本申請要求于2014年2月6日提交的題目為“Integrated Multistage Taper Coupler For Waveguide To Fiber Coupling(用于波導(dǎo)與光纖耦合的集成式多級錐形耦合器)”的第61/936,799號美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文中。

背景技術(shù)：

光導(dǎo)波元件通過模態(tài)傳輸(modal transmission)、全內(nèi)反射和/或全反光處理使光通過光學(xué)透明細(xì)長結(jié)構(gòu)從一點(diǎn)被傳遞至另一點(diǎn)。光波導(dǎo)通過全內(nèi)反射引導(dǎo)輻射光譜的可見部分、紅外部分和/或紫外部分中的輻射。光耦合器用于連接光學(xué)元件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請涉及將半導(dǎo)體波導(dǎo)耦合至光纖。更具體地，并且沒有限制地，涉及使用一個或更多個多級錐體將厚的硅波導(dǎo)耦合至光纖。

公開了用于在厚的硅波導(dǎo)與光纖之間傳輸光的波導(dǎo)耦合器的實(shí)施方式。耦合器包括壓縮區(qū)域和擴(kuò)展區(qū)域。壓縮區(qū)域用于接收來自半導(dǎo)體波導(dǎo)的光束；將光束壓縮成具有比限制在半導(dǎo)體波導(dǎo)中的光的橫截面更小的橫截面；以及將光束傳輸至擴(kuò)展區(qū)域。擴(kuò)展區(qū)域被配置成：接收來自壓縮區(qū)域的光束；將光束擴(kuò)展成具有比限制在半導(dǎo)體波導(dǎo)中的光的橫截面更大的橫截面；以及將光束傳輸至光纖。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域包括肩部和脊部，并且肩部和脊部均對光束進(jìn)行壓縮。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域的脊部在具有等于或小于225納米的寬度的第一尖端處終止，以及壓縮區(qū)域的肩部在具有小于或等于225納米的寬度的第二尖端處終止。在一些實(shí)施方式中，第二尖端具有小于或等于175納米的寬度。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域包括第一部分，其中，第一部分與壓縮區(qū)域的至少一部分交疊。在一些實(shí)施方式中，第一部分和壓縮區(qū)域的至少一部分由不同的材料制成。在一些實(shí)施方式中，第一部分具有在2.5微米與3.5微米之間的橫截面并且具有在2.5微米與3.5微米之間的高度。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)從壓縮區(qū)域接收的光束被引導(dǎo)至光纖時，擴(kuò)展區(qū)域以絕熱的方式對光束進(jìn)行擴(kuò)展。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域以絕熱的方式對從半導(dǎo)體波導(dǎo)接收的光束進(jìn)行壓縮。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域包括具有第一折射率的第一材料；擴(kuò)展區(qū)域包括具有第二折射率的第二材料；以及第一折射率大于第二折射率。

公開了一種供在用于在厚的硅波導(dǎo)與光纖之間引導(dǎo)光的耦合器中使用的擴(kuò)展區(qū)域。擴(kuò)展區(qū)域包括肩部和脊部。肩部具有第一部分、第二部分和第三部分。第一部分不是錐化的；第二部分是錐化的，以對光橫向地進(jìn)行擴(kuò)展或壓縮；第二部分被布置在第三部分與第一部分之間；以及肩部在第三部分中不是錐化的。脊部在第二部分和第三部分的頂部上延伸；以及脊部錐化以對光橫向地進(jìn)行擴(kuò)展或壓縮。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域具有與光纖的折射率或有效折射率相匹配的折射率。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域包括SiON或SiN。在一些實(shí)施方式中，肩部的第一部分與耦合器的壓縮區(qū)域的一部分交疊。

