本發(fā)明涉及一種偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備，尤其涉及一種用于氮化硅平臺(tái)的基于橫截面不對(duì)稱波導(dǎo)的絕緣轉(zhuǎn)換和絕緣解復(fù)用的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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(shè)備的方法。本發(fā)明一般涉及光子集成電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：作為在電信、數(shù)據(jù)通信、互連和傳感中廣泛應(yīng)用的通用技術(shù)平臺(tái)，硅光子學(xué)顯得日趨重要。其可以通過(guò)在高質(zhì)量低成本的硅襯底上使用互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)兼容的晶圓級(jí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光子功能。然而，純無(wú)源硅波導(dǎo)設(shè)備的性能在插入損耗、相位噪聲(導(dǎo)致信道串?dāng)_)和溫度依存性方面仍然受限。這是因?yàn)閟io2(二氧化硅)包層和si(硅)芯層之間的相對(duì)折射率差高、si層厚度不均勻以及硅的熱光效應(yīng)大。基于氮化硅的無(wú)源設(shè)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(dǎo)具有0.1db/cm的傳播損耗，而芯層厚度為50nm的波導(dǎo)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(duì)照si(n＝3.5)和sio2(n＝1.45)之間的相對(duì)折射率(n)差略小，導(dǎo)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(dǎo)光柵(arrayedwaveguidegrating)、環(huán)形諧振器等。氮化硅波導(dǎo)既作為有源硅光子芯片上的高性能無(wú)源波導(dǎo)層報(bào)道過(guò)，而且還作為‘獨(dú)立’無(wú)源光芯片報(bào)道過(guò)。硅和氮化硅材料系統(tǒng)(相比于石英波導(dǎo))的高相對(duì)折射率差引入了強(qiáng)偏振依存性。為了實(shí)現(xiàn)偏振無(wú)關(guān)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(jié)構(gòu)。偏振分束/旋轉(zhuǎn)功能可以在單個(gè)設(shè)備(psr)或者獨(dú)立偏振分束器(polarizationsplitter，ps)和偏振旋轉(zhuǎn)器(polarizationrotator，pr)的組合中實(shí)現(xiàn)。在如圖1所示的偏振分集結(jié)構(gòu)100中，輸入信號(hào)102由偏振分束器101劃分為兩個(gè)正交偏振分量(te106和tm104)，這些分量中的一個(gè)104旋轉(zhuǎn)103了90°(tm104→te108)以實(shí)現(xiàn)單個(gè)片上偏振狀態(tài)。兩個(gè)相同的光子分量105、107用于架構(gòu)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(gè)偏振分量110之后提供輸出信號(hào)116，從而避免兩個(gè)信號(hào)之間的干擾。這樣，偏振透明電路是由兩個(gè)偏振敏感光子分量創(chuàng)建而來(lái)的。硅中的許多偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器(polarizationsplitterandrotator，psr)利用以下事實(shí)：偏振轉(zhuǎn)換可能存在于圖2a和圖2b所示的垂直不對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)200a、200b中。這時(shí)，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(jiàn)圖2a，以及使用氮化硅(n＝2)200b，參見(jiàn)2b，作為上包層材料203、213的兩種設(shè)備都已經(jīng)報(bào)道過(guò)。波導(dǎo)橫截面如圖2a和2b所示。關(guān)于空氣上包層結(jié)構(gòu)200a的問(wèn)題在于，這些設(shè)備需要?dú)饷苄苑庋b，以便保持折射率恒定。氮化硅包覆的psr200b并不存在這個(gè)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(duì)稱硅波導(dǎo)。將垂直不對(duì)稱性引入氮化硅波導(dǎo)并不簡(jiǎn)單，因?yàn)榭諝庠跊](méi)有明顯增加生產(chǎn)成本的情況下無(wú)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(qiáng)不對(duì)稱性。此外，材料需要與cmos兼容。另一結(jié)構(gòu)300使用具有石英上包層303和下包層301的氮化硅波導(dǎo)305以及波導(dǎo)之上的薄硅層302(10至100nm)以產(chǎn)生垂直不對(duì)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(dǎo)的高度(h)取決于應(yīng)用的波長(zhǎng)。對(duì)于約1.55μm的波長(zhǎng)，代表值為約400nm。具有對(duì)稱包層的標(biāo)準(zhǔn)氮化硅波導(dǎo)與不對(duì)稱波導(dǎo)可以對(duì)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(guò)添加短的錐形(l<50μm)可以忽略不計(jì)。兩種結(jié)構(gòu)如圖4a和圖4b所示。圖4a示出了結(jié)構(gòu)400a，其中在標(biāo)準(zhǔn)垂直對(duì)稱sinx波導(dǎo)403與不對(duì)稱波導(dǎo)401之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變可以如圖4a所示直接進(jìn)行或通過(guò)使用如圖4b所示的垂直對(duì)稱波導(dǎo)與不對(duì)稱波導(dǎo)之間的錐形405進(jìn)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(diǎn)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(tái)上。