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使用绝热锥形波导的边缘耦合

阅读：1发布：2021-09-14

专利汇可以提供使用绝热锥形波导的边缘耦合专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种装置，包括：厚波导 (104)，包括从第一位置到第二位置的第一绝热锥形，其中第一绝热锥形在第一位置处比第二位置处更宽；以及薄板波导(106)，包括：从第一位置到第二位置的第二绝热锥形，其中第二绝热锥形在第二位置处比第一位置处更宽，以及从第二位置到第三位置的第三绝热锥形，其中第三绝热锥形在第二位置处比第三位置处更宽；其中，第一绝热锥形的至少一部分邻近第二绝热锥形，并且第一绝热锥形和第二绝热锥形彼此分离恒定间隙。，下面是使用绝热锥形波导的边缘耦合专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光学模式转换装置，包括：
厚波导，包括：
从第一位置到第二位置的第一绝热锥形，其中所述第一绝热锥形在所述第一位置处比所述第二位置处更宽；以及
第一厚度，在120纳米(nm)到1微米(μm)之间；薄板波导，其中所述薄板波导比所述厚波导薄10％到90％，包括：
从所述第一位置到所述第二位置的第二绝热锥形，其中所述第二绝热锥形在所述第二位置处比所述第一位置处更宽；以及
从所述第二位置到第三位置的第三绝热锥形，其中所述第三绝热锥形在所述第二位置处比所述第三位置处更宽；以及
至少部分地邻近所述第三绝热锥形的低折射率波导；其中所述第一绝热锥形的至少一部分邻近所述第二绝热锥形；并且
其中所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形彼此分离恒定间隙。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述厚波导和所述薄板波导为高折射率波导。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隙在50纳米(nm)至1微米(μm)之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述厚波导和所述薄板波导被置于绝缘体上硅(SOI)基板或磷化铟基板上。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述低折射率波导包括氧氮化硅(SiON)、富硅氧化物(SiOx)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)或碳化硅(SiC)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述低折射率波导至少部分地覆盖所述第三绝热锥形。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述低折射率波导为悬挂氧化物波导。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述低折射率波导通过覆层与所述第三绝热锥形分离。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述覆层为空气。
10.一种光学模式转换方法，包括：
在第一波导上接收光，所述第一波导模式耦合至第二波导并且包括从第一位置到第二位置的第一绝热锥形和第一厚度，其中所述第一绝热锥形在所述第一位置处比所述第二位置处更宽且所述第一厚度在120纳米(nm)到1微米(μm)之间，并且其中所述第二波导比所述第一波导薄10％到90％；
使用第一模式耦合，将光的光学模式从所述第一波导上的所述第一绝热锥形转换为所述第二波导上的从所述第一位置到所述第二位置的第二绝热锥形，其中所述第二绝热锥形在所述第二位置处比所述第一位置处更宽，并且其中所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形彼此分离恒定间隙；
使用第二模式耦合，将所述光学模式从所述第二波导上的从所述第二位置到第三位置的第三绝热锥形转换为第三波导，其中所述第三绝热锥形在所述第二位置处比所述第三位置处更宽且所述第三波导是低折射率波导并且至少部分地邻近所述第三绝热锥形。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述光学模式从所述第一绝热锥形向所述第二绝热锥形的转换与所述第一绝热锥形的第一横截面面积和所述第二绝热锥形的第二横截面面积成比例地分配光学模式能量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中将所述光学模式从所述第一绝热锥形向所述第二绝热锥形的转换使所述光学模式更大。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一绝热锥形在第一位置处比第二位置处更宽，并且所述第二绝热锥形在第二位置处比第三位置处更宽。
14.根据权利要求10所述的方法，其中横跨所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形之间的恒定间隙，执行从所述第一绝热锥形向所述第二绝热锥形的所述第一模式耦合。
15.一种光学模式转换装置，包括：
第一波导，包括从第一位置到第二位置的第一绝热锥形以及第一厚度，其中所述第一绝热锥形在所述第一位置处比所述第二位置处更宽且其中所述第一厚度在120纳米(nm)到
1微米(μm)之间；
第二波导，包括从所述第一位置到所述第二位置的第二绝热锥形和从所述第二位置到第三位置的第三绝热锥形，其中所述第二波导比所述第一波导薄10％到90％，并且其中所述第二绝热锥形在所述第二位置处比所述第一位置处更宽；以及
第三波导，为低折射率波导并且至少部分地邻近所述第三绝热锥形，其中所述第三绝热锥形在所述第二位置处比所述第三位置处更宽；
其中所述第一波导配置成接收光，并且模式耦合至所述第二波导；
其中所述第二波导配置成模式耦合至所述第三波导；
其中所述第一绝热锥形的至少一部分邻近所述第二绝热锥形；并且
其中所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形彼此分离恒定间隙。
16.根据权利要求15所述的装置，其中在所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形之间的模式耦合与所述第一绝热锥形的第一横截面面积和所述第二绝热锥形的第二横截面面积成比例地分配光的光学模式能量。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一波导和所述第二波导为硅。
18.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一波导和所述第二波导为磷化铟。

