對應至多芯光纖105中的複數個芯160的方式佈置。舉例而言，在實施例中，複數個偏光分光光柵180包括第一偏光分光光柵180-a、第二偏光分光光柵180-b、第三偏光分光光柵180-c、第三偏光分光光柵180-c、第五偏光分光光柵180-e、第六偏光分光光柵180-f、及第七偏光分光光柵180-g。亦即，耦合器135包括與多芯光纖105中的芯相同數量的偏光分光光柵。多芯光纖105可與基材150保持間隔的關係，使得藉由複數個芯160之一個芯傳播的七個光學訊號之一個光學訊號經由複數個偏光分光光柵180中的對應一個偏光分光光柵耦合至複數個光學通訊連結145之一對光學通訊連結。舉例而言，通過多芯光纖105的第一芯160-a傳播的第一對光學訊號(具有正交偏光)可被引導至耦合器135的第一偏光分光光柵180-a，通過多芯光纖105的第二芯160-b傳播的第二對光學訊號可被引導至耦合器135的第二偏光分光光柵180-b，以此類推。在實施例中，複數個偏光分光光柵180包括相同的佈置(例如，毗鄰光柵上的對應點之間的最小光柵-光柵間隔距離可與複數個芯160的最小芯對芯間隔距離相同)。

如本文中所描述，在實施例中，多芯光纖105的複數個芯160中的至少一個芯可具有傳播通過其中的兩種不同偏光模式的多個光學訊號。舉例而言，通過複數個芯160傳播的複數個光學訊號可分解成兩個正交偏光模式：LP01-x偏光模式及LP01-y偏光模式。為了將與複數個光學訊號中的每個光學訊號相關聯的兩種模式獨立地耦合至複數個光學通訊連結145中的單獨的光學通訊連結中，複數個偏光分光光柵180中的每個偏光分光光柵均包括散射元素陣列，該散射元素陣列被設計成在不同方向上散射每個偏光模式。舉例而言，在實施例中，複數個偏光分光光柵180中的每個偏光分光光柵包括疊加的二維光柵，該二維光柵包括兩個散射元素陣列，該等散射元素陣列佈置成在不同的傳播方向上引導每個光學訊號的每個偏光模式。在本文中參照圖1C更詳細地描述複數個偏光分光光柵180的結構。

如圖1B所描繪，複數個光學通訊連結145之一對光學通訊連結從複數個偏光分光光柵180中的每個偏光分光光柵延伸。如本文中所描述，複數個光學通訊連結145可包括在基材150上形成的複數個波導。複數個波導可定位成接收由複數個偏光分光光柵180之每個偏光分光光柵散射的其中一個正交偏光模式。如本文中所描述，從複數個偏光分光光柵180中的每個偏光分光光柵延伸的一對波導可從與複數個偏光分光光柵中的每個偏光分光光柵的側面接觸的模式轉換器延伸。模式轉換器通常作為光點大小轉換器，供用於聚焦來自由偏光分光光柵180散射的光學訊號的光，待與複數個波導相關聯的傳播模式參數兼容。在實施例中，基於通過多芯光纖105傳播的光學訊號的波長，暨構造接收光學裝置115的材料(例如，形成複數個偏光分光光柵180及模式轉換器的層)的相應折射率建構波導。在實施例中，複數個偏光分光光柵180大致上為正方形，其長度大致對應至複數個芯160中的每個芯的模式場直徑(例如，大於或等於8µm，大於或等於10µm)。複數個波導可包括小於或等於5µm(例如，小於或等於500nm)的標稱寬度(例如，在平行於基材150的平面中)。如此一來，模式轉換器可將與光學訊號相關聯的光點大小縮小至少10倍(例如，20倍)，以有助於與複數個波導的耦合。在本文中參照圖1C更詳細地描述模式轉換器的結構。

在所描繪的實施例中，耦合器135包括七個偏光分光光柵180，及從複數個偏光分光光柵180中的每個偏光分光光柵延伸的成對的模式轉換器及光學通訊連結145。如此一來，接收光學裝置包括14個光學通訊連結145，它們為在複數個偏光分光光柵180的每個偏光分光光柵與複數個接收器140之間延伸的波導。每個波導將與通過多芯光纖105傳播的複數個光學訊號之一個光學訊號相關聯的一個偏光模式，耦合至複數個接收器140中。如本文中所描述，耦合器135的各種組件(例如，偏光分光光柵180及由其延伸的模式轉換器)的大小有助於一旦耦合至接收光學裝置115中時，保持光學訊號中的偏光多樣性。

複數個光學通訊連結145的遞送亦被設計成最大化複數個芯160與複數個接收器140之間的耦合效率。在所描繪的實施例中，舉例而言，複數個光學通訊連結145在耦合器135與複數個接收器140之間延伸時不彼此相交，以減少與波導相交處的訊號相互作用相關聯的訊號損耗。在實施例中，複數個光學通訊連結145中的每個光學通訊連結與複數個光學通訊連結145中的所有其他光學通訊連結中的每個光學通訊連結，最少藉由最小波導分離距離185隔開。在實施例中，最小波導間隔距離185大於或等於500nm(例如，大於或等於1µm)，以在將多芯光纖105耦合至複數個接收器140的過程中使光學訊號的偏光模式之間的串擾最小化。

