具有減小的偏振相關(guān)損耗的硅基光電集成電路相關(guān)申請信息本申請要求通過引用并入在此的2010年12月15日提交的美國臨時申請61/423,432的優(yōu)先權(quán)。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及硅基光電集成電路(silicon-basedopto-electronicintegratedcircuit)，更具體而言涉及具有減小的偏振相關(guān)損耗(polarizationdependentloss)的光電集成電路。

背景技術(shù)：
包括光纖和光電器件的光網(wǎng)絡(luò)是高速通信系統(tǒng)的一個重要方面，尤其是因為其允許在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各種組件之間高效、準確且迅速地傳輸數(shù)據(jù)的能力。與大多數(shù)通信系統(tǒng)一樣，光網(wǎng)絡(luò)中對空間和功率的高效使用具有越來越高的重要性。另外，這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計考慮必須考慮到網(wǎng)絡(luò)中包括的特定組件的模塊化。確實，模塊化組件在光纖系統(tǒng)中對于減小制造系統(tǒng)的成本是合乎需要的，而該成本隨著系統(tǒng)變得更定制化而增大。這是基于絕緣體上硅(SOI)的光組件正變成優(yōu)選替換方案的至少一個原因，其中諸如激光器、光電二極管、有源光器件和無源光器件之類的光元件與相關(guān)聯(lián)的光波導(dǎo)被安裝在同一SOI襯底上(或集成在同一SOI襯底內(nèi))。在一些情況下，用于控制有源光器件的電集成電路(IC)與光器件一起被安裝在共同的SOI襯底上/集成在共同的SOI襯底內(nèi)。模塊化組件的一個示例是光接收器模塊，其也可以是整個光收發(fā)器組合件(包括光發(fā)送器模塊和光接收器模塊兩者)的一部分，或者還包括波分復(fù)用/解復(fù)用的光轉(zhuǎn)換器。典型的光接收器模塊包括用于光纖(或其他光 傳播布置)的輸入端口/信道、用于檢測傳入的光信號的光電二極管，以及用于將光信號轉(zhuǎn)換成與其他網(wǎng)絡(luò)組件兼容的數(shù)字電信號的感測電路，其中硅基光波導(dǎo)被用于互連這各種組件。雖然這種模塊化組件在與分立的元件布置相比時在降低成本方面表現(xiàn)出巨大改善，但仍有一個問題在于模塊中利用的硅基光波導(dǎo)遭受偏振相關(guān)損耗。也就是說，硅波導(dǎo)的TE(橫電波)和TM(橫磁波)模式的傳播常數(shù)是不同的，并且沿著波導(dǎo)傳播的混合偏振的光信號在一個偏振模式中相對于另一偏振模式將經(jīng)歷更大程度的衰減。為了克服該損耗，偏振分集光器件經(jīng)常被用于沿著兩個分開的偏振維持波導(dǎo)分割光信號，其中TE模式信號被保持沿著第一波導(dǎo)，并且TM模式信號被重定向為沿著第二波導(dǎo)以與TE模式對齊。很明顯，對引入偏振分集光器件的需要增加了最終組合件的成本。從而，仍存在減小與對模塊化光組件的利用相關(guān)聯(lián)的偏振相關(guān)問題的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明通過策略性地將光電檢測器件放置得盡可能靠近光信號進到光電電路布置中的進入點，解決了與光電電路布置中的光波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的偏振相關(guān)損耗問題。雖然傳入光信號將包括TE和TM模式兩者，通過使信號在到達光電檢測器件之前必須沿其傳播的光波導(dǎo)路徑的長度最小化，與TM模式信號相關(guān)聯(lián)的衰減將可忽略。在一個實施例中，本發(fā)明包括一種硅基光電電路，其形成在硅襯底上并且至少包括光接收組件，該電路包括：在硅襯底中形成的光波導(dǎo)，用于接收傳入的光信號，該光信號表現(xiàn)出橫電波(TE)和橫磁波(TM)成分兩者；以及毗鄰光波導(dǎo)部署的光電檢測器件，用于捕捉接收到的光信號并將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電等同物，其中光波導(dǎo)被配置為具有短長度，使得與接收到的光信號的TM成分相關(guān)聯(lián)的偏振相關(guān)損耗可忽略(例如，可能小于1dB，或者小于在維持充分的信號完好性的同時對信號變化的最大可允許系統(tǒng)級容限)。