说明书全文

使用绝热锥形波导的边缘耦合

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求Huapu Pan等人于2014年4月8日提交的美国临时申请No.61/976,803、发明名称为“使用绝热锥形波导的边缘耦合”的优先权，其全部内容通过引用如同复制一样结合在本申请中。

[0003] 关于联邦政府资助的研究或开发声明

[0004] 不适用。

[0005] 参照缩微胶片附录

[0006] 不适用。

背景技术

[0007] 在光学收发器中，希望在一个芯片中集成尽可能多的光子部件。然而，随着集成密度的增加和光子部件的大小缩减，由于光子集成电路(PIC)的波导中模式大小相应地缩减，PIC与诸如光纤的其他光学部件的集成变得愈发困难。例如，在基于硅光子的PIC中的典型450纳米(nm)×220nm波导的模式大小大约为波导本身的大小，而标准单模光纤的模式大小大到9.2微米(μm)。有必要将光学模式从高折射率对比度约束性良好的波导(例如，PIC)向低折射率对比度大波导(例如，光线)转换。然而，这种转换可导致不期望的光损失，应当把这种损失最小化。

[0008] 在制造边缘耦合设备的现有方法中，通过向下渐缩高折射率对比度波导的宽度，以便将模式从高折射率对比度波导向大、低折射率对比度波导转换。然而，转型造成的光损失可取决于高折射率对比度波导的最小宽度，为了实现可接受的光损失，椎体的最小宽度必须制造得小(例如，小于80nm)。在制造边缘耦合设备的其他方法中，通过将光学模式从厚、高折射率对比度波导向薄板、高折射率对比度硅波导转换。薄板本身用作边缘耦合器。然而，使用薄板、高折射率对比度波导的模式大小仍然是受限的。其他现有方法也不足以将光学模式从高折射率波导转换至低折射率波导。例如，简单倒锥形可具有有限的模式大小，而三叉戟边缘耦合设备可能实现不了低耦合损失。

发明内容

[0009] 在一个实施例中，本公开包括一种装置，包括：厚波导，包括从第一位置到第二位置的第一绝热锥形，其中所述第一绝热锥形在所述第一位置处比所述第二位置处更宽；以及薄板波导，包括：从所述第一位置到所述第二位置的第二绝热锥形，其中所述第二绝热锥形在所述第二位置处比所述第一位置处更宽，以及从所述第二位置到第三位置的第三绝热锥形，其中所述第三绝热锥形在所述第二位置处比所述第三位置处更宽；其中，所述第一绝热锥形的至少一部分邻近所述第二绝热锥形，并且所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形彼此分离恒定间隙。

[0010] 在另一个实施例中，本公开包括一种光学模式转换方法，包括：在第一波导上接收光；使用第一模式耦合，将光的光学模式从第一波导上的第一绝热锥形转换为第二波导上的第二绝热锥形；使用第二模式耦合，将所述光学模式从第二波导上的第三绝热锥形转换为第三波导。

[0011] 在再一个实施例中，本公开包括一种装置，包括：第一波导，包括第一绝热锥形并配置成：接收光；并且模式耦合至第二波导上的第二绝热锥形；以及所述第二波导，包括所述第二绝热锥形和第三绝热锥形，并配置成模式耦合至第三波导，其中，第一绝热锥形的至少一部分邻近第二绝热锥形，并且所述第一绝热锥形和所述第二绝热锥形彼此分离恒定间隙。

