本發(fā)明涉及一種偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備，尤其涉及一種用于氮化硅平臺的基于橫截面不對稱波導的絕緣轉(zhuǎn)換和絕緣解復用的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備。本發(fā)明還涉及一種用于生產(chǎn)偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的方法。本發(fā)明一般涉及光子集成電路領域。
背景技術：
：作為在電信、數(shù)據(jù)通信、互連和傳感中廣泛應用的通用技術平臺，硅光子學顯得日趨重要。其可以通過在高質(zhì)量低成本的硅襯底上使用互補型金屬氧化物半導體(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)兼容的晶圓級技術來實現(xiàn)光子功能。然而，純無源硅波導設備的性能在插入損耗、相位噪聲(導致信道串擾)和溫度依存性方面仍然受限。這是因為sio2(二氧化硅)包層和si(硅)芯層之間的相對折射率差高、si層厚度不均勻以及硅的熱光效應大?；诘璧臒o源設備提供優(yōu)越性能。已經(jīng)證明，sinx(氮化硅)芯層厚度為640nm的波導具有0.1db/cm的傳播損耗，而芯層厚度為50nm的波導具有甚至低于0.1db/m的傳播損耗。此外，sinx(n＝2)和sio2(n＝1.45)對照si(n＝3.5)和sio2(n＝1.45)之間的相對折射率(n)差略小，導致相位噪聲更少而制造容差更大。這有助于制造高性能但是仍然非常緊湊的光電路，例如陣列波導光柵(arrayedwaveguidegrating)、環(huán)形諧振器等。氮化硅波導既作為有源硅光子芯片上的高性能無源波導層報道過，而且還作為‘獨立’無源光芯片報道過。硅和氮化硅材料系統(tǒng)(相比于石英波導)的高相對折射率差引入了強偏振依存性。為了實現(xiàn)偏振無關光電路，通常采用使用偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器(polarizationsplitterandrotator，psr)的偏振分集結構。偏振分束/旋轉(zhuǎn)功能可以在單個設備(psr)或者獨立偏振分束器(polarizationsplitter，ps)和偏振旋轉(zhuǎn)器(polarizationrotator，pr)的組合中實現(xiàn)。在如圖1所示的偏振分集結構100中，輸入信號102由偏振分束器101劃分為兩個正交偏振分量(te106和tm104)，這些分量中的一個104旋轉(zhuǎn)103了90°(tm104→te108)以實現(xiàn)單個片上偏振狀態(tài)。兩個相同的光子分量105、107用于架構的兩臂。輸出處，兩臂112、114重新組合111以在旋轉(zhuǎn)109其中一個偏振分量110之后提供輸出信號116，從而避免兩個信號之間的干擾。這樣，偏振透明電路是由兩個偏振敏感光子分量創(chuàng)建而來的。硅中的許多偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器(polarizationsplitterandrotator，psr)利用以下事實：偏振轉(zhuǎn)換可能存在于圖2a和圖2b所示的垂直不對稱波導結構200a、200b中。這時，下包層201、211是石英(sio2)，上包層203、213是不同的材料，其折射率小于硅(n＝3.45)205、215。使用空氣(n＝1)200a，參見圖2a，以及使用氮化硅(n＝2)200b，參見2b，作為上包層材料203、213的兩種設備都已經(jīng)報道過。波導橫截面如圖2a和2b所示。關于空氣上包層結構200a的問題在于，這些設備需要氣密性封裝，以便保持折射率恒定。氮化硅包覆的psr200b并不存在這個情況。圖2a和圖2b的示例利用具有石英下包層和氮化硅或空氣上包層的不對稱硅波導。將垂直不對稱性引入氮化硅波導并不簡單，因為空氣在沒有明顯增加生產(chǎn)成本的情況下無法用作上包層。上包層材料的折射率需要盡可能地與二氧化硅(n＝1.45)不同，但是需要低于氮化硅芯層(n＝2)的折射率。該范圍太小以致于不能獲得強不對稱性。此外，材料需要與cmos兼容。另一結構300使用具有石英上包層303和下包層301的氮化硅波導305以及波導之上的薄硅層302(10至100nm)以產(chǎn)生垂直不對稱性，如圖3所示。為便于制造，薄硅層304(<100nm)可以出現(xiàn)在中間。波導的高度(h)取決于應用的波長。