在一個實施例中，混合偏振光信號沿其傳播的相對短波導(dǎo)包括耦合方案，該耦合方案包括納米錐耦合終端，在該處信號被引入到硅襯底。納米錐耦合終端可被利用來改善傳入信號與波導(dǎo)之間的耦合效率。然而，一般地，可以使用任何適當(dāng)類型的耦合方案。此外，還可能從與用于形成光電檢測器件的材料相同的材料制作相對短的波導(dǎo)，從而組合了耦合和光電檢測的功能。本發(fā)明的其他和進一步的方面和優(yōu)點在以下論述的過程中通過參考附圖將變得清楚。附圖說明現(xiàn)在參考附圖，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的光電集成電路，包括電路的入口與光電檢測器件之間的相對長的光波導(dǎo)信號路徑；圖2是對于沿著硅光波導(dǎo)傳播的光信號，作為長度的函數(shù)的TM和TE損耗的圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明形成的布置的頂視圖，其中光電檢測器件被定位來在光信號僅傳播過較短長度的光波導(dǎo)之后攔截光信號；并且圖4是根據(jù)本發(fā)明形成的短長度光波導(dǎo)和光電檢測器件的組合的放大視圖。具體實施方式圖1示出了示例性的現(xiàn)有技術(shù)光電集成電路1，其利用單個傳入光波導(dǎo)2(有時是光纖)來在光電集成電路1和其他外部組件(未示出)之間傳送光信號。在此特定配置中，波分復(fù)用器(WDM)3被用于將“傳入”/接收的光信號R(以第一波長λ1工作)與“傳出”/發(fā)送的光信號O(以第二波長λ2工作)分離。光電集成電路1包括基于絕緣體上硅(SOI)的電路，所述基于絕緣體上硅(SOI)的電路利用硅襯底作為其上形成各個組件的平臺，以及相對薄(即，厚度小于一微米)的硅表面層，所述硅表面層內(nèi)形成光波導(dǎo)。以傳統(tǒng)的方式，并且與本發(fā)明的主題不特別相關(guān)地，可調(diào)諧激光源4被用于創(chuàng)建CW光信號，該CW光信號在此示例中隨后被應(yīng)用作為調(diào)制器5的輸入。電數(shù)字數(shù)據(jù)輸入信號D被用于對調(diào)制器5的CW光輸入進行調(diào)制并且創(chuàng)建經(jīng)調(diào)制的光輸出信號O，該光輸出信號O隨后經(jīng)過WDM3被耦合到光波導(dǎo)2中。與本發(fā)明的主題更相關(guān)的是從接收到的光信號R恢復(fù)傳入的電數(shù)據(jù)信號的處理。如圖1中所示，接收到的光信號R沿著波導(dǎo)2傳播，被耦合到WDM3中，WDM3隨后將與傳入信號相關(guān)聯(lián)的特定波長指引到光波導(dǎo)6中。光信號R沿著波導(dǎo)6傳播，直到其到達光電二極管7，光電二極管7用來光信號轉(zhuǎn)換成等同的電信號。以本領(lǐng)域中公知的傳統(tǒng)方式，電信號(例如在跨阻抗放大器8中)被放大并被進一步處理以生成具有可接受的誤比特率(BER)的相對“清潔”的電信號E。雖然在圖1的示圖中沒有直接示出，但如上所述一個持續(xù)的關(guān)注點是接收到的光信號R中的偏振相關(guān)損耗的存在。如果在電路1的輸入處沒有利用偏振維持光器件的嘗試(包括對偏振維持波導(dǎo)2的使用)，則傳入的接收信號R將具有“混合”偏振，包括TE和TM成分兩者。圖2是示出與沿著硅基光波導(dǎo)傳播的光信號相關(guān)聯(lián)的TE和TM損耗兩者的示圖。如圖所示，與TE模式相關(guān)聯(lián)的傳播損耗基本上是可忽略的(即，小于9×10-9dB/cm)。然而，與傳播TM模式相關(guān)聯(lián)的損耗較大，在1.5μm的波長下具有大約250dB/cm的值，并且在1.3μm的波長下具有大約46dB/cm的值。隨著兩個偏振成分沿著波導(dǎo)6傳播，TM成分將繼續(xù)經(jīng)歷更大程度的損耗，如圖2的曲線圖中所示。因此，在大多數(shù)情況下，在輸入處(或者在沿著波導(dǎo)6的某點處)使用偏振控制光器件以重定向沿著TE軸的TM偏振信號，并且最小化與傳播TM模式相關(guān)聯(lián)的損耗。