公開了一種用于將半導(dǎo)體波導(dǎo)耦合至光纖的方法。該方法包括：將光束從波導(dǎo)傳輸至光耦合器中；在光耦合器的第一區(qū)域中對從波導(dǎo)接收的光束進(jìn)行壓縮；當(dāng)在第一區(qū)域中對光束進(jìn)行壓縮之后，在光耦合器的第二區(qū)域中對光束進(jìn)行擴(kuò)展；以及當(dāng)在光耦合器的第二區(qū)域中對光束進(jìn)行擴(kuò)展之后，將光束從光耦合器傳輸至光纖中。在一些實(shí)施方式中，第二區(qū)域與第一區(qū)域的至少一部分交疊；第一區(qū)域包括具有第一折射率的第一材料；第二區(qū)域包括具有第二折射率的第二材料；以及第一折射率大于第二折射率。

公開了一種用于將光纖安置于用于在光纖與硅波導(dǎo)之間引導(dǎo)光的耦合器的、硅中的v形槽。該v形槽包括：在硅中形成v形槽的兩個平面，其中，這兩個平面通過沿硅的晶面進(jìn)行蝕刻來形成；嵌在硅中的一個或更多個金屬片；以及嵌在硅中的電阻器，其中，電阻器用于在電流被注入至電阻器時使一個或更多個金屬片熔化，從而將金屬片焊接至光纖上的金屬。

根據(jù)在下文中提供的詳細(xì)描述，本公開內(nèi)容的適用性的另外的方面將變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解，雖然指示各種實(shí)施方式，但是詳細(xì)描述和具體示例僅意在例示目的并且不意在必須限制本公開內(nèi)容的范圍。

附圖說明

圖1描繪了將半導(dǎo)體波導(dǎo)連接至光纖的光耦合器的實(shí)施方式的簡圖。

圖2描繪了具有壓縮區(qū)域和擴(kuò)展區(qū)域的光耦合器的實(shí)施方式的簡圖。

圖3描繪了光耦合器的壓縮區(qū)域的實(shí)施方式的簡圖。

圖4A描繪了壓縮區(qū)域的第一段的實(shí)施方式的立體圖。

圖4B描繪了壓縮區(qū)域的第一段的輸入端的實(shí)施方式的橫截面。

圖4C描繪了壓縮區(qū)域的第一段的輸出端的實(shí)施方式的橫截面。

圖5A描繪了壓縮區(qū)域的第二段的第一部分的實(shí)施方式的立體圖。

圖5B描繪了壓縮區(qū)域的第二段的第一部分的輸入端504的實(shí)施方式的橫截面。

圖5C描繪了壓縮區(qū)域的第二段的第一部分的輸出端的實(shí)施方式的橫截面。

圖5D描繪了壓縮區(qū)域的第二段的第一部分的另一橫截面的實(shí)施方式。

圖6描繪了具有第一部分、第二部分和第三部分的光耦合器的擴(kuò)展區(qū)域的實(shí)施方式的簡圖。

圖7A描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第一部分的實(shí)施方式的立體圖。

圖7B描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第一部分的輸入端的實(shí)施方式的橫截面。

圖7C描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分的輸出端的實(shí)施方式的橫截面。

圖8A描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第二部分和第三部分的實(shí)施方式的立體圖。

圖8B描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第二部分和第三部分的實(shí)施方式的頂視圖。

圖8C描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第二部分的輸入端的實(shí)施方式的橫截面。

圖8D描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第三部分的輸出端的實(shí)施方式的橫截面。

圖8E描繪了擴(kuò)展區(qū)域的第三部分的輸出端的另一實(shí)施方式的橫截面。

圖9示出了用于使用光耦合器將半導(dǎo)體波導(dǎo)連接至光纖的處理的實(shí)施方式的流程圖。

圖10描繪了具有套圈(ferrule)的光纖以及嵌有金屬的v形槽的實(shí)施方式的簡圖。

圖11示出了用于使用嵌入的金屬將光纖固定在v形槽中的處理的實(shí)施方式的流程圖。

在附圖中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附圖標(biāo)記。其中，在說明書使用附圖標(biāo)記，描述適用于具有相同附圖標(biāo)記的相似部件中的任何一個部件。