對于約1.55μm的波長，代表值為約400nm。具有對稱包層的標準氮化硅波導與不對稱波導可以對接耦合。但是，在這種情況下存在轉(zhuǎn)變損耗。這種轉(zhuǎn)變損耗通過添加短的錐形(l<50μm)可以忽略不計。兩種結構如圖4a和圖4b所示。圖4a示出了結構400a，其中在標準垂直對稱sinx波導403與不對稱波導401之間進行轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變可以如圖4a所示直接進行或通過使用如圖4b所示的垂直對稱波導與不對稱波導之間的錐形405進行。注意的是，這些圖中未示出石英上包層。這種方法存在若干好處，但是缺點包括存在額外的硅層以及需要控制氮化硅與多晶硅之間的氧化物的厚度。需要高性能并且易于制造偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器，尤其是在氮化硅平臺上。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種高性能且易于制造的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器。該目的通過獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。更多實施形式從附屬權利要求、具體描述和附圖中顯而易見。為了詳細描述本發(fā)明，將使用以下術語、縮略語和符號。psr：偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器temode：電磁波的橫電模te0mode：零階的te模te1mode：一階的te模tmmode：電磁波的橫磁模tm0mode：零階的tm模cmos：互補型金屬氧化物半導體sio2：二氧化硅、石英sinx：氮化硅awgs：陣列波導光柵ri，n：折射率，縮寫為nsoi：絕緣體硅片um：微米，μmadiabatic：絕熱耦合是一個光導模到另一個導模的轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換逐步發(fā)生而且光不會散射到其它模式根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備，包括：光模式轉(zhuǎn)換器，包括第一光波導，其中所述第一光波導的芯層的形狀是不對稱的，從而引發(fā)耦合到所述第一光波導中的偏振光將其零階的橫磁模轉(zhuǎn)換到一階的橫電模同時保持其零階的橫電模不變；輸出耦合器，包括耦合到所述第一光波導的第二光波導和絕熱耦合到所述第二光波導的第三光波導，所述絕熱耦合引發(fā)所述從所述第一光波導耦合到所述第二光波導中的偏振光通過將其一階的橫電模作為零階的橫電模耦合到所述第三光波導并且保持其零階的橫電模在所述第二光波導中傳播無需耦合到所述第三光波導，在所述第二光波導和所述第三光波導之間傳播其能量。這樣的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備提供了高性能且易于制造。根據(jù)所述第一方面，在所述psr設備的第一可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層的所述形狀相對于所述第一光波導的縱軸和/或橫軸是不對稱的。這樣的不對稱性足以將所述tm模式轉(zhuǎn)換為te模式。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的所述第一實施形式，在所述prs設備的第二可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層包括形成所述芯層的所述不對稱形狀的至少一處磨損。所述芯層中的磨損能夠很容易產(chǎn)生，例如通過蝕刻或磨削生產(chǎn)工藝。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第三可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層包括第一部分和第二部分，所述第二部分的厚度與所述第一部分的不同，其中所述第一部分和所述第二部分的所述不同厚度形成所述芯層的所述不對稱形狀。形成厚度不同的兩部分很容易產(chǎn)生，例如通過蝕刻或磨削到不同高度。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第四可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層的橫截面是不對稱的。