技術(shù)實(shí)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(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。更多實(shí)施形式從附屬權(quán)利要求、具體描述和附圖中顯而易見(jiàn)。為了詳細(xì)描述本發(fā)明，將使用以下術(shù)語(yǔ)、縮略語(yǔ)和符號(hào)。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(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體sio2：二氧化硅、石英sinx：氮化硅awgs：陣列波導(dǎo)光柵ri，n：折射率，縮寫(xiě)為nsoi：絕緣體硅片um：微米，μmadiabatic：絕熱耦合是一個(gè)光導(dǎo)模到另一個(gè)導(dǎo)模的轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換逐步發(fā)生而且光不會(huì)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(shè)備，包括：光模式轉(zhuǎn)換器，包括第一光波導(dǎo)，其中所述第一光波導(dǎo)的芯層的形狀是不對(duì)稱的，從而引發(fā)耦合到所述第一光波導(dǎo)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(shí)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(dǎo)的第二光波導(dǎo)和絕熱耦合到所述第二光波導(dǎo)的第三光波導(dǎo)，所述絕熱耦合引發(fā)所述從所述第一光波導(dǎo)耦合到所述第二光波導(dǎo)中的偏振光通過(guò)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(dǎo)并且保持其零階的橫電模在所述第二光波導(dǎo)中傳播無(wú)需耦合到所述第三光波導(dǎo)，在所述第二光波導(dǎo)和所述第三光波導(dǎo)之間傳播其能量。這樣的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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(shè)備的第一可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)的所述芯層的所述形狀相對(duì)于所述第一光波導(dǎo)的縱軸和/或橫軸是不對(duì)稱的。這樣的不對(duì)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(shí)施形式，在所述prs設(shè)備的第二可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)的所述芯層包括形成所述芯層的所述不對(duì)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(guò)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第三可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)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(duì)稱形狀。形成厚度不同的兩部分很容易產(chǎn)生，例如通過(guò)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第四可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)的所述芯層的橫截面是不對(duì)稱的。所述芯層的不對(duì)稱橫截面使得所述tm0模式轉(zhuǎn)換到te1模式，同時(shí)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第五可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)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(jié)構(gòu)改進(jìn)了將所述tm0模式轉(zhuǎn)換到te1模式，同時(shí)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第六可能實(shí)施形式中，所述第二波導(dǎo)是所述第一波導(dǎo)的延續(xù)。當(dāng)所述第二波導(dǎo)是所述第一波達(dá)的延續(xù)時(shí)，所述te0模式能夠以最佳的方式無(wú)損地從所述第一波導(dǎo)轉(zhuǎn)移到所述第二波導(dǎo)。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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第七可能實(shí)施形式中，所述第二波導(dǎo)的形狀是對(duì)稱的。當(dāng)所述第二波導(dǎo)的形狀對(duì)稱時(shí)，所述te0模式能夠以最佳的方式傳播通過(guò)所述第二波導(dǎo)。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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第八可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)的所述芯層在所述第一光波導(dǎo)的縱向上是一個(gè)錐形結(jié)構(gòu)。