具體實(shí)施方式

參照圖1，示出了將波導(dǎo)108連接至光纖112的光耦合器即耦合器104的實(shí)施方式的簡圖。使用v形槽116對光纖112進(jìn)行對準(zhǔn)。耦合器104在晶片面(wafer face)120處終止。在一些實(shí)施方式中，第二波導(dǎo)和/或其他元件布置在耦合器104與晶片面120之間(波導(dǎo)108為第一波導(dǎo))。

在一些實(shí)施方式中，耦合器104形成在襯底(諸如SiO2晶片或絕緣體上硅(SOI)晶片)上。SOI晶片包括襯底、絕緣層(例如，隱埋氧化物或BOX)和裝置層。SOI晶片的裝置層為晶體硅。在一些實(shí)施方式中，耦合器104和/或波導(dǎo)108形成在SOI晶片的裝置層中。在一些實(shí)施方式中，耦合器104和/或波導(dǎo)108形成在用于半導(dǎo)體制造的其他晶片(例如，GaAs、InP、玻璃或石榴石襯底)上。耦合器104的頂部和/或側(cè)面可以暴露于空氣中，或者耦合器104可以被覆蓋。例如，在一些實(shí)施方式中，耦合器104覆蓋有SiO2、環(huán)氧樹脂和/或光致抗蝕劑。

在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)108由晶體半導(dǎo)體材料制成。例如，波導(dǎo)108由晶體硅即III-V族材料(例如，GaAs、InP、InGaP等)或II-VI族材料制成。在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)108在厚的硅中制成(例如，波導(dǎo)108具有在0.4微米與3.5微米之間的范圍內(nèi)的高度)。雖然以高度為大約1.5微米的半導(dǎo)體波導(dǎo)示出了本描述中的實(shí)施方式，但是耦合器104的尺寸可以改變以適合波導(dǎo)108和/或光纖112的不同尺寸。例如，如果波導(dǎo)108具有3.5微米的高度，則可以使用附加的級。在一些實(shí)施方式中，元件的長度至少部分地由元件的高度和寬度來確定。在一些實(shí)施方式中，使得用于傳輸光的耦合器104的尺寸在1200nm與1600nm之間的范圍內(nèi)(例如，1310nm與1550nm)，這是因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)存在對光纖通信的應(yīng)用。在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)108為下部寬于上部的脊形波導(dǎo)。在一些實(shí)施方式中，其他元件(例如，半導(dǎo)體激光器、調(diào)制器、旋轉(zhuǎn)器等)與波導(dǎo)108光學(xué)地耦合。

在一些實(shí)施方式中，光纖112耦合至晶片面120。在一些實(shí)施方式中，光纖112與耦合器104光學(xué)地耦合，例如，另一波導(dǎo)以及/或者折射率匹配材料在光纖112與晶片面120之間。在圖1中，實(shí)施方式的光纖112位于v形槽116中。在一些實(shí)施方式中，沿硅或其他材料(例如，III-V族材料)的晶面來蝕刻v形槽116。v形槽116的深度和位置使得光纖112的芯與耦合器104的輸出橫截面的中心對準(zhǔn)。

圖1示出了沿公共軸(即，垂直于沿晶片面120形成的平面，其中，通過劈開晶體硅來形成晶片面120)對準(zhǔn)的光纖112和耦合器104。耦合器104的長軸沿耦合器104的長度形成。在一些實(shí)施方式中，耦合器104的長軸相對于晶片面120小于90度。使得耦合器104的長軸成小于90度的角度有助于減少來自光纖112的面的反射和/或來自耦合器104的面的反射。在一些實(shí)施方式中，光纖112以相對于晶片面120小于90度的角度被對準(zhǔn)。在一些實(shí)施方式中，光纖112和耦合器104二者均被準(zhǔn)對準(zhǔn)以使得光纖112和耦合器104的長軸相對于晶片面120為離位角度(off-normal angle)以及/或者相對于彼此為離軸。