[0012] 通过以下结合附图和权利要求的详细说明，将更加清楚地理解这些和其它特征。

附图说明

[0013] 为了更加全面地理解本公开，现在参照结合附图和详细说明的以下简要描述，其中相同的附图标记表示相同的部件。

[0014] 图1为一实施例的边缘耦合设备的俯视图。

[0015] 图2为另一实施例的使用覆层波导的边缘耦合设备的俯视图。

[0016] 图3为另一实施例的使用悬挂边缘耦合的边缘耦合设备的俯视图。

[0017] 图4为一实施例的在边缘耦合设备的第一位置厚波导和薄板波导的横截面的能量密度图。

[0018] 图5为一实施例的在边缘耦合设备的第二位置厚波导和薄板波导的横截面的能量密度图。

[0019] 图6为一实施例的在边缘耦合设备的第三位置厚波导和薄板波导的横截面的能量密度图。

[0020] 图7为一实施例的在边缘耦合设备的第四位置厚波导和薄板波导的横截面的能量密度图。

[0021] 图8为一实施例的光学模式转换方法的流程图。

[0022] 图9为另一实施例的光学模式转换方法的流程图。

具体实施方式

[0023] 在本文开始时应当理解，尽管下面只给出了一个或多个实施例的说明性的实现，但是所公开的系统和/或方法可应用各种当前已知的或现有的技术来实现。不能将本公开限制在下文所述的说明性的实现方式、附图和技术中，包括本文所示和所述的示例性设计方案和实现方式，而是可以在所附权利要求的范围内连同其等同物的全部范围内对其进行修改。

[0024] 本文公开了用于改善边缘耦合的实施例。实施例使用水平和垂直方向上的多个倒锥形，来调整边缘耦合设备的模式大小。更具体而言，边缘耦合设备将横电(TE)光学模式从厚波导向薄板波导转换，接着通过向下渐缩薄板波导的宽度，从薄板波导向大尺寸低折射率波导转换。公开的实施例提供了从厚波导向薄板波导的绝热转型，这提供低损耗；为了实现类似的损失，相比使用多级锥度，边缘耦合设备中的最小特征更大，可提供改进的制造公差；以及与其他无源和有源硅光子部件的单片集成。绝热锥形提供缓慢的锥形转型，允许平滑的光学模式转换。

[0025] 图1为一实施例的边缘耦合设备100的俯视图。边缘耦合设备100配置成交流光170并且在厚波导104、薄板波导106和低折射率波导108之间转换光170的光学模式。边缘耦合设备100被配置成使得光170的光学模式从厚波导104向薄板波导106以及从薄板波导106向低折射率波导108的第一方向180转换。例如，边缘耦合设备100被配置成使得厚波导104接收光170，厚波导104经由第一模式耦合向薄板波导106转换光170的光学模式，并且薄板波导106经由第二模式耦合向低折射率波导108转换光学模式。在第一方向180光学模式的转换将光学模式转变为更大的光学模式。光学模式转变为更大的光学模式可用于诸如光学模式从波导转变至光纤的应用中。可替代地，光170的光学模式可从低折射率波导108向薄板波导106以及从薄板波导106向厚波导104的第二方向182转换。在第二方向182光学模式的转换将光学模式转为为更小的光学模式。光学模式转变为更小的光学模式可用于诸如光学模式从光纤转变至芯片的应用中。

[0026] 厚波导104、薄板波导106和低折射率波导108置于基板102上。基板102可由包括但不限于绝缘体上硅(SOI)、磷化铟和氧化物的材料形成。基板102的厚度通常可为220nm，但可以在120nm到1μm的范围内。厚度相对于进入纸面且穿出纸面的轴194来表示。边缘耦合设备100被配置成使得厚波导104的绝热锥形的至少一部分与薄板波导106的绝热锥形部分的至少一部分彼此邻近，并基本平行。厚波导104和薄板波导106之间的间隙158为基本恒定的。间隙158的宽度取决于厚波导104和薄板波导106所用的材料可从约50nm到约1μm变化。术语“约”的使用意思是随后数字的±10％，除非另行指明。例如，当厚波导104和薄板波导
106为硅时，间隙158的宽度可从约100nm到约400nm变化，当厚波导104和薄板波导106为磷化铟时，可从约100nm到约400nm变化，当厚波导104和薄板波导106为氮化硅时，可从约
100nm到约1μm变化。本领域技术人员在查看本公开之后，应理解边缘耦合设备100可以如图所示或以任何其他适当的结构配置。

