TW202403371A - 光波導終端裝置、其製造方法及測量其效率的系統 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例係關於光波導終端裝置。在一些實施例中，一光波導終端裝置耦合至一光波導之一端。該光波導終端裝置係一錐形結構。在各種實施例中，增大該錐形結構之一光吸收率以提高一終端效率。該光吸收藉由高度摻雜材料、多層結構、不同包層及週期性結構增加。該終端效率之提高有益於該錐形結構之大小減小。

Description

光波導終端裝置、其製造方法及測量其效率的系統
本發明實施例係有關光波導終端裝置、其製造方法及測量其效率的系統。
光波導終端係一般用於衰減未耦合至一輸入或一輸出之一光波導之一端處之非想要光波之一技術或裝置。光波導終端通常吸收及散射一入射光波以最小化光波反射至光波導中。一終端效率隨著光波反射減少而提高。
根據本發明的一實施例，一種光波導終端裝置包括一光波導，該光波導包含：一第一部分，其具有沿一第一方向之一第一長度、沿橫向於該第一方向之一第二方向之一第一寬度及沿橫向於該第一及第二方向之一第三方向之一第一高度；及一第二部分，其具有沿該第一方向之一第二長度、小於該第一寬度之沿該第二方向之一第二寬度及沿該第三方向之一第二高度，該第二部分具有該第一方向上之一錐形輪廓，該第二部分具有不同於該第一部分之一光學特性且沿該第一方向自該第一部分延伸。
根據本發明的一實施例，一種形成具有一終端結構之一光波導之方法包括：形成一光波導之一第一部分，該第一部分具有沿一第一方向之一第一長度、沿橫向於該第一方向之一第二方向之一第一寬度及沿橫向於該第一及第二方向之一第三方向之一第一高度，該第一部分具有一光學特性；形成該光波導之一第二部分，該第二部分具有沿該第一方向之一第二長度、小於該第一寬度之沿該第二方向之一第二寬度及沿該三方向之一第二高度，該第二部分具有沿該第一方向之一錐形輪廓且沿該第一方向自該第一部分延伸，該第二部分具有一光學特性，該第二部分之該光學特性等效於該第一部分之該光學特性；更改該第二部分之該光學特性。
根據本發明的一實施例，一種用於測量一光波導終端裝置之一效率之系統包括：一分裂器，其具有一第一側及一第二側，該第一側具有一單一埠且該第二側具有兩個埠，該單一埠在操作中經組態以連接至一第一光波導，該第一光波導包含耦合至該第一光波導之一第一端及用於耦合至該分裂器之該第一側之一第二端之一第一光波導終端裝置；一輸入光柵耦合器，其耦合至一第二光波導之一第一端，該第二光波導之一第二端耦合至該分裂器之該第二側之該兩個埠之一者；及一輸出光柵耦合器，其耦合至一第三光波導之一第一端，該第三光波導之一第二端耦合至該分裂器之該第二側之該兩個埠之另一者。
一光學終端係一般用於在一非想要電磁波(諸如一光波)傳播通過之一光波導之一端處終止非想要光波之一裝置。此裝置有益於未耦合至一光學電路之一輸入或一輸出之光波導。終端裝置最小化光波自光波導之一開口端返回至光波導中之任何反射及反向散射。因此，光學終端裝置之一效率可基於光學終端裝置吸收及衰減來自光波導之入射光波及/或減少光波反射或反向散射回至光波導中之能力來界定。光學終端裝置之結構係提高終端裝置終止一光波之一效率之一重要參數。例如，光學終端裝置之結構可促成一波長範圍內光波之吸收及衰減增加。一錐形結構或輪廓有益於終端效率，其中入射光波歸因於錐形結構之一邊界之一斜率而逐漸被擠出錐形結構。例如，錐形結構之一形狀形成一尖端，其在光波導之端接近處具有一第一寬度且在光波導之端遠離處具有一第二寬度，第二寬度比第一寬度窄。
光學終端之錐形結構或錐形輪廓之一終端效率取決於錐形結構自錐形結構與一光波導之一端之一接合點傾斜至終端裝置之一端或尖端之一長度及一角度。增大錐形結構之長度增加透過波導傳播之光波之衰減(例如歸因於吸收增加)，而減小錐形結構之斜率減少光波之內反射或相反地增加光波之散射。此增加吸收及減少內反射(即，增加散射)兩者積極促成光學終端之終端效率。因此，與長度更短及/或包含一更尖銳尖端(例如一更大傾角)之相同材料之一錐形結構相比，錐形結構之一更長且更平滑尖端(例如具有一更小傾角之一尖端)導致更高終端效率。在本發明之各種實施例中，藉由更改錐形結構之一光學特性(例如，藉由使用本文中所描述之不同技術提高錐形結構之一吸收率及/或散射率)來提高形成一光波導之一光學終端裝置之一錐形結構之終端效率。根據本發明之一些實施例，錐形結構之長度可短於不實施本發明之實施例之一終端裝置之錐形結構之長度，同時提供一類似終端效率。在一些實施例中，與具有一更低吸收率之一錐形結構相比，錐形尖端之斜率可更平緩。根據本發明之一些實施例，縮短錐形結構支援光學電路大小減小，同時維持或提高終端效率。
圖1A係根據一些實施例之耦合至一光波導100之一摻雜光波導終端裝置或結構101之一剖面圖。圖1B係圖1A中之實施例之一俯視平面圖。根據本發明之實施例，光波導100經設計以透過光波導100傳播一光波(未展示)。終端裝置101經設計以自光波導100之端接收光波且終止自光波導之端接收之光波之全部或一部分。在一些實施例中，如下文所描述般更改終端裝置101之光學特性，使得終端裝置101具有不同於光波導之一光學特性且經由終端裝置中光波之受控反射及散射及光波之吸收之一組合來終止光波。
在一些實施例中，一光波導100包含具有一端112之一第一部分110。圖1A及圖1B中所繪示之結構之一第二部分120係一終端結構，其在第一部分之端112處沿一第一軸線x耦合至第一部分110。此第二部分120亦指稱本揭露中及上文所提及之光波導100之一終端結構或終端裝置，可與光波導100一體成型，或可經獨立形成以耦合至光波導100。第一部分110具有耦合至一光學電路(未展示)之與端112對置之另一端。第一部分110具有沿第一軸線x之一長度。為簡單起見，圖1A至圖1B中未描述或繪示第一部分110之長度及另一端。第二部分120具有沿第一軸線x自端112延伸至第二部分120之一終止端122之一長度120a。第二部分120沿一第二軸線y在端112之一切點處具有一第一寬度110b且在端122處具有一第二寬度120b。第一部分110沿第二軸線y具有相同於第一寬度110b之寬度。第二寬度120b小於寬度110b。第一部分110及第二部分120具有沿一第三軸線z之一高度110a。儘管上文分別參考第一軸線x、第二軸線y及第三軸線z描述第一部分110及第二部分120之長度、寬度及高度尺寸，本揭露可考量上文及本文中所參考之長度、寬度及高度尺寸可係指沿不同於上文所參考之軸線之軸線測量之長度、寬度及高度尺寸。在一些實例中，長度120a小於波導之一長度且寬度120b小於寬度110b。另外，寬度110b及高度110a小於長度120a。在一些實施例中，高度110a可相同於寬度110b。依此方式，針對波長1310 nm或1550 nm之一範圍，寬度110b可設計於100 nm至400 nm之間，而寬度120b可小至100 nm。另外，在一些實施例中，長度120a可為10 um至100 um。然而，本發明之實施例不限於此等值。根據本發明之實施例不限於傳輸上述波長之光波。在其他實施例中，落在上述範圍外之波長之光波可根據本揭露沿波導傳播。另外，寬度110b、寬度120b、長度120a可在上述範圍外。
