一种光学芯片及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体领域和光电集成领域，并且更具体地，涉及一种光学芯片及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，为了适应人工智能、云、高性能计算等应用场景中，对信息的传输和计算需求的爆炸性增长，全光信息处理系统逐渐进入集成芯片化时代。相比于传统的基于光纤连接不同功能器件的方式构建的分立式光学信息处理系统，集成芯片化的光学系统(即光学芯片)不仅不易受到温度、磁场、噪声变化等情况的影响，具有更强的抗干扰性；同时，系统整体尺寸的集成化，可以将光学信息处理系统的带宽密度提升若干个数量级，大幅降低功耗密度，使其满足大规模信息处理的实际需求。
3.在光学芯片中，可以包括光信号的产生、调制、被动传输和探测等多种具有不同功能的模块，以实现单一芯片上光学信号的传输和处理。这些模块的构建，对所需要的光学材料的特性各不相同。例如，对于芯片中的光信号产生和探测模块，需要使用具有较高增益和吸收系数的材料；对于传输模块，需要使用光学透明(即增益和吸收系数较低)的材料，以降低芯片整体的信号传输损耗。因此，光学芯片的构建很难基于单一材料，其通常选用多种材料构建不同的功能模块，并进行异质集成。
4.在构建异质集成光学芯片过程中，需要将利用不同材料构建的不同功能模块，在沿着芯片平面内方向或法向的投影进行高精度机械对准，因此，限制了此类异质集成光学芯片的制备效率。


技术实现要素：

5.本技术提供一种光学芯片及其制备方法，该光学芯片各功能层中的光学结构无需基于机械方式光学对准，能够提升异质集成光学芯片的制备效率。
6.第一方面，提供了一种光学芯片，该光学芯片包括光学基板，设于该光学基板上的第一功能层，设于该第一功能层上的第一间隔层，以及设于该第一间隔层上的第二功能层；该第二功能层上形成有第二光学结构，该第二光学结构包括第二层间耦合结构和第二层内传输结构，该第二层内传输结构位于该第二功能层的第一区域；该第一功能层上形成有第一光学结构，该第一光学结构包括第一层间耦合结构和第一层内传输结构，该第一光学结构位于该第一功能层的第二区域，该第二区域与该第一区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠；其中，该层间耦合结构用于该第一功能层与该第二功能层之间的信号交换，该层内传输结构用于控制该功能层内的信号传输，该第二层间耦合结构位于该第二功能层中的第三区域，该第一层间耦合结构位于该第一功能层的第四区域，该第三区域与该第四区域在该光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
7.根据本技术实施例提供的光学芯片，该第二功能层上形成有位于第一区域的第二光学结构，该第二光学结构包括第二层间耦合结构和第二层内传输结构；该第一功能层上
形成有位于第二区域的第一光学结构，该第一光学结构包括第一层间耦合结构和第一层内传输结构，该第二区域与该第一区域在该光学基板平面的法向投影不重叠；该第二层间耦合结构位于该第二功能层中的第三区域，该第一层间耦合结构位于该第一功能层的第四区域，该第三区域与该第四区域在该光学基板平面的法向投影部分或全部重叠。该光学芯片各功能层中的光学结构无需基于机械方式光学对准。
8.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第二光学结构还包括位于该第二功能层的第九区域的该第二层间耦合结构，该光学芯片还包括设于该第二功能层上的第二间隔层，以及设于该第二间隔层上的第三功能层，该第三功能层上形成有第三光学结构，该第三光学结构包括第三层间耦合结构和第三层内传输结构；其中，该第三层间耦合结构位于该第三功能层中的第七区域，该第三层内传输结构位于该第三功能层中的第八区域，该第八区域与该第一区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠，该第九区域与该第七区域在该光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
9.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第二层内传输结构包括第一输入波导，第一输出波导以及至少一个第一光学谐振腔；其中，该第一输出波导包括至少一个波导结构，该至少一个波导结构与该至少一个第一光学谐振腔一一对应且光耦合连接，该第一输入波导包括一个波导结构，该一个波导结构与该至少一个第一光学谐振腔光耦合连接。
10.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第二层间耦合结构包括在该第一输入波导的第一端形成的第一锥型结构。
11.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第一光学结构包括第二光学谐振腔，以及平行的第一波导和第二波导，该第一波导的一端与该第一锥型结构光耦合连接。
