CN111263906A - 用于接近法向入射mux/demux设计的方法和*** - Google Patents

用于接近法向入射mux/demux设计的方法和*** Download PDF

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Abstract

接近法向入射MUX/DEMUX设计可以包括耦合到光子管芯的光学解复用器，其中该光学解复用器包括输入光纤，位于衬底的第一表面处的薄膜过滤器，位于衬底的第一表面处的第一反射镜，以及位于衬底的第二表面处的第二反射镜。光学解复用器可以执行以下操作：接收包括多个波长光信号的输入光信号，将输入光信号从第一反射镜反射到第二反射镜，将输入光信号从第二反射镜反射到薄膜过滤器中的第一薄膜过滤器，将第一波长的光信号传送到光子管芯，而将其他波长光信号反射到第二反射镜，将其他信号反射到多个薄膜过滤器中的第二薄膜过滤器，以及将第二波长的光信号传送到光子管芯。

Description

用于接近法向入射MUX/DEMUX设计的方法和***
相关申请的交叉引用/通过引用合并
本申请要求于2017年10月12日提交的、申请号为62/571,567的美国临时申请的优先权和权益，该美国临时申请通过引用以其整体合并于此。
技术领域
本公开的各方面涉及电子组件。更具体地，本公开的某些实现方式涉及用于接近法向入射MUX/DEMUX设计的方法和***。
背景技术
用于复用和解复用的常规方法可能是昂贵的、麻烦的和/或低效率的，例如，它们可能是复杂的和/或费时的，和/或由于损失而可能具有有限的响应度。
通过将这样的***与如在本申请的其余部分中参考附图所阐述的本公开的某些方面进行比较，常规和传统方法的其他限制和缺点对于本领域技术人员将变得显而易见。
发明内容
提供了用于接近法向入射MUX/DEMUX设计的***和方法，结合至少一幅附图进行了充分的展示和描述，并且在权利要求中得到了更完整的阐述。
通过以下描述和附图，将更充分地理解本公开的这些和其他优点、方面和新颖特征，以及其所示出的实施例的细节。
附图说明
图1是根据本公开的示例实施例的具有偏振独立MUX/DEMUX的光子使能的集成电路的框图。
图2是示出根据本公开的实施例的具有发射过滤器的薄膜过滤器的示意图。
图3是示出根据本公开的实施例的集成有准直透镜的薄膜过滤器的示意图。
图4示出了根据本公开的示例实施例的具有集成在硅上的透镜的集成MUX/DEMUX。
图5示出了根据本公开的示例实施例的具有集成在硅上的、并且耦合到透镜阵列和光子管芯的薄膜过滤器的集成MUX/DEMUX。
具体实施方式
如本文所使用的，术语“电路”和“电路***”是指物理电子组件(即，硬件)和可以配置硬件、由硬件执行和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文中所使用的，例如，特定处理器和存储器在执行第一一行或多行代码时可以包括第一“电路”，并且在执行第二一行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指列表中由“和/或”连接的任何一个或多个项。例如，“x和/或y”是指三元素集合{(x)，(y)，(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”是指七元素集合{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”是指“x，y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”是指用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“例如”和“诸如”陈述了一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所使用的，只要电路或设备包括执行功能的必要硬件和代码(如果需要的话)，则该电路或设备是“可操作的”以执行功能，而不管该功能的性能是禁用还是未启用(例如，通过用户可配置的设置、出厂调整等)。