歸因於多芯光纖105的複數個芯160之間的間距，複數個偏光分光光柵180亦彼此相對地靠近。如此接近的光柵對光柵間距，再加上耦合至複數個接收器140的偏光模式的數量，需要耦合器135與複數個接收器140之間的複數個光學通訊連結145的遞送的仔細設計。在所描繪的實施例中，複數個光學通訊連結145中的每個光學通訊連結均包括至少一個彎曲部195，其延伸方向在該彎曲部中改變，以便不與接收光學裝置115的任何其他組件相交。在實施例中，複數個光學通訊連結中的每個光學通訊連結的至少一個彎曲部195包括大於或等於5µm的曲率半徑以降低在至少一個彎曲部195處發生的訊號損耗。如此一來，耦合器135的組件的緊湊性有助於保持通過包括相對高芯密度的多芯光纖105傳播的光學訊號的偏光多樣性，同時實現波導能遞送以最小化訊號損耗。亦即，與通過多芯光纖105傳播的光學訊號之每個光學訊號相關聯的兩種偏光模式能以相對高的耦合效率耦合至接收光學裝置115中。在實施例中，與通過多芯光纖105傳播的複數個光學訊號之一個光學訊號相關聯的每個偏光模式以大於或等於-6.0dB的耦合效率耦合至複數個光學通訊連結145之一個光學通訊連結中。現在將更詳細地描述複數個偏光分光光柵180及由其延伸的模式轉換器的結構。

圖1C描繪圖1B中所描繪的接收光學裝置115的區域190的特寫視圖。第三偏光分光光柵180-c被描繪成包括第一複數個散射元素200及第二複數個散射元素205的疊加交叉光柵。第一複數個散射元素200包括被佈置成垂直於第一傳播方向220延伸的行的奈米結構(例如，柱、空腔、或類似物)的陣列。第一複數個散射元素200可在行中彼此間隔分開，以便將在第一傳播方向220上通過多芯光纖105傳播的光學訊號的波長處的光朝向第三偏光分光光柵180-c的第一側210散射。第二複數個散射元素205包括被佈置成垂直於第二傳播方向225延伸的行的奈米結構(例如，柱、空腔、或類似物)的陣列。第二複數個散射元素205可在行中彼此間隔分開，以便將在第二傳播方向225上通過多芯光纖105傳播的光學訊號的波長處的光朝向第三偏光分光光柵180-c的第二側215散射。因此，通過多芯光纖(見圖1B)的第三芯160-c傳播的光學訊號的LP01-x及LP01-y模式二者均可能在歸因於與第三偏光分光光柵180-c相互作用的不同的兩個傳播方向上散射及傳播。

在實施例中，第三偏光分光光柵180-c的第一側210及第二側215的長度可對應至多芯光纖105的第三芯160-c的模式場直徑，其可大於或等於5µm(例如，大於或等於8µm，大於或等於10µm)。在實施例中，第一側210及第二側215的長度大於模式場直徑。模式轉換器從第一側210及第二側215延伸，以重新調整散射光的大小，以便沿著複數個光學訊號通訊連結145之一個光學訊號連結向下傳播。舉例而言，如圖所示，第一模式轉換器235從第三偏光分光光柵180-c的第一側210延伸以將第一偏光模式的光耦合至第一光學通訊連結145-a中。第二模式轉換器240從第三偏光分光光柵180-c的第二側215延伸以將第二偏光模式的光耦合至第二光學通訊連結145-b中。在所描繪的實施例中，第一及第二光學通訊連結145-a及145-b包括在基材150上形成的波導(例如，條狀負載波導、通道波導、肋形波導、或脊形波導)。取決於其厚度及構成波導的材料，波導可包括小於或等於1µm(例如，小於或等於500nm、小於或等於450nm)的標稱寬度230(例如，在平行於基材150的平面中)。

第一及第二模式轉換器235及240重新調整由第三偏光分光光柵180-c散射的偏光模式的大小，以供耦合至第一及第二光學通訊連結145-a及145-b中。現有的光柵耦合器通常利用具有長度大於100的基於錐形波導的耦合器來進行如此模式轉換。如此基於錐形波導的耦合器的大小使得保持特定多芯光纖的偏光多樣性變得困難，因為偏光分光光柵及錐形波導的組合具有太大的表面面積覆蓋範圍，而無法與多芯光纖的每個芯的耦合進行佈置。據此，在實施例中，使用目標函數迭代地設計第一及第二模式轉換器235及240，此目標函數滿足與(在第三偏光分光光柵180-c的第一及第二側210及215處)將光耦合至波導中相關聯的約束。如此約束可据限第一及第二模式轉換器235及240的大小，且該演算法可輸出任意離散的介電常數分佈，在給定大小約束的情況下，該介電常數分佈可轉換與用於耦合至波導中的偏光模式相關聯的光點大小。在實施例中，將第一及第二模式轉換器235及240設計成，沿著光在通過其傳播的傳播方向(即，分別沿第一及第二傳播方向220及225)以具有的寬度，小於多芯光纖的複數個芯160的模式場直徑(例如，小於或等於25µm、小於或等於15µm、小於或等於10µm、小於或等於8µm)。在實施例中，將第一及第二模式轉換器235及240設計成，在垂直於光通過其傳播的傳播方向(例如，平行於第一及第二側210及215)上以具有的寬度，小於或等於多芯光纖(例如，小於或等於50µm、小於或等於30µm、小於或等於20µm)的複數個芯的模式場直徑(例如，小於或等於模式場直徑的1.2倍)的2.0倍。給定如此大小約束，迭代技術可輸出用於第一模式轉換器235的第一離散化介電常數分佈及用於(將每個偏光模式分別耦合至第一及第二光學通訊連結145-a及第二光學通訊連結145-a及145-b中的)第二模式轉換器240的第二離散化介電常數分佈。可經由使用預定最小特徵大小(例如，50nm、100nm、200nm)的微影技術形成如此離散化的介電常數分佈。

在實施例中，第三偏光分光光柵180-c、第一模式轉換器235、及第二模式轉換器240的組合包括小於或等於300µm ²(例如，小於或等於250µm ²、小於或等於225µm ²，小於或等於200µm ²)的橫截面面積。即使當複數個芯160為相對緊密地封裝(例如，包括小於或等於45µm的最小芯對芯間隔距離)，時，與耦合器135的每個光柵相關聯的如此最小覆蓋範圍有助於以對應至多芯光纖105的芯160的佈置的方式佈置複數個偏光分光光柵180。使用常規基於錐形波導的模式轉換器尚未實現針對多芯光纖105的每個芯皆具有如此緊密封裝的芯的此種多偏光耦合。