12.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第二功能层的厚度范围为150nm至5μm。
13.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第一功能层的厚度范围为150nm至5μm。
14.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第二层内传输结构为马赫增德干涉仪结构，该马赫增德干涉仪结构包括第一干涉臂，第二干涉臂和第二输入波导；该第二层间耦合结构包括在该第二输入波导的第一端形成的第二锥型结构。
15.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第一光学结构包括直波导结构，该直波导结构的一端与该第二锥型结构光耦合连接。
16.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第二功能层的厚度范围为300nm至1μm。
17.结合第一方面，在第一方面的某些设计中，该第一功能层的厚度范围为200nm至500nm。
18.第二方面，提供了一种光学芯片的制备方法，该方法包括：在光学基板上依次沉积第一功能层，第一间隔层以及第二功能层，以形成第一结构；图案化该第二功能层以形成第二光学结构，该第二光学结构位于该第二功能层的第一区域，该第二光学结构包括第二层间耦合结构和第二层内传输结构；移除第二区域中的该第一间隔层以露出该第一功能层，该第二区域与该第一区域在该第一结构平面的法向的投影不重叠；图案化该第二区域中的该第一功能层以形成第一光学结构，该第一光学结构包括第一层间耦合结构和第一层内传
输结构；其中，该层间耦合结构用于该第一功能层与该第二功能层之间的信号交换，该层内传输结构用于控制该功能层内的信号传输，该第二层间耦合结构位于该第二功能层中的第三区域，该第一层间耦合结构位于该第一功能层的第四区域，该第三区域与该第四区域在该第一结构平面的法向的投影部分或全部重叠。
19.根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法，先将未经图案化的异质光学材料层叠排布于同一光学基底之上，在材料薄膜层叠完毕之后，再按照由上至下的顺序，依次在各层上图案化出相应的光学结构，实现异质集成光学芯片的构建，该方法基于由上至下的顺序加工方式，可以较为方便地实现模块间耦合结构的对准，无需基于机械方式进行各个模块之间的光学对准，提升了光学芯片的制备效率。同时，在间隔层厚度的控制方面，该方法也不需要在已有图案化的结构的上方进行间隔层的布置，因此其厚度可以实现精确控制。
20.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，在图案化该第二功能层以形成第二光学结构之前，在该第一结构上依次沉积第二间隔层和第三功能层，以形成第二结构；图案化该第三功能层以形成第三光学结构，该第三光学结构位于该第三功能层的第五区域，该第三光学结构包括第三层间耦合结构和第三层内传输结构；移除第六区域中的该第二间隔层以露出该第二功能层，该第六区域与该第五区域在该第二结构平面的法向的投影不重叠。
21.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该第三层间耦合结构位于该第三功能层中的第七区域，该第三层内传输结构位于该第三功能层中的第八区域，图案化该第六区域中的该第二功能层以形成该第二光学结构，该第二光学结构还包括位于该第二功能层中的第九区域的该第二层间耦合结构；其中，该第八区域与该第六区域在该第二结构平面的法向的投影不重叠，该第九区域与该第七区域在该第二结构平面的法向的投影部分或全部重叠。
22.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，图案化该第二功能层以形成该第二层内传输结构，该第二层内传输结构包括第一输入波导，第一输出波导以及至少一个第一光学谐振腔；其中，该第一输出波导包括至少一个波导结构，该至少一个波导结构与该至少一个第一光学谐振腔一一对应且光耦合连接，该第一输入波导包括一个波导结构，该一个波导结构与该至少一个第一光学谐振腔光耦合连接。
23.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，将该第一输入波导的第一端图案化为第一锥型结构以形成该第二层间耦合结构。
24.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，图案化该第二区域中的该第一功能层以形成第二光学谐振腔，以及平行的第一波导和第二波导，该第一波导的一端与该第一锥型结构光耦合连接。
25.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该第二功能层的厚度范围为150nm至5μm。
26.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该第一功能层的厚度范围为150nm至5μm。