這樣的錐形構(gòu)造結(jié)構(gòu)有助于所述第一光波導(dǎo)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第九可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)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(duì)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第十可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)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(duì)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(shí)施形式，在所述psr設(shè)備的第十一可能實(shí)施形式中，所述第一光波導(dǎo)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(dāng)所述芯層的所述包層與所述芯層具有不同的折射率時(shí)，支持波導(dǎo)。由二氧化硅制成的包層在廣泛的波長(zhǎng)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(shè)備的方法，所述方法包括：通過(guò)形成第一光波導(dǎo)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(duì)稱形狀，將所述芯層嵌入包層中，其中所述不對(duì)稱形狀引發(fā)耦合到所述第一光波導(dǎo)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(shí)保持其零階的橫電模不變；通過(guò)將第二光波導(dǎo)耦合到所述第一光波導(dǎo)并且將第三光波導(dǎo)絕熱耦合到所述第二光波導(dǎo)來(lái)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(dǎo)耦合到所述第二光波導(dǎo)中的偏振光通過(guò)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(dǎo)并且保持其零階的橫電模在所述第二光波導(dǎo)中傳播無(wú)需耦合到所述第三光波導(dǎo)，在所述第二光波導(dǎo)和所述第三光波導(dǎo)之間傳播其能量。通過(guò)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(shè)備。根據(jù)所述第二方面，在所述方法的第一可能實(shí)施形式中，通過(guò)蝕刻從所述芯層中移除所述材料。蝕刻是一個(gè)簡(jiǎn)單的工藝步驟，能夠用于非常有效地提供所述芯層的不對(duì)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(shí)施形式，在所述方法的第二可能實(shí)施形式中，通過(guò)cmos兼容晶圓級(jí)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(jí)工藝是一種能夠有效地應(yīng)用于生產(chǎn)所述psr設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方法。本發(fā)明的其它方面涉及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其與所述氮化硅平臺(tái)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(tái)的淺層不對(duì)稱波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，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(fù)用器的組合，所述解復(fù)用器分離所述te0和te1(其為tm0)。所述輸出耦合器可以通過(guò)多種方式執(zhí)行。優(yōu)選實(shí)施例是如下所述的三級(jí)輸出耦合器，支持大帶寬和強(qiáng)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(jié)構(gòu)同樣對(duì)折射率范圍在1.8至2.5內(nèi)的其它波導(dǎo)材料(例如sion、ta2o5、tio2波導(dǎo)等等)有效。附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式將結(jié)合以下附圖進(jìn)行描述，其中：圖1示出了圖示輸入信號(hào)102劃分為兩個(gè)正交偏振分量te106和tm104的偏振分集結(jié)構(gòu)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(gè)垂直不對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)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(dǎo)305以及波導(dǎo)之上的薄硅層302的垂直不對(duì)稱波導(dǎo)結(jié)構(gòu)300的橫截面；圖4a和圖4b示出了在垂直對(duì)稱sinx波導(dǎo)403與不對(duì)稱波導(dǎo)401之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)400a、400b的側(cè)視圖，圖4a示出了直接轉(zhuǎn)變，圖4b示出了通過(guò)錐形405的轉(zhuǎn)變；圖5a示出了根據(jù)實(shí)施形式的包括模式轉(zhuǎn)換部分501和解復(fù)用器部分503的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備500的示意圖；圖5b示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備500的模式轉(zhuǎn)換部分501的頂視圖；圖5c示出了通過(guò)圖5b所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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(shí)施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備500的解復(fù)用器部分503的頂視圖；圖6a示出了根據(jù)實(shí)施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