[0027] 厚波导104的厚度(即，高度)比薄板波导106的厚度更大。在一实施例中，厚波导104的厚度可约等于基板102的厚度。厚波导104为折射率高于低折射率波导(例如，低折射率波导108)的高折射率波导。厚波导104所用的材料的实例包括，但不限于硅、氮化硅和磷化铟。厚波导104从第一位置104A向第二位置104B绝热地渐缩，使得第一位置104A比第二位置104B更宽。宽度相对于轴192来表示，长度相对于轴190来表示。第一位置104A可为任何适当的宽度并随着厚波导104的材料变化。例如，当厚波导104为硅时，第一位置104A的宽度可为约400nm到约500nm，当厚波导104为磷化铟时，第一位置104A的宽度可为约400nm到约
500nm，当厚波导104为氮化硅时，第一位置104A的宽度可为约400nm到约1μm。第二位置104B比第一位置104A的宽度更小。在一实施例中，第二位置104B在制造工艺允许的情况下，尽可能得窄。例如，第二位置104B可以为约130nm或约180nm。可替代地，第二位置104B可以为任何适当的宽度。厚波导104可以如图所示或以任何其他适当的定向、锥度、长度、宽度和/或厚度配置。

[0028] 薄板波导106为高折射率波导。薄板波导106所用的材料的实例包括，但不限于硅、氮化硅和磷化铟。在一实施例中，薄板波导106由与厚波导104相同的材料形成。薄板波导106比厚波导104薄约10％到约90％。薄板波导106的厚度足够小，使得从薄板波导106向低折射率波导108的光学转型损失在工艺公差允许的范围内足够低。厚度可从基板102厚度的
5％到80％变化。薄板波导106被配置成使得薄板波导106的至少一部分160与厚波导104平行。薄板波导106与厚波导104平行的部分160的长度可以为约10μm到约200μm。薄板波导106具有从第一位置106A向第二位置106B的第一绝热锥形，使得第二位置106B比第一位置106A更宽，并具有从第二位置106B向第三位置106C的第二绝热锥形，使得第二位置106B比第三位置106C更宽。在一实施例中，第一位置106A和/或第三位置106C在制造工艺允许的情况下，尽可能得窄。例如，第一位置106A和/或第三位置106C为约130nm到约180nm。在另一实施例中，第一位置106A和/或第三位置106C可为任何适当的宽度。第二位置106B可为任何适当的宽度并随着薄板波导106的材料变化。例如，当薄板波导106为硅时，第二位置106B的宽度可为约400nm到约500nm，当薄板波导106为磷化铟时，第二位置106B的宽度可为约400nm到约500nm，当薄板波导106为氮化硅时，第二位置106B的宽度可为约400nm到约1μm。薄板波导
106可以如图所示或以任何其他适当的定向、锥度、长度、宽度和/或厚度配置。

[0029] 在厚波导104和薄板波导106之间转换的光170的光学模式的量与在指定位置，例如横截面150-156处，厚波导104的横截面面积与薄板波导106的横截面面积的比值成比例。光学模式较大的部分出现在具有较大横截面面积的波导中。例如，当厚波导104的横截面面积比薄板波导106的横截面面积大约90％时，光170的约90％光学模式可出现在厚波导104中。当厚波导104的横截面面积与薄板波导106的横截面面积相当(例如，大约相等)时，光
170的约50％光学模式可出现在厚波导104中。当厚波导104的横截面面积为薄板波导106的横截面面积的约10％时，光170的约10％光学模式可出现在厚波导104中。当第一波导的横截面面积和第二波导的横截面面积相当或大约相同时，光学模式可从第一波导向第二波导转换。