所述芯層的不對稱橫截面使得所述tm0模式轉(zhuǎn)換到te1模式，同時保持所述te0模式。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第五可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層的橫截面的形狀是第一矩形，所述第一矩形放置在第二矩形之上，所述第二矩形的大小與所述第一矩形的不同。所述芯層的這種結構改進了將所述tm0模式轉(zhuǎn)換到te1模式，同時保持所述te0模式。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第六可能實施形式中，所述第二波導是所述第一波導的延續(xù)。當所述第二波導是所述第一波達的延續(xù)時，所述te0模式能夠以最佳的方式無損地從所述第一波導轉(zhuǎn)移到所述第二波導。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第七可能實施形式中，所述第二波導的形狀是對稱的。當所述第二波導的形狀對稱時，所述te0模式能夠以最佳的方式傳播通過所述第二波導。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第八可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層在所述第一光波導的縱向上是一個錐形結構。這樣的錐形構造結構有助于所述第一光波導中的tm0模式與te1模式之間的轉(zhuǎn)換。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第九可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層的折射率范圍在1.8與2.5之間。具有這種折射率的芯層提供足夠的相對折射率差，因此相位噪聲更少且制造容差更大。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第十可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層由氮化硅、sion、ta2o5和tio2之一制成。這些材料提供給sio2的相對折射率差比硅更好，從而產(chǎn)生優(yōu)越性能。根據(jù)如上所述第一方面或根據(jù)所述第一方面的任意前述實施形式，在所述psr設備的第十一可能實施形式中，所述第一光波導的所述芯層嵌入在包層中，尤其是由二氧化硅制成的包層，所述包層的折射率與所述芯層的不同。當所述芯層的所述包層與所述芯層具有不同的折射率時，支持波導。由二氧化硅制成的包層在廣泛的波長范圍內(nèi)提供高性能。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的方法，所述方法包括：通過形成第一光波導的芯層生產(chǎn)光模式轉(zhuǎn)換器，從所述芯層移除材料以產(chǎn)生所述芯層的不對稱形狀，將所述芯層嵌入包層中，其中所述不對稱形狀引發(fā)耦合到所述第一光波導中的偏振光將其零階的橫磁模轉(zhuǎn)換到一階的橫電模同時保持其零階的橫電模不變；通過將第二光波導耦合到所述第一光波導并且將第三光波導絕熱耦合到所述第二光波導來生產(chǎn)輸出耦合器，其中所述絕熱耦合引發(fā)所述從所述第一光波導耦合到所述第二光波導中的偏振光通過將其一階的橫電模作為零階的橫電模耦合到所述第三光波導并且保持其零階的橫電模在所述第二光波導中傳播無需耦合到所述第三光波導，在所述第二光波導和所述第三光波導之間傳播其能量。通過這樣的生產(chǎn)方法，可以生產(chǎn)出高性能偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備。根據(jù)所述第二方面，在所述方法的第一可能實施形式中，通過蝕刻從所述芯層中移除所述材料。蝕刻是一個簡單的工藝步驟，能夠用于非常有效地提供所述芯層的不對稱性。根據(jù)如上所述第二方面或根據(jù)所述第二方面的所述第一實施形式，在所述方法的第二可能實施形式中，通過cmos兼容晶圓級工藝生產(chǎn)所述光模式轉(zhuǎn)換器和所述輸出耦合器。cmos兼容晶圓級工藝是一種能夠有效地應用于生產(chǎn)所述psr設備的標準生產(chǎn)方法。本發(fā)明的其它方面涉及波導結構，其與所述氮化硅平臺兼容并且允許制造有效的偏振分束器/旋轉(zhuǎn)器(polarizationsplitters/rotators，psr)。本發(fā)明的其它方面涉及所述氮化硅平臺的淺層不對稱波導轉(zhuǎn)換器結構，用于產(chǎn)生將tm0轉(zhuǎn)換到te1模式的模式轉(zhuǎn)換器。