接著參照圖2，示出了具有第一區(qū)域(壓縮區(qū)域204)和第二區(qū)域(擴(kuò)展區(qū)域208)的耦合器104的實(shí)施方式的簡圖。該描述被書寫成使得光從波導(dǎo)108行進(jìn)至耦合器104，并且行進(jìn)至光纖112。本領(lǐng)域技術(shù)人員要認(rèn)識的是，光還可以從光纖112行進(jìn)至耦合器104，并且行進(jìn)至波導(dǎo)108。但是出于說明目的，光將被描述為從波導(dǎo)108傳播至耦合器104，然后傳播至光纖112。

來自波導(dǎo)108的光在壓縮區(qū)域204處進(jìn)入耦合器104。壓縮區(qū)域204減小了行進(jìn)通過壓縮區(qū)域204的光的光模的高度和/或?qū)挾?。沿垂直于光束傳播的軸來測量光模的高度和寬度；沿豎直方向測量光模的高度，并且沿水平(橫向)方向測量寬度。光被壓縮成與當(dāng)被限制于波導(dǎo)108時相比具有更小的橫截面。

擴(kuò)展區(qū)域208將光束擴(kuò)展成與光纖112耦合。發(fā)現(xiàn)通過在耦合器104中擴(kuò)展光束之前首先壓縮光束可以減少損耗。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204的尺寸和擴(kuò)展區(qū)域208的尺寸被給出為減少耦合器104的總長度和/或使耦合器104的總長度最小，同時保持光束的絕熱壓縮和擴(kuò)展。

在圖3中，示出了壓縮區(qū)域204的實(shí)施方式的簡圖。耦合器104的壓縮區(qū)域204具有多個級，其包括脊部304和肩部308。壓縮區(qū)域204的肩部308進(jìn)一步被劃分成上肩部312和下肩部316。在縱向上，壓縮區(qū)域204包括第一段320和第二段324。

壓縮區(qū)域204的第一段320與波導(dǎo)108(直接地或間接地)光學(xué)耦合。壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308均在壓縮區(qū)域204的第一段320中錐化(逐漸變窄的錐體以用于從波導(dǎo)108至光纖112的光束傳播)。錐化表示元件的寬度根據(jù)長度增大或減小。

壓縮區(qū)域204的第二段324包括壓縮區(qū)域204的肩部308但是不包括壓縮區(qū)域204的脊部304。在第二段324中，上肩部312比下肩部316更快速地變窄。第二段324進(jìn)一步被劃分成壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328和第二部分332。在第一部分328中，上肩部312比下肩部316更快速地錐化。壓縮區(qū)域204的第二段324的第二部分332包括下肩部316但是不包括上肩部312。下肩部316在第二部分332中繼續(xù)錐化。在一些實(shí)施方式中，下肩部316在第二部分332中不錐化。

在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204包括在壓縮區(qū)域204的第一段320與壓縮區(qū)域204的第二段324之間的第三段336。壓縮區(qū)域204的第三段336不錐化。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204的第三段336用于在壓縮區(qū)域204的脊部304終止之后，以絕熱的方式將光束從壓縮區(qū)域204的脊部304傳遞至壓縮區(qū)域204的肩部308。在一些實(shí)施方式中，第三段336小于20μm、小于10μm和/或小于5μm。在一些實(shí)施方式中，第三段336大于20μm、大于10μm和/或大于5μm。

在一些實(shí)施方式中，耦合器104的壓縮區(qū)域204由與波導(dǎo)108相同或相似的材料(例如，晶體硅)制成。在一些實(shí)施方式中，形成壓縮區(qū)域204。

在本公開內(nèi)容中，近端用于指代耦合器104的節(jié)或級的、與該節(jié)或級的遠(yuǎn)端相比更接近于波導(dǎo)108的端。并且，遠(yuǎn)端用于指代耦合器104的節(jié)或級的比對應(yīng)的近端更接近光纖112的端。