图1是根据本公开的示例实施例的具有接近法向入射复用器/解复用器的光子使能的集成电路的框图。参考图1，示出了在光子使能的集成电路130上的光电器件，该光电器件包括光调制器105A-105D、光电二极管111A-111D、监控光电二极管113A-113D，以及包括耦合器103A-103C和光栅耦合器117A-117H的光学器件。还示出了包括放大器107A-107D、模拟和数字控制电路109以及控制部分112A-112D的电子器件和电路。放大器107A-107D可以包括例如跨阻放大器和限幅放大器(TIA/LA)。
在示例场景中，光子使能的集成电路130包括CMOS光子管芯，该CMOS光子管芯具有耦合到IC 130的顶表面的激光器组件101。激光器组件101可包括一个或多个半导体激光器，其具有隔离器、透镜和/或用于将一个或多个连续波(CW)光信号引导到耦合器103A的旋转器。例如，对于CWDM操作(例如CWDM4)，CW光信号可以处于不同的波长。光子使能的集成电路130可以包括单个芯片，或者可以例如与一个或多个电子管芯和一个或多个光子管芯一起集成在多个管芯上。
光栅耦合器104A-104D包括具有光栅间距和宽度的光栅结构，其被配置为将特定波长和偏振的光信号耦合到IC 130中。可以在光栅耦合器104A-104D与激光器组件101之间结合透镜阵列，以将光信号聚焦到光栅耦合器，从而提高耦合效率。
光信号经由在光子使能的集成电路130中制造的光波导110在光学器件和光电器件之间传送。单模或多模波导可以被用在光子集成电路中。单模操作使得能够直接连接到光信号处理和网络元件。术语“单模”可以用于支持两种偏振(横向电场(TE)和横向磁场(TM))中的每一种的单模的波导，或者用于真正是单模的并且只支持一种模式的波导。这样的一种模式可以具有例如TE的极化，其包括与支撑波导的衬底平行的电场。所使用的两个典型的波导横截面包括条形波导和肋形波导。条形波导通常包括矩形横截面，而肋形波导包括在波导板的顶部上的肋形部分。当然，其他波导横截面类型也可以考虑，并且在本公开的范围内。
光学调制器105A-105D包括例如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)或环形调制器，并且使得能够对连续波(CW)激光输入信号进行调制。光学调制器105A-105D可以包括高速相位调制部分和低速相位调制部分，并且由控制部分112A-112D控制。光调制器105A-105D的高速相位调制部分可以用数据信号来调制CW光源信号。光学调制器105A-105D的低速相位调制部分可以补偿缓慢变化的相位因子(例如由波导之间的失配、波导温度或波导应力引起的相位因子)，并且被称为MZI的无源相位或无源偏置。
在示例场景中，高速光学相位调制器可以基于自由载波色散效应来操作，并且可以证明自由载波调制区域与光学模式之间的高度重叠。在波导中传播的光学模式的高速相位调制是用于高数据速率光学通信的几种类型的信号编码的基础。若干Gb/s的速度对于维持现代光学链路中使用的高数据速率可能是需要的，并且可以通过调制跨承载光学束的波导放置的PN结的耗尽区而在集成Si光子器件中实现。为了提高调制效率并使损耗最小化，必须仔细地优化光学模式与PN结的耗尽区域之间的重叠。
光学调制器105A-105D中的每一个的一个输出可以经由波导110光学耦合到光栅耦合器117E-117H。光学调制器105A-105D的其他输出可以光学耦合到监控光电二极管113A-113D，以提供反馈路径。IC 130可以利用基于波导的光学调制和接收功能。因此，接收器可以采用集成波导光电检测器(PD)，其可以利用例如直接沉积在硅上的外延锗/SiGe膜来实现。
光栅耦合器117A-117H可以包括使得光能够耦合进且耦合出光子使能的集成电路130的光栅。光栅耦合器117A-117D可以被用于将从光纤接收的光耦合到光子使能的集成电路130中，并且光栅耦合器117A-117D可以被用于将来自光子使能的集成电路130的光耦合到光纤中。光栅耦合器117A-117H可以包括单偏振光栅耦合器(SPGC)和/或偏振分离光栅耦合器(PSGC)。在使用PSGC的实例中，可以使用两个输入或输出波导，如光栅耦合器117A-117D所示，但替代地它们可以是SPGC。
可以使用耦合光学器件150将光纤耦合到CMOS芯片，该耦合光学器件150选择性地将不同波长的光信号偏转到芯片130上的不同光栅耦合器以及从芯片130上的不同光栅耦合器偏转不同波长的光信号，其中每个耦合器(例如光栅耦合器117A-117H中的每一个)被配置为耦合不同波长的光信号。参考图2-图5来进一步描述耦合光学器件150。
