阅读说明：本技术 波导 (Waveguide ) 是由 C·鲍多特 S·盖尔贝 P·勒迈特瑞 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本公开的实施例涉及波导。在一个实施例中,波导包括上游部分、下游部分和上游部分和下游部分之间的中间部分。第一波带设置在绝缘层上,该第一波带沿第一方向定向。第一侧向条带和第二侧向条带,设置在第一波带的任一侧,该第一侧向条带和第二侧向条带沿中间部分变薄或者中断。(Embodiments of the present disclosure relate to waveguides. In one embodiment, the waveguide includes an upstream portion, a downstream portion, and an intermediate portion between the upstream portion and the downstream portion. A first band of waves is disposed on the insulating layer, the first band of waves being oriented in a first direction. First and second lateral bands disposed on either side of the first band, the first and second lateral bands being thinned or interrupted along a middle portion.)

波导

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月31日提交的法国专利申请号18/57847的优先权，其内容通过整体引用并入于此。

技术领域

本公开涉及波导领域，并且更特别地涉及光子(光电和/或光学)集成电路的波导。

背景技术

在集成光子电路中，光信号可以通过波导传输。当前，波导的截面的尺寸被选择以使得信号的给定光学模式是通过波导传播的唯一导模，该给定光学模式通常是横电(TEo)和/或横磁(TMo)基本模式。然而，波导材料中的不均匀性和/或波导几何形状的变化可能导致波导中的寄生光学模式的发生，即，在唯一导模是基本模式时高阶光学模式的发生。这样的杂散模式是干扰的，特别是由于以下事实：在导模和杂散模式之间可能出现有害的干扰。

发明内容

期望具有包括杂散模式滤波设备的波导，其克服了已知杂散模式滤波设备的至少某些缺点。

实施例提供了包括杂散模式滤波设备的波导，其中杂散模式滤波具有对导模的传播相对有限的影响，或者甚至无影响。

因此，实施例提供了一种波导，包括第一波带和设置在该第一波带的任一侧的两个侧向条带，该两条带沿着该波带的中间部分变薄或者中断。

根据一个实施例，该中间部分是第一波带长度的一部分。

根据一个实施例，各条带与第一波带相接触。

根据一个实施例，对于各条带，第二波带和第一波带被布置在该条带的任一侧上。

根据一个实施例，各第二波带平行于第一波带延伸。

根据一个实施例，各第二波带，沿着中间部分，至少部分由选择的用以吸收旨在通过该波导传播的信号的波长的材料制成。

根据一个实施例，该材料选自包括如下的组：硅化物，锗，碳化硅，锗-硅，锡，钛，氮化钛，钽，氮化钽，钨，铜，以及前述材料的合金或者混合物。

根据一个实施例，中间部分***在第一波带的两个部分之间。

根据一个实施例，沿着第一波带的两个部分中的每个，该条带被配置为使得旨在通过波导传播的引导光学模式的有效光学折射指数渐进地变化，一直到中间部分。

根据一个实施例，各条带沿着中间部分被中断，并且沿着第一波带的两个部分中的每个，该条带的宽度渐进地减少，一直到中间部分。

根据一个实施例，各条带沿着中间部分变薄，并且沿着第一波带的两个部分中的每个，各条带包括上部，该上部的宽度一直减小到中间部分。

根据一个实施例，中间部分是纵长弯曲的。

根据一个实施例，波带和条带设置在绝缘体上硅类型的绝缘层上。

另一个实施例提供了一种集成光子电路，包括至少一个如上所述的波导。

另一个实施例提供了一种滤除通过如上所述的波导传播的光信号的杂散模式的方法。

附图说明

在下面对特定实施例的非限制性描述中，将结合附图详细讨论前述和其他特征和优点。

图1是波导的实施例的局部简化俯视图；

图2示出了图1的波导沿图1的相应平面AA、BB和CC的简化截面图A、B和C；以及

图3是图1和图2的波导的备选实施例的局部简化俯视图。

具体实施方式

在不同附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。特别地，不同实施例共有的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记表示，并且可以具有相同的结构，尺寸和材料特性。

为了清楚，仅示出了并且详细描述了对理解所描述的实施例有用的那些步骤和元件。特别地，并未详述可以提供波导的光子集成电路，下文描述的波导与通常的光子电路兼容。

在以下描述中，在提及表示绝对位置(例如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置(例如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)的术语，或表示方向的术语(例如术语“水平”、“垂直”等)时，指的是附图的定向。