接著，參照圖4A至圖4C，示出了壓縮區(qū)域204的第一段320的實(shí)施方式的視圖。圖4A描繪了壓縮區(qū)域204的第一段320的實(shí)施方式的立體圖。壓縮區(qū)域204的第一段320具有近端404和遠(yuǎn)端408。第一段320被示出為包括壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308。壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308二者在第一段320中均錐化。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308二者以同一速率錐化。例如，壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308具有相同的錐化斜率(隨著長度變化的寬度變化)。第一段320的近端404和第一段320的遠(yuǎn)端408之間的距離被示出為第一長度L1。

圖4B描繪了壓縮區(qū)域204的第一段320的輸入端404的實(shí)施方式的橫截面。壓縮區(qū)域204的第一段320的輸入端404的橫截面包括壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308。在第一段320的輸入端404處，壓縮區(qū)域204的脊部304具有寬度即第一寬度W1和高度即第一高度H1。在一些實(shí)施方式中，W1為1.75μm±0.05μm、1.75μm±0.10μm；或者2.00μm±0.05μm、2.00μm±0.10μm。在第一段320的輸入端404處，壓縮區(qū)域204的肩部308具有寬度即第二寬度W2和高度即第二高度H2。

圖4C描繪了壓縮區(qū)域204的第一段320的輸出端408的實(shí)施方式的橫截面。壓縮區(qū)域204的第一段320的輸出端408的橫截面包括壓縮區(qū)域204的脊部304和壓縮區(qū)域204的肩部308。在第一段320的輸出端408處，壓縮區(qū)域204的脊部304具有寬度即第三寬度W3和高度即第一高度H1。在第一段320的輸出端408處，壓縮區(qū)域204的肩部308具有寬度即第四寬度W4和高度即第二高度H2。

以下表I給出了壓縮區(qū)域204的第一段320的樣本尺寸。

圖5A至圖5D描繪了壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328的實(shí)施方式的視圖。圖5A描繪了壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328的實(shí)施方式的立體圖。第一部分328具有近端504和遠(yuǎn)端508。第一部分328被示出為包括上肩部312和下肩部316。在一些實(shí)施方式中，“下”意味著更接近于襯底，以及“上”意味著更遠(yuǎn)離襯底。上肩部312和下肩部316二者在第一部分328中均錐化。在一些實(shí)施方式中，上肩部312和下肩部316以不同的速率錐化，上肩部312比下肩部316錐化地更快(更快速地變窄)。第一部分328的近端504與第一部分328的遠(yuǎn)端508之間的距離被示出為第二長度L2。另一橫截面512被示出為超過第二段324的第一部分328的輸出端508。第一部分328的另一橫截面512與第一部分328的近端504之間的距離被示出為第三長度L3。

圖5B描繪了壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328的輸入端504的實(shí)施方式的橫截面。第一部分328的輸入端504的橫截面包括上肩部312和下肩部316。在第一部分328的輸入端504的橫截面處，上肩部312和下肩部316是難以彼此區(qū)分的，并且形成壓縮區(qū)域204的肩部308。在第一部分328的輸入端504處，壓縮區(qū)域204的肩部308具有寬度即第四寬度W4和高度即第二高度H2。

圖5C描繪了壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328的輸出端508的實(shí)施方式的橫截面。第一部分328的輸出端508的橫截面包括上肩部312和下肩部316。在第一部分328的輸出端508處，上肩部312具有寬度即第五寬度W5和高度即第三高度H3。在第一部分328的輸出端508處，下肩部316具有寬度即第六寬度W6和高度即第四高度H4。

圖5D描繪了壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328的另一橫截面512的實(shí)施方式。第一部分328的另一橫截面512包括下肩部316但是不包括上肩部312。在第一部分328的另一橫截面512處，下肩部316具有寬度即第七寬度W7和高度即第四高度H4。