光电二极管111A-111D可以将从光栅耦合器117A-117D接收的光信号转换为电信号，该电信号被传送到放大器107A-107D以进行处理。在本公开的另一实施例中，光电二极管111A-111D可以包括例如高速异质结型光电晶体管，并且可以在集电极和基极区中包括锗(Ge)以用于在1.3-1.6μm光波长范围内的吸收，并且可以被集成在CMOS绝缘体上硅(SOI)晶圆上。
模拟和数字控制电路109可以控制放大器107A-107D的操作中的增益电平或其他参数，然后控制放大器107A-107D可以将电信号从光子使能的集成电路130传送出去。控制部分112A-112D包括使得能够对从分离器103A-103C接收的CW激光信号进行调制的电子电路。例如，光学调制器105A-105D可能需要高速电信号以调制马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的各个分支中的折射率。
在操作中，光子使能的集成电路130可操作来发送和/或接收以及处理光信号。光信号可以通过光栅耦合器117A-117D从光纤接收，并且通过光电检测器111A-111D转换为电信号。例如，电信号可以由放大器107A-107D中的跨阻放大器放大，并且随后被传送到光子使能的集成电路130中的其他电子电路(未显示)。
集成光子器件平台允许将光学收发器的全部功能集成在单个芯片上。光学收发器芯片包含在发送器(Tx)和接收器(Rx)侧创建和处理光学/电信号的光电电路，以及将光信号耦合到光纤和从光纤耦合光信号的光学接口。信号处理功能可以包括调制光载波、检测光信号、分离或组合数据流、以及复用或解复用具有不同波长的载波上的数据。
硅光子器件的一个示例商业应用是高速光学收发器，即具有集成在同一芯片中的光电发送(Tx)和接收(Rx)功能的IC。这样的IC的输入是通过调制来自激光器的光而编码到芯片的Tx输出上的高速电数据流，或者是由集成光电检测器接收并且通过跨阻放大器(TIA)/限幅放大器(LA)链转换为合适的电信号的光学数据流。这样的硅光子器件收发器链路已成功地以数十GHz的波特率实现。
一种用于提高光学收发器中的数据速率的方法是复用不同波长的多个光信号以通过光纤同时发送，然后可以在接收端处对其进行解复用。为此，可以利用复用器和解复用器(MUX/DEMUX)来组合/分离不同的光波长。这可以用调谐到不同波长的薄膜过滤器(TFF)以及反射镜来实现，其中该反射镜将光信号向下偏转到接近法线入射到芯片上，同时允许其他波长的信号通过。这参考图2-图5进一步示出。
图2是示出根据本公开的实施例的具有发射过滤器的薄膜过滤器的示意图。参考图2，示出了具有经由光纤201和耦合器210耦合的光信号的收发器200。耦合器210包括反射镜203、玻璃207、薄膜过滤器(TFF)209和透镜阵列211。耦合器210可以被配置为以接近法向入射将光信号引导到光子管芯205中。
光纤201可以包括用于将光信号耦合到耦合器210和光子管芯205以及从其耦合光信号的一个或多个光纤，并且可以在光纤耦合器220内，光纤耦合器可以包括透镜、过滤器或偏振控制组件。例如，光纤耦合器220可以包括透镜，用于将来自光纤201的光信号聚焦到反射镜203上，或者用于将来自反射镜203的信号聚焦到光纤203。在另一示例中，光纤耦合器220可以包括偏振分离组件，以在反射离开反射镜203之前在空间上分离不同偏振的信号。光纤可以包括单模光纤或多模光纤。在示例场景中，使用一个光纤将信号耦合到耦合器210中，然后耦合到光子管芯205，而第二光纤经由耦合器210从光子管芯中接收光信号。
玻璃207可以包括机械加工的和/或抛光的高度透明结构，在该结构上可以形成诸如反射镜和过滤器之类的光学组件。例如，可以在玻璃207的高度抛光的表面上沉积例如一层或多层高反射率金属(例如金)，从而形成反射镜203。类似地，可以通过在玻璃207上沉积电介质层的堆叠来形成过滤器结构，从而形成例如TFF 209。因此，玻璃207可以将光信号从光纤201端引导到TFF 209端，反之亦然。
透镜阵列211可以包括例如其中形成有透镜结构的微机械加工的硅结构，这些透镜结构可操作来将从TFF 209接收的光信号聚焦到光子管芯205上的特定点，例如光栅耦合器。尽管示出了凸透镜结构，但可以采用其他形状，取决于例如期望的焦距、所使用的透镜材料的电介质常数、以及空间要求。