在耦合器135之內，第三偏光分光光柵180-c與複數個偏光分光光柵180之其他偏光分光光柵相比更為遠離複數個接收器140(見圖1B)。亦即，耦合器135的組件(例如，第二偏光分光光柵180-b及與其相關聯的模式轉換器及波導)位於第三偏光分光光柵180-c與複數個接收器140之間。鑑於此，第一及第二光學通訊連結145-a及145-b可採用間接遞送以避免與如此其他組件相交。如圖1C所描繪，第一光學通訊連結145-a包括複數個彎曲部245，其中其延伸方向改變。在其第一端部250處，第一光學通訊連結145-a大致上平行於第一傳播方向220延伸，而在其第二部分255處，第一光學通訊連結145-a在相對於第一傳播方向220以大於或等於90°的角度延伸的方向上延伸。亦即，藉由彎曲波導的路徑，任何偏光模式的傳播方向可在耦合器135之內改變超過90度，以圍繞與耦合器135相關聯的各種其他組件而遞送光，以避免相交及/或訊號損失。

現在參照圖1D，示意性地描繪通過圖1C的線II-II的第三偏光分光光柵180-c的截面視圖。在實施例中，圖1D中描繪的截面視圖代表本文中所描述的接收光學裝置115的整個結構的結構。舉例而言，圖1D中描繪的各種層，諸如基材150，可延伸貫穿及整個接收光學裝置115。如圖所描繪，第三偏光分光光柵180-c包括基材150、埋入的氧化物層260、及上層265。在實施例中，基材150包括矽基材、絕緣體上矽基材或通常被使用於光子積體電路中的任何其他合適類型的基材。埋入的氧化物層可由諸如二氧化矽的介電層構成。上層265可由矽構成。

在所描繪的實施例中，第一複數個散射元素200包括在上層265中形成的複數個空腔270。在所描繪的實施例中，複數個空腔270中的每個空腔具有相同的深度。應當瞭解，在實施例中，第一複數個散射元素200可包含具有非均勻深度的複數個空腔270。在實施例中，第一及第二複數個散射元素200及202可包括不同的深度。在實施例中，經由使用對應至複數個空腔270的符合需求之分佈的圖案的微影的電子光束光微影，形成第一複數個散射元素200，接著為反應性蝕刻步驟(例如，反應性離子蝕刻)以去除上層265的部分以形成第一複數個散射元素200。在實施例中，複數個空腔僅部分地延伸通過上層265。在實施例中，複數個空腔延伸通過上層265的整個厚度。儘管所描繪的實施例將第一複數個散射元素200實行成被蝕刻至上層265中的負特徵，但應理解到，亦預想到將第一複數個散射元素200(及第二複數個散射元素202)實行成設置在上層265頂部的正特徵(例如，柱)的情況。在實施例中，第三偏光分光光柵180-c(及其他複數個偏光分光光柵180之每個偏光分光光柵)包括設置在其上的包覆層(未描繪)。每個光柵的複數個散射元素200及202之每個散射元素均可封裝在包覆層(例如，藉由電漿增強化學氣相沉積所沉積的氧化矽層)中，以提供適當的折射率對比度以有助於耦合。

在實施例中，可在與耦合器135的複數個偏光分光光柵180共同的層中形成接收光學裝置115的額外組件。舉例而言，在實施例中，以與第一複數個散射元素200相同的微影/蝕刻序列，可在上層265之內或者上層上形成從複數個偏光分光光柵180及複數個光學通訊連結145之每個延伸的第一及第二模式轉換器235及240。舉例而言，用於將光耦合至波導中的第一及第二模式轉換器235及240的第一及第二離散化介電常數分佈，可藉由在上層265中經由在本文中所描述的優化技術決定的定位中，蝕刻複數個孔所實現。亦可藉由使用任何合適的技術圖案化上層265以形成複數個光學通訊連結145。

圖1E描繪通過圖1B中所描繪的線I-I的多芯光纖105的截面視圖。如圖所描繪，多芯光纖105包括設置在共同包覆層155中的第一芯160-a、第二芯160-b、第三芯160-c、第四芯160-d、第五芯160-e、第六芯160-f，及第七芯160-g。共同包覆層155包括外邊緣290，其界定共同包覆層半徑Rcc(在外邊緣290與多芯光纖105的每個縱軸中心線280之間徑向延伸)及多芯光纖105的外徑。在實施例中，R _cc小於或等於100µm(例如，小於或等於75µm、小於或等於65µm、小於或等於62.5µm)使得多芯光纖105的外徑小於或等於200µm(例如，小於或等於150µm、小於或等於130µm、小於或等於125µm)。在實施例中，複數個芯160的邊緣與外邊緣290間隔分開至少一個最小芯邊緣到光纖邊緣的距離295。如圖1E中所描繪，最小芯邊緣至光纖邊緣距離295係從沿著芯外圓周的點至沿著外邊緣290圓周的最接近點的最小距離，如藉由在垂直於縱軸中心線280的平面中，沿著芯的外圓周的點與外邊緣290上沿著圓周的最接近點之間的線區段決定。在實施例中，最小芯邊緣至光纖邊緣距離295大於或等於8微米。在實施例中，最小芯邊緣至光纖邊緣距離295大於或等於12微米。在實施例中，最小芯邊緣至光纖邊緣距離295大於或等於15微米。不預期受任何特定理論的束縛，據信由於隧道效應造成的訊號損失程度取決於最小芯邊緣至光纖邊緣距離295的最小值。