的模式轉(zhuǎn)換部分600a的示意圖；圖6b示出了根據(jù)實(shí)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(shí)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(shí)施形式的圖示tm0到te1模式轉(zhuǎn)換效率作為不同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的性能圖700；圖8a示出了根據(jù)實(shí)施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的三級(jí)解復(fù)用器部分800a的示意圖；圖8b示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖示te1到te0模式轉(zhuǎn)換的圖8a所示的三級(jí)解復(fù)用器部分800a的示意圖；圖8c示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖示te0模式傳播的圖8a所示的三級(jí)解復(fù)用器部分800a的示意圖；圖9示出了根據(jù)實(shí)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(fù)用器部分500c的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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(shè)備900的輸入波導(dǎo)上的te1模式與上部輸出波導(dǎo)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(shí)施形式圖示一種用于生產(chǎn)偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的方法1300的示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，所述附圖是描述的一部分，并通過(guò)圖解說(shuō)明的方式示出可以實(shí)施本發(fā)明的具體方面。應(yīng)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(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。因此，以下詳細(xì)的描述并不當(dāng)作限定，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)界定。本文描述的設(shè)備和方法可以基于光波導(dǎo)。光波導(dǎo)是一種引導(dǎo)光頻譜中電磁波的物理結(jié)構(gòu)。光波導(dǎo)可以用作集成光電路中的組件或者作為本地和/或長(zhǎng)距光通信系統(tǒng)中的傳輸介質(zhì)。光波導(dǎo)根據(jù)幾何形狀可以分類為平面波導(dǎo)、條形波導(dǎo)或光纖波導(dǎo)等；根據(jù)模式結(jié)構(gòu)可以分類為單模波導(dǎo)或多模波導(dǎo)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(dǎo)等；根據(jù)材料可以分類為玻璃波導(dǎo)、聚合物波導(dǎo)或半導(dǎo)體波導(dǎo)等。本文所述的方法和設(shè)備可以實(shí)施用于生產(chǎn)集成光芯片。所描述的設(shè)備和系統(tǒng)可以包括軟件單元和硬件單元。所描述的設(shè)備和系統(tǒng)可以包括集成電路和/或無(wú)源電路，并且可以根據(jù)各種技術(shù)制造。例如，這些電路可以設(shè)計(jì)為邏輯集成電路、模擬集成電路、混合信號(hào)集成電路、光電路、存儲(chǔ)電路和/或集成無(wú)源電路。本文描述的設(shè)備可以包括iii-v材料或可以通過(guò)iii-v材料生產(chǎn)。iii-v復(fù)合半導(dǎo)體可以通過(guò)組合ai、ga、in等iii族元素與n、p、as、sb等v族元素來(lái)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(yīng)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(shè)備可以包括薄膜或者通過(guò)薄膜以及外延(epitaxial，epi)層的生長(zhǎng)/再生長(zhǎng)來(lái)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€(gè)相對(duì)術(shù)語(yǔ)，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(yīng)用中，可能希望沉積材料形成晶體覆蓋層，其具有相對(duì)于襯底晶體結(jié)構(gòu)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(zhǎng)或再生長(zhǎng)出來(lái)。由于襯底作為晶種，所以沉積膜可以鎖定在相對(duì)于襯底晶體的一個(gè)或多個(gè)晶體取向。應(yīng)理解，與所描述的方法有關(guān)的注解還可適用于用于執(zhí)行所述方法的對(duì)應(yīng)設(shè)備或系統(tǒng)，反之亦然。例如，如果描述了具體方法步驟，則對(duì)應(yīng)設(shè)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(méi)有在附圖中詳細(xì)描述或圖示。此外，應(yīng)理解，本文描述的各種示例性方面的特征可以相互結(jié)合，除非另有明確說(shuō)明。圖5a示出了根據(jù)實(shí)施形式的包括模式轉(zhuǎn)換部分501和解復(fù)用器部分503的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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(fù)用器部分在下文還表示為輸出耦合器503或光解復(fù)用器。圖5b示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備500的模式轉(zhuǎn)換部分501的頂視圖。