所述te0模式保持不變。本發(fā)明的其它方面涉及這種模式轉(zhuǎn)換器與te0/te1解復用器的組合，所述解復用器分離所述te0和te1(其為tm0)。所述輸出耦合器可以通過多種方式執(zhí)行。優(yōu)選實施例是如下所述的三級輸出耦合器，支持大帶寬和強制造容差。這種組合創(chuàng)造了偏振分束器-旋轉(zhuǎn)器(polarizationsplitter-rotator，psr)。所述結構同樣對折射率范圍在1.8至2.5內(nèi)的其它波導材料(例如sion、ta2o5、tio2波導等等)有效。附圖說明本發(fā)明的具體實施方式將結合以下附圖進行描述，其中：圖1示出了圖示輸入信號102劃分為兩個正交偏振分量te106和tm104的偏振分集結構100的方框圖；圖2a和圖2b示出了使用空氣(圖2a)和sinx(圖2b)作為上包層材料的兩個垂直不對稱波導結構200a、200b的橫截面；圖3示出了使用具有石英上包層303和下包層301的氮化硅波導305以及波導之上的薄硅層302的垂直不對稱波導結構300的橫截面；圖4a和圖4b示出了在垂直對稱sinx波導403與不對稱波導401之間進行轉(zhuǎn)變的結構400a、400b的側視圖，圖4a示出了直接轉(zhuǎn)變，圖4b示出了通過錐形405的轉(zhuǎn)變；圖5a示出了根據(jù)實施形式的包括模式轉(zhuǎn)換部分501和解復用器部分503的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備500的示意圖；圖5b示出了根據(jù)實施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備500的模式轉(zhuǎn)換部分501的頂視圖；圖5c示出了通過圖5b所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的模式轉(zhuǎn)換部分501的平面a-a"的橫截面視圖；圖5d示出了根據(jù)實施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備500的解復用器部分503的頂視圖；圖6a示出了根據(jù)實施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖；圖6b示出了根據(jù)實施形式的圖示te0模式傳播的圖6a所示的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖；圖6c示出了根據(jù)實施形式的圖示tm0模式到te1模式轉(zhuǎn)換的圖6a所示的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖；圖7示出了根據(jù)實施形式的圖示tm0到te1模式轉(zhuǎn)換效率作為不同波導結構的錐形長度的函數(shù)的性能圖700；圖8a示出了根據(jù)實施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的三級解復用器部分800a的示意圖；圖8b示出了根據(jù)實施形式的圖示te1到te0模式轉(zhuǎn)換的圖8a所示的三級解復用器部分800a的示意圖；圖8c示出了根據(jù)實施形式的圖示te0模式傳播的圖8a所示的三級解復用器部分800a的示意圖；圖9示出了根據(jù)實施形式的圖示tm0到te0模式轉(zhuǎn)換的包括模式轉(zhuǎn)換部分和解復用器部分500c的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備900的示意圖；圖10示出了圖示圖9所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備900的輸入波導上的te1模式與上部輸出波導上的te0模式之間的耦合效率的性能圖1000；圖11示出了根據(jù)實施形式圖示一種用于生產(chǎn)偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的方法1300的示意圖。具體實施方式以下結合附圖進行詳細描述，所述附圖是描述的一部分，并通過圖解說明的方式示出可以實施本發(fā)明的具體方面。應理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以利用其他方面，并可以做出結構上或邏輯上的改變。因此，以下詳細的描述并不當作限定，本發(fā)明的范圍由所附權利要求書界定。本文描述的設備和方法可以基于光波導。