在本文中，术语“近似”、“基本上”、“约”用于表示讨论中的值的正10％或负10％的公差，优选地是正5％或负5％。

在下面的描述中，在提及波导的元件的横向截面时，横向截面与波导的纵向方向正交。

在以下描述中，考虑如下波导：该波导被配置为引导具有在近红外范围内的一个波长或多个波长的光信号，该波长例如在1μm至2μm的范围内，优选地约等于1.3μm或约1.55μm，例如等于1.3μm或这1.55μm。此后作为示例示出的波导的尺寸和材料被选择用于这样的波长，应该理解的是根据以下描述，使得尺寸和材料适应于其他波长在本领域技术人员的能力范围内。

图1是波导1的实施例的局部简化俯视图。图2示出了图1的波导沿图1的相应平面AA，BB和CC的简化截面图A，B和C。

波导1包括波带101和在波带101的任一侧上的两个侧向条带103和105。波带101以及条带103和105优选地由相同材料(例如，硅)制成。条带103和105与波带101相应的侧表面107和105相接触。波带101和条带103和105具有相同的主(纵长的)方向。例如，波带101具有矩形横向截面，其尺寸即其宽度(在表面107和109之间)和其厚度(在波带的上表面和下表面之间)，具有例如基本上恒定，优选地是恒定的尺寸。在波带101的厚度方向上测量，条带103和105的厚度小于波带101的厚度。

波带101包括中间部分101A，其对应于波带101的长度的一部分。在本实施例中，中间部分101A是直线的(图1)。波带101沿长度方向(图1中从左到右)依次包括上游部分101B，可选的上游部分101C，中间部分101A，可选的下游部分101D和下游部分101E。由图1中的垂直虚线界定的部分101B，101C，101A，101D和101E是首尾相连的。因此，中间部分101A插在两个可选的上游和下游部分101C和101D之间，或者当波导不包括可选的上游和下游部分101C和101D时，中间部分101A插在上游和下游部分101B和101E之间。

条带103和105在沿着中间部分101A处(厚度e1，图2，视图A)比沿着上游或下游部分101B和101E处(厚度e2，图2，视图B)变薄。例如，厚度e2小于或者等于波带101的厚度的约一半，例如，约等于，优选地等于该厚度的一半。厚度e1，例如，小于或等于厚度e2的一半，再例如，小于或等于厚度e2的三分之一，优选地，等于厚度e2的三分之一。

条带103和105被配置如下：沿着可选的上游和下游部分101C和101D，通过波导1传播的引导光学模式的有效光学折射指数，从中间部分101A渐进地变化或者一直到中间部分101A渐进地变化。光学模式的有效折射率定义为在所考虑的波长下该模式的传播常数与真空中的波矢量的比率。这种有效折射率的渐进变化使得能够限制或者甚至防止引导光学模式在其通过连续部分101B，101C，101A，101D和101E传播期间的寄生反射。例如，有效折射率的渐进变化通过条带103和105，沿着可选的上游和下游部分101C和101D，并且横跨其至少部分厚度的宽度渐变变化而获得。

在本实施例中，条带103和105中的每个，沿着可选的上游和下游部分101C和101D(图2，视图C)，由相应的下部分1031和1051以及相应的上部分1032和1052所形成。部分1031和1051具有厚度e1，装配的上部分和下部分的总厚度等于厚度e2。如图1所示，上部分1032和1052的宽度向着中间部分101A渐进地减少，或者自中间部分101A渐进地增加，由此所考虑的导模的有效折射率渐进地变化。

波导1进一步包括两可选的波带111和113。波带111和113被布置为沿着相应的条带103和105，至少沿着中间部分101A。波带101，111和113具有相同的主(纵长)方向。因此，波带111和101，波带113和101相应地布置在波带103和105的任一侧上。优选地，波带111和113与相应的条带103和105相接触。波带111和113的厚度，例如，基本上等于，优选地，等于波带101的厚度。优选地，波带111和113被布置为避免干扰引导光学模式通过波带101的传播，例如，假设引导光学模式从上游部分101B到下游部分101E或者从下游部分101E到上游部分101B传播，引导光学模式的功率的降低小于0.001％。作为示例，波带111和113中的每个与波带101之间的最小距离大于或者等于800nm。

波带111和113至少沿着中间部分101A，全部或部分地由材料117制成。材料117被选择为在要在波导1中传播的信号的波长处吸收。作为示例，对于这样的波长，材料117折射率的虚部是在0.01到10的范围内。例如，材料117选自包括硅化物，锗，碳化硅，锗-硅，锡，钛，氮化钛，钽，氮化钽钨，铜，以及这些材料的合金或混合物的组。