TFF 209可以包括交替的电介质常数材料的堆叠，从而形成在大多数波长下反射但是允许特定波长的光通过的结构。TFF 209中的每一个可以被调谐到不同的波长，这对于CWDM应用可能是有用的。尽管在图2中示出了四个TFF 209，但是根据期望的不同波长的数量，可以使用任何数量的TFF。
反射镜203可以包括形成在玻璃207上的高反射率材料(例如金属)，用于将光信号从光纤201引导到TFF 209。光纤201可以在其输出处包括准直器，用于向耦合器210提供准直光束。
在操作中，光信号可以经由光纤201耦合到耦合器210中，并且被反射镜203和TFF209反射，从而产生多反射配置。TFF 209各自被配置为反射除特定波长范围内的信号以外的所有信号。以这种方式，可以将特定波长的光信号耦合到光子管芯205上的特定位置，优选地，耦合到被调谐到该特定波长的光栅耦合器。反射镜203使得能够基本垂直地照射TFF209，使得在TFF 209之后，针对光子管芯205上的期望接近法向入射不需要另外的反射结构，由此最大化进入光子管芯205的光信号的耦合效率。
图3是示出根据本公开的实施例的集成有准直透镜的薄膜过滤器的示意图。参考图3，示出了具有光信号耦合的光纤耦合器310和管芯耦合器320的收发器300。光纤耦合器310包括透镜323、V形槽325和反射器327。在示例场景中，光纤耦合器310包括两个光纤V形槽，用于对准两个光纤301(其中图3的横截面中仅示出一个)。光纤耦合器320还可以包括偏振控制组件。例如，光纤耦合器3220可以包括透镜/过滤器323，用于将来自光纤301的光信号聚焦到反射器327上，或者将来自反射器327的光信号聚焦到光纤301。在另一示例中，光纤耦合器320中的透镜/过滤器323可以包括偏振分离组件，以在反射离开反射器327之前在空间上分离不同偏振的信号。
在另一示例中，透镜323可以包括例如渐变折射率(GRIN)透镜，用于将来自光纤301的光信号聚焦到反射器327上，使得反射的信号照射在期望的TFF 309A-309D上，并且还用于将从光子管芯305接收的信号经由管芯耦合器320聚焦到光纤301中。反射器327可以包括高反射率材料(例如金属)，以将来自光纤301的光信号引导到TFF 309A-309D中的第一个上，从而产生多反射配置。
管芯耦合器320包括玻璃307，反射镜303、薄膜过滤器(TFF)309A-309D和透镜阵列311形成在玻璃307上。可以通过在玻璃307的顶表面上沉积高反射率金属来形成反射镜303，并且可以在光子管芯305中延伸光栅耦合器313A-313D的长度以允许多次反射。
TFF 309A-309D各自被配置为反射除特定波长范围内的信号以外的所有光信号。以这种方式，特定波长的光信号可以被耦合到光子管芯305上的相应的光栅耦合器313，其被调谐到用于该光栅耦合器的特定波长。反射镜303和TFF 309A-309D能够实现基本上垂直的照射TFF 309A-309D，使得在TFF 309A-309D之后，针对在光子管芯305上的光栅耦合器313A-313D上的期望接近法向入射不需要另外的反射结构。
透镜311A-311D可以包括例如微机械加工的硅结构，该硅结构可操作来将从TFF309A-309D接收的光信号聚焦到特定光栅耦合器313A-313D，并且还将来自光子管芯305的光信号聚焦到TFF 309A-309D上。TFF 309A-309D和透镜311A-311D可以在相同的结构上形成和/或机械加工。尽管示出了凸透镜结构，但是根据例如期望的焦距、所使用的透镜材料的电介质常数以及空间要求，可以采用其他形状。
TFF 309A-309D可以包括交替的电介质常数材料的堆叠，从而形成在大多数波长下反射但是允许特定波长的光通过的结构。TFF 309A-309D中的每一个可以被调谐到不同的波长，这对于CWDM应用可能是有用的。尽管在图3中示出了四个TFF 309A-309D，但可以使用任何数量的TFF，取决于期望的不同波长的数量。
在示例场景，TFF 309A-309D和透镜阵列311子组件可以首先被精确地附接到光子管芯305，然后光纤耦合器310被主动对准到TFF 309A-309D和透镜311A-311D子组件。