在所描繪的實施例中，將複數個芯160設置成六邊形格子佈置，其中第四芯160-d延伸通過每個縱軸中心線280。複數芯160之每個芯與第四芯160-d及複數個芯160中的另一個芯形成等邊三角度形，使得每個芯包括兩個毗鄰的芯，它們藉由最小芯對芯間隔距離285彼此隔開。在實施例中，複數個160之每個芯的中心線與兩個毗鄰芯的中心線藉由最小芯對芯間隔距離285間隔開。在實施例中，最小芯對芯間隔距離285大於或等於20µm以有助於複數個芯260之間的相對低的串擾。在實施例中，最小芯對芯間隔距離285小於或等於45µm(例如，小於或等於40µm、小於或等於35µm、小於或等於30µm、小於或等於25µm，小於或等於22µm)。如此低的最小芯對芯間隔距離有助於包含相對地大量的芯的多芯光纖105以增加資料傳輸速率，但是，如本文中所描述，在藉著光柵耦合器將多芯光纖105耦合至積體光子裝置時亦會產生困難。

在實施例中，複數個芯160之每個芯包括由一個或更多個相對地低指數內包覆層圍繞的相對地較高指數芯區域。複數個芯160之每個芯的折射率分佈可被設計成在適用於特定應用的特定波長處實現模式場直徑。在實施例中，複數個芯160之每個芯的模式場直徑大於或等於5µm(例如，大於或等於8µm，大於或等於10µm)，以有助於耦合至現有光學互連接中的標準單一模式光纖。如本文中所描述，複數個芯160之每個芯的模式場直徑可對應至耦合器135的複數個偏光分光光柵180的尺寸。

儘管本文中參照圖1A至1E所描述的實施例包含具有7個芯的多芯光纖105，使得14種不同的偏光模式耦合至接收光學裝置115上的14個波導，但應理解到，具有不同數量及佈置的芯的實施例被考量並在本揭露內容的範圍之內。舉例而言，在實施例中，多芯光纖105僅包括佈置在等邊三角度形的頂點處的三個芯(例如，每個芯與另一個芯藉由前文所論述的最小芯對芯間隔距離285隔開)。等邊三角度形可被居中設置在共同包覆層155之內，使得每個縱軸中心線延伸通過等邊三角度形的中心。在另一範例中，多芯光纖105包括以2×2佈置所設置的4個芯，其中每個芯被設置在正方形的角落處。在此範例中，每個芯可與其他芯中的藉由兩個最小芯對芯間隔距離285隔開。在另一個範例中，多芯光纖包括以1x4佈置所設置的4個芯。在實施例中，多芯光纖105可包括大於7個芯(例如，8個芯以2x4佈置設置，每個芯可與其他芯中的兩個藉由最小芯對芯間隔距離285隔開)。亦預想其中多芯光纖105包括不等間隔的芯(例如，彼此最接近的芯可藉由不同的距離隔開)情況的實施例。多芯光纖105可包含與本揭露內容一致的任意數量的芯(例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15)。

在具有相對高資料速率要求的特定應用中，在多芯光纖105中合併相對大量的芯可能為有益的。舉例而言，在多芯光纖105中合併大於或等於5芯(例如，6芯、7芯、8芯、9芯、10芯)可能為有益的。將多芯光纖105的外徑保持在特定要求之內亦可能為有益，以有助於與光學傳輸系統100的其他組件的耦合。舉例而言，在實施例中，多芯光纖105包括125µm的外徑(即，R _cc=62.5µm)以有助於與標準單一模式光纖組件的兼容性。除了其他要求(例如，芯邊緣至光纖邊緣的間隔距離)之外，在具有如此大小的光纖中如此大量的芯，約束毗鄰芯之間的最小芯對芯間隔距離。如本文中所描述，由於存在與光柵耦合器相關聯的大小約束，因此減小最小芯對芯間隔距離會在保持偏光多樣性方面產生困難。

本文中所描述的極小型偏光分光光柵及模式耦合器有助於保持通過具有密集封裝芯的多芯光纖傳播的複數個光學訊號的偏光多樣性。舉例而言，圖2A至2C描繪配置用於將不同的多芯光纖耦合至積體光子裝置的範例光柵耦合器300、305、及310。圖2A至2C的每個圖中的圓圈描繪多芯光纖中芯的佈置，每個光柵耦合器300、305、及310被設計成耦合至積體光子裝置中。舉例而言，圖3A的光柵耦合器300被設計成耦合包括複數個芯315(例如，第一芯315-a、第二芯315-b、第三芯315-c、第四芯315-d、第五芯315-e、第六芯315-f、第七芯315-g、第八芯315-h)以2×4佈置方式所佈置的多芯光纖，使得每個芯的中心被最小芯對芯間隔距離320隔開，該最小芯對芯間隔距離320小於或等於30µm(例如，25µm)。

光柵耦合器300包括以對應至複數個芯315的方式佈置的複數個偏光分光光柵325(例如，複數個偏光分光光柵325中的毗鄰光柵藉由對應至最小芯對芯間隔距離320的最小芯對芯間隔距離彼此隔開)。偏光分光光柵325可為正方形的且包括大於或等於複數個芯315的模式場直徑的長度。舉例而言，在實施例中，複數個芯315之每個芯包括8µm的模式場直徑，偏光分光光柵325包括10µm×10µm的正方形。偏光分光光柵325在結構上可對應至本文中參照圖1A至1E所描述的複數個偏光分光光柵180，並在不同方向上散射來自不同偏光模式的光。光柵耦合器300進一步包括一對模式轉換器330(例如，類似於本文中所描述的第一模式轉換器235及第二模式轉換器240)，從每個偏光分光光柵325延伸以將偏光模式耦合至從一對模式轉換器330延伸的一對波導335。在實施例中，迭代地構成模式轉換器以在給定的預定大小約束的情況下擁有任意介電常數分佈。舉例而言，在實施例中，一對模式轉換器330中的每個模式轉換器在傳播通過其中的光的傳播方向上包括5µm的寬度(例如，每個模式轉換器可包括10µm×5µm的矩形形狀)。如此一來，偏光分光光柵325之一個偏光分光光柵及一對模式轉換器330的組合包括200µm ²的結合橫截面面積。如圖所描繪，如此緊湊性有助於將16個波導耦合至通過複數個芯315傳播的不同偏光模式，同時仍保持最小波導對波導間隔距離340以避免顯著的串擾。在實施例中，最小波導對波導間隔距離340大於或等於1µm。