根据一个实施例，波带101，111和113以及条带103和105由硅制成，波带111和113至少沿着中间部分101A由硅制成并且利用，例如用硼，磷和/或砷原子掺杂，从而在近红外比本征硅更具吸收性。根据另一个优选实施例，其中波带111和113由硅制成，优选掺杂的硅；材料117是硅化物，通过在波带111的每个的上表面的水平处进行金属沉积获得，其与波带11和113的硅相互扩散，从而产生吸收材料。进一步地，在这些优选实施例中，波带111和113优选地与相应的条带103和105接触。

波导1嵌入在具有与波带101的不同光学指数的材料中，例如氧化硅。在所示的示例中，波导1位于层115(例如，氧化硅层)的上方并与其接触(图2)。优选地，层115形成为绝缘体上半导体(SOI)型结构的绝缘层，其中波导1可以继而(例如，在蚀刻步骤期间)被限定在SOI结构的半导体层中。覆盖波导1的层(未示出)，优选地由与层115相同的材料制成。

横电光学模式使得其电场在平行于层115的上表面的，并且垂直于波导中信号的传播方向的平面中振荡。横磁光学模式使得其电场在垂直于层115的上表面的，并且垂直于波导中信号的传播方向的平面中振荡。

当光信号通过波导1传播(例如，从上游部分101B传播到下游部分101E)时，导模被限制在波带101中，以及杂散模式可以存在并且至少部分地限制在且沿上游部分101B布置的条带103和105的部分中。沿着中间部分101A，由于条带103和105较薄的事实，杂散模式不会被限制，并且辐射到条带的外部。这导致杂散模式的滤波。辐射到条带103和105外部的杂散模式至少部分地被材料117吸收，这避免了辐射的杂散模式干扰靠近波导1布置的可能的光子器件。当杂散模式从波带101的中间部分101A出来时，在波导1中传播的信号不再或几乎不再包括杂散模式。作为示例，选择波带111和113到相应条带103和105的距离和/或部分101A的长度，使得从上游部分101B到下游部分101E或从下游部分101E到上游部分101B，杂散模式的功率下降超过95％，优选超过99％。进一步地，由于导模保持被限制在波带101中并且没有耦合到波带111和113的事实，该导模在其从上游部分101B传播到下游部分101E期间不受干扰。

可以进行如下设计：抑制条带103和105，或者可以沿着波导1的纵长提供具有厚度e1的这些条带，用以避免杂散模式在其中传播。然而，这将导致导模的传输损耗增加。进一步地，在条带103和105具有非零厚度的情况下，当通过在SOI结构的半导体层中蚀刻来限定波导1时，其他光子部件可以在相同的蚀刻步骤期间在该相同的层中被限定。这些其他部件，特别是可以设置在波导1的端部处的耦合网络，可以施加用于蚀刻半导体层的深度，因此是厚度e2。

可以设计将材料117布置得更靠近波带101(例如，通过减小条带103和105的宽度)，但是这将导致引导光学模式与材料117的耦合，从而引起引导光学模式的干扰。

图3是图1的波导1的备选的实施例的局部俯视图。

图3的波导1与图1和2的波导的不同之处在于，波带101的中间部分101A不是直线的。在图3的实施例中，中间部分101A是沿纵长弯曲的。

与中间部分101A是直线的情况相比，提供沿纵长弯曲的中间部分101A能够增加杂散模式沿着中间部分101A辐射到条带103和105外部的光学功率。

在未示出的另一备选实施例中，条带103和105沿着波带101的中间部分101A中断。这相当于考虑厚度e1为零的情况。在该变型中，导模的有效折射率的渐进变化例如由以下事实引起：条带103和105的宽度，沿着可选的上游和下游部分101C和101D，减小一直到中间部分101A。

作为具体的实施例，波导1被提供以下尺寸。波带101的宽度在200至420nm的范围内，优选地等于约320nm，例如，等于320nm。波带101的厚度在220至500nm的范围内，优选地等于约300nm，例如，等于300nm。条带103和105的宽度在800至1790nm的范围内，优选地等于约1000nm，例如，等于1000nm。中间部分101A的长度在1至100μm的范围内，优选地等于约60μm，例如，等于60μm。可选的上游和下游部分101C和101D中的每个的长度在1至100μm的范围内，优选地等于约20μm，例如，等于20μm。

上文已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员可以知道。可以组合这些各种实施例和变型的某些特征，并且本领域技术人员将想到其他变型，而无需示出任何创造性步骤。特别地，可以设置条带103和105沿着非直线的中间部分101A中断。

最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。特别地，本领域技术人员可以基于仿真工具确定上文作为示例所示的尺寸和材料，例如，利用有限差分时域计算(FDTD)的仿真工具。这样的仿真工具的一个示例是由“Lumerical”公司商业化。

这样的改变、修改和改进旨在是本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是示例性的，而不旨在是限制性的。本发明仅受以下权利要求及其等同物所限定的限制。