以下表II給出了壓縮區(qū)域204的第二段324的第一部分328的樣本尺寸。

參照圖6，示出了耦合器104的擴(kuò)展區(qū)域208的實(shí)施方式的簡圖。擴(kuò)展區(qū)域208包括第一部分604、第二部分608和第三部分612。第二部分608被布置在第一部分604與第三部分612之間。擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616從第一部分604至第三部分612延伸擴(kuò)展區(qū)域208的長度。在第一部分604中，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有恒定的寬度。在第二部分608中，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616錐化(用于擴(kuò)展光束的逐漸變寬的錐體)。在第三部分612中，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有恒定的寬度。擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620在第二部分608和第三部分612中錐化(逐漸變寬的錐體)。

圖7A至圖7C描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的實(shí)施方式的視圖。圖7A描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的實(shí)施方式的立體圖。擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604具有近端704和遠(yuǎn)端708。第一部分604被示出為包括擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616但是不包括擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620。另外，擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604與壓縮區(qū)域204的第二段324的第二部分332交疊。第一部分604的近端704與第一部分604的遠(yuǎn)端708之間的距離被示出為第四長度L4。

在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域208由具有1.51的折射率的SiON制成。在一些實(shí)施方式中，SiON的折射率被改變成與不同光纖的折射率相匹配或幾乎相匹配，或者與光纖中的導(dǎo)模的有效折射率相匹配(例如，為了與康寧(Corning)SMF-28光纖相匹配，n＝1.47)。在一些實(shí)施方式中，針對擴(kuò)展區(qū)域208使用具有從1.47至2.1的范圍內(nèi)的折射率(例如，1.49、1.51、1.53、1.55、1.57)的材料。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域208由SiN(取決于光的波長，具有1.9至2.1的折射率)、自旋玻璃或聚合物制成。在一些實(shí)施方式中，使用與光纖112具有相似折射率的材料形成擴(kuò)展區(qū)域208省略了在耦合器104上布置防反射涂層的步驟。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域208包括比壓縮區(qū)域204的第二部分332中的材料具有更低折射率的材料，使得光在壓縮區(qū)域204的第二部分332中被引導(dǎo)。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域208中具有更低折射率允許光束與在擴(kuò)展區(qū)域208具有與壓縮區(qū)域204的折射率相匹配的折射率的情況下相比更慢地?cái)U(kuò)展(例如，以絕熱的方式)。在一些實(shí)施方式中，隨著壓縮區(qū)域204的第二部分332的寬度變窄，壓縮區(qū)域204的第二部分332中限制的功率越小，并且轉(zhuǎn)移至擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604中的功率(例如，作為衰逝波的一部分)越大。

圖7B描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的輸入端704的實(shí)施方式的橫截面。擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的輸入端704的橫截面包括擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616和壓縮區(qū)域204的第二部分332。在第一部分604的輸入端704處，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有寬度即第八寬度W8和高度即第五高度H5。在第一部分604的輸入端704處，壓縮區(qū)域204的第二部分332具有寬度即第九寬度W9和高度即第四高度H4。壓縮區(qū)域204的第二部分332位于擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616的底板上(例如，挨著襯底)。

圖7C描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的輸出端708的實(shí)施方式的橫截面。擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的輸出端708的橫截面包括擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616和壓縮區(qū)域204的第二部分332。在第一部分604的輸出端708處，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有寬度即第八寬度W8和高度即第五高度H5。在第一部分604的輸出端708處，壓縮區(qū)域204的第二部分332具有寬度即第十寬度W10和高度即第四高度H4。壓縮區(qū)域204的第二部分332在擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616的底板上(例如，挨著襯底)。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204的第二部分332錐化為最小寬度(例如，W10)，然后繼續(xù)通過擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608和/或第三部分612。

在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204的第二部分332在擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604內(nèi)終止。在一些實(shí)施方式中，壓縮區(qū)域204的第二部分332繼續(xù)進(jìn)入擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608中。

圖7A至圖7C中的實(shí)施方式示出了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604具有恒定的橫截面。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604根據(jù)長度而豎直地和/或水平地錐化。例如，在一些實(shí)施方式中，第一部分604的近端704比第一部分604的遠(yuǎn)端708更窄。在一些實(shí)施方式中，添加有一個或更多個另外的錐化級。例如，第一部分604被劃分成頂部和底部，其中，第一部分604的頂部錐化，而第一部分604的底部不錐化。