圖2B描繪另一光柵耦合器305，其被設計成耦合複數個芯345(第一芯345-a、第二芯345-b、第三芯345-c、第四芯345-d、第五芯345-e、第六芯345-f、及第七芯345-g)至積體光子裝置。將複數個芯345佈置成六邊形格子佈置，使得複數個芯345之每一個芯與其他芯中的兩個芯藉由小於或等於30µm的最小芯對芯間隔距離350(例如，25µm)隔開。光柵耦合器305，如參照圖2A描述的光柵耦合器300，包括複數個偏光分光光柵325，具有從每個偏光分光光柵325的側面延伸的一對模式轉換器330，以將來自複數個芯之一個芯的兩個偏光模式耦合至從一對模式轉換器330延伸的一對波導335中。儘管25µm的最小芯對芯間隔距離350相對地較低，但當7個芯耦合至積體光子裝置時，仍然可保持偏光多樣性。

圖2C描繪另一光柵耦合器310，其設計成將複數個芯355(第一芯355-a、第二芯355-b、第三芯355-c、第四芯355-d、第五芯355-e、第六芯355-f、第七芯355-g、及第八芯355-h)耦合至積體光子裝置。複數個芯355以2×4的佈置方式佈置，使得每個芯的中心藉由小於或等於25µm(例如，22µm)的最小芯對芯間隔距離360隔開。亦即，在圖2C中，多芯光纖包括與圖2A的範例類似的芯佈置，但是最小芯對芯間隔距離少3µm(從25µm減少至22µm)。光柵耦合器310，如參照圖2A描述的光柵耦合器300，包括複數個偏光分光光柵325，具有從每個偏光分光光柵325的側面延伸的一對模式轉換器330，以將來自複數個芯之一個芯的兩個偏光模式耦合至從一對模式轉換器330延伸的一對波導335中。儘管22µm的最小芯對芯間隔距離350相對地較低，但當8個芯耦合至積體光子裝置時，仍然可保持偏光多樣性。

在圖2A及2C中描繪的範例光柵耦合器300與310之間值得注意的區別為偏光分光光柵325及一對模式轉換器330的定向。在圖2A中，耦合光在光柵耦合器300外部的波導335中的最終傳播方向為向下(例如，圖2A中描繪的負y方向)，垂直於光柵陣列的行的長度方向。在該對模式轉換器330之間延伸的每個偏光分光光柵325的角落365指向向下的方向，平行於藉由光柵耦合器300外部的波導引導的光的方向。

在圖2C中，調整偏光分光光柵325的相對定向以補償減少的光柵間距。如圖2C中所描繪，所耦合的光在光柵耦合器310外部的波導335中的最終傳播方向為側面(例如，圖2C中所描繪的負x方向)，平行於光柵陣列的行的長度方向。偏光分光光柵325相對於圖2A中描繪的定向旋轉，使得角落365不再指向下方，而係指向更靠近耦合至波導的光的最終傳播方向的一側。由於偏光分光光柵325的如此旋轉，其包含模式轉換器的側不再與包含模式轉換器的其他偏光分光光柵325的側面毗鄰，從而在光柵之間提供更多空間以供佈設波導。

如此一來，通過仔細選擇偏光分光光柵325相對於光在積體光子裝置上被引導的最終方向的定向，可適應芯佈置的各種不同組合。在本文中所描述的實施例中，偏光分光光柵325具有共同的定向，且成對的模式轉換器330從每個偏光分光光柵325的相同側延伸。應理解到，亦預想到，光柵耦合器中的偏光分光光柵具有不同定向(例如，使得角落365指向不同方向)的情況及/或模式轉換器330從光柵延伸至光柵的不同側的情況亦被考量並在本揭露內容的範圍之內，其中應當瞭解，在此等實施例中，可取決於其相對於符合需求的傳播方向的定向個別地設計偏光分光光柵。

產製範例光柵耦合器，以耦合與多芯光纖的7個芯相關聯的14個偏光模式，該多芯光纖具有圖1E中所描繪的多芯光纖105的結構。複數個芯160在1550nm處具有8µm的模式場直徑，最小芯對芯間隔距離為32µm。多芯光纖的外徑為125µm。

在絕緣體上矽基材上產製光柵耦合器400(如圖3A中所描繪)。光柵耦合器400包括具有3µm厚度的埋入的氧化物層(例如，對應至圖1D中描繪的埋入的氧化物層260)及矽層(例如，對應至圖1D中描繪的具有250nm厚度的上層265)。經由電子光束微影圖案化矽層，最小特徵大小為100nm。可使用兩個微影步驟(矽層的全部蝕刻或120nm部分蝕刻)。進行反應離子蝕刻以形成偏光分光光柵及波導的散射元素。光柵部分地蝕刻通過矽層，而模式轉換器及波導為藉由蝕刻矽層的全部厚度所形成。在微影及蝕刻步驟中形成具有標稱寬度為450nm的波導。蝕刻之後，通過電漿增強化學氣相沉積採用1µm二氧化矽層包覆晶片。