[0030] 低折射率波导108可以为通过移除基板102的埋入氧化物(BOX)下面的硅基板制造的悬挂氧化物波导。用来形成低折射率波导108的材料的实例包括，但不限于，氧氮化硅(SiON)、富硅氧化物(SiOx)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)或其他适当的聚合物。低折射率波导108可具有约1μm至约15μm之间的宽度和/或厚度。低折射率波导108为折射率低于厚波导104和薄板波导106的低折射率波导。低折射率波导108的折射率在约1.4到约3.0的范围内。在一实施例中，薄板波导106的至少一部分162被设置于低折射率波导108中。例如，薄板波导106的第二绝热锥形邻近低折射率波导108。低折射率波导108可部分地或完全地覆盖薄板波导106。在薄板波导106和低折射率波导108之间转换的光170的光学模式量与在指定位置，例如薄板波导106的第三位置106C处，薄板波导106的横截面面积与低折射率波导108的横截面面积的比值成比例。

[0031] 图2为另一实施例的使用覆层210的边缘耦合设备200的俯视图。在图2中，边缘耦合设备200使用薄板波导206和低折射率波导208之间的覆层。边缘耦合设备200被配置成通信光270并且在厚波导204、薄板波导206和低折射率波导208之间转换光270的光学模式。边缘耦合设备200被配置成使得光270的光学模式可从厚波导204向薄板波导206以及从薄板波导206横跨覆层210向低折射率波导208的第一方向280转换。在第一方向280中光学模式的转换将光学模式转化为较大的光学模式。可替代地，光270的光学模式可从低折射率波导208横跨覆层210向薄板波导206以及从薄板波导206向厚波导204的第二方向282转换。在第二方向282中光学模式的转换将光学模式转化为较小的光学模式。

[0032] 厚波导204、薄板波导206、覆层210和低折射率波导208被置于基板202上。基板202可与图1中基板102类似地配置。边缘耦合设备200被配置成使得厚波导204的绝热锥形部分和薄板波导206的绝热锥形部分基本上平行，并且厚波导204和薄板波导206之间的间隙258为基本上恒定的。间隙258可与图1中间隙158类似地配置。本领域技术人员在查看本公开之后，应理解边缘耦合设备200可以如图所示或以任何其他适当的结构配置。

[0033] 厚波导204可与图1中厚波导104类似地配置。厚波导204从第一位置204A向第二位置204B绝热地渐缩，使得第一位置204A比第二位置204B更宽。第一位置204A为任何适当的宽度并随着厚波导204的材料变化。在一实施例中，第二位置204B在制造工艺允许的情况下，尽可能得窄。可替代地，第二位置204B为任何适当的宽度。厚波导204可以如图所示或以任何其他适当的定向、锥度、长度、宽度和/或厚度配置。

[0034] 薄板波导206可与图1中薄板波导106类似地配置。薄板波导206配置成使得薄板波导206的至少一部分260与厚波导204平行。薄板波导206具有从第一位置206A到第二位置206B的第一绝热锥形，使得第二位置206B比第一位置206A更宽，并具有从第二位置206B到第三位置206C的第二绝热锥形，使得第二位置206B比第三位置206C更宽。在一实施例中，第一位置206A和/或第三位置206C在制造工艺允许的情况下，尽可能得窄。在另一实施例中，第一位置206A和/或第三位置206C可为任何适当的宽度。第二位置206B为任何适当的宽度并随着薄板波导206的材料变化。薄板波导206可以如图所示或以任何其他适当的定向、锥度、长度、宽度和/或厚度配置。在厚波导204和薄板波导206之间转换的光270的光学模式量与在指定位置，例如横截面250-256处，厚波导204的横截面面积与薄板波导206的横截面面积的比值成比例。

[0035] 薄板波导206的绝热锥形的至少一部分262置于覆层210和低折射率波导108中。低折射率波导208可与图1中低折射率波导108类似地配置。低折射率波导208通过形成间隙264的覆层210与薄板波导206分离。在一实施例中，间隙264可与图1中间隙158类似地配置。
在薄板波导206和低折射率波导208之间转换的光270的光学模式量与在指定位置，例如薄板波导206的第三位置206C处，薄板波导106的横截面面积与低折射率波导208的横截面面积的比值成比例。