以下表III給出了擴(kuò)展區(qū)域208的第一部分604的樣本尺寸以及壓縮區(qū)域204的第二部分332的樣本尺寸。

圖8A至圖8D描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608和擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612的實(shí)施方式的視圖。圖8A描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608和擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612的實(shí)施方式的立體圖。圖8B描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608和擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612的實(shí)施方式的頂視圖。擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608具有近端804；并且擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612具有遠(yuǎn)端808。第二部分608的長度被示出為第五長度L5。第三部分612的長度被示出為第六長度L6。

擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616被示出為在第二部分608中錐化。擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616被示出為在第三部分612中具有恒定的寬度。擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620被示出為跨第二部分608和第三部分612錐化。

圖8C描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608的輸入端804的實(shí)施方式的橫截面。第二部分608的輸入端804的橫截面包括擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616和擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620。在第二部分608的輸入端804處，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有寬度即第八寬度W8和高度即第五高度H5。在第二部分608的輸入端804處，擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620具有寬度即第十一寬度W11和高度即第六高度H6。在一些實(shí)施方式中，W11為1.00μm±0.05μm、1.00μm±0.10μm或1.00μm±0.20μm。

圖8D描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612的輸出端808的實(shí)施方式的橫截面。在第三部分612的輸出端808處，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616和擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620彼此難以區(qū)分。第三部分612的輸出端808處的橫截面具有高度即第七高度H7和寬度即第十二寬度W12。

圖8E描繪了擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612的輸出端的另一實(shí)施方式的橫截面。在另一實(shí)施方式的輸出端處，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有比擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620的寬度更寬的寬度。在另一實(shí)施方式中，在第三部分612的輸出端處，擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620具有寬度即第十三寬度W13和高度即第六高度H6。在另一實(shí)施方式中，在第三部分612的輸出端處，擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616具有寬度即第十二寬度W12和高度即第五高度H5。因?yàn)閿U(kuò)展區(qū)域208的肩部616比擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620更寬，所以平臺(ledge)812形成在擴(kuò)展區(qū)域208的兩側(cè)上。平臺812具有寬度即第十四寬度W14，使得W13+2×W14＝W12。在一些實(shí)施方式中，由于制造容差而形成平臺812。

擴(kuò)展區(qū)域208的肩部616認(rèn)為是第一級，并且擴(kuò)展區(qū)域208的脊部620認(rèn)為是第二級。在一些實(shí)施方式中，僅使用兩個級以使得耦合器104更容易地被制造，但是可以使用另外的級以與較厚的波導(dǎo)108和/或光纖112耦合。

以下表IV給出了擴(kuò)展區(qū)域208的第二部分608的樣本尺寸和擴(kuò)展區(qū)域208的第三部分612的樣本尺寸。

圖9示出了用于使用光耦合器(例如，耦合器104)來將半導(dǎo)體波導(dǎo)(例如，波導(dǎo)108)連接至光纖112的處理的實(shí)施方式的流程圖。處理在步驟904處開始，在步驟904中，將光束從波導(dǎo)108傳輸至耦合器104中。在一些實(shí)施方式中，如于2010年10月10日提交的第12/903,025號美國申請中所描述的，由嵌在晶片中的增益介質(zhì)和/或激光器來生成光束，所述美國申請通過引用并入本文中。

在步驟908中，在耦合器104的第一區(qū)域(例如，壓縮區(qū)域204)中對光束進(jìn)行壓縮。在步驟912中，在耦合器104的第二區(qū)域(例如，擴(kuò)展區(qū)域208)中對光束進(jìn)行擴(kuò)展。在步驟916中，然后將光束從耦合器104傳輸至光纖112中。