在各種實施例中，第二部分120更改其光學特性，使得其具有不同於第一部分110之光學特性。例如，第二部分120之光學特性藉由改變第二部分之折射率、吸收率、散射率及/或光波侷限使得其不同於第一部分110之折射率、吸收率、散射率及/或光波侷限來更改。在一個實施例中，第二部分120之此等不同光學特性藉由用一P型或N型摻雜物摻雜第二部分來更改。在一些實例中，P型摻雜物可為硼、鋁或銦且N型摻雜物可為磷、砷或銻。一摻雜濃度可在10 15cm -3至10 25cm -3之間變動，但本發明之實施例不限於上述範圍內之摻雜濃度。例如，在其他實施例中，摻雜濃度可高於或低於上述範圍。在一些實施例中，第二部分120高度摻雜有一P型或N型摻雜物。例如，高度摻雜矽半導體可係指高於10 18cm -3之一摻雜濃度。在此等實施例中，第一部分110及第二部分120之材料包含矽半導體，其中第二部分之矽半導體如上文所描述般摻雜。在一些實例中，摻雜程序可為植入及/或擴散技術。在一些實施例中，錐形結構120係光波導之一組成部分且在亦形成波導之第一部分110之一蝕刻程序中形成。在一些實施方案中，錐形結構120在一沈積程序之後藉由一離子植入程序摻雜。在一些實例中，執行退火程序以活化錐形結構120中之摻雜物。第二部分120可在進行形成光波導及錐形結構之蝕刻程序之前或之後摻雜。在另一實例中，錐形結構可單獨形成且使用一熔合技術熔合至光波導。依此方式，錐形結構可在錐形結構熔合至光波導之前摻雜。
上述摻雜改變或更改形成錐形結構之半導體材料之光學特性。例如，摻雜可改變半導體材料之一帶隙，其因此導致錐形結構之光學特性改變，諸如錐形結構在一波長範圍內之一折射率及一吸收率。摻雜濃度可基於待吸收之期望波長來設計。增大第二部分120之吸收率增加錐形終端結構吸收光波之能力，其轉化成一提高終端效率。增大第二部分120之吸收率亦降低可自端112反射之光波之強度。自降低反射回至光波導100之第一部分110中之光波之強度之角度看，降低可自端112反射之光波之強度值得期望。根據本發明之一些實施例，藉由如上文所描述般摻雜錐形終端結構，第二部分120之長度120a可更短且不降低第二部分120之終端效率。自減小第二部分120之大小且不損及第二部分120之終端效率之角度看，縮短第二部分120值得期望。
參考圖1B，當自頂部或沿z軸線觀看時，第二部分120具有一錐形形狀。第二部分120之錐形形狀藉由增加光能沿第一軸線x及第二軸線y自第二部分120向外散射(例如藉由減少光波之內反射量)來促進入射光波衰減。在此條件下，光波自波導之第二部分120逐漸向外散射，因為沿第二軸線y之一寬度逐漸減小，其減小一侷限因數。一般而言，一光波基於光波在一光波導之一核心之一邊界處之一入射角及波導之核心外部之一材料來侷限於波導中。侷限因數取決於光波導之兩個主要特徵：核心之一寬度及核心與核心外部之材料之間的一折射率差。減小核心之寬度減小侷限因數且因此增加自核心向外擴散(例如散射)之光波。依一類似方式，減小核心之折射率與核心外部之材料之折射率之間的差減小光波導之侷限因數。因此，歸因於第二部分120在第二軸線y上之寬度減小，錐形結構可減小光波導之端處之侷限因數。
在圖1B中所繪示之實施例中，錐形第二部分120之一尖端122具有沿第二軸線y測量之寬度120b。錐形第二部分120之寬度110b與120b之間的一差導致錐形第二部分120之一斜率及一角度124。角度124與長度120a之組合引入尖端之一尖銳度。假定一恆定角度124，一較長長度120a導致一較尖尖端(例如較小斜率)及一較窄寬度120b。相反地，假定一恆定角度124，一較短長度120a導致一較鈍尖端及一較大寬度120b。寬度120b之一最小值可受製造技術及光學電路穩健性限制。因此，在一些實施例中，自製程、光學電路穩健性及封裝角度看，具有恆定角度124之一較短長度120a及一較大寬度120b值得期望。圖1A至圖1B之實施例提供減小長度之一摻雜光波導終端結構，其相較於具有相同錐角124及較長長度120a之一未摻雜光波導終端結構提供相同或提高終端效率。另外，寬度120b影響自端122之一內反射。假定一恆定長度120a，一較尖尖端導致比一較厚尖端更大之一斜率。一更大斜率可歸因於波導核心之寬度突然改變而增加內反射且因此降低終端效率。在此實施例中，以一恆定角度124縮短長度120a導致一較厚尖端122且比一較尖銳尖端降低內反射，即，以相同恆定角度124延長。另外，錐形結構之半導體材料之摻雜增大吸收率，其允許錐形結構之一減小長度，藉此使更小終端裝置與對半導體裝置之增大特徵密度之不斷增加需求相容。另外，提高終端裝置之穩健性以及終端裝置之效率。
因此，根據圖1A及圖1B中所繪示之本發明之一些實施例，藉由使第二部分120摻雜以更改第二部分之光學特性，第二部分120之長度120a可縮短，同時維持第二部分之錐形形狀且不降低且在一些實施例中提高第二部分120之終端效率。在其他實施例中，藉由使第二部分120摻雜以更改其光學特性，第二部分120之長度可縮短，同時減小或增大錐形第二部分120之斜率且不降低且在一些實施例中提高第二部分120之終端效率。
圖1C係上文針對圖1A至圖1B中之實施例之光波導100及終端裝置101所描述之第一部分110及第二部分120沿圖1B中之線1C-1C之一剖面圖。在一實施例中，光波導100及終端裝置101可為具有一圓形剖面之一光纖波導。在圖1C中所繪示之實施例中，虛線描繪圖1A至圖1B中之實施例之終端裝置101之端122處之第二部分120之摻雜區域之一邊界。在一圓形光纖波導中，圖1A至圖1B中之實施例之尺寸110a及110b相同且等於第一部分110之圓形剖面之一直徑。在一些實例(諸如圖1C中所繪示之實例)中，第二部分120可具有一橢圓形剖面。第二部分120之橢圓形剖面之一大直徑可相同於尺寸110a，而第二部分120之橢圓形剖面之一小直徑可相同於圖1B中所描述之尺寸120b。
圖1D係上文針對圖1A至圖1B中之實施例之光波導100及終端裝置101所描述之第一部分110及第二部分120沿圖1B中之線1C-1C之一剖面圖。在所繪示之實施例中，光波導100及終端裝置101可為具有一矩形剖面之一平面波導。虛線描繪圖1A至圖1B中之實施例之終端裝置101之端122處之第二部分120之摻雜區域之一邊界。在平面波導中，尺寸110a可小於圖1A至圖1B中之實施例之尺寸110b。在一些實例中，第二部分120可具有一矩形剖面。依此方式，第三軸線z上矩形剖面之一尺寸可相同於尺寸110a，而第二部分120之矩形剖面之一尺寸相同於圖1B中所描述之尺寸120b。替代地，第二部分120之剖面可呈橢圓形，例如相同於圖1C之實施例。
