用于光学系统的光输出设备和光输出方法与流程

本公开整体涉及在光子集成电路中传送和输出光。更具体地，本文的实施方案涉及一种具有用于从波导输出光的片上透镜的光学系统。

背景技术：

1、一般来讲，光子集成电路包括具有光源的光学系统。在一些光学系统中，由光源发射的光经由输出小面从光学系统输出。这些输出小面可劈裂和抛光以提高从光学系统输出光的效率。尽管大部分光将被输出，但一部分光可从输出小面反射回来并且进入到光学系统中，而不是离开光学系统。该背反射光可传播回输出波导和/或光源，这通常会产生伪标准具并影响光源的稳定性。

技术实现思路

1、本公开中描述的系统、设备、方法和装置的实施方案涉及包括具有片上透镜的光输出设备的光子集成电路。还描述了涉及具有面内透镜的光学系统的系统、设备、方法和装置，该面内透镜减少可耦合回到输出波导中的背反射光。该光学系统可包括输出波导，该输出波导远离该平板波导的该输出侧定位并且传输光，使得该光可传播穿过该平板波导，之后才穿过该平板波导的该输出侧。该平板波导的该输出侧形成或以其他方式包括透镜，该透镜可改变光相对于光轴传播的方向。由于该面内透镜在该平板波导的平面中，因此减少了进入到该输出波导中的背反射。

2、在一些实施方案中，本公开描述了一种光学系统。该光学系统可包括平板波导，该平板波导具有自由传播区域和输出侧。该光学系统还可包括限定在该平板波导中的输出波导，该输出波导包括：传播区域，光传播穿过该传播区域，并且该输出波导包括第一侧和与该第一侧相反的第二侧；第一光约束区域，该第一光约束区域与该传播区域的该第一侧相邻；以及第二光约束区域，该第二光约束区域与该传播区域的该第二侧相邻。该输出波导可在该平板波导的该输出侧之前并且在该自由传播区域之前终止，该光可离开该传播区域进入该自由传播区域中，并且该光可在该输出侧处离开该自由传播区域，从而减少进入该输出波导中的背反射。

3、在另一实施方案中，本公开描述了一种用于导引光的方法。该方法可包括：使该光传播穿过输出波导；将该光从该输出波导发射到平板波导的自由传播区域中；以及使该光从该平板波导穿过位于该平板波导的该输出侧中的光学元件，从而减少该光的来自该平板波导的该输出侧的背反射。

4、在另一实施方案中，本公开描述了一种光学系统。该光学系统可包括平板波导和限定在该平板波导中的输出波导。该输出波导可包括：传播区域，该传播区域允许光从其中穿过；第一光约束区域，该第一光约束区域与该传播区域的第一侧相邻；以及第二光约束区域，该第二光约束区域与该传播区域的第二侧相邻，该第二侧与该传播区域的该第一侧相反。该光学系统还可包括光学元件，该光学元件限定在该平板波导的输出侧中，其中该输出波导在该平板波导的该输出侧之前终止，使得从该输出波导的该传播区域发射的该光传播穿过该平板波导，之后才穿过该光学元件，从而减少该光离开该光学元件并进入该输出波导中的背反射。

5、再其他实施方案涉及一种光子集成电路，该光子集成电路包括基板、包层和波导层。该波导层包括具有侧表面的平板波导以及输出波导，该输出波导包括第一光约束区域、第二光约束区域以及波导芯，该波导芯位于该第一光约束区域和该第二光约束区域之间。该平板波导的该侧表面限定形成具有半圆形曲线的柱面透镜的光学元件，该输出波导在该平板波导中终止于该输出波导和该平板波导之间的结合部处，并且该输出波导被定位成使得从该输出波导引入该平板波导中的输入光通过该侧表面离开该光子集成电路。

6、在这些变型中的一些变型中，该半圆形曲线具有曲率中心，并且该输出波导相对于该曲率中心横向偏移。在这些变型中的一些变型中，该输出波导和该平板波导之间的该结合部可与该曲率中心对准。在其他变型中，该输出波导和该平板波导之间的该结合部位于该曲率中心后方，使得该曲率中心位于该结合部和该光学元件之间。在再其他变型中，该输出波导和该平板波导之间的该结合部位于该曲率中心前方，使得该结合部位于该结合部和该光学元件之间。

7、在这些变型中的其他变型中，该波导层包括部分蚀刻区域，该部分蚀刻区域位于该输出波导和该平板波导的该侧表面，使得从该输出波导引入该平板波导中的该输入光穿过该部分蚀刻区域。附加地或另选地，该输出波导包括位于该结合部处的折射率调整区域，在该折射率调整区域中，该第一光约束区域和该第二光约束区域中的一者或两者的宽度在朝向该结合部的方向上减小。在其他变型中，该输出波导包括位于该结合部处的折射率调整区域，在该折射率调整区域中，该波导芯的宽度在朝向该结合部的方向上增大。

8、再其他实施方案涉及一种光子集成电路，该光子集成电路包括波导层，该波导层包括：侧表面，该侧表面限定多个光学元件；多个平板波导；以及多个输出波导。该多个输出波导中的每个输出波导包括第一光约束区域、第二光约束区域以及波导芯，该波导芯位于该第一光约束区域和该第二光约束区域之间。该多个光学元件中的每个光学元件与该多个平板波导中的对应平板波导以及该多个输出波导中的对应输出波导相关联，使得从该对应输出波导引入该对应平板波导中的输入光通过该光学元件离开该光子集成电路。