27.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，图案化该第二功能层以形成马赫增德干涉仪结构，该马赫增德干涉仪结构包括第一干涉臂，第二干涉臂和第二输入波导；图
案化该第二输入波导的第一端形成的第二锥型结构。
28.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，图案化该第二区域中的该第一功能层以形成直波导结构，该直波导结构的一端与该第二锥型结构光耦合连接。
29.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该第二功能层的厚度范围为300nm至1μm。
30.结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该第一功能层的厚度范围为200nm至500nm。
附图说明
31.图1是本技术提供的一种光学芯片的结构示意图。
32.图2是本技术提供的一种光学芯片制备方法的示例性流程图
33.图3是本技术提供的第一结构的示意性结构图。
34.图4是本技术提供的一例光学芯片的示意性结构图。
35.图5是本技术提供的另一种光学芯片制备方法的示例性流程图。
36.图6是本技术提供的一例形成第一结构的示意性结构图。
37.图7是本技术提供的另一例光学芯片的示意性结构图。
38.图8是本技术提供的另一种光学芯片制备方法的示例性流程图。
39.图9是本技术提供的形成第一功能层的示例性结构图。
40.图10是本技术提供的形成的另一例第一结构的示意性结构图。
41.图11是本技术的光模块的一例的示意图。
42.图12是本技术的通信设备的一例的示意图。
具体实施方式
43.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行描述。
44.近年来，为了适应人工智能、云、高性能计算等新应用场景中，对信息的传输和计算需求的爆炸性增长，全光信息处理系统逐渐进入集成芯片化时代。相比于传统的基于光纤连接不同功能器件的方式构建的分立式光学信息处理系统，集成芯片化的光学系统(即光学芯片)不仅不易受到温度、磁场、噪声变化等情况的影响，具有更强的抗干扰性；同时，系统整体尺寸的集成化，可以将光学信息处理系统的带宽密度提升若干个数量级，并大幅降低功耗密度，使其可以满足大规模信息处理的实际需求。
45.在一种光学芯片结构中，其可以包括光信号的产生、调制、被动传输和探测等多种具有不同功能的模块，以实现单一芯片上光学信号的传输和处理。这些模块对所需要的光学材料的特性的要求各不相同，例如，对于光信号产生和探测模块，需要具有较高增益和吸收系数的材料；对于传输模块，需要具有光学透明(即增益和吸收系数较低)特性的材料，以降低芯片整体的信号传输损耗；对于调制模块，则需要使用具有较高的光学非线性的材料。然而，对于单一材料而言，高的光学增益和吸收系数与光学透明性之间是相互矛盾的，同时，常用的光学材料一般具有较低的光学非线性系数，具有较高光学非线性的材料，其光学透明性和光学增益特性往往较差。因此，光学芯片很难基于单一材料构建。
46.当前，有一种技术，可以采用异质集成的方案制备光学芯片，即将基于不同材料构
建的功能模块集成于同一基底之上，令其相互连通，从而使得信息载体可在两模块之间交换传输。例如，将预加工好的光发射/光探测模块与无源传输模块及光学非线性调制模块在沿芯片平面方向对齐，实现不同模块在沿芯片平面方向的光学连接，构建二维集成光学芯片；又如，基于模板转移法，将加工好的模块结构转移到另一模块旁边，获得沿芯片平面方向的光学连接，实现光信号在两模块之间的耦合传输，构建二维集成光学芯片；再如，基于倒装贴合的方式，将预加工好的有源激光模块与无源被动光波导实现沿垂直于芯片平面方向的光学连接，构建三维集成光学芯片。
47.在构建异质集成光学芯片过程中，为实现不同模块之间光学连接的高效性，即光信号以尽可能低的耦合损耗在不同模块之间传输，需要不同结构模块之间在制备过程中的对准偏差尽可能的小。对于典型的芯片上光信号传输结构，其特征尺寸一般在百纳米至几微米，这就意味着在制备过程中，各模块之间允许的对准误差往往在几纳米至几十纳米之间。而基于上述异质集成的制备方式，此精度的实现存在较大的难度，因此限制了此类异质集成光学芯片的制备效率。
48.有鉴于此，本技术提出了一种光学芯片的制备方法，该方法通过先将不同种类的未图案化的薄膜材料结合，进一步地分别在各层材料上进行功能结构的图案化加工，使得在进行异质集成光学芯片的加工时，不再需要将不同功能模块在沿着芯片平面内方向或垂直方向上进行高精度机械对准，从而可以提升光学芯片的制备效率，实现光学芯片的低成本生产；同时，不同模块层之间的间隔层厚度也可精确控制，可以提升制备良率。
49.本技术实施例提供的光学芯片可以应用于高速光传输、光通信、光计算等需要异质集成光信号处理芯片和模块的场景中。
50.本技术实施例涉及的“宽度”、“上”、“下”、“水平”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
51.本技术实施例涉及的至少一个，包括一个或者多个；其中，多个是指大于或者等于两个。另外，需要理解的是，在本技术的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