圖2A係根據一些實施例之與一光波導200一體成型或耦合至一光波導200之一多層光波導終端裝置201之一剖面圖。圖2B係圖2A中之實施例之一俯視平面圖。光波導200及終端裝置201具有相同於上文針對圖1A至圖1B中之實施例之光波導100及終端裝置101所描述之尺寸及連接特性之尺寸及連接特性。圖2A及圖2B中之一終端裝置201之實施例包含在第二軸線y上堆疊之兩層不同材料。分層結構藉由改變終端裝置之一有效折射率(及介電率或介電常數)以及增加光波在一波長範圍內之吸收以提高錐形尖端之吸收率來更改終端裝置201之光學特性。
在一些實施例中，第一部分210 (光波導200)及第二部分220 (終端結構201)之尺寸及結構相同於圖1A至圖1B中所描述之實施例之第一部分110及第二部分120之尺寸及結構。第二部分220包含具有一第一材料230之一第一層224及具有一第二材料240之一第二層226。在所繪示之實施例中，第一部分210由第一材料230形成。第二層224具有沿第三軸線z之一第一高度224a。第二層226具有沿第三軸線z之一第二高度226a。在一些實施例中，第一高度224a大於第二高度226a。在一些實施例中，第一高度224a與第二高度226a之比率在3至4之間的範圍內。例如，第一高度224a可為約200 nm至約400 nm，而第二高度226a為約100 nm。然而，本發明之尺寸不限於此等值，且在一些實施例中，第一高度224a及第二高度226a可落在上述值外且第一高度224a與第二高度226a之比率可落在上述比率範圍外。第一部分210及第二部分220具有沿第三軸線z之一高度210a。第二部分220具有沿軸線x之一長度220a及沿y軸線之一尖端寬度220b，其等可相同於圖1A至圖1B之長度120a及尖端寬度120b。高度210a可為第一高度224a與第二高度226a之一總和。在一些實例中，高度210a小於第一高度224a與第二高度226a之總和。第一部分具有沿軸線y之一寬度210b，其可相同於圖1A至圖1B之寬度110b。儘管第一部分210及第二部分220之長度、寬度及高度尺寸在上文分別參考軸線x、軸線y及軸線z描述，但本揭露可考量上文及本文中所參考之長度、長度及高度尺寸可係指沿不同於上文所參考之軸線之軸線判定之尺寸。
在各種實施例中，第一材料230不同於第二材料240。第一材料230可具有大於第二材料240之電帶隙之一電帶隙。依此方式，第二材料240之一光學特性不同於第一材料230之相同光學特性，例如，在一波長範圍內，第二材料240之光能吸收率大於第一材料230之光能吸收率。第二材料240之光學特性與第一材料230之光學特性之此差導致第二部分220之光學特性更改。第二材料240可基於在沿波導200傳播之一特定波長範圍內提供一最佳吸收之一期望帶隙來選擇。在一些實例中，當第一材料230係上述之一半導體材料時，第二材料240選自金屬矽化物及鍺。根據本發明之實施例不限於第二材料係一金屬矽化物或鍺。提供沿波導200傳輸之光波之特定波長之期望吸收之其他材料亦適合用作第二材料240。例如，第二材料240可包含鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鈷(Co)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鎳(Ni)或其他金屬之一或多個金屬層，且可藉由CVD、PVD、ALD、鍍覆或其他適合程序形成。沿波導200傳播之波長之實例落在1310 nm至1550 nm之範圍內。根據本發明之實施例不限於傳輸上述波長之光波。在其他實施例中，落在上述範圍外之波長之光波可根據本揭露沿波導傳播。
高度226a可足夠薄以在第一層224上之材料240上形成一薄膜。實例高度範圍約100 nm。第一層224上之材料240之薄膜結構226比材料230吸收更多光能且因此減少光波反射回至第一部分210中。另外，第一層224上之材料240之一薄膜結構226可歸因於減小第一層224之材料230與薄膜結構226之材料240之間的一折射率差而減小第二部分220之一侷限因數，且導致未由第二部分220之材料吸收之部分光能向外擴散。在一些實施例中，高度226a大於高度210a之25%。
因此，根據圖2A及圖2B中所繪示之本發明之一些實施例，藉由提供第二部分220之多層結構，第二部分220之長度可縮短，同時維持第二部分之錐形形狀且不降低且在一些實施例中提高第二部分220之終端效率。在其他實施例中，藉由提供第二部分220之多層結構，第二部分220之長度可縮短，同時減小或增大錐形第二部分210之斜率且不降低且在一些實施例中提高第二部分220之終端效率。
在一些實施例中，第二部分220之第一材料230係摻雜有N型或P型材料之一半導體材料，諸如上述半導體材料，如圖1A至圖1B之實施例中所描述。依此方式，藉由使第一材料230摻雜及提供第二材料240之分層結構226兩者來增強第二部分220之吸收率。根據此等實施例，長度220a可短於圖1A至圖1B中之長度120a。
在一些實施例中，第二層226可在第一部分210及層224之一前驅物藉由光微影、蝕刻及沈積程序之一組合形成之後藉由光微影、蝕刻及沈積程序之一組合形成。例如，在將材料240之第二層226沈積至層224上之前，可使用一蝕刻技術蝕刻一成形第一部分210之一終止端之一部分以形成層224。
圖2C展示具有一額外層之圖2A之終端裝置之一實施例。在此實施例中，第二材料240之一第三層228可形成於與第二層226所在之第一層224之側對置之第一層224之一側上。在此實施例中，第三層228可在第三層228上形成第一層224之前藉由一沈積程序形成。在一些實施例中，第一層224及第三層228可經同時或獨立圖案化及蝕刻以提供第二部分220之錐形形狀。如上文所描述，材料240之吸收率大於材料230。因此，添加具有材料240之第三層228可增大第二部分220之一有效吸收率，其可產生比一單層沈積更高之終端效率。更高效率提供更進一步減小長度220a及最小化終端裝置大小之一機會。在一些實施例中，第三層228之一材料可不同於第二層226之材料。依此方式，各層可吸收彼此不同之一波長範圍。此組態可向一單一裝置提供一多波長終端之益處。第三層228之一高度可不同或相同於第二層226且第三層228可為一薄膜。