[0036] 图3为另一实施例的使用悬挂边缘耦合的边缘耦合设备300的俯视图。在图3中，边缘耦合设备使用薄板波导306和低折射率芯体302之间的悬挂边缘耦合。边缘耦合设备300被配置成通信光370并且在厚波导304、薄板波导306和低折射率芯体302之间转换光370的光学模式。边缘耦合设备300被配置成使得光370的光学模式可从厚波导304向薄板波导306以及从薄板波导306横跨空气覆层308向低折射率芯体302的第一方向380转换。在第一方向380中光学模式的转换将光学模式转化为较大的光学模式。可替代地，光370的光学模式可从低折射率芯体302横跨空气覆层308向薄板波导306以及从薄板波导306向厚波导304的第二方向382转换。在第二方向382中光学模式的转换将光学模式转化为较小的光学模式。

[0037] 厚波导304和薄板波导306置于低折射率芯体302上。低折射率芯体302为折射率低于厚波导304和薄板波导306的低折射率波导。低折射率芯体302由包括但不限于氧化硅、氮氧化硅、碳化硅和氧化铝的材料形成。边缘耦合设备300被配置成使得厚波导304的绝热锥形部分和薄板波导306的绝热锥形部分基本上平行，并且厚波导304和薄板波导306之间的间隙358为基本上恒定的。间隙358可与图1中间隙158类似地配置。本领域技术人员在查看本公开之后，应理解边缘耦合设备300可以如图所示或以任何其他适当的结构配置。

[0038] 厚波导304可与图1中厚波导104类似地配置。厚波导304从第一位置304A向第二位置304B绝热地渐缩，使得第一位置304A比第二位置304B更宽。第一位置304A为任何适当的宽度并随着厚波导304的材料变化。在一实施例中，第二位置304B在制造工艺允许的情况下，尽可能得窄。可替代地，第二位置304B为任何适当的宽度。厚波导304可以如图所示或以任何其他适当的定向、锥度、长度、宽度和/或厚度配置。

[0039] 薄板波导306可与图1中薄板波导106类似地配置。薄板波导306被配置成使得薄板波导306的至少一部分360与厚波导304平行。薄板波导306具有从第一位置306A向第二位置306B的第一绝热锥形，使得第二位置306B比第一位置306A更宽，并具有从第二位置306B向第三位置306C的第二绝热锥形，使得第二位置306B比第三位置306C更宽。在一实施例中，第一位置306A和/或第三位置306C在制造工艺允许的情况下，尽可能得窄。在另一实施例中，第一位置306A和/或第三位置306C可为任何适当的宽度。第二位置306B为任何适当的宽度并随着薄板波导306的材料变化。薄板波导306可以如图所示或以任何其他适当的定向、锥度、长度、宽度和/或厚度配置。在厚波导304和薄板波导306之间转换的光370的光学模式量与在指定位置，例如横截面350-356处，厚波导304的横截面面积与薄板波导306的横截面面积的比值成比例。

[0040] 薄板波导306的绝热锥形的至少一部分362通过间隙364与空气覆层308分离。在一实施例中，间隙364可与图1中间隙158类似地配置。进一步地，间隙364可由二氧化硅(SiO2)或本领域技术人员在查看本公开之后能想到的任何其他适当的材料填充。在薄板波导306和低折射率芯体302之间转换的光370的光学模式量与在指定位置，例如薄板波导306的第三位置306C处，薄板波导106的横截面面积与低折射率芯体302的横截面面积的比值成比例。

[0041] 图4为一实施例的在边缘耦合设备的第一位置厚波导402和薄板波导404的横截面400的能量密度图。例如，横截面400对应图1中厚波导104和薄板波导106的横截面150。厚波导402的横截面面积远大于薄板波导404的横截面面积。横截面400示出了厚波导402和薄板波导404的模式能量密度和模式分布(profile)。横截面400显示了光学模式的模式能量的实质部分(例如，95％以上)在厚波导402中，并且光学模式的模式能量几乎不在薄板波导
404中。

[0042] 图5为一实施例的在边缘耦合设备的第二位置厚波导502和薄板波导504的横截面500的能量密度图。例如，横截面500对应图1中厚波导104和薄板波导106的横截面152。厚波导502的横截面面积与薄板波导504的横截面面积相当(例如，大约相同)。横截面500示出了厚波导502和薄板波导504的模式能量密度和模式分布。横截面500示出了大约等量的光学模式的模式能量在厚波导502和薄板波导504中。