52.以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本技术实施例中，“一个或多个”是指一个、两个或两个以上；“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a、b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
53.在本技术实施例中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变
形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
54.图1所示为根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法得到的一种光学芯片的结构侧视图。应注意，在图1的示意图中，各层的厚度、各个光学结构与层之间的比例关系等仅是示意性的。
55.如图1所示，该光学芯片可包括光学基板101、设于光学基板101上的第一功能层110、设于该第一功能层110上方的第一间隔层120、设于该第一间隔层110上方的第二功能层130；其中，该第二功能层130上形成有第二光学结构，该第二光学结构包括第二层内传输结构131和第二层间耦合结构132，该第二层内传输结构131位于该第二功能层130中的第一区域，该第二层间耦合结构位于该第二功能层130的第三区域；该第一功能层110上形成有第一光学结构，该第一光学结构位于所述第一功能层的第二区域，该第二区域与该第一区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠；该第一光学结构包括第一层内传输结构111和第一层间耦合结构112，该第一层间耦合结构112位于该第一功能层110中的第四区域，该第三区域与该第四区域在该光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
56.可选地，该光学芯片还可以包括层叠设于该第二功能层130上的第二间隔层140和第三功能层150，该第二间隔层140和第三功能层150的层数可以分别为n，n为正整数；该第二光学结构还可以包括位于该第二功能层130第九区域的第二层间耦合结构133；该第三功能层150上形成有第三光学结构，该第三光学结构包括第三层内传输结构151和第三层间耦合结构152，该第三层间耦合结构152位于该第三功能层150中的第七区域，该第三层内传输结构151位于该第三功能层150中的第八区域，该第八区域与该第一区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠，该第九区域与该第七区域在该光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
57.其中，层内传输结构用于传输其所在的层内的信号；层间耦合结构用于交换其所在的层与其他层中的信号，该信号可以为光信号。可选地，该层间耦合结构为锥型结构。
58.应理解，该第一功能层110、第二功能层130以及第三功能层150可以是单晶无机物薄膜、多晶无机物薄膜、或者是有机物薄膜。
59.该第一间隔层120以及第二间隔层140用于作为不同功能层之间的间隔保护层。该第一间隔层120和第二间隔层140的材料可以是硅的氧化物，硅的氮化物，金属的氧化物，金属的氮化物等，例如，二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧化铪、氧化锆、氧化锌、二氧化钛等材料中的一种或多种。需要说明的是，该第一间隔层120、第二间隔层140可以是一层，也可以是两层或两层以上，本技术对此不做限定。
60.图2所示为本技术提供的一种光学芯片的制备方法的示意性流程图，该方法可以包括以下几个步骤。
61.s211，在光学基板101上沉积第一功能层110，并将其光学平整化。
62.其中，该光学基板101可以是硅或其他半导体材料，例如，陶瓷、玻璃等。
63.该第一功能层110可以是构建某种光学模块的功能层，例如，用于光信号产生模块、光信号调制模块或者光信号传输模块；该第一功能层110用于构建何种光学模块可以根据实际情况确定，本技术对此不做限定。
64.根据该第一功能层110构建的光学模块的不同，该第一功能层110可以是不同材料的光学薄膜。示例性地，该第一功能层110可以是单晶无机物薄膜、多晶无机物薄膜、或者是
有机物薄膜。
65.在光学基板101上沉积第一功能层110包括但不限于以下方式：分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)，单晶薄膜键合，物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)，例如，磁控溅射、热蒸发、电子束蒸镀、脉冲激光沉积、电镀等，化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)，有机旋涂等方法形成。基于上述工艺沉积该第一功能层