圖2D係上文針對圖2A至圖2B中之實施例之光波導200及終端裝置201所描述之第一部分210及第二部分220沿圖2B中之線2D-2D之一剖面圖。在一實施例中，光波導200及終端裝置201可為具有一圓形剖面之一光纖。在圖2D中所繪示之實施例中，虛線描繪圖2A至圖2B中所描述之終端裝置201之第二部分220之尖端部分之一邊界。在一些實例中，第二部分220可具有一橢圓形剖面。圓形及橢圓形剖面可相同於圖1C中所描述之光纖之圓形及橢圓形剖面。圖2A至圖2B中之實施例之尺寸210a及210b相同且等於第一部分210之圓形剖面之一直徑。第二部分220之橢圓形剖面之一大直徑可相同於尺寸210a，而第二部分220之橢圓形剖面之一小直徑相同於圖2B中所描述之尺寸220b。第一層224係具有高度224a之橢圓之一部分且第二層226係具有第三軸線z上之高度226a之橢圓之一剩餘部分。在其他實施例中，第二部分220可具有一圓形剖面。
圖2E係上文針對圖2A至圖2B中之實施例之光波導200及終端裝置201所描述之第一部分210及第二部分220沿圖2B中之線2D-2D之一剖面圖。在所繪示之實施例中，光波導200及終端裝置201可為具有相同於圖1D之實施例之一矩形剖面之一平面波導。虛線描繪圖2A至圖2B中終端裝置201之第二部分220之尖端部分之一邊界。在平面波導中，尺寸210a可小於圖2A至圖2B中之實施例之尺寸210b。在一些實例中，第二部分220可具有一矩形剖面。依此方式，第三軸線z上之矩形剖面之一尺寸可相同於尺寸210a，而第二部分220之矩形剖面之一尺寸相同於圖2B中所描述之尺寸220b。替代地，第二部分220之剖面可呈橢圓形，相同於圖2D之實施例。第一層224係具有高度224a之矩形之一部分且第二層226係具有第三軸線z上之高度226a之矩形之一剩餘部分。
圖3A係耦合至一光波導300或與一光波導300一體成型之一光波導終端裝置301沿圖3B中之線3A-3A之一剖面圖，其中終端裝置301已藉由提供下文描述之一包層來更改其光學特性。在一些實施例中，包層具有一低k材料。圖3B係圖3A中之實施例之一俯視平面圖。光波導300及終端裝置301具有相同或類似於上文針對圖1A至圖1B中之實施例所描述之光波導100及終端裝置101之尺寸及連接特性之尺寸及連接特性。終端裝置之低k包層展現促成由終端裝置301減少一光波侷限之一折射率，其增強光波自終端裝置散射，即，更改終端裝置301之光學特性。光波自終端裝置之此增強散射提高終端裝置之終端效率。
一般而言，一光波導300包含一材料330之核心312及一材料332之包層314。核心312之材料330之一折射率大於包層314之材料332之折射率。沿光波導300傳播之一光波歸因於核心312之材料330與包層314之材料332之折射率之間的折射率差而侷限於核心312內部。此侷限因此等各自折射率之間的一更大差而更強。依一類似方式，光波之侷限可藉由減小核心312之材料330與包層314之材料332之折射率之間的差來減少。一材料之折射率與一材料之一介電率之一平方根有關。因此，光波導300之核心312之材料330之一介電率大於光波導300及終端裝置301之包層314之一材料332之一介電率。
在圖3A及圖3B中所繪示之實施例中，一第一部分310包含一第一核心312及一包層314且一第二部分320包含一第二核心322及一包層314。核心312及322具有相同於針對圖1A至圖1B中之第一部分110及第二部分120所描述之尺寸及結構之尺寸及結構。第一部分310及第二部分320包含一材料332之一包層314。在一些實施例中，材料332具有一第一介電率ε 1。第一介電率ε 1小於第一部分310之第一核心312及第二部分320之第二核心322之一介電率ε 2。在一些實施例中，材料332係一低k材料。低k材料具有小於二氧化矽(SiO 2)之一介電率且大於空氣之一介電率。假定二氧化矽為核心且空氣為上文針對圖1A至圖2E所描述之光波導之包層，針對具有一相同二氧化矽基核心之一光波導使用一低k材料代替空氣作為一包層導致核心312、322之材料之折射率與包層314之材料332之折射率之間的更小差，即，更改第二部分320之光學特性。因此，與空氣用作包層相比，當提供一低k包層314時，核心312、322內部之光波之一侷限減少。較少侷限導致光波自第二部分320之第二核心322更多向外散射。然而，第一部分310之第一核心312內部之光波之侷限仍足以在對應於第一核心312之一尺寸之一波長範圍內引導一光模。侷限藉由減小軸線y上之核心尺寸來沿第二部分320之一錐形結構逐漸減少，其中低k包層材料332增加光波自第二核心322散射。藉由根據此實施例使用材料332作為包層314來減少光波侷限，在不改變第二核心322之材料及特性之情況下提高終端結構之終端效率。在各種實施例中，低k材料可包含FSG、摻碳氧化矽、Black Diamond® (加州聖克拉拉市之Applied Materials)、乾凝膠、氣凝膠、非晶氟化碳、聚對二甲苯、BCB、SILK® (密西根州米德蘭市之Dow Chemical)、聚醯亞胺、其他低k介電材料或其等之組合。
在一些實例中，包層314可藉由使用諸如一化學氣相沈積(CVD)程序、一次大氣CVD (SACVD)程序、一可流動CVD程序、一原子層沈積(ALD)程序、一物理氣相沈積(PVD)程序或其他適合程序之程序沈積一介電材料來形成。
在各種實施例中，第一材料330之一介電率ε 2大於第二材料332之一介電率ε 1。在一些實例中，第一材料330可為二氧化矽且第二材料332可為一低k材料。依此方式，ε 1大於空氣介電率且小於ε 2。因此，ε 1與ε 2之間的一差小於習知波導之空氣與ε 2之間的一差。因此，藉由使用具有ε 1介電率之低k材料來減少光波之一侷限。在一些實例中，圖1A至圖1B之摻雜實施例及圖2A至圖2C之多層實施例可與圖3A至圖3B之實施例組合以增大光波導終端裝置之吸收率。
一相對介電率(亦稱為介電常數)係一材料之介電率(例如ε 1及ε 2)與一真空(或空氣)之介電率之一比率。在一些實例中，包層314之材料之相對介電率可介於空氣之相對介電率(約1)至二氧化矽之相對介電率(約3.9)之間。在一些實例中，第二部分320之包層314之一材料可不同於第一部分310之包層之材料。依此一方式，第一部分310之包層314之材料之介電率與第二部分320之包層314之材料之介電率之間的一差可導致光波自第二部分320反射至第一部分310中。在一些實施例中，為減少此反射，第二部分320之包層314之材料之一介電率可沿第一軸線x逐漸增大。