光波導是一種引導光頻譜中電磁波的物理結構。光波導可以用作集成光電路中的組件或者作為本地和/或長距光通信系統(tǒng)中的傳輸介質(zhì)。光波導根據(jù)幾何形狀可以分類為平面波導、條形波導或光纖波導等；根據(jù)模式結構可以分類為單模波導或多模波導等；根據(jù)折射率分布可以分類為突變型或漸變型折射率分布波導等；根據(jù)材料可以分類為玻璃波導、聚合物波導或半導體波導等。本文所述的方法和設備可以實施用于生產(chǎn)集成光芯片。所描述的設備和系統(tǒng)可以包括軟件單元和硬件單元。所描述的設備和系統(tǒng)可以包括集成電路和/或無源電路，并且可以根據(jù)各種技術制造。例如，這些電路可以設計為邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號集成電路、光電路、存儲電路和/或集成無源電路。本文描述的設備可以包括iii-v材料或可以通過iii-v材料生產(chǎn)。iii-v復合半導體可以通過組合ai、ga、in等iii族元素與n、p、as、sb等v族元素來獲得。上述示例性元素產(chǎn)生約12種可能組合，最重要的組合可能是gaas、inp、gap和gang。在下面描述的示例中，inp用于iii-v材料中的示例性成員。應理解，僅僅以inp作為示例，同樣可以使用iii族元素與v族元素的任意其他組合，例如gaas、gap或gan。本文描述的設備可以包括薄膜或者通過薄膜以及外延(epitaxial，epi)層的生長/再生長來生產(chǎn)。薄膜是厚度范圍從一納米到幾微米的材料層。將薄膜涂敷在表面還稱為薄膜沉積。任何將某材料的薄膜沉積在襯底或前一沉積層上的工藝稱為薄膜沉積?！氨　笔且粋€相對術語，但是大多數(shù)沉積工藝將層厚度控制在幾十納米內(nèi)。外延是指晶體覆蓋層在晶體襯底上的沉積。覆蓋層還稱為外延(epitaxial，epi)膜或外延層。在一些應用中，可能希望沉積材料形成晶體覆蓋層，其具有相對于襯底晶體結構的明確取向。外延膜可以從氣態(tài)或液態(tài)前驅(qū)體中生長或再生長出來。由于襯底作為晶種，所以沉積膜可以鎖定在相對于襯底晶體的一個或多個晶體取向。應理解，與所描述的方法有關的注解還可適用于用于執(zhí)行所述方法的對應設備或系統(tǒng)，反之亦然。例如，如果描述了具體方法步驟，則對應設備可以包括用于執(zhí)行所描述的方法步驟的單元，即使這種單元沒有在附圖中詳細描述或圖示。此外，應理解，本文描述的各種示例性方面的特征可以相互結合，除非另有明確說明。圖5a示出了根據(jù)實施形式的包括模式轉(zhuǎn)換部分501和解復用器部分503的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備500的示意圖。模式轉(zhuǎn)換部分在下文還表示為光模式轉(zhuǎn)換器501，解復用器部分在下文還表示為輸出耦合器503或光解復用器。圖5b示出了根據(jù)實施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備500的模式轉(zhuǎn)換部分501的頂視圖。圖5c示出了通過圖5b所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的模式轉(zhuǎn)換部分501的平面a-a"的橫截面視圖。圖5d示出了根據(jù)實施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備500的解復用器部分503的頂視圖。光模式轉(zhuǎn)換器501包括第一光波導511。第一光波導511的芯層515、517a、517b的形狀是不對稱的。這種不對稱的形狀引發(fā)耦合到第一光波導511中的偏振光將其零階的橫磁模tm0轉(zhuǎn)換到一階的橫電模te0，同時保持其零階的橫電模te0不變。輸出耦合器503包括耦合到第一光波導511的第二光波導512和絕熱耦合到第二光波導512的第三光波導513。絕熱耦合引發(fā)從第一光波導511耦合到第二光波導512的偏振光通過將其一階的橫電模te1作為零階的橫電模te0耦合到第三光波導513中并且保持其零階的橫電模te0在第二光波導512中傳播無需耦合到第三光波導513，在第二光波導512和第三光波導513之間傳播其能量。第一光波導511的芯層515、517a、517b的形狀相對于第一光波導511的縱軸和/或橫軸是不對稱的。第一光波導511的橫軸aa”在圖5b描繪，第一光波導511的縱軸bb”在圖5c中描繪。在圖5a至圖5d中描繪的實施形式中，芯層的不對稱性是相對于第一光波導511的縱軸bb"而言的。