圖3A中描繪所產製的光柵耦合器400。光柵耦合器400包括7個二維光柵405，其大致上為正方形形狀，長度為10µm。圖3B描繪其中一個二維光柵405的特寫視圖。使用時域有限差分方法設計二維光柵405。針對10°耦合角度設計光柵。二維光柵405的每個疊加光柵為正交，並以不同偏光模式的定向光在相對於彼此延伸大約83.1°的方向上引導以負擔10°耦合角度。如圖3A及3B中所描繪，光柵耦合器400包括從每個二維光柵405的兩個二維光柵毗鄰側延伸的模式轉換器410。模式轉換器410將其中一個二維光柵405之每個輸出連接至450nm矽波導415。在僅為10µmx5µm的面積上，使用基於梯度的(稱為Stanford光子逆設計軟體(SPINS))的優化軟件設計模式轉換器410。如此一來，每個二維光柵405及其對應的一對模式轉換器410的結合橫截面面積為200µm ²。如圖3B中所描繪，每個模式轉換器410包括經由延伸至矽層中的複數個穿孔412表示離散化介電常數分佈。穿孔412通常以複數個彎曲輪廓延伸，每個彎曲輪廓具有隨著與其中一個二維光柵405的距離增加而朝向波導415彎曲的錐形形狀。

使用圖3C中所描繪的測試裝置420建模及測試圖3A及3B中所描繪的光柵耦合器400。多芯光纖425與光柵耦合器保持間隔關係，使得每一個二維光柵405均與多芯光纖425的芯對準。來自每個芯的光學訊號經由其中一個二維光柵405耦合至其一個波導415中。將複數個一維光柵430佈置在每個波導415的端部，以將光耦合至複數個單一模式光纖435中供用於量測。

對測試裝置420進行時域有限差分(「FDTD」)模擬。圖3D描繪耦合至其中一個單一模式光纖435的每個模式的耦合效率曲線繪圖440。每個模式的FDTD模擬耦合效率為-3.8dB，帶寬為57nm。模式轉換器410模擬成具有-0.5dB的插入損失，考慮到它們的極小型覆蓋範圍，這為相對地較低。在實施例中，本文中所描述的光柵耦合器在1550nm周圍具有大於或等於50nm的3dB耦合效率帶寬。

亦藉由將來自可調諧連續雷射源的光，耦合至其中一個單一模式光纖435中，經由複數個一維光柵430之一個一維光柵耦合至其中一個波導415，並經由光柵耦合器400的其中一個二維光柵405耦合至多芯光纖425的芯之其中一個芯，進行光柵耦合器400的物理測試。檢測器收集來自多芯光纖425的光以決定光柵耦合器400對於每個偏光模式的耦合效率。將單一模式光纖與多芯光纖425的一個芯對齊，以將光引導至檢測器，該檢測器包括功率計及光學光譜分析儀。在圖3E的耦合效率曲線繪圖444中描繪第四芯(例如，對應至圖1E的第四芯160-d)與第六芯(例如，對應至圖1E的第六芯160-g)之間量測的耦合效率及模式間串擾。如圖所示，光柵耦合器400實現48nm的3dB帶寬，範圍從1505nm至1553nm。第二芯160-b的最高耦合效率為-4.4dB，而第一芯160-a的最低耦合效率為-6.0dB。此等差異可藉由芯與晶片表面之間的非均勻間距說明，因為光纖沒有以一定角度度劈開。另一方面，結果顯示出最大偏光相關損失僅為0.4dB，這可歸因於產製裝置中的小量不對稱性及饋送波導的不同彎曲半徑。在1509nm處量測最大串擾：−36.4dB，比在此波長處的耦合效率低−28.4dB。

從上述的描述顯而易見，光纖耦合器可被使用於將多芯光纖的複數個芯耦合至積體光子裝置。光纖耦合器包括複數個偏光分光光柵及從複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的多個側延伸的複數個模式轉換器。拓撲優化技術可被使用於設計偏光分光光柵及模式轉換器，以實現緊湊性及與具有緊密封裝芯結構的多芯光纖的兼容性。本文中所描述的光柵耦合器組件的緊湊性有助於在將多芯光纖耦合至積體光子裝置時保持偏光多樣性，同時仍保持相對高的耦合效率及低串擾。本文中所描述的光柵耦合器可能適用於先進通訊系統，其中波長分複用與空間分複用及偏光多樣性相結合以實現高資料速率。

對於熟習此項技藝者顯而易見者為，在不脫離所請求保護的標的的精神及範圍的情況下，能對本文中所描述的實施例進行各種修改及變化。因此，只要此等修改及變化落入隨附請求項及其均等物的範圍之內，本說明書預期涵蓋本文中所描述的各種實施例的修改及變化。

100:光學傳輸系統 105:多芯光纖 110:傳輸光學裝置 115:接收光學裝置 120,135:耦合器 125,125-a~125-n:發射器 130,130-a~130-n,145,145-a~145-n:光學通訊連結 140,140-a~140-n:接收器 150:基材 155:包覆層 160,160-a~160-g,315,315-a~315-g:芯 345,345-a~345-g,355,355-a~355-g:芯 165:中心軸 170:端部 175:表面法線 180,180-a~180-g,325:偏光分光光柵 190:區域 195,245:彎曲部 200,202,205:第一散射元素 210:第一側 215:第二側 220:第一傳播方向 225:第二傳播方向 230:標稱寬度 235:第一模式轉換器 240:第二模式轉換器 250:第一端部 255:第二部分 260:氧化物層 265:上層 270:空腔 280:縱軸中心線 290:外邊緣 295:光纖邊緣距離 300,305,310,400:光柵耦合器 320:芯對芯間隔距離 330:一對模式轉換器 335:一對波導 340:波導對波導間隔距離 350,360:最小芯對芯間隔距離 365:角落 405:二維光柵 410:模式轉換器 412:穿孔 415:矽波導 420:測試裝置 425:多芯光纖 430:二維光柵 435:單一模式光纖 440,445:耦合效率曲線繪圖