圖3C係上文針對圖3A至圖3B中之實施例之光波導300及終端裝置301所描述之核心312及核心322沿圖3B中之線3C-3C之一剖面。在一實施例中，光波導300及終端裝置301可為具有一圓形剖面之一光纖。在圖3C中所繪示之實施例中，虛線描繪圖3A至圖3B中所描述之終端裝置301之核心322之尖端部分之一邊界。在一些實例中，第二部分320可具有一橢圓形剖面。圓形及橢圓形剖面之形狀及尺寸可相同於圖1C中所描述之光纖之圓形及橢圓形剖面。依此方式，包層314可圍繞核心312及322保形形成。包層314可具有含核心312及322兩者之相同直徑之一圓形形狀。替代地，包層314可在核心312上方呈圓形，而在核心322之橢圓形部分上方呈橢圓形。
圖3D係上文針對圖3A至圖3B中之實施例之光波導300及終端裝置301所描述之核心312及核心322沿圖3B中之線3C-3C之一剖面圖。在所繪示之實施例中，光波導300及終端裝置301可為具有相同於圖1D之實施例之一矩形剖面之一平面波導。虛線描繪圖3A至圖3B中終端裝置301之核心322之尖端部分之一邊界。在一些實例中，核心322可具有一矩形剖面。矩形剖面之形狀及尺寸可相同於圖1D中所描述之平面波導之矩形剖面。依此方式，包層314可圍繞核心312及322保形形成。包層314可具有含核心312及322兩者之相同尺寸之一矩形形狀。替代地，包層314可在第二軸線y上在核心312上方具有比核心322上方之包層部分更大之一尺寸。
圖4A至圖4B係圖3A至圖3B之實施例之結構之一剖面圖及俯視平面圖，其中第二部分320之包層314之材料之介電率沿第一軸線x不均勻。依此方式，根據本發明之實施例，第二包層之介電率沿第一軸線x逐漸增大作為更改第二部分320之光學特性之一方式。此處來自z-y平面之一剖面圖可相同於圖3C至圖3D之實施例。
在圖4A及圖4B中所繪示之一些實施例中，一第一部分410包含一第一核心412及一第一包層414。一第二部分420包含一第二核心422及一第二包層424。在一些實施例中，第一核心412及第二核心422由一第一材料430形成。在其他實施例中，第一核心412及第二核心422由不同材料形成。此亦適用於圖1A至圖3D之實施例之第一部分及第二部分之核心。第一包層414包含一第二材料440。在一些實例中，第二材料440可為上文針對圖3A至圖3B中之實施例所描述之低k材料。第二包層424包含沿第一軸線x配置之具有不同介電率性質之材料之多個層或區段424a至424d。在一個實施例中，第二包層424之材料之個別層或區段424a至424n之一介電率自第二包層424之一邊界416減小至相鄰於第二部分420之一端426之第二包層之一端。換言之，在圖4B中，ε 2＞ε 3＞ε n。在一些實施例中，相鄰層或區段424b至424n之一或多者可具有相等介電率。依此方式，改變第二部分420之各部分中之包層之介電率改變對應部分之一有效介電率。因此，藉由減小各包層之介電率來降低對應部分之有效介電率。因此，與更靠近第一部分410之部分相比，錐形結構之端處之一有效介電率更接近空氣之介電率。因此，錐形結構處之光波洩漏可比圖3A至圖3B之實施例更容易朝向外部環境傳播。根據一些實施例，相鄰於第一包層414之第二包層424之層或區段424a之介電率接近或等於第一包層414之低k材料之介電率。在此情境中，僅歸因於包層414之第二材料440與第二包層424a之材料之間的介電率小變化而減少或避免光波自邊界416反射。在一些實例中，第二部分420之核心422之一吸收率可藉由上文針對圖1A至圖2E之摻雜或多層實施例所描述之技術來增大。依此一方式，第二部分420之核心422可摻雜有N型或P型材料。另外，第二部分420之核心422可為沿第三軸線z之一多層結構，其包括具有不同電帶隙之不同材料，諸如上文參考圖2A及圖2B所描述之材料。
在一些實例中，包層414及424可藉由使用諸如一化學氣相沈積(CVD)程序、一次大氣CVD (SACVD)程序、一可流動CVD程序、一原子層沈積(ALD)程序、一物理氣相沈積(PVD)程序或其他適合程序之程序沈積不同介電材料來形成。多個層或區段424a至424d可在多個沈積步驟中形成，其中在各步驟中，區段424a至424d之一層形成有層之對應介電率。
圖5A係根據一些實施例之包含一錐形結構之一週期性光波導終端裝置501之一剖面圖，錐形結構已藉由提供一重疊週期性結構來更改其光學特性且已耦合至第一部分510之一光波導500或與光波導500成一體。圖5B係圖5A中之實施例之一俯視平面圖。第一部分510之光波導500具有相同於上文針對圖1A至圖1B中之實施例所描述之第一部分110之光波導100之特性。此處來自z-y平面之一剖面圖可相同於圖1C至圖1D之實施例。第二部分520之終端裝置501包括沿第一軸線x與一錐形結構重疊之一週期性結構。圖5A中之錐形結構具有相同於上文針對圖1A至圖1B中之實施例所描述之第二部分120之錐形結構之特性。根據本發明之實施例，週期性結構提高錐形結構吸收或終止光波之速率且圖5A及圖5B之光學終端裝置係減少光波自第二部分520反射至第一部分510之一結構。因此，歸因於反射減少以及吸收增強而提高終端效率。
在一些實施例中，光波導500包含一第一部分510。終端裝置或結構由一第二部分520表示。第一部分510具有相同於圖1A至圖1B之第一部分110之特性。第二部分520包含具有相同於圖1A至圖1B之第二部分120之錐形結構之特性之一錐形結構511。第二部分520進一步包含一週期性結構530。週期性結構530包含沿第一軸線依一週期532配置之複數個柱狀結構530a至530f。為簡單起見，圖5A及圖5B中僅展示六個柱；然而，柱之數目可大於5，例如，在一些實施例中，柱狀結構530之數目可為100或更多。第一部分510及具有複數個柱狀結構530a至530f之第二部分520具有沿第三軸線z之一高度510a。第一部分510及具有複數個柱狀結構之第二部分520由一第一材料540形成。在此實施例中，複數個柱狀結構530a至530f之各柱在第一軸線x與第二軸線y之間的一平面中具有一橢圓形剖面。各橢圓具有沿第一軸線x之一第一尺寸534及沿第二軸線y之一第二尺寸536。在一些實施例中，尺寸536大於尺寸534。尺寸536可相同於第一部分510之一寬度510b。尺寸534係柱狀結構530a至530f之週期性結構之一占空比。占空比判定光波在一波長範圍內沿週期性結構之一侷限。將由週期性結構侷限之波長範圍取決於週期性結構之週期532。接近第二部分520之錐形結構之週期性結構之柱狀結構530a至530c具有一轉變長度538。轉變長度係光波自一正常導波模式轉變至一子波長光柵模式所需之一長度。在各種實施例中，週期532可在100 nm至300 nm之間；然而，本發明之實施例不限於柱狀結構530具有落在上述範圍內之一週期532。例如，在其他實施例中，柱狀結構530具有高於或低於上述範圍之一週期532。