[0043] 图6为一实施例的在边缘耦合设备的第三位置厚波导602和薄板波导604的横截面600的能量密度图。例如，横截面600对应图1中厚波导104和薄板波导106的横截面154。厚波导602的横截面面积小于薄板波导604的横截面面积。横截面600示出了厚波导602和薄板波导604的模式能量密度和模式分布。横截面600示出了绝大多数光学模式的模式能量在薄板波导604中。

[0044] 图7为一实施例的在边缘耦合设备的第四位置厚波导702和薄板波导704的横截面700的能量密度图。例如，横截面700对应图1中厚波导104和薄板波导106的横截面156。厚波导702的横截面面积远小于薄板波导704的横截面面积。横截面700示出了厚波导702和薄板波导704的模式能量密度和模式分布。横截面700显示了光学模式的模式能量几乎不在厚波导702中，并且光学模式的模式能量的实质部分(例如，95％以上)在薄板波导704中。

[0045] 图8为一实施例的使用边缘耦合设备的光学模式转换方法800的流程图。所述边缘耦合设备被配置成通信光并在第一方向(例如，图1中方向180)在厚波导、薄板波导和低折射率波导或芯体之间转换光的光学模式。由此，所述边缘耦合设备被配置成转化光学模式为较大的光学模式。边缘耦合设备可与图1中边缘耦合设备100、图2中边缘耦合设备200、图3中边缘耦合设备300相似地配置。在步骤802，边缘耦合设备在绝热锥形厚波导上接收光。
厚波导可与图1中厚波导104、图2中厚波导204或图3中厚波导304类似地配置。在步骤804，使用厚波导上的绝热锥形和薄板波导上的第一绝热锥形之间的模式耦合，厚波导将光的光学模式转换为薄板波导。当约92.5％至约97.5％的光学模式能量从第一波导(例如，厚波导)向第二波导(例如，薄板波导)转换时，发生模式转换。薄板波导与图1中薄板波导106、图
2中薄板波导206或图3中薄板波导306类似地配置。在步骤806，使用薄板波导上的第二绝热锥形和低折射率波导之间的模式耦合，薄板波导将光的光学模式转换为低折射率波导。低折射率波导可与图1中低折射率波导108、图2中低折射率波导208或图3中低折射率波导302类似地配置。

[0046] 图9为另一实施例使用边缘耦合设备的光学模式转换方法900的流程图。所述边缘耦合设备被配置成通信光并在第二方向(例如，图1中方向182)在厚波导、薄板波导和低折射率波导或芯体之间转换光的光学模式。由此，所述边缘耦合设备被配置成将光学模式转化为较小的光学模式。边缘耦合设备可与图1中边缘耦合设备100、图2中边缘耦合设备200和图3中边缘耦合设备300类似地配置。在步骤902，边缘耦合设备在低折射率波导上接收光。低折射率波导可与图1中低折射率波导108、图2中低折射率波导208或图3中低折射率芯体302类似地配置。在步骤904，使用低折射率波导和薄板波导上的第一绝热锥形之间的模式耦合，低折射率波导将光的光学模式转换为薄板波导。薄板波导可与图1中薄板波导106、图2中薄板波导206或图3中薄板波导306类似地配置。在步骤906，使用薄板波导上的第二绝热锥形和厚波导上的绝热锥形之间的模式耦合，薄板波导将光的光学模式转换为厚波导。厚波导可与图1中厚波导104、图2中厚波导204或图3中厚波导304类似地配置。

[0047] 尽管本公开已经提供了一些实施例，应理解，在不脱离本公开的精神或范围内，公开的系统和方法也可体现在许多其他特定的形式中。本实施例被看作是说明性的，而不是限制性的，目的不是要限制在本文给出的细节。例如，多种元件或组件可被组合或集成在其它系统中，或者省略或不实现特定的特征。

[0048] 此外，可将在各个实施例中描述并示出为离散的或独立的技术、系统、子系统及方法与其它系统、模块、技术或方法加以结合或整合，而不脱离本公开的范围。示出或讨论的彼此耦合或直接耦合或通信的其它项可通过不管是电、机械或其它方式的某个接口、设备或中间组件间接耦合或通信。本领域技术人员可以想到并且在不脱离本文公开的精神和范围的情况下，可作出变化、替换和改变的其它示例。

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