偏振控制光器件的添加被認為是成本相對較高的提議，增加了光電電路布置的組件和復(fù)雜度。因此，根據(jù)本發(fā)明，提出了光電集成電路的替換拓撲，如圖3中所示，其解決了現(xiàn)有技術(shù)的偏振相關(guān)損耗問題，而不需要添加成本高昂的偏振校正光器件。圖3是根據(jù)本發(fā)明形成的示例性光電集成電路10的頂視圖。如圖所示，與接收傳入的光信號R并將此光信號變換成等同的電數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的組件被定位得盡可能靠近傳入光信號到集成電路10的進入點。在此特定實施例中，光纖12被用于向集成電路10提供光信號R(作為替代，自由空間傳播的光信號R或者來自單獨的組件的沿著平面光波導(dǎo)傳播的光信號可被利用來向光電集成電路10提供光信號R)。在圖3的特定實施例中，光纖12被示為終止在透鏡14處，該透鏡14用來將接收到的光信號R聚焦到短光波導(dǎo)16中。根據(jù)本發(fā)明，光電檢測器件18被示為沿著短光波導(dǎo)16定位以攔截光信號R并將此信號轉(zhuǎn)換成電等同物。圖4是短光波導(dǎo)16和被定位為接收光信號R的光電檢測器件18的放大視圖。短光波導(dǎo)16被形成為具有長度L，該長度L被選擇來限制與TM模式的傳播相關(guān)聯(lián)的光信號損耗。例如，對于L＝10μm的配置，損耗在λ＝1.5μm處大約僅為0.25dB或者在λ＝1.3μm處為0.046db。10μm的值只是示例性的，并且已知其是傳播光信號的波長的函數(shù)。一般地，光波導(dǎo)16的短長度是作為特定應(yīng)用和能夠容忍的偏振相關(guān)損耗的量(例如損耗限于小于1dB的值)的函數(shù)來選擇的。在其他配置中，損耗的可接受水平可被定義為在維持充分的信號完好性的同時對信號變化的最大可允許系統(tǒng)級容限。圖4還包括短光波導(dǎo)16的末端區(qū)域的放大視圖的插圖，該末端區(qū)域在此情況下被形成為納米錐(nanotaper)終端16-T。雖然不是必需的，但對納米錐終端的利用將改善傳播光信號到短光波導(dǎo)16中的耦合效率。在示例性實施例中，光波導(dǎo)16由與光電檢測器件18相同的半導(dǎo)體材料形成(例如，鍺可被用于波導(dǎo)和檢測器兩者-對鍺的選擇只是示例性的)，其中將相同材料用于波導(dǎo)和光電檢測器兩者將進一步減小與光信號的TM模式相關(guān)聯(lián)的傳播損耗。已發(fā)現(xiàn)，通過將光電檢測器件18定位得靠近接收到的光信號R進入光電集成電路10的位置，傳播光信號的TM模式損耗將充分低到對于大多數(shù)商業(yè)系統(tǒng)設(shè)計都可忽略。也就是說，由于接收到的光信號R在到達光電檢測器件之前不必沿著相對長的長度(例如數(shù)百微米)的光波導(dǎo)傳播 (像傳統(tǒng)布置中常見的那樣，如圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)布置中所示)，所以最低量的偏振相關(guān)損耗可被忽略。一旦接收到的光信號已被變換成其電等同物，類似的處理就繼續(xù)(例如利用跨阻抗放大器20)以恢復(fù)可接受的電數(shù)據(jù)信號。在如圖3中所示的特定布置中，可調(diào)諧激光源4和調(diào)制器5(等同于上述現(xiàn)有技術(shù)布置)被部署在允許創(chuàng)建相對緊湊的光電電路的位置。在此情況下，接收器(例如跨阻抗放大器20)和發(fā)送器(例如驅(qū)動器電路22)兩者的電子器件都是在部署于光電集成電路10附近的共同電子模塊中形成的。這應(yīng)當(dāng)僅被認為是示例性實施例，與電路的發(fā)送部分相關(guān)聯(lián)的光電組件的任何其他適當(dāng)?shù)牟贾枚伎杀焕?，如果確實發(fā)送組件形成光電集成電路10的一部分的話。在已參考本發(fā)明的具體實施例詳細描述了本發(fā)明后，將會清楚，在不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，修改和變化是可能的。更具體而言，雖然本發(fā)明的一些方面在這里被確定為優(yōu)選的或特別有利的，但設(shè)想到了本發(fā)明不一定限于本發(fā)明的那些優(yōu)選方面。