根據圖5A至圖5B之實施例，柱狀結構530a至530f之週期性結構藉由基於柱530a至530f之週期532及尺寸在一特定波長範圍內捕獲光波來更改錐形結構之光學特性。捕獲光波(亦指稱一駐波)增加光波與第二部分520之材料之間的一相互作用。依此方式，相互作用可界定為光波在柱530a至530f之間的一諧振。諧振可增加與柱530a至530f之材料相互作用之光波之入射次數。因此，增加入射次數增加相互作用且增強第二部分吸收光波，藉此更改第二部分之錐形結構之光學特性。另外，可藉由調整柱狀結構530a至530f之週期性結構之週期532及尺寸來改變可捕獲之目標波長範圍。依此方式，光波之部分具有根據第二部分520中之錐形尖端之一洩漏。週期性結構捕獲洩漏光波以及在一導波模式中侷限於尖端處之光波之一部分。柱530a至530f產生具有一有效折射率之一有效介質。有效折射率基於光波在柱530a至530f之間的複數次相消及相長反射來產生。有效折射率取決於週期性結構尺寸。因此，第二部分520中之週期性結構之有效折射率可捕獲光波之洩漏作為具有一有效折射率之一有效核心。接著，捕獲光波由週期性結構之柱吸收。未吸收之一過量光波可在一子波長光柵模式中在週期性結構內沿第一軸線x傳播。此結構減少光波反射至第一部分510。因此，歸因於反射減少以及吸收增強而提高終端效率。
在一些實例中，柱狀結構530a至530f之週期性結構可藉由第二部分520之一或多個圖案化及蝕刻程序形成。例如，圖案化程序可涉及採用正或負光阻劑之任何適合光微影圖案化技術且蝕刻程序可包含任何適合蝕刻技術，諸如濕式蝕刻、乾式蝕刻、RIE、灰化及/或其他蝕刻方法。在一些實施例中，一乾式蝕刻程序可實施一含氧氣體、一含氟氣體(例如CF 4、SF、CH、F 2、CHF 3及/或C 2F 6)、一含氯氣體(例如Cl 2、CHCl 3、CCl 4及/或BCl z)、一含溴氣體(例如HBr及/或CHBr 3)、一含碘氣體、其他適合氣體及/或電漿及/或其等之組合。另外，一濕式蝕刻程序可包含在以下中蝕刻：稀釋氫氟酸(DHF)；氫氧化鉀(KOH)溶液；氨水；含有氫氟酸(HF)、硝酸(HNO 3)及/或乙酸(CH 3COOH)之一溶液；或其他適合濕式蝕刻劑。在一些實例中，蝕刻程序可包含一各向異性蝕刻，諸如電漿蝕刻。
在各種實施例中，第二部分520之錐形結構及週期性結構可摻雜有圖1A至圖1B之實施例中所描述之一材料。依此方式，增大第二部分之吸收率且因此提高終端效率。在一些實例中，第二部分520之錐形結構可為針對圖2A至圖2B中之實施例之第二部分220所描述之一多層結構。另外，第一部分510及第二部分520可包含圖4A至圖5B之實施例中所描述之一包層結構。
圖6A係圖1B中所描述之錐形結構之一示意性俯視平面圖。展示錐形結構用於與圖6B中所描述之結構之一尺寸比較。圖6A中之錐形結構之尺寸可相同於圖1A中之第二部分120。
圖6B係圖1A至圖5B之實施例之光波導終端裝置之一替代形狀之一俯視平面圖。在一些實施例中，錐形結構在第二軸線y上具有波浪形邊界。提供此等波浪形邊界係用於更改一錐形結構(諸如圖6A中所繪示之錐形結構)之光學特性之一技術之另一實例。在一相同距離內，一波浪線比一直線長。因此，與其中尖端包含直邊之一錐形結構(諸如圖1A至圖5B中所繪示之錐形結構)相比，具一波浪形尖端之一錐形結構具有一更長表面。尖端之一更長表面增加光波自終端結構洩漏且因此提高終端結構之終端效率。終端結構之波浪形可用於上述圖1A至圖5B之實施例之各者。在一些實例中，錐形結構之邊界可為任何類型之非直線。依此方式，非直線增加以不同相位及入射角在核心內部傳播之光模之散射概率。在一些實例中，波浪形邊界可藉由上文圖5B中所描述之一或多個圖案化及蝕刻程序形成。依此方式，蝕刻程序可包含一各向異性蝕刻，諸如電漿蝕刻。各向異性蝕刻可在第二軸線y上移除錐形結構之大部分水平部分，而第三軸線z上之錐形結構之垂直部分保持不變。
圖7A係根據一些實施例之用於測量光波導終端裝置(諸如上文參考圖1A至圖6B所描述之終端裝置)之終端效力或效率之一系統。在圖7A中所繪示之實施例中，可同時測量兩個終端裝置之一效率。終端裝置終止一光波在一光波導中傳播之效率可基於光波自終端裝置之反射來測量。在圖7A中，一分裂器用於將一入射光波引導至終端裝置中且將來自終端裝置之光波之一反射部分引導至一輸出中供測量。
在圖7A中，一第一光柵耦合器710耦合至一第一光波導712之一第一端。一第二光柵耦合器720耦合至一第二光波導722之一第一端。一第一終端裝置730耦合至一第三光波導732之一第一端。一第二終端裝置740耦合至一第四光波導742之一第一端。一分裂器750包含一第一側752及一第二側754。分裂器750之第一側752耦合至第一光波導712及第二光波導722之第二端。分裂器750之第二側754耦合至第三光波導732及第四光波導742之第二端。
第一終端裝置730及第二終端裝置740可為上文參考圖1A至圖6B所描述之終端裝置。為測試終端裝置730及740，使用第一光柵耦合器710將一光波耦合至第一光波導712。分裂器750將入射光波分裂成兩個相等部分。光波之一第一部分耦合至第三光波導732且光波之一第二部分耦合至第四光波導742。第一終端裝置730及第二終端裝置740基於終端裝置之終端效率來反射光波之一部分。反射光波在分裂器750內部組合。基於分裂器及光波導之一拓撲，將一相長干涉引導至第二光波導722，而將一相消干涉引導至第一光波導712。因此，反射光波使用光柵耦合器720來完全引導至一輸出埠。
在一些實施例中，分裂器750係一定向耦合器。定向耦合器包含四個埠，其等之兩者在第一側752中且另兩者在第二側754中。在一些實例中，第一光波導712之一長度不同於第二光波導722之一長度。第一及第二光波導之長度之間的一差可經設計以產生一期望干涉。依此方式，第一光波導712之長度經設計以在第一光柵耦合器710處產生反射光波之一相消干涉。相比而言，第二光波導722之長度經設計以在第二光柵耦合器720處產生反射光波之一相長干涉。
圖7B繪示根據一些實施例之用於測量一光波導終端裝置(諸如圖1A至圖6B之光波導終端裝置)之一效力或效率之一系統之另一實施例。在圖7B之系統中，一終端裝置之一效率可基於光波自終端裝置之一反射測量。在圖7B中，一分裂器用於將一入射光波引導至終端裝置中且將來自終端裝置之光波之反射部分引導至一輸出中供測量。
在圖7B中，一第一光柵耦合器810耦合至一第一光波導812之一第一端。一第二光柵耦合器820耦合至一第二光波導822之一第一端。一終端裝置830耦合至一第三光波導832之一第一端。一分裂器850包含一第一側852及一第二側854。第一側852耦合至第一光波導812及第二光波導822之第二端。第二側854耦合至第三光波導832之一第二端。