圖10描繪了具有套圈1004的光纖112和具有一個或更多個金屬片1008的v形槽116的實(shí)施方式的簡圖。在一些實(shí)施方式中，通過(例如，使用被注入至電阻器和/或用作電阻器的一個或更多個金屬片1008自身中的電流；以及/或者對一個或更多個金屬片1008施加熱)熔化一個或更多個金屬片1008來固定光纖112。在一些實(shí)施方式中，一個或更多個金屬片1008被嵌在v形槽116中。在一些實(shí)施方式中，一個或更多個金屬片1008被埋在v形槽116中?？赡艿慕饘侔↖n、InPd、InAu、Au、AuSn、Sn、Cu、Ag、Bi、Zn和Sb。在一些實(shí)施方式中，一個或更多個金屬片1008包括被布置在v形槽116中、在套圈1004與v形槽116之間的金屬層。被布置在v形槽116中的金屬層被加熱，使得金屬層將光纖焊接在v形槽116中。

圖11示出了用于使用一個或更多個金屬片1008來將光纖112固定在v形槽116中的處理1100的實(shí)施方式的流程圖。處理1100在步驟1104中開始，在步驟1104中，設(shè)置具有套圈1004的光纖112。在步驟1108中，設(shè)置具有光耦合器(例如，耦合器104)和v形槽116的襯底，在v形槽116中具有一個或更多個金屬片1008。在一些實(shí)施方式中，一個或更多個金屬片1008被嵌在v形槽116中。在步驟1112中，使用v形槽116來將光纖112與光耦合器對準(zhǔn)。在步驟1116中，使用一個或更多個金屬片1008(例如，通過加熱一個或更多個金屬片1008以及/或者通過對一個或更多個金屬片1008施加電流)來將套圈1004接合至v形槽116。

要理解，雖然實(shí)施方式涉及具體示例，但是具體示例不意味著限制本公開內(nèi)容的范圍。另外，可以加長或縮短不同的區(qū)域和段的長度，使得耦合器104的累積長度在0.25毫米與3毫米之間的范圍內(nèi)。另外，雖然示出的耦合器104的許多實(shí)施方式是線性的，但是在一些實(shí)施方式中，耦合器104彎曲和/或自身后彎(例如，位于壓縮區(qū)域204的第一部分328與壓縮區(qū)域204的第二部分332之間的彎曲)。在一些實(shí)施方式中，耦合器104具有壓縮區(qū)域204和擴(kuò)展區(qū)域208，以提供更好的限制以及/或者在耦合器104與光纖112之間實(shí)現(xiàn)更好的耦合容差。要注意，雖然耦合器104將光從波導(dǎo)108耦合至光纖112中，但是耦合器104可以沿相反方向進(jìn)行耦合，即將光從光纖112耦合至波導(dǎo)108中。

雖然上述實(shí)施方式使用SiON，但是也可以使用其他材料。例如，可以使用環(huán)氧樹脂、光致抗蝕劑、SiN和/或SiO2作為SiON的替代物。

另外，雖然說明書提及波導(dǎo)108和/或耦合器104由特定材料形成，但是說明書通常指的是芯的材料，而非覆層的材料。在一些實(shí)施方式中，因?yàn)楣柚谱魅菀?，所以使用硅。在一些?shí)施方式中，因?yàn)樵诰w硅中比在無定型硅和多晶硅中存在更少的光損耗，所以使用晶體硅。然而，在一些實(shí)施方式中，出于制造原因，耦合器104的各部分由無定型硅、多晶硅和/或其他材料制成。在一些實(shí)施方式中，W3、W5和W10(尖端寬度)小于250納米和/或小于200納米，以減少具有在1300nm至1600nm的范圍內(nèi)的波長的光束的傳輸損耗。對于大于200nm和/或250nm的寬度W3、W5和W10而言，光損耗變得更大。在一些實(shí)施方式中，尖端寬度被制造成使得從尖端的傳輸大于80％、85％、90％或95％。在一些實(shí)施方式中，在耦合器104的元件之間插入導(dǎo)波部分。

雖然以上連同具體設(shè)備和方法描述了公開內(nèi)容的原理，但是要清楚地理解的是，該描述僅作為示例并且不作為對本公開內(nèi)容的范圍的限制。