第一光波導511的芯層515、517a、517b包括形成芯層515、517a、517b的至少一處磨損。該磨損造成芯層的兩部分515和517a、517b的厚度不同。第一光波導511的芯層515、517a、517b可以包括第一部分515和第二部分517a、517b，第二部分517a、517b的厚度與第一部分515的不同。第一部分515和第二部分517a、517b的不同厚度形成了芯層515、517a、517b的不對稱形狀。第二部分517a、517b可以具有兩個子部分517a、517b，它們可以相對于芯層的縱向位于芯層的兩側。第一光波導511的芯層515、517a、517b的橫截面可能不對稱。第一子分部517a與第二子部分517b大小不同，從而形成芯層的橫截面的不對稱性。第一光波導511的芯層515、517a、517b的橫截面的形狀可以是第一矩形521，第一矩形512放置在第二矩形523a、523b之上，第二矩形523a、523b的大小與第一矩形521的不同，如圖5c所見。第二矩形的側面523a、523b可以形成芯層的第二部分的兩個子部分517a、517b，而第一矩形521可以形成芯層的第一部分515。第二光波導512可以是第一光波導511的延續(xù)，如圖5a所見。第二光波導512的形狀是對稱的。第一光波導511的芯層515、517a、517b在第一光波導511的縱向531上是一個錐形結構，如圖5b所見。第一光波導511的芯層515、517a、517b的折射率范圍在1.8與2.5之間。第一光波導511的芯層515、517a、517b可以由氮化硅、sion、ta2o5或tio2制成。第一光波導511的芯層515、517a、517b可以嵌入包層519中，包層519的折射率與芯層515、517a、517b的不同，如圖5c所見。包層519可以由二氧化硅制成。圖5a至圖5d的結構示出了分束器-旋轉(zhuǎn)器可以用氮化硅實現(xiàn)而無需任何額外工序的設備500。如圖5a至圖5d所見，生成轉(zhuǎn)換器501中的模式轉(zhuǎn)換所必需的不對稱性在波導芯層515、517a、517b中而不在包層519中產(chǎn)生。這可以通過使用‘淺層蝕刻’步驟使氮化硅局部在波導511的兩側或僅一側變薄來實現(xiàn)，如圖5c所見。此外，為了增加設備500的光帶寬和制造容差，設備500的解復用器部分503基于絕熱耦合器。對tm到te1和te0到te0模式轉(zhuǎn)換的淺層波導結構如圖5c所繪。圖5c中出現(xiàn)的波導結構產(chǎn)生相對強的水平不對稱性。這允許在氮化硅平臺上等使用能夠用于如圖5b所示的偏振分束器/旋轉(zhuǎn)器(polarizationsplitter/rotators，psr)的有效錐形。如圖5a至圖5b所示的psr設備500示出了許多益處。例如，psr設備500可以制造為cmos兼容結構。硅光子學很有吸引力，因為其有可能在cmos鑄造廠制造光設備，并且因此利用產(chǎn)生的基礎結構來制造電子芯片。對于psr設備500，制造光子構建塊所需的所有步驟都與該基礎結構兼容。相比于標準氮化硅平臺，不需要添加任何額外工序。設備500的波長帶寬極廣。不需要氣密性封裝，因為psr區(qū)存在上包層。模式轉(zhuǎn)換效率非常能夠容忍橫截面的尺寸變化。該結構避免了當光耦合到氮化硅波導中且psr以硅實現(xiàn)時氮化硅到硅轉(zhuǎn)變相關的光損耗。圖6a示出了根據(jù)實施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖。模式轉(zhuǎn)換部分600a是上文參照圖5a至圖5d描述的psr設備500的模式轉(zhuǎn)換部分501的示例性實施例。圖6a示出了由sinx波導組成的波導橫截面的錐形結構的行為，sinx波導的厚度為約350nm至450nm(全厚)或約250nm至350nm(淺層蝕刻區(qū)域)。通過合理設計結構，啟動的te0模式將保持其偏振狀態(tài)(te0'te0)，從圖6b可以看出，而tm0模式轉(zhuǎn)換到一階te模式(te0'te1)，從圖6c可以看出。模式轉(zhuǎn)換部分600a在第一光波導的縱向上包括5個子部分606、604a、602、604b、608。在這5個子部分的每個中，芯層劃分為上文參照圖5a至圖5d描述的第一部分515和第二部分517a、517b。圖6b示出了根據(jù)實施形式的圖示te0模式傳播的圖6a所示的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖。模式轉(zhuǎn)換部分600a的輸入處的te0模式602傳播通過模式轉(zhuǎn)換部分600a無需轉(zhuǎn)換，并且在模式轉(zhuǎn)換部分600a的輸出處作為te0模式604離開模式轉(zhuǎn)換部分600a。