在操作中，CWDM4光信号可以经由光纤301被耦合到光纤耦合器310中，并且由反射器327向下引导至第一TFF 309A，具有对应于TFF 309A的波长的光信号将在该处通过透镜311A，而所有其他光信号向上反射到反射镜303。反射的信号再次被反射镜303向下反射，但到达第二TFF 309B，第二波长光信号在该处通过，而其余信号被反射到反射镜303。该过程继续到最后的剩余的光信号通过最后的TFF 309D和透镜311D到达最后的光栅耦合器313D为止。以这种方式，例如，CWDM信号可以分别由光子管芯中的光子电路和电子电路解复用和处理，如先前关于图1所述。
以这种方式，特定波长的光信号可以被耦合到光子管芯305上的特定位置，耦合到调谐到特定波长的光栅耦合器。反射镜303使得能够基本上垂直地照射TFF 309A-309D，使得在TFF 309D之后，针对在光子管芯305上的期望接近法向入射不需要另外的反射结构，从而使光信号到光子管芯305的耦合效率最大化。
图4示出了根据本公开的示例实施例的具有集成在硅上的透镜的集成MUX/DEMUX。参考图4，示出了在硅衬底405中形成的MUX/DEMUX 400，其中透镜/TFF 407A-407D被形成在一个表面上，并且背侧反射镜403A被形成在相反侧。例如，透镜/TFF 407A-407D可以包括结合有TFF的透镜，这是因为用于TFF的电介质层的堆叠可以被沉积在硅衬底405中形成的透镜上。在另一示例实施例中，透镜可以被沉积在Si衬底405上，并且然后电介质堆叠可以被形成在透镜上。电介质堆叠可以被配置为使得仅期望波长的光信号通过以被每个透镜所聚焦。
光纤401可以包括单模或多模光纤，该单模或多模光纤可以被放置在形成在Si衬底405中的V形槽415中，以进行正确对准。盖411可以包括例如用于光纤401的光学端的物理支撑和气密密封。V形槽415可以被形成在具有倾斜表面的硅中，该倾斜表面用于接收来自光纤401的光信号，其中该倾斜表面可以包括抗反射(AR)涂层413，以减少或消除不想要的返回光纤401中的反射。在示例场景中，可以使用例如氢氧化钾(KOH)在同一蚀刻步骤中形成V形槽415和反射镜倾斜表面，这将给出一定程度的自对准。使用遵循晶体平面的这种蚀刻可以实现非常严格的角度控制。以这种方式，反射镜和V形槽的各种平面由硅的结晶轴确定。与AR涂层413相对的表面可以被涂覆有高反射率金属以形成反射镜403B。
AR涂层、反射镜403A和403B以及透镜/TFF 407A-407D的布置实现多反射配置，其中在每个透镜/TFF 407A-407D处，大多数波长被反射，而仅期望的波长被透射穿过透镜/TFF 407A-407D到达光子管芯上的耦合器。利用硅衬底用于MUX/DEMUX 400可使得能够对多反射配置进行严格的厚度和共面性控制。在示例场景中，Si衬底405可以为～1.5mm厚，并且在背侧反射镜403A处的反射角可以为～12.8度，这是因为入射光信号与法向入射呈6.4度。
在操作中，CWDM4光信号可以经由光纤401被耦合到MUX/DEMUX 400中，并且在被反射镜403B向下反射到背侧反射镜403A之前，通过Si衬底405的折射率变化而稍微向下倾斜。反射镜403B的角度可以被配置为使得当被背侧反射镜403A向上反射回时，光束的反射使得其在透镜/TFF 407A上居中。在示例场景中，反射镜403B的角度可以由例如通过各向异性蚀刻而形成的硅的晶体平面来限定，从而使得能够非常紧密地分布该角度。在透镜/TFF 407A处，第一波长光信号(在此示例中为λ1)通过，而其余波长光信号被向下反射回背侧反射镜403A。波长为λ1的光信号可以被耦合至与MUX/DEMUX 400相耦合的光子管芯。
在被透镜/TFF 407A反射之后，光信号因此包括波长为λ2-λ4的信号(在背侧反射镜403A处第二次反射)，如图4所示。然后，该信号到达透镜/TFF 407B，在该透镜/TFF 407B处，λ2波长的光信号通过，而λ3和λ4波长的信号被反射回背侧反射镜403A。这种反射和透射持续进行，直到每个光信号被传送通过透镜/TFF 407A-407D中的每一个为止，这表明是CWDM4解复用器。尽管在图4中示出了四个波长的DEMUX，但是可以基于结合在结构中的透镜/TFF的数量来解复用任何数量的波长。
