多模相移干涉器件的制作方法
【專利摘要】一種多模干涉(MMI)器件，包括：基底層；沉積在所述基底層上用以傳播光學(xué)信號(hào)的芯層；以及沉積在所述芯層上用于引導(dǎo)所述光學(xué)信號(hào)的覆層。所述芯層包括適于傳播具有不同波長的多個(gè)光學(xué)信號(hào)的芯分區(qū)。所述芯分區(qū)包括用于均勻相移所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)的偏移段。所述偏移段包括具有不同有效折射率的分區(qū)、傾斜的分區(qū)、彎曲分區(qū)和具有寬度、厚度或有效折射率變化的波導(dǎo)中的至少一種或其組合。
【專利說明】多模相移干涉器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及光學(xué)器件，更具體地涉及用于傳播和操縱光學(xué)信號(hào)的多模干涉 (MMI)器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 在光學(xué)通信中，具有各種波長和偏振的光學(xué)信號(hào)能夠被多路復(fù)用在單個(gè)光學(xué)載波 內(nèi)。電信網(wǎng)絡(luò)愈發(fā)注重靈活性和可配置性，這需要用于光學(xué)通信的光子集成電路（PIC)功 能性的增強(qiáng)，還需要緊湊的器件?；诙嗄８缮妫∕MI)的光學(xué)器件具有大帶寬，對(duì)偏振不敏 感，并且具有高制造公差。
[0003] 對(duì)于多種應(yīng)用，期望使操縱光學(xué)信號(hào)的MMI器件的長度最小化。例如，在一種MMI 器件中，諸如IiVxGaxAsyPi_y的磷砷化鎵銦（InGaAsP)芯被插入磷化銦（InP)基底和上覆 層之間。
[0004] 由于該芯具有高折射率，因此光學(xué)信號(hào)被高度聚集在該芯內(nèi)。具有相對(duì)較低折射 率的覆層沿著器件的深度方向引導(dǎo)光學(xué)信號(hào)。MMI器件的長度L要求短波長和長波長的拍 頻（beat)長度連續(xù)多次的重復(fù)。拍頻長度被定義為U= 八PC1-PD，其中PC1和Pi是 第一最低次模的傳播常數(shù)。
[0005] 為了將兩個(gè)不同波長A1和入2分離，麗I波導(dǎo)的自成像理論（selfimaging theory)需要MMI分區(qū)（section)的長度Lmi滿足
[0006] Lmmi = mXL,, ( A = ^+DXL11(A2) (I)
[0007] 其中m是正整數(shù)。當(dāng)Lmi滿足式（1)時(shí)，與各波長相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)像沿著麗I波導(dǎo) 寬度（Wm)在不同位置處形成，由此能夠?qū)⒏鞑ㄩL分開。在此U是可由式（2)近似得到的 多模區(qū)域的取決于波長的拍頻長度。

【權(quán)利要求】
1. 一種多模干涉（MMI)器件，包括： 基底層； 沉積在所述基底層上用以傳播光學(xué)信號(hào)的芯層；以及 沉積在所述芯層上用于引導(dǎo)所述光學(xué)信號(hào)的覆層， 其中所述芯層包括適于傳播具有不同波長的多個(gè)光學(xué)信號(hào)的芯分區(qū)， 其中所述芯分區(qū)包括用于唯一地使所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)的相位偏移的偏移段， 其中所述偏移段包括具有不同的有效折射率的分區(qū)、傾斜的分區(qū)、彎曲分區(qū)和在寬度、 厚度或有效折射率上具有變化的波導(dǎo)中的至少一種或組合。
2. 如權(quán)利要求1所述的MMI器件，其中所述MMI器件根據(jù)預(yù)定的任務(wù)操縱所述光學(xué)信 號(hào)，并且其中針對(duì)所述預(yù)定的任務(wù)使所述偏移的結(jié)構(gòu)性相移部件的組合最優(yōu)化。
3. 如權(quán)利要求2所述的MMI器件，其中所述預(yù)定的任務(wù)包括分割所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)或 是組合所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求2所述的MMI器件，其中所述偏移段包括具有第一部分和第二部分的傾 斜分區(qū)，并且其中所述傾斜分區(qū)的所述第二部分的至少一部分由改變所述芯分區(qū)內(nèi)的有效 折射率的補(bǔ)片修正。