圖5c示出了通過(guò)圖5b所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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(shí)施形式的圖5a所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備500的解復(fù)用器部分503的頂視圖。光模式轉(zhuǎn)換器501包括第一光波導(dǎo)511。第一光波導(dǎo)511的芯層515、517a、517b的形狀是不對(duì)稱的。這種不對(duì)稱的形狀引發(fā)耦合到第一光波導(dǎo)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(shí)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(dǎo)511的第二光波導(dǎo)512和絕熱耦合到第二光波導(dǎo)512的第三光波導(dǎo)513。絕熱耦合引發(fā)從第一光波導(dǎo)511耦合到第二光波導(dǎo)512的偏振光通過(guò)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(dǎo)513中并且保持其零階的橫電模te0在第二光波導(dǎo)512中傳播無(wú)需耦合到第三光波導(dǎo)513，在第二光波導(dǎo)512和第三光波導(dǎo)513之間傳播其能量。第一光波導(dǎo)511的芯層515、517a、517b的形狀相對(duì)于第一光波導(dǎo)511的縱軸和/或橫軸是不對(duì)稱的。第一光波導(dǎo)511的橫軸aa”在圖5b描繪，第一光波導(dǎo)511的縱軸bb”在圖5c中描繪。在圖5a至圖5d中描繪的實(shí)施形式中，芯層的不對(duì)稱性是相對(duì)于第一光波導(dǎo)511的縱軸bb"而言的。第一光波導(dǎo)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(dǎo)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(duì)稱形狀。第二部分517a、517b可以具有兩個(gè)子部分517a、517b，它們可以相對(duì)于芯層的縱向位于芯層的兩側(cè)。第一光波導(dǎo)511的芯層515、517a、517b的橫截面可能不對(duì)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(duì)稱性。第一光波導(dǎo)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(jiàn)。第二矩形的側(cè)面523a、523b可以形成芯層的第二部分的兩個(gè)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(dǎo)512可以是第一光波導(dǎo)511的延續(xù)，如圖5a所見(jiàn)。第二光波導(dǎo)512的形狀是對(duì)稱的。第一光波導(dǎo)511的芯層515、517a、517b在第一光波導(dǎo)511的縱向531上是一個(gè)錐形結(jié)構(gòu)，如圖5b所見(jiàn)。第一光波導(dǎo)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(dǎo)511的芯層515、517a、517b可以由氮化硅、sion、ta2o5或tio2制成。第一光波導(dǎo)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(jiàn)。包層519可以由二氧化硅制成。圖5a至圖5d的結(jié)構(gòu)示出了分束器-旋轉(zhuǎn)器可以用氮化硅實(shí)現(xiàn)而無(wú)需任何額外工序的設(shè)備500。如圖5a至圖5d所見(jiàn)，生成轉(zhuǎn)換器501中的模式轉(zhuǎn)換所必需的不對(duì)稱性在波導(dǎo)芯層515、517a、517b中而不在包層519中產(chǎn)生。這可以通過(guò)使用‘淺層蝕刻’步驟使氮化硅局部在波導(dǎo)511的兩側(cè)或僅一側(cè)變薄來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖5c所見(jiàn)。此外，為了增加設(shè)備500的光帶寬和制造容差，設(shè)備500的解復(fù)用器部分503基于絕熱耦合器。對(duì)tm到te1和te0到te0模式轉(zhuǎn)換的淺層波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖5c所繪。圖5c中出現(xiàn)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)強(qiáng)的水平不對(duì)稱性。這允許在氮化硅平臺(tái)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(shè)備500示出了許多益處。例如，psr設(shè)備500可以制造為cmos兼容結(jié)構(gòu)。硅光子學(xué)很有吸引力，因?yàn)槠溆锌赡茉赾mos鑄造廠制造光設(shè)備，并且因此利用產(chǎn)生的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)制造電子芯片。對(duì)于psr設(shè)備500，制造光子構(gòu)建塊所需的所有步驟都與該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)兼容。相比于標(biāo)準(zhǔn)氮化硅平臺(tái)，不需要添加任何額外工序。設(shè)備500的波長(zhǎng)帶寬極廣。不需要?dú)饷苄苑庋b，因?yàn)閜sr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(jié)構(gòu)避免了當(dāng)光耦合到氮化硅波導(dǎo)中且psr以硅實(shí)現(xiàn)時(shí)氮化硅到硅轉(zhuǎn)變相關(guān)的光損耗。圖6a示出了根據(jù)實(shí)施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)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?qǐng)D5a至圖5d描述的psr設(shè)備500的模式轉(zhuǎn)換部分501的示例性實(shí)施例。