在各種實施例中，終端裝置830可為上文參考圖1A至圖6B所描述之終端裝置之任何者。在操作中，使用第一光柵耦合器810將一光波耦合至第一光波導812。分裂器850將入射光波耦合至第三光波導832中。終端裝置830基於終端裝置之終端效率來反射光波之一部分。反射光波由分裂器850分裂成波之兩個相等部分。將反射光波之一半部分引導至第二光波導822供測量。
在一些實施例中，分裂器850係一Y接面耦合器。Y接面耦合器包含三個埠，其等之兩者在第一側852中且一個埠在第二側854中。依此方式，耦合至光柵耦合器820之光波係一半反射光波。然而，比圖7A中所描述之組態減小測量設置之一尺寸。
圖8係用於形成一終端裝置之根據本發明之實施例之一方法800之一流程圖。圖8之方法包含形成一光波導之一第一部分之一第一操作802，第一部分具有沿一第一方向之一第一長度、沿橫向於第一方向之一第二方向之一第一寬度及沿橫向於第一方向之一第三方向之一第一高度。第一部分具有一光學特性(例如一折射率、吸收率、散射率及/或光波侷限)。在一些實例中，光波導可藉由一沈積程序形成，諸如CVD、PVD、ALD、HDPCVD、MOCVD、RPCVD、PECVD、LPCVD、ALCVD、APCVD或其等之組合。在一些實施方案中，光波導藉由一可流動CVD (FCVD)程序形成，其包含(例如)在一基板上方沈積一可流動材料(諸如一液體化合物)及藉由一適合技術(諸如熱退火及/或紫外線輻射處理)將可流動材料轉換為一固體材料。在一些實施例中，在沈積光波導之後，沈積介電材料使用光微影程序圖案化且可(例如)藉由一化學機械拋光(CMP)程序薄化及平面化。
方法800包含形成光波導之一第二部分之下一操作804，第二部分具有沿第一方向之一第二長度、沿第二方向之一第二寬度及沿第三方向之一第二高度，第二部分具有沿第一方向之一錐形輪廓。光波導之第二部分可藉由操作802中所描述之相同方法形成。在一些實例中，光波導之第二部分可單獨形成且在另一步驟中熔合至第一部分。在一些實施例中，第二部分可為形成第一部分之光波導之一部分。部分具有一光學特性(例如一折射率、吸收率、散射率及/或光波侷限)。
在一第三操作806中，使第二部分漸縮以形成一尖端，如圖1A至圖6B中所描述。在一些實例中，第二部分可藉由一或多個光微影圖案化及蝕刻程序來漸縮。例如，蝕刻程序可包含任何適合蝕刻技術，諸如濕式蝕刻、乾式蝕刻、RIE、灰化及/或其他蝕刻方法。在一些實施例中，一乾式蝕刻程序可實施一含氧氣體、一含氟氣體(例如CF 4、SF、CH、F 2、CHF 3及/或C 2F 6)、一含氯氣體(例如Cl 2、CHCl 3、CCl 4及/或BCl z)、一含溴氣體(例如HBr及/或CHBr 3)、一含碘氣體、其他適合氣體及/或電漿及/或其等之組合。另外，一濕式蝕刻程序可包含在以下中蝕刻：稀釋氫氟酸(DHF)；氫氧化鉀(KOH)溶液；氨水；含有氫氟酸(HF)、硝酸(HNO 3)及/或乙酸(CH 3COOH)之一溶液；或其他適合濕式蝕刻劑。在一些實例中，蝕刻程序可包含一各向異性蝕刻，諸如電漿蝕刻。
在最後操作808中，將第二部分之光學特性改變或更改為不同於第一部分之光學特性。依此方式，根據上文圖1A至圖6B中所描述之實施例，第二部分之光學特性可包含一折射率、吸收率、散射率及/或光波侷限。例如，第二部分之一有效折射率及吸收率可藉由圖1A至圖1C中所描述之摻雜程序及/或圖2A至圖2E中所描述之多層結構來更改。另外，第二部分之散射率及光波侷限可藉由圖3A至圖4B中所描述之包層結構、圖5A至圖5B中所描述之週期性結構及/或圖6B中所描述之波浪形結構來更改。
上文已概述若干實施例之特徵，使得熟習技術者可較佳理解本發明之態樣。熟習技術者應瞭解，其可易於將本揭露用作設計或修改其他程序及結構以實施相同於本文中所引入之實施例之目的及/或達成相同於本文中所引入之實施例之優點的一基礎。熟習技術者亦應認識到，此等等效建構不應背離本發明之精神及範疇，且其可在不背離本發明之精神及範疇的情況下對本文作出各種改變、替換及更改。
100:光波導 101:摻雜光波導終端裝置 110:第一部分 110a:高度 110b:寬度 112:端 120:第二部分/錐形結構 120a:長度 120b:第二寬度 122:終止端/尖端 124:角度 200:光波導 201:多層光波導終端裝置 210:第一部分 210a:高度 210b:寬度 220:第二部分 220a:長度 220b:尖端寬度 224:第一層 224a:第一高度 226:第二層 226a:第二高度 228:第三層 230:第一材料 240:第二材料 300:光波導 301:光波導終端裝置 310:第一部分 312:核心 314:包層 320:第二部分 322:第二核心 330:材料 332:材料 410:第一部分 412:第一核心 414:第一包層 416:邊界 420:第二部分 422:第二核心 424:第二包層 424a至424n:層或區段 426:端 430:第一材料 440:第二材料 500:光波導 501:週期性光波導終端裝置 510:第一部分 510a:高度 510b:寬度 511:錐形結構 520:第二部分 530:週期性結構 530a至530f:柱狀結構 532:週期 534:第一尺寸 536:第二尺寸 538:轉變長度 540:第一材料 710:第一光柵耦合器 712:第一光波導 720:第二光柵耦合器 722:第二光波導 730:第一終端裝置 732:第三光波導 740:第二終端裝置 742:第四光波導 750:分裂器 752:第一側 754:第二側 800:方法 802:第一操作 804:下一操作 806:第三操作 808:最後操作 810:第一光柵耦合器 812:第一光波導 820:第二光柵耦合器 822:第二光波導 830:終端裝置 832:第三光波導 850:分裂器 852:第一側 854:第二側 x:第一軸線 y:第二軸線 z:第三軸線 ε 1:第一介電率 ε 2:第二介電率
自結合附圖閱讀之以下詳細描述最佳理解本發明之態樣。應注意，根據行業標準做法，各種構件未按比例繪製。實際上，為使討論清楚，可增大或減小各種構件之尺寸。
圖1A係根據一些實施例之耦合至一光波導之一摻雜光波導終端裝置沿圖1B中之1A-1A之一剖面圖。
圖1B係圖1A之耦合至光波導之摻雜光波導終端裝置之一俯視平面圖。
圖1C係圖1A之耦合至光波導之摻雜光波導終端裝置沿圖1B中之1C-1C之一圓形剖面之一剖面圖。
圖1D係圖1A之耦合至光波導之摻雜光波導終端裝置沿圖1B中之1C-1C之一矩形剖面之一剖面圖。
圖2A係根據一些實施例之耦合至一光波導之一多層光波導終端裝置沿圖2B中之2A-2A之一剖面圖。
圖2B係圖2A之耦合至光波導之多層光波導終端裝置之一俯視平面圖。
圖2C係具有一額外層之圖2A之一多層光波導終端裝置之一替代實施例之一剖面圖。