5. 如權(quán)利要求4所述的麗I器件，其中所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)包括具有第一波長的第一 信號(hào)和具有第二波長的第二信號(hào)，其中所述偏移段的第一部分向所述第一信號(hào)添加_n/2 相移，而所述偏移段的第二部分向所述第二信號(hào)添加_n/2相移。
6. 如權(quán)利要求1所述的麗I器件，還包括： 用于接收包括具有第一波長的第一信號(hào)和具有第二波長的第二信號(hào)的所述多個(gè)光學(xué) 信號(hào)的輸入分區(qū)；以及 具有多個(gè)輸出端口用以分開輸出所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)的輸出分區(qū)。
7. 如權(quán)利要求6所述的MMI器件，其中所述輸入分區(qū)包括1X2MMI耦合器，所述輸出分 區(qū)包括2X2麗I耦合器。
8. 如權(quán)利要求6所述的MMI器件，其中所述偏移段包括與所述輸入分區(qū)平行地布置的 第一偏移段以及與所述輸出分區(qū)平行地布置的第二偏移段，其中所述第二偏移段相對(duì)于所 述第一偏移段傾斜，并且其中所述偏移段的一部分包括補(bǔ)片，所述補(bǔ)片的材料具有不同于 與該補(bǔ)片鄰接的材料的有效折射率。
9. 如權(quán)利要求1所述的MMI器件，其中所述芯層包括第一均勻分區(qū)、第二均勻分區(qū)，其 中所述第一均勻分區(qū)、所述第二均勻分區(qū)以及所述MMI器件的芯分區(qū)中的每一個(gè)具有兩個(gè) 側(cè)部邊緣和兩個(gè)端部邊緣，其中所述分區(qū)通過相應(yīng)的側(cè)部邊緣連接，并且所述分區(qū)的端部 邊緣形成MMI器件的邊緣，其中所述芯分區(qū)包括補(bǔ)片，該補(bǔ)片具有的材料的有效折射率不 同于與該補(bǔ)片鄰接的區(qū)域的材料的有效折射率，其中所述補(bǔ)片具有側(cè)部邊緣和端部邊緣， 并且其中所述補(bǔ)片的側(cè)部邊緣是錐形的。
10. 如權(quán)利要求1所述的MMI器件，其中所述芯分區(qū)包括多個(gè)波導(dǎo)，該多個(gè)波導(dǎo)具有寬 度、厚度或材料的有效折射率中的至少一個(gè)的變化。
11. 一種由多模干涉（MMI)器件根據(jù)預(yù)定任務(wù)操縱光學(xué)信號(hào)的方法，包括： 根據(jù)所述預(yù)定的任務(wù)確定不同地操縱具有不同波長的多個(gè)光學(xué)信號(hào)的結(jié)構(gòu)性相移部 件的組合；以及 制造具有基底、覆層以及包括適于在任意點(diǎn)傳播所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)的芯分區(qū)的芯層， 其中所述芯分區(qū)包括結(jié)構(gòu)性相移部件的組合。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)性相移部件從由具有不同有效折射率的 分區(qū)、傾斜的分區(qū)、彎曲分區(qū)和具有寬度或厚度變化的波導(dǎo)所組成的組中選出。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述MMI具有多個(gè)芯層和覆層，并且所述上側(cè)部分 芯層的部分被蝕刻以創(chuàng)建有效折射率的差異。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述芯層包括磷砷化鎵銦（InGaAsP)材料，并且所 述基底和所述覆層包括磷化銦（InP)材料。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述芯層和所述基底包括Si材料，并且所述覆層 包括二氧化硅。
【文檔編號(hào)】G02B6/12GK104516051SQ201410499703
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】小島啟介, T·S·辛, 秋濃俊昭, 西川智志, 王炳南, 柳生榮治 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社