te0模式主要在第一波導的第一部分515中傳播。圖6c示出了根據(jù)實施形式的圖示te0模式到te1模式轉(zhuǎn)換的圖6a所示的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖。當模式轉(zhuǎn)換部分600a的輸入處的te0模式606傳播通過模式轉(zhuǎn)換部分600a時，tm0模式轉(zhuǎn)換到te1模式608a、608b，并且在模式轉(zhuǎn)換部分600a的輸出處作為te1模式608a、608b離開模式轉(zhuǎn)換部分600a。tm0模式到te1模式的模式轉(zhuǎn)換是由于第一波導的第一部分515和第二部分517a、517b的不對稱性引起的。圖7示出了根據(jù)實施形式的圖示tm0到te1模式轉(zhuǎn)換效率作為不同波導結構的錐形長度的函數(shù)的性能圖700。波長1.55μmsinx波導厚度～400nm淺層sinx厚度～300nm表1：tm0到te1轉(zhuǎn)換的模擬參數(shù)模擬中使用的參數(shù)如表1所示。圖7是tm0到te1轉(zhuǎn)換效率作為錐形結構的中心部分的長度的函數(shù)的模擬。te1模式標記為701，tm0模式標記為702。當中心部分的長度超過約300μm，產(chǎn)生～100％的轉(zhuǎn)換效率。這里通過使用圖6a至圖6c所示的淺層蝕刻波導結構，可以獲得相對有效的轉(zhuǎn)換。結構長度與垂直不對稱的波導結構相當，但是處理更簡單。針對λ＝1.55μm，已經(jīng)進行了這些模擬，但是其它波長也是可能的。圖8a示出了根據(jù)實施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的三級解復用器部分800a的示意圖。解復用器部分800a是上文參照圖5a至圖5d描述的psr設備500的解復用器部分503的示例性實施例。在第一級801中，te1模式和te0模式進入解復用器部分800a的第二光波導512。在第一級801之后的第二級802中，相對于光傳播方向，te1模式轉(zhuǎn)換810到第三光波導513中的te0模式，te0模式傳播通過第二光波導512無需轉(zhuǎn)換。在第二級802之后的第三級803中，第三光波導513中的te0模式和第二光波導512中的te0模式離開解復用器部分800a。圖8b示出了根據(jù)實施形式的圖示te1到te0模式轉(zhuǎn)換的圖8a所示的三級解復用器部分800a的示意圖。第二光波導512中的te1模式608a、608b轉(zhuǎn)換到第三光波導513中的te0模式610。te1模式608a、608b對應于上文參照圖6c描述的離開模式轉(zhuǎn)換部分600a的第一波導511的te1模式。圖8c示出了根據(jù)實施形式的圖示te0模式傳播的圖8a所示的三級解復用器部分800a的示意圖。te0模式604傳播通過第二光波導512無需轉(zhuǎn)換，并且作為te0模式612離開第二光波導512。te0模式604對應于上文參照圖6b描述的離開模式轉(zhuǎn)換部分600a的第一波導511的te0模式。在圖8a至圖8c中，解復用器部分800a設計為絕熱解復用器，sinx波導的厚度為約400nm。通過合理設計結構，啟動的te1模式將轉(zhuǎn)換到第一輸出端口的te0模式(te1→te0)，而te0模式保留在波導中，并且路由到第二輸出端口。在本實施例中，使用了三級絕熱耦合器，而且輸出上有兩個彎道以解耦兩個波導。圖9示出了根據(jù)實施形式的圖示tm0到te0模式轉(zhuǎn)換的包括模式轉(zhuǎn)換部分600a和解復用器部分800a的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備900的示意圖。模式轉(zhuǎn)換部分600a對應于上文參照圖6a至圖6c描述的模式轉(zhuǎn)換部分600a。解復用器部分800a對應于上文參照圖8a至圖8c描述的解復用器部分800a。在模式轉(zhuǎn)換部分600a的第一光波導511中，tm0模式606轉(zhuǎn)換到進入解復用器部分800a的第二光波導512的te1模式608a、608b，其中tm0模式606轉(zhuǎn)換到te0模式并且耦合到解復用器部分800a的第三光波導513。圖10示出了圖示圖9所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備900的輸入波導上的te1模式與上部輸出波導上的te0模式之間的耦合效率的性能圖1000。