此外，MUX/DEMUX 400可以通过基本上在与上述相反的方向上操作来复用信号。在这种情况下，四个不同波长的光信号可以从光子管芯接收，穿过相应透镜/TFF 407A-407D，并且被背侧反射镜403A所反射。由于下一透镜/TFF被调谐到不同的波长，每个信号因此将被其他透镜/TFF 407A-407D连续地反射到背侧反射镜403A，直到到达反射镜403B和AR涂层413为止，然后被耦合到光纤401中，从而生成CWDM4信号。
图5示出了根据本公开的示例实施例的具有集成在硅上的并且耦合到透镜阵列和光子管芯的薄膜过滤器的集成MUX/DEMUX。参考图5，示出了形成在硅衬底505中的MUX/DEMUX 500，其中TFF 509A-509D被形成在一个表面上，并且背侧反射镜503A被形成在相反侧。TFF 509A-509D可以包括电介质堆叠，其中该电介质堆叠可以被配置为使得仅期望波长的光信号通过而反射其他光波长。
透镜507A-507D可以包括形成在硅衬底中或硅衬底上的透镜，并且可操作来将接收到的信号聚焦到光子管芯510中的相应的光栅耦合器上。此外，透镜507A-507D可操作来将从光子管芯510中的光栅耦合器接收的信号聚焦到TFF 509A-509D。
光纤501可以包括单模或多模光纤，该单模或多模光纤可以被放置在形成在Si衬底505中的V形槽515中，以进行正确对准。盖511可以包括例如用于光纤501的光学端的物理支撑和气密密封。V形槽515可以被形成在具有倾斜表面的硅中，该倾斜表面用于接收来自光纤501的光信号，其中该倾斜表面可以包括抗反射(AR)涂层513，以减少或消除不想要的回到光纤501中的反射。在示例场景中，可以使用例如氢氧化钾(KOH)在同一蚀刻步骤中形成V形槽515和反射镜的倾斜表面，这将给出一定程度的自对准。使用遵循晶体平面的这种蚀刻可以实现非常严格的角度控制。以这种方式，反射镜和V形槽的各种平面由硅的结晶轴限定。与AR涂层513相反的表面可以被涂覆有高反射率金属以形成反射镜503B。
AR涂层、反射镜503A和53B以及TFF 509A-509D的布置实现多反射配置，其中在每个TFF 509A-509D处，大多数波长被反射，而仅期望的波长被透射穿过TFF 509A-509D到达相应的透镜507A-507D，然后被耦合到光子管芯510。利用硅衬底用于MUX/DEMUX 500可使得能够对多反射配置进行严格的厚度和共面性控制。在示例场景中，Si衬底505可以为～1.5mm厚，并且在背侧反射镜503A处的反射角可以为～12.8度，这是因为入射光信号与法向入射呈6.4度。
在操作中，CWDM4光信号可以经由光纤501被耦合到MUX/DEMUX 500中，并且在被反射镜503B向下反射到背侧反射镜503A之前，通过Si衬底505的折射率变化而稍微向下倾斜。反射镜503B的角度可以被配置为使得当被背侧反射镜503A向上反射回时，光束的反射使得其在TFF 509A上居中。在示例场景中，反射镜503B的角度可以由例如通过各向异性蚀刻而形成的硅的晶体平面来限定，从而使得能够非常紧密地分布该角度。在TFF 509A处，第一波长光信号(在此示例中为λ1)通过，而其余波长光信号被向下反射回背侧反射镜503A。波长为λ1的光信号可以由透镜507A聚焦以被耦合到光子管芯510。
在被TFF 509A反射之后，光信号因此包括波长为λ2-λ4的信号(在背侧反射镜503A处第二次反射)，如图5所示。然后，该信号到达TFF 509B，在该TFF 509B处，λ2波长的光信号通过，而λ3和λ4波长的信号被反射回背侧反射镜503A。这种反射和透射持续进行，直到每个光信号被传送通过TFF 509A-509D中的每一个为止，这表明是CWDM4解复用器。尽管在图5中示出了四个波长的DEMUX，但可以基于结合在结构中的透镜和TFF的数量来解复用任何数量的波长。
此外，MUX/DEMUX 500可以通过基本上在与上述相反的方向上操作来复用信号。在这种情况下，四个不同波长的光信号可以从光子管芯510接收，穿过相应透镜507A-507D和TFF 509A-509D，并且被背侧反射镜503A所反射。由于下一TFF被调谐到不同的波长，每个信号因此将被其他TFF 509A-509D连续地反射到背侧反射镜503A，直到到达反射镜503B和AR涂层513为止，然后被耦合到光纤501中，从而生成CWDM4信号。