9、在这些变型中的一些变型中，每个光学元件形成片上透镜。该多个光学元件中的每个光学元件可形成具有半圆形曲线的柱面透镜，该半圆形曲线具有曲率中心。在这些实施方案中的一些实施方案中，该多个波导中的每个输出波导从与该输出波导相关联的该光学元件的该曲率中心横向偏移。在其他变型中，该多个平板波导中的全部平板波导光学连接。

10、本文所述的其他实施方案涉及一种光学系统，该光学系统包括光源单元、光子集成电路以及控制器。该光子集成电路包括侧表面以及光学地连接到该光源单元的多个发射器。每个发射器包括：形成在该侧表面中的光学元件；平板波导；以及输出波导，该输出波导被定位成使得从该输出波导引入该平板波导中的输入光通过该光学元件离开该光子集成电路。该控制器被配置为控制该多个发射器发射输出光。

11、在这些变型中的一些变型中，该多个发射器具有相同配置，使得每个发射器生成具有相同形状和方向的输出光束。附加地或另选地，该光子集成电路包括多个相移器，其中该多个相移器中的每个相移器可控制以调整由对应发射器的输出波导承载的光的相位。在这些变型中的一些变型中，该控制器被配置为选择性地控制由该多个发射器中的每个发射器发射的输出光的相位。附加地或另选地，该控制器被配置为选择性地控制该多个发射器中的哪个发射器发射输出光。附加地或另选地，该控制器被配置为选择性地控制由该多个发射器中的每个发射器发射的输出光的强度。附加地或另选地，该控制器被配置为选择性地控制由该多个发射器中的每个发射器发射的输出光的一个或多个波长。

12、本文所述的其他实施方案涉及一种光子集成电路，该光子集成电路具有基板、包层和波导层。该波导层包括平板波导和波导，其中该波导包括：第一光约束区域、第二光约束区域以及波导芯，该波导芯位于该第一光约束区域和该第二光约束区域之间。该波导在该波导和该平板波导之间的结合部处终止于该平板波导中，并且该波导包括位于该结合部处的折射率调整区域，在该折射率调整区域中，该第一光约束区域和该第二光约束区域中的一者或两者的宽度在朝向该结合部的方向上减小。

13、在这些变型中的一些变型中，该波导层包括分光器，其中该分光器包括该平板波导、该波导以及多个输出波导。该分光器被配置为使得从该波导引入该平板波导中的输入光在该多个输出波导之间被分割。在其他变型中，该波导层包括限定光学元件的侧表面，并且该波导被定位成使得从该波导引入该平板波导中的输入光通过该侧表面离开该光子集成电路。在这些变型中的一些变型中，该光学元件形成片上透镜。在其他变型中，该光学元件包括衍射光栅。

14、在其他变型中，该波导芯的宽度在该折射率调整区域中是恒定的。在又其他变型中，该波导芯的宽度在该折射率调整区域中在朝向该结合部的方向上绝热地变窄。在又其他变型中，该波导芯的宽度在该折射率调整区域中在朝向该结合部的方向上非绝热地增大。附加地或另选地，该第一光约束区域和该第二光约束区域中的一者或两者的宽度在朝向该结合部的方向上线性减小。

15、再其他实施方案涉及一种光子集成电路，该光子集成电路包括基板、包层和波导层，其中该波导层包括平板波导和波导。该波导包括第一光约束区域、第二光约束区域以及波导芯，该波导芯位于该第一光约束区域和该第二光约束区域之间。该波导在该波导和该平板波导之间的结合部处终止于该平板波导中，并且该波导包括位于该结合部处的折射率调整区域，在该折射率调整区域中，该波导芯的宽度在朝向该结合部处的方向上增大。在这些变型中的一些变型中，该波导层包括分光器，其中该分光器包括该平板波导、该波导以及多个输出波导。该分光器被配置为使得从该波导引入该平板波导中的输入光在该多个输出波导之间被分割。在其他变型中，该波导层包括限定光学元件的侧表面，并且该波导被定位成使得从该波导引入该平板波导中的输入光通过该侧表面离开该光子集成电路。在这些变型中的一些变型中，该光学元件形成片上透镜。

16、附加地或另选地，该波导芯的宽度在该折射率调整区域中非绝热地增大。附加地或另选地，该第一光约束区域和该第二光约束区域的宽度在该折射率调整区域中是恒定的。在一些变型中，该波导包括附加区域，使得该折射率调整区域位于该附加区域和该结合部之间，在该附加区域中，该波导芯的宽度在朝向该结合部的方向上绝热地变窄。附加地或另选地，该波导芯的宽度在该折射率调整区域中线性增大。

17、又其他实施方案涉及一种光学系统，该光学系统包括：光源单元，该光源单元被配置为生成目标波长范围内的一组波长；以及光子集成电路。该光子集成电路包括基板、包层和波导层，其中该波导层包括平板波导和波导。该波导包括第一光约束区域、第二光约束区域以及波导芯，该波导芯位于该第一光约束区域和该第二光约束区域之间。该波导在该波导和该平板波导之间的结合部处终止于该平板波导中，并且该波导包括折射率调整区域，该折射率调整区域被定位成其中该第一光约束区域和该第二光约束区域中的每一者的宽度在朝向该结合部处的方向上从第一宽度变窄到第二宽度。

18、在这些变型中的一些变型中，该第一光约束区域和该该第二光约束区域中的每一者的具有该第二宽度的部分具有一定长度，使得该长度是该目标波长范围内的波长的四分之一。附加地或另选地，该波导芯的宽度在该折射率调整区域中从第三宽度增大到第四宽度。

19、除了本文所述的示例性方面和实施方案之外，通过参考附图并通过研究以下描述，更多方面和实施方案将为显而易见的。