te1和te0模式之間的耦合效率作為第二部分長度的函數(shù)的模擬示出了，如果該部分長于400μm，則可實現(xiàn)約100％的耦合效率。分束器-旋轉(zhuǎn)器設備的新穎性存在于模式轉(zhuǎn)換器和解復用器這兩級以及它們的組合中。本發(fā)明所述的tm0到te1模式的轉(zhuǎn)換使用淺層波導，與cmos兼容并且不需要額外處理。此外，解復用te1和te0模式的解復用部分中的輸出耦合的第二和第三光波導的絕熱耦合實現(xiàn)了非常大的光帶寬和魯棒性。通過合理設計，制造容差非常寬松。如果選擇的錐形足夠長，則可很容易容忍約+/-10％的線寬變化和層厚變化。由于使用了絕熱轉(zhuǎn)換器和解復用器，psr的波長帶寬可能寬于c頻帶。圖11示出了根據(jù)實施形式圖示一種用于生產(chǎn)包括光模式轉(zhuǎn)換器和輸出耦合器的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設備的方法1300的示意圖。光模式轉(zhuǎn)換器1301的結構可以與上文參照圖5a、5b或5c所述描述的光模式轉(zhuǎn)換501相同，或者和圖6a、6b或6c所描述的光模式轉(zhuǎn)換器600a的相同。輸出耦合器的結構可以與上文參照圖5a或5d所描述的輸出耦合器503的相同，或者和圖8b或8c所描述的輸出耦合器800a的相同。方法1300包括通過形成第一光波導的芯層生產(chǎn)光模式轉(zhuǎn)換器1301，從芯層移除材料以產(chǎn)生芯層的不對稱形狀以及將芯層嵌入包層中，其中不對稱形狀引發(fā)耦合到第一光波導中的偏振光將其零階的橫磁模轉(zhuǎn)換到一階的橫電模同時保持其零階的橫電模不變。方法1300包括通過將第二光波導耦合到第一光波導并且將第三光波導絕熱耦合到第二光波導來生產(chǎn)輸出耦合器1302，其中絕熱耦合引發(fā)從第一光波導耦合到第二光波導中的偏振光通過將其一階的橫電模作為零階的橫電模耦合到第三光波導中并且保持其零階的橫電模在第二光波導中傳播無需耦合到第三光波導，在第二光波導和第三光波導之間傳播其能量。材料可以通過蝕刻或磨削從芯層中移除。生產(chǎn)光模式轉(zhuǎn)換器1301和輸出耦合器1302可以通過cmos兼容晶圓級工藝來執(zhí)行。本發(fā)明所述的偏振(束)分束器和旋轉(zhuǎn)器(psr或pbsr)可以用于所有高性能接收器(例如相干接收器)中。通過獨立硅波導，使用氮化硅的片上psr的性能相比于用于無源功能的硅波導更優(yōu)。本文描述的方法、系統(tǒng)和器件可在數(shù)字信號處理器(dsp)的芯片、集成電路或?qū)Ｓ眉呻娐?asic)中作為物理電路來實現(xiàn)。本發(fā)明可以在數(shù)字和/或模擬電子電路中實現(xiàn)。盡管本發(fā)明的特定特征或方面可能已經(jīng)僅結合幾種實現(xiàn)方式中的一種進行公開，但此類特征或方面可以和其他實現(xiàn)方式中的一個或多個特征或方面相結合，只要對于任何給定或特定的應用是有需要或有利。而且，在一定程度上，術語“包括”、“有”、“具有”或這些詞的其他變形在詳細的說明書或權利要求書中使用，這類術語和所述術語“包含”是類似的，都是表示包括的含義。同樣，術語“示例性地”，“例如”僅表示為示例，而不是最好或最佳的。可以使用術語“耦合”和“連接”及其派生詞。應當理解，這些術語可以用于指示兩個元件彼此協(xié)作或交互，而不管它們是直接物理接觸還是電接觸，或者它們彼此不直接接觸。盡管本文中已說明和描述特定方面，但所屬領域的技術人員應了解，多種替代和/或等效實施方式可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下所示和描述的特定方面。該申請旨在覆蓋本文論述的特定方面的任何修改或變更。盡管以下權利要求書中的各元素是借助對應的標簽按照特定順序列舉的，除非對權利要求的闡述另有暗示用于實現(xiàn)部分或所有這些元素的特定順序，否則這些元素并不一定限于以所述特定順序來實現(xiàn)。通過以上啟示，對于本領域技術人員來說，許多替代產(chǎn)品、修改及變體是顯而易見的。當然，所屬領域的技術人員容易意識到除本文所述的應用之外，還存在本發(fā)明的眾多其它應用。雖然已參考一個或多個特定實施例描述了本發(fā)明，但所屬領域的技術人員將認識到在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，仍可對本發(fā)明作出許多改變。因此，應當理解，只要是在所附權利要求書及其等效文句的范圍內(nèi)，可以用不同于本文具體描述的方式來實踐本發(fā)明。當前第1頁12