圖6a示出了由sinx波導(dǎo)組成的波導(dǎo)橫截面的錐形結(jié)構(gòu)的行為，sinx波導(dǎo)的厚度為約350nm至450nm(全厚)或約250nm至350nm(淺層蝕刻區(qū)域)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)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(dǎo)的縱向上包括5個(gè)子部分606、604a、602、604b、608。在這5個(gè)子部分的每個(gè)中，芯層劃分為上文參照?qǐng)D5a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(shí)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(guò)模式轉(zhuǎn)換部分600a無(wú)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(kāi)模式轉(zhuǎn)換部分600a。te0模式主要在第一波導(dǎo)的第一部分515中傳播。圖6c示出了根據(jù)實(shí)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(dāng)模式轉(zhuǎn)換部分600a的輸入處的te0模式606傳播通過(guò)模式轉(zhuǎn)換部分600a時(shí)，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(kāi)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(dǎo)的第一部分515和第二部分517a、517b的不對(duì)稱性引起的。圖7示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖示tm0到te1模式轉(zhuǎn)換效率作為不同波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的錐形長(zhǎng)度的函數(shù)的性能圖700。波長(zhǎng)1.55μmsinx波導(dǎo)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(jié)構(gòu)的中心部分的長(zhǎng)度的函數(shù)的模擬。te1模式標(biāo)記為701，tm0模式標(biāo)記為702。當(dāng)中心部分的長(zhǎng)度超過(guò)約300μm，產(chǎn)生～100％的轉(zhuǎn)換效率。這里通過(guò)使用圖6a至圖6c所示的淺層蝕刻波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以獲得相對(duì)有效的轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度與垂直不對(duì)稱的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相當(dāng)，但是處理更簡(jiǎn)單。針對(duì)λ＝1.55μm，已經(jīng)進(jìn)行了這些模擬，但是其它波長(zhǎng)也是可能的。圖8a示出了根據(jù)實(shí)施形式的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的三級(jí)解復(fù)用器部分800a的示意圖。解復(fù)用器部分800a是上文參照?qǐng)D5a至圖5d描述的psr設(shè)備500的解復(fù)用器部分503的示例性實(shí)施例。在第一級(jí)801中，te1模式和te0模式進(jìn)入解復(fù)用器部分800a的第二光波導(dǎo)512。在第一級(jí)801之后的第二級(jí)802中，相對(duì)于光傳播方向，te1模式轉(zhuǎn)換810到第三光波導(dǎo)513中的te0模式，te0模式傳播通過(guò)第二光波導(dǎo)512無(wú)需轉(zhuǎn)換。在第二級(jí)802之后的第三級(jí)803中，第三光波導(dǎo)513中的te0模式和第二光波導(dǎo)512中的te0模式離開(kāi)解復(fù)用器部分800a。圖8b示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖示te1到te0模式轉(zhuǎn)換的圖8a所示的三級(jí)解復(fù)用器部分800a的示意圖。第二光波導(dǎo)512中的te1模式608a、608b轉(zhuǎn)換到第三光波導(dǎo)513中的te0模式610。te1模式608a、608b對(duì)應(yīng)于上文參照?qǐng)D6c描述的離開(kāi)模式轉(zhuǎn)換部分600a的第一波導(dǎo)511的te1模式。圖8c示出了根據(jù)實(shí)施形式的圖示te0模式傳播的圖8a所示的三級(jí)解復(fù)用器部分800a的示意圖。te0模式604傳播通過(guò)第二光波導(dǎo)512無(wú)需轉(zhuǎn)換，并且作為te0模式612離開(kāi)第二光波導(dǎo)512。te0模式604對(duì)應(yīng)于上文參照?qǐng)D6b描述的離開(kāi)模式轉(zhuǎn)換部分600a的第一波導(dǎo)511的te0模式。在圖8a至圖8c中，解復(fù)用器部分800a設(shè)計(jì)為絕熱解復(fù)用器，sinx波導(dǎo)的厚度為約400nm。通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)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(dǎo)中，并且路由到第二輸出端口。在本實(shí)施例中，使用了三級(jí)絕熱耦合器，而且輸出上有兩個(gè)彎道以解耦兩個(gè)波導(dǎo)。圖9示出了根據(jù)實(shí)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(fù)用器部分800a的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備900的示意圖。模式轉(zhuǎn)換部分600a對(duì)應(yīng)于上文參照?qǐng)D6a至圖6c描述的模式轉(zhuǎn)換部分600a。解復(fù)用器部分800a對(duì)應(yīng)于上文參照?qǐng)D8a至圖8c描述的解復(fù)用器部分800a。