此說明書包含隨附圖式以提供進一步瞭解，且隨附圖式合併並構成此說明書的一部分。附圖為本揭露內容的所選態樣的例示，並與描述一起用於說明本揭露內容所包含的方法、產物、及組合物的原理及操作，其中：

圖1A示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，包括多芯光纖及用於在第一積體光子裝置與第二積體光子裝置之間傳輸複數個光學訊號的光柵耦合器的光學傳輸系統；

圖1B示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，圖1A中所描繪的光學傳輸系統的多芯光纖及光柵耦合器；

圖1C示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，圖1B中所描繪的光柵耦合器的偏光分光光柵及由其延伸的一對模式轉換器；

圖1D示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，圖1C中所描繪的光柵耦合器的一部分的截面視圖；

圖1E示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，圖1B中所描繪的多芯光纖的截面視圖；

圖2A示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例的光柵耦合器，其包括以對應至多芯光纖的第一複數個芯的方式佈置的複數個偏光分光光柵；

圖2B示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例的光柵耦合器，其包括以對應至多芯光纖的第二複數個芯的方式佈置的複數個偏光分光光柵；

圖2C示意性地描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例的光柵耦合器，其包括以對應至多芯光纖的第三複數個芯的方式佈置的複數個偏光分光光柵；

(原文中為FIC)圖3A描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例的光柵耦合器的圖像，該光柵耦合器包括以對應至具有32µm的最小芯對\芯間隔距離的7個芯的多芯光纖的方式佈置的複數個偏光分光光柵；

圖3B描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，圖3A中所描繪的光柵耦合器的偏光光柵之一個偏光光柵的圖像；

圖3C描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，用於測試圖3A中所描繪的光柵耦合器的光子積體裝置(原文中時為積體光子時為光子積體)及多芯光纖的圖像；

圖3D描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，在使用圖3C中所描繪的積體光子裝置測試圖3A中所描繪的光柵耦合器期間實現的模擬耦合效率相對於波長的曲線繪圖；及

圖3E描繪根據本文中所描述的一個或更多個實施例，使用圖3A中所描繪的光柵耦合器，圖3C中所描繪的多芯光纖的14種偏光模式的耦合效率曲線繪圖暨兩個芯之間的串擾的曲線繪圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

105:多芯光纖

110:傳輸光學裝置

115:接收光學裝置

135:耦合器

130,145:光學通訊連結

140:接收器

150:基材

155:包覆層

160-a~160-g:芯

165:中心軸

170:端部

175:表面法線

180-a~180-g:偏光分光光柵

195:彎曲部

Claims (38)