在本公开的示例实施例中，描述了一种用于接近法向入射MUX/DEMUX设计的方法和***。该***可以包括耦合到光子管芯的光学解复用器，其中该解复用器包括输入光纤，位于衬底的第一表面处的多个薄膜过滤器，位于衬底的第一表面处的第一反射镜，以及位于衬底的第二表面处的第二反射镜，其中该第二表面与第一表面相对。
光学解复用器可操作来执行以下操作：接收包括多个波长光信号的输入光信号，将输入光信号从第一反射镜反射到第二反射镜，将输入光信号从第二反射镜反射到多个薄膜过滤器中的第一薄膜过滤器，将多个波长光信号中的第一波长的光信号传送到光子管芯，而将多个波长光信号中的其他波长光信号反射到第二反射镜，将多个波长光信号中的其他波长光信号反射到多个薄膜过滤器中的第二薄膜过滤器，以及将多个波长光信号中的第二波长的光信号传送到光子管芯。
光学解复用器可以将多个波长光信号中的其他波长光信号反射离开薄膜过滤器和第二反射镜，直到单个波长光信号剩下并且被通过多个薄膜过滤器中的最后一个薄膜过滤器传送到光子管芯。衬底可以包括玻璃或硅。光纤可以位于在硅衬底中形成的V形槽中。光学解复用器可操作来通过聚焦透镜将第一波长的光信号和第二波长的光信号传送到光子管芯。光学解复用器可操作来使用聚焦透镜将第一波长的光信号和第二波长的光信号聚焦在光子管芯中的光栅耦合器上。
在本公开的示例实施例中，描述了一种用于接近法向入射MUX/DEMUX设计的方法和***。该***可以包括耦合到光子管芯的光学复用器，其中该复用器包括输出光纤，位于衬底的第一表面处的多个薄膜过滤器，位于衬底的第一表面处的第一反射镜，以及位于衬底的第二表面处的第二反射镜，其中该第二表面与第一表面相对。光学复用器可操作来执行以下操作：从光子管芯接收各自处于不同波长的多个输入光信号，通过多个薄膜过滤器中的相应的薄膜过滤器，将多个输入光信号中的每一个输入光信号传送到衬底中，将所传送的多个输入光信号连续地反射离开第二反射镜和薄膜过滤器的子集，直到每个输入光信号被反射到第一反射镜为止，以及将包括多个输入光信号的经复用的光信号从第一反射镜传送到输出光纤中。
衬底可以包括玻璃或硅，其中输出光纤可以位于在硅衬底中形成的V形槽中。光学复用器可操作来通过聚焦透镜来传送所接收到的多个输入光信号中的每一个输入光信号。聚焦透镜可以将多个输入光信号聚焦到多个薄膜过滤器中的相应的一个薄膜过滤器上。透镜可以被耦合到输入光纤。第一反射镜和V形槽可以由硅衬底的结晶轴限定。
尽管已经参考某些实施例描述了本公开，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以替换等同物。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不旨在限制于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (26)

1.一种用于通信的方法，所述方法包括：
在耦合到光子管芯的光学解复用器中执行操作，所述光学解复用器包括输入光纤、位于衬底的第一表面处的多个薄膜过滤器、位于所述衬底的所述第一表面处的第一反射镜、以及位于所述衬底的第二表面处的第二反射镜，其中所述第二表面与所述第一表面相对，所述操作包括：
接收包括多个波长光信号的输入光信号；
将所述输入光信号从所述第一反射镜反射到所述第二反射镜；
将所述输入光信号从所述第二反射镜反射到所述多个薄膜过滤器中的第一薄膜过滤器；
将所述多个波长光信号中的第一波长的光信号传送到所述光子管芯，而将所述多个波长光信号中的其他波长光信号反射到所述第二反射镜；
将所述多个波长光信号中的所述其他波长光信号反射到所述多个薄膜过滤器中的第二薄膜过滤器；以及
将所述多个波长光信号中的第二波长的光信号传送到所述光子管芯。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：经由所述薄膜过滤器和所述第二反射镜对所述多个波长光信号中的所述其他波长光信号进行反射，直到单个波长光信号剩下并且被通过所述多个薄膜过滤器中的最后一个薄膜过滤器传送到所述光子管芯。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括玻璃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，透镜被耦合到所述输入光纤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括硅。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述光纤位于在所述硅衬底中形成的V形槽中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一反射镜和所述V形槽由所述硅衬底的结晶轴限定。