在模式轉(zhuǎn)換部分600a的第一光波導(dǎo)511中，tm0模式606轉(zhuǎn)換到進(jìn)入解復(fù)用器部分800a的第二光波導(dǎo)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(fù)用器部分800a的第三光波導(dǎo)513。圖10示出了圖示圖9所示的偏振分束器和旋轉(zhuǎn)器設(shè)備900的輸入波導(dǎo)上的te1模式與上部輸出波導(dǎo)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(zhǎng)度的函數(shù)的模擬示出了，如果該部分長(zhǎng)于400μm，則可實(shí)現(xiàn)約100％的耦合效率。分束器-旋轉(zhuǎn)器設(shè)備的新穎性存在于模式轉(zhuǎn)換器和解復(fù)用器這兩級(jí)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(dǎo)，與cmos兼容并且不需要額外處理。此外，解復(fù)用te1和te0模式的解復(fù)用部分中的輸出耦合的第二和第三光波導(dǎo)的絕熱耦合實(shí)現(xiàn)了非常大的光帶寬和魯棒性。通過(guò)合理設(shè)計(jì)，制造容差非常寬松。如果選擇的錐形足夠長(zhǎng)，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(fù)用器，psr的波長(zhǎng)帶寬可能寬于c頻帶。圖11示出了根據(jù)實(shí)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(shè)備的方法1300的示意圖。光模式轉(zhuǎn)換器1301的結(jié)構(gòu)可以與上文參照?qǐng)D5a、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(jié)構(gòu)可以與上文參照?qǐng)D5a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(guò)形成第一光波導(dǎo)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(duì)稱形狀以及將芯層嵌入包層中，其中不對(duì)稱形狀引發(fā)耦合到第一光波導(dǎo)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(shí)保持其零階的橫電模不變。方法1300包括通過(guò)將第二光波導(dǎo)耦合到第一光波導(dǎo)并且將第三光波導(dǎo)絕熱耦合到第二光波導(dǎo)來(lái)生產(chǎn)輸出耦合器1302，其中絕熱耦合引發(fā)從第一光波導(dǎo)耦合到第二光波導(dǎo)中的偏振光通過(guò)將其一階的橫電模作為零階的橫電模耦合到第三光波導(dǎo)中并且保持其零階的橫電模在第二光波導(dǎo)中傳播無(wú)需耦合到第三光波導(dǎo)，在第二光波導(dǎo)和第三光波導(dǎo)之間傳播其能量。材料可以通過(guò)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(guò)cmos兼容晶圓級(jí)工藝來(lái)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(guò)獨(dú)立硅波導(dǎo)，使用氮化硅的片上psr的性能相比于用于無(wú)源功能的硅波導(dǎo)更優(yōu)。本文描述的方法、系統(tǒng)和器件可在數(shù)字信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以在數(shù)字和/或模擬電子電路中實(shí)現(xiàn)。盡管本發(fā)明的特定特征或方面可能已經(jīng)僅結(jié)合幾種實(shí)現(xiàn)方式中的一種進(jìn)行公開(kāi)，但此類特征或方面可以和其他實(shí)現(xiàn)方式中的一個(gè)或多個(gè)特征或方面相結(jié)合，只要對(duì)于任何給定或特定的應(yīng)用是有需要或有利。而且，在一定程度上，術(shù)語(yǔ)“包括”、“有”、“具有”或這些詞的其他變形在詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求書(shū)中使用，這類術(shù)語(yǔ)和所述術(shù)語(yǔ)“包含”是類似的，都是表示包括的含義。同樣，術(shù)語(yǔ)“示例性地”，“例如”僅表示為示例，而不是最好或最佳的?？梢允褂眯g(shù)語(yǔ)“耦合”和“連接”及其派生詞。應(yīng)當(dāng)理解，這些術(shù)語(yǔ)可以用于指示兩個(gè)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(shuō)明和描述特定方面，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，多種替代和/或等效實(shí)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(qǐng)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(quán)利要求書(shū)中的各元素是借助對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽按照特定順序列舉的，除非對(duì)權(quán)利要求的闡述另有暗示用于實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)以上啟示，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多替代產(chǎn)品、修改及變體是顯而易見(jiàn)的。當(dāng)然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易意識(shí)到除本文所述的應(yīng)用之外，還存在本發(fā)明的眾多其它應(yīng)用。雖然已參考一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，仍可對(duì)本發(fā)明作出許多改變。因此，應(yīng)當(dāng)理解，只要是在所附權(quán)利要求書(shū)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(lái)實(shí)踐本發(fā)明。當(dāng)前第1頁(yè)12