圖2D係圖2A之多層光波導終端裝置沿圖2B中之線2D-2D之一圓形剖面之一剖面圖。
圖2E係圖2A之多層光波導終端裝置沿圖2B中之線2D-2D之一矩形剖面之一剖面圖。
圖3A係根據一些實施例之耦合至一光波導之一光波導終端裝置沿圖3B中之3A-3A之一剖面圖，其中終端裝置之一包層係低k材料。
圖3B係圖3A之耦合至光波導之光波導終端裝置之一俯視平面圖。
圖3C係圖3A之耦合至光波導之光波導終端裝置沿圖3B中之線3C-3C之一圓形剖面之一剖面圖。
圖3D係圖3A之耦合至光波導之光波導終端裝置沿圖3B中之線3C-3C之一矩形剖面之一剖面圖。
圖4A係根據一些實施例之耦合至一光波導之一光波導終端裝置沿圖4B中之線4A-4A之一剖面圖，其中終端裝置之一包層包含複數個不同介電層。
圖4B係圖4A之耦合至光波導之光波導終端裝置之一俯視平面圖。
圖5A係根據一些實施例之耦合至一光波導之一週期性光波導終端裝置之一剖面圖。
圖5B係圖5A之耦合至光波導之週期性光波導終端裝置之一俯視平面圖。
圖6A係根據一些實施例之圖1B中所描述之錐形結構之一示意性俯視平面圖且圖6B係根據一些實施例之圖1A至圖5B之光波導終端裝置之一替代形狀之一俯視平面圖。
圖7A至圖7B係根據一些實施例之用於測試圖1A至圖6B之光波導終端裝置之兩個系統之組態。
圖8係根據一些實施例之形成具有一終端結構之一光波導之一方法之一流程圖。
100:光波導
101:摻雜光波導終端裝置
110:第一部分
110a:高度
112:端
120:第二部分/錐形結構
120a:長度
122:終止端/尖端
x:第一軸線
y:第二軸線
z:第三軸線

Claims (20)

  1. 一種光波導終端裝置，其包括： 一光波導，該光波導包含： 一第一部分，其具有沿一第一方向之一第一長度、沿橫向於該第一方向之一第二方向之一第一寬度及沿橫向於該第一及第二方向之一第三方向之一第一高度；及 一第二部分，其具有沿該第一方向之一第二長度、小於該第一寬度之沿該第二方向之一第二寬度及沿該第三方向之一第二高度，該第二部分具有該第一方向上之一錐形輪廓，該第二部分具有不同於該第一部分之一光學特性且沿該第一方向自該第一部分延伸。
  2. 如請求項1之光波導終端裝置，其中該第二部分包含具有大於該第一部分之一摻雜濃度之一摻雜濃度之N型或P型摻雜物。
  3. 如請求項2之光波導終端裝置，其中該第二部分具有大於該第一部分之一光吸收。
  4. 如請求項1之光波導終端裝置，其中該第一部分包含一第一材料，且該第二部分包含該第一材料及一第二材料，該第二材料沿該第三方向放置於該第一材料之一表面上。
  5. 如請求項4之光波導終端裝置，其中該第二材料具有小於該第一材料之一電帶隙之一電帶隙。
  6. 如請求項5之光波導終端裝置，其中該第二材料係一金屬矽化物或鍺。
  7. 如請求項1之光波導終端裝置，其中該第一部分包含一第一材料之一第一核心及至少部分包圍該第一核心之一第一包層，該第二部分包含該第一材料之一第二核心及至少部分包圍該第二核心之一第二包層，且該第一包層由不同於該第二包層之一材料形成。
  8. 如請求項7之光波導終端裝置，其中該第二包層包含沿該第一方向配置之複數個介電層，該複數個介電層之各者具有不同於該複數個介電層之其他者之一介電常數之一介電常數。
  9. 如請求項8之光波導終端裝置，其中該複數個介電層之相鄰者之該介電常數沿該第一方向減小。
  10. 如請求項1之光波導終端裝置，其中該第二部分進一步包含一週期性結構，該週期性結構具有在該第一方向上配置之複數個柱狀元件。
  11. 一種形成具有一終端結構之一光波導之方法，其包括： 形成一光波導之一第一部分，該第一部分具有沿一第一方向之一第一長度、沿橫向於該第一方向之一第二方向之一第一寬度及沿橫向於該第一及第二方向之一第三方向之一第一高度，該第一部分具有一光學特性； 形成該光波導之一第二部分，該第二部分具有沿該第一方向之一第二長度、小於該第一寬度之沿該第二方向之一第二寬度及沿該三方向之一第二高度，該第二部分具有沿該第一方向之一錐形輪廓且沿該第一方向自該第一部分延伸，該第二部分具有一光學特性，該第二部分之該光學特性等效於該第一部分之該光學特性； 更改該第二部分之該光學特性。
  12. 如請求項11之方法，其中更改該第二部分之該光學特性包括： 用N型或P型摻雜物摻雜該第二部分，其中該第二部分之一摻雜濃度大於該第一部分之一摻雜濃度。
  13. 如請求項11之方法，其中更改該第二部分之該光學特性包括由一第一材料形成該第二部分、在該第二部分之一表面上沿該第三方向形成一第二材料，其中該第一部分包含該第一材料，且該第二材料具有大於該第一材料之一光吸收。
  14. 如請求項11之方法，其中形成一光波導之一第一部分包含形成一第一材料之一第一核心及至少部分包圍該第一核心之一第一包層，且其中形成一光波導之一第二部分包含形成該第一材料之一第二核心，且其中更改該第二部分之該光學特性包含由不同於該第一包層之一材料形成至少部分包圍該第二核心之一第二包層。
  15. 如請求項14之方法，其中該第二包層包含沿該第一方向配置之具有不同介電常數之複數個介電層。
  16. 如請求項11之方法，其中形成一光波導之一第一部分包含形成一第一材料之一第一核心及至少部分包圍該第一核心之一第二材料之一第一包層且形成一光波導之一第二部分包含形成該第一材料之一第二核心及至少部分包圍該第二核心之該第二材料之一第二包層，該第二材料係一低k材料。
  17. 如請求項11之方法，其進一步包括沿該第一方向形成一週期性結構，其中該週期性結構具有在該第一方向上配置且與該第二部分重疊之複數個柱狀元件。
  18. 一種用於測量一光波導終端裝置之一效率之系統，其包括： 一分裂器，其具有一第一側及一第二側，該第一側具有一單一埠且該第二側具有兩個埠，該單一埠在操作中經組態以連接至一第一光波導，該第一光波導包含耦合至該第一光波導之一第一端及用於耦合至該分裂器之該第一側之一第二端之一第一光波導終端裝置； 一輸入光柵耦合器，其耦合至一第二光波導之一第一端，該第二光波導之一第二端耦合至該分裂器之該第二側之該兩個埠之一者；及 一輸出光柵耦合器，其耦合至一第三光波導之一第一端，該第三光波導之一第二端耦合至該分裂器之該第二側之該兩個埠之另一者。
  19. 如請求項18之系統，其中該分裂器之該第一側包含一額外埠，該額外埠在操作中經組態以連接至一第四光波導，該第四光波導包含耦合至該第四光波導之一第一端及用於耦合至該分裂器之該第一側上之該額外埠之一第二端之一第四光波導終端裝置。
  20. 如請求項18之系統，其中該光波導終端裝置包含耦合至該第一光波導之一錐形尖端，該錐形尖端高度摻雜有P型或N型摻雜物。
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