8.根据权利要求1所述的方法，包括：通过聚焦透镜将所述第一波长的光信号和所述第二波长的光信号传送到所述光子管芯。
9.根据权利要求6的方法，包括：使用所述聚焦透镜将所述第一波长的光信号和所述第二波长的光信号聚焦在所述光子管芯中的光栅耦合器上。
10.一种用于通信的***，所述***包括：
耦合到光子管芯的光学解复用器，所述光学解复用器包括输入光纤、位于衬底的第一表面处的多个薄膜过滤器、位于所述衬底的所述第一表面处的第一反射镜、以及位于所述衬底的第二表面处的第二反射镜，其中所述第二表面与所述第一表面相对，所述光学解复用器可操作来执行以下操作：
接收包括多个波长光信号的输入光信号；
将所述输入光信号从所述第一反射镜反射到所述第二反射镜；
将所述输入光信号从所述第二反射镜反射到所述多个薄膜过滤器中的第一薄膜过滤器；
将所述多个波长光信号中的第一波长的光信号传送到所述光子管芯，而将所述多个波长光信号中的其他波长光信号反射到所述第二反射镜；
将所述多个波长光信号中的所述其他波长光信号反射到所述多个薄膜过滤器中的第二薄膜过滤器；以及
将所述多个波长光信号中的第二波长的光信号传送到所述光子管芯。
11.根据权利要求10所述的***，其中，所述光学解复用器可操作来执行以下操作：经由所述薄膜过滤器和所述第二反射镜对所述多个波长光信号中的所述其他波长光信号进行反射，直到单个波长光信号剩下并且被通过所述多个薄膜过滤器中的最后一个薄膜过滤器传送到所述光子管芯。
12.根据权利要求10所述的***，其中，所述衬底包括玻璃。
13.根据权利要求10所述的***，其中，透镜被耦合到所述输入光纤。
14.根据权利要求10所述的***，其中，所述衬底包括硅。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述光纤位于在所述硅衬底中形成的V形槽中。
16.根据权利要求15所述的***，其中，所述第一反射镜和所述V形槽由所述硅衬底的结晶轴限定。
17.根据权利要求10所述的***，其中，所述光学解复用器可操作来执行以下操作：通过聚焦透镜将所述第一波长的光信号和所述第二波长的光信号传送到所述光子管芯。
18.根据权利要求8所述的***，其中，所述光学解复用器可操作来执行以下操作：使用所述聚焦透镜将所述第一波长的光信号和所述第二波长的光信号聚焦在所述光子管芯中的光栅耦合器上。
19.一种用于通信的***，所述***包括：
耦合到光子管芯的光学复用器，所述光学复用器包括输出光纤、位于衬底的第一表面处的多个薄膜过滤器、位于所述衬底的所述第一表面处的第一反射镜、以及位于所述衬底的第二表面处的第二反射镜，其中所述第二表面与所述第一表面相对，所述光学复用器可操作来执行以下操作：
从所述光子管芯接收各自处于不同波长的多个输入光信号；
通过所述多个薄膜过滤器中的相应的薄膜过滤器，将所述多个输入光信号中的每一个输入光信号传送到所述衬底中；
将所传送的多个输入光信号连续地反射离开所述第二反射镜和所述薄膜过滤器的子集，直到每个输入光信号被反射到所述第一反射镜为止，以及
将包括所述多个输入光信号的经复用的光信号从所述第一反射镜传送到所述输出光纤中。
20.根据权利要求15所述的***，其中，所述衬底包括玻璃。
21.根据权利要求19所述的***，其中，透镜被耦合到所述输入光纤。
22.根据权利要求19所述的***，其中，所述衬底包括硅。
23.根据权利要求22所述的***，其中，所述输出光纤位于在所述硅衬底中形成的V形槽中。
24.根据权利要求23所述的***，其中，所述第一反射镜和所述V形槽由所述硅衬底的结晶轴限定。
25.根据权利要求19所述的***，其中，所述光学复用器可操作来执行以下操作：通过聚焦透镜来传送所接收的多个输入光信号中的每一个输入光信号。
26.根据权利要求24所述的***，其中，所述聚焦透镜将所述多个输入光信号聚焦到所述多个薄膜过滤器中的相应的一个薄膜过滤器上。
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