1. 一種光學裝置包括： 一多芯光纖，包括複數個芯；及 一光纖耦合器，包括： 一光柵陣列，包括設置在一基材上的複數個偏光分光光柵，該等複數個偏光分光光柵以對應至該多芯光纖中的該複數個芯的一方式佈置，以接收來自該等複數個光纖之一個光纖的光學訊號，其中，該等複數個偏光分光光柵包括的偏光分光光柵的一數量小於或等於該多芯光纖的芯的一數量； 一第一模式轉換器，從該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的一第一側延伸，以接收由該等偏光分光光柵散射的該光學訊號的一第一偏光模式； 一第二模式轉換器，從該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的一第二側延伸，以接收由該等偏光分光光柵散射的該光學訊號的一第二偏光模式；及 複數個波導從模式轉換器的每個模式轉換器的端部延伸以引導該等光學訊號之一個光學訊號的一單一偏光模式。
2. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等複數個芯中的毗鄰芯彼此藉由小於或等於45µm的一最小芯對芯間隔距離隔開。
3. 如請求項1所述之光學裝置，其中該多芯光纖包括小於或等於125µm的一總直徑。
4. 如請求項1所述之光學裝置，其中該多芯光纖包括至少2個芯，使得4個偏光模式係藉由從每個模式轉換器的該等端部延伸的該等複數個波導引導。
5. 如請求項1所述之光學裝置，其中該多芯光纖包括至少5個芯，使得10個偏光模式係藉由從每個模式轉換器的該等端部延伸的該等複數個波導引導。
6. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等複數個芯中的毗鄰芯彼此藉由小於或等於35µm的一最小芯對芯間隔距離隔開。
7. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等複數個偏光分光光柵的該等第一側及第二側至少與該等複數個芯的每個芯的一模式場直徑一樣長。
8. 如請求項7所述之光學裝置，其中該模式場直徑大於或等於5µm且小於或等於25µm。
9. 如請求項7所述之光學裝置，其中從該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的該等第一及第二模式轉換器包括在垂直於該等第一及第二偏光模式的傳播方向的一方向上的一尺寸，其小於或等於該模式場直徑的1.2倍。
10. 如請求項9所述之光學裝置，其中從該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的該等第一及第二模式轉換器包括在該等第一及第二偏光模式的該傳播方向上的一尺寸，其小於或等於該模式場直徑。
11. 如請求項1所述之光學裝置，其中每個偏光分光光柵及由其延伸的該等第一及第二模式轉換器包括小於或等於250µm ²的一結合橫截面積。
12. 如請求項1所述之光學裝置，其中該光柵陣列的毗鄰偏光分光光柵的中心彼此藉由一最小光柵間隔距離隔開，該最小光柵間隔距離對應至該等複數個芯的一間隔。
13. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等複數個波導的每個波導與該等複數個波導中的其他波導藉由至少500nm的一最小波導間隔距離隔開。
14. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等複數個波導被彎曲使得該等複數個波導延伸至該光柵陣列之外側。
15. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等複數個波導中的至少一個波導被彎曲，使得在該光柵陣列的外側，該至少一個波導的一延伸方向在一模式轉換器部端相對於最初延伸方向改變至少90°。
16. 如請求項1所述之光學裝置，其中，該等複數個波導的至少一個波導在該光柵陣列之內的兩個偏光分光光柵之間延伸。
17. 如請求項1所述之光學裝置，其中該光學訊號的每個偏光模式以大於或等於-6.0dB的一耦合效率耦合至該等複數個波導之一個波導中。
18. 如請求項1所述之光學裝置，其中該光學訊號的每個偏光模式以大於或等於-10dB且小於或等於-0.5dB的一耦合效率耦合至該等複數個波導之一個波導中。
19. 如請求項1所述之光學裝置，其中該等光纖耦合器在1550nm附近以大於或等於50nm的一3dB耦合效率帶寬，耦合該等複數個波導中每個光學訊號的兩種偏光模式。
20. 如請求項1所述之光學裝置，其中從該等偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的該等第一及第二模式轉換器的每個模式轉換器包括沿著彎曲的輪廓延伸的複數個奈米結構，該等彎曲的輪廓朝著從該模式轉換器延伸的該波導延伸。
21. 如請求項10所述之光學裝置，其中該等複數個奈米結構包括100nm的一最小特徵大小。
22. 一種用於將一多芯光纖耦合至一光子裝置的一光學裝置，包括： 一基材； 一偏光分光光柵，被設置在該基材上，該偏光分光光柵將一第一傳播方向上的一第一偏光模式的光朝向該偏光分光光柵的一第一側引導，將一第二傳播方向上的一第二偏光模式的光朝向該偏光分光光柵的一第二側引導，其中該等第一側及第二側的長度大於或等於10µm且小於或等於15µm；及 從該偏光分光光柵的該等第一及第二側延伸的第一及第二模式轉換器，該等第一及第二模式轉換器將該等第一及第二傳播方向上的該等第一及第二偏光模式分別地引導至從該等第一及第二模式轉換器延伸的該等第一及第二波導中，其中該等第一及第二模式轉換器沿著該等第一及第二傳播方向包括的長度小於或等於該偏光分裂光柵的該等第一及第二側的該等長度。
23. 如請求項22所述之光學裝置，其中該偏光分光光柵、該第一模式轉換器、及該第二模式轉換器包括小於或等於250µm ²的一結合橫截面積。
24. 如請求項23所述之光學裝置，其中該偏光分光光柵的該等第一側及第二側包括大於或等於10µm的長度。
25. 如請求項22所述之光學裝置，其中該等第一及第二模式轉換器包括沿著該等第一及第二傳播方向的大於或等於3µm且小於或等於10µm的長度。
26. 如請求項22所述之光學裝置，其中該等第一及第二模式轉換器將該等第一及第二偏光模式引導至該等第一及第二波導，其帶有大於或等於-0.5dB的插入損耗。
27. 如請求項22所述之光學裝置，其中該偏光分光光柵為包括複數個偏光分光光柵的一光柵陣列的一組件，該等複數個偏光分光光柵以對應至該多芯光纖中的複數個芯的一佈置的一方式佈置，使得該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵接收來自該等芯之一個芯的一光學訊號。
28. 如請求項27所述之光學裝置，進一步包括從該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵的該等第一側及第二側延伸的一對模式轉換器，該對模式轉換器的每個模式轉換器將該等光學訊號之一個光學訊號的一偏光模式引導至被設置在模式轉換器的該端部的波導。
29. 如請求項28所述之光學裝置，其中該光柵陣列的毗鄰偏光分光光柵的中心彼此藉由小於或等於50µm的一最小光柵間隔距離隔開。
30. 如請求項27所述之光學裝置，進一步包括將該多芯光纖保持在該基材上方小於50um處，使得該等複數個芯之一個芯與該光柵陣列的該等複數個偏光分光光柵之一個偏光分光光柵對準。
31. 如請求項30所述之光學裝置，其中該多芯光纖中的該等複數個芯包括小於或等於45µm的一最小芯對芯間隔距離。
32. 如請求項31所述之光學裝置，其中該多芯光纖中的該等複數個芯的毗鄰芯彼此藉由大於或等於20µm且小於或等於25µm的一最小芯對芯間隔距離隔開。
33. 如請求項30所述之光學裝置，其中該多芯光纖包括小於或等於125µm的一總直徑。
34. 一種將來自一多芯光纖的光耦合至一光子積體電路的方法，該方法包括以下步驟： 將複數個光學訊號從該多芯光纖的複數個芯傳輸至該光子積體電路的一光柵陣列上，該光柵陣列包括設置在一基材上的複數個偏光分光光柵，該等複數個偏光分光光柵以對應至該多芯光纖中的該等複數個芯的一方式佈置，以接收該等光學訊號之一個光學訊號； 採用該等複數個偏光分光光柵之一個偏光分光光柵散射該等複數個光學訊號的每個光學訊號的光，使得在該等第一及第二傳播方向上分別引導該等複數個光學訊號的該等第一偏光模式及第二偏光模式； 使用從該等複數個偏光分光光柵的每個偏光分光光柵延伸的模式轉換器將該等第一及第二偏光模式的每個偏光模式個別地引導至該等複數個波導中，其中： 該多芯光纖包括至少5個芯，使得至少10種不同的偏光模式經由該等複數個模式轉換器被引導至該等複數個波導中；及 該複數個個芯中的毗鄰芯係藉由小於或等於45µm的一芯對芯間隔距離隔開。
35. 如請求項34所述之方法，其中該多芯光纖包括小於或等於125µm的一總直徑。
36. 如請求項34所述之方法，其中該芯對芯最小間隔距離小於或等於35µm。
37. 如請求項34所述之方法，其中該多芯光纖包括至少2個芯，使得至少4種不同的偏光模式係經由該等模式轉換器引導至該等複數個波導中。
38. 如請求項34所述之方法，其中該等偏光分光光柵之一個偏光分光光柵及由其延伸的該等複數個模式轉換器的一對模式轉換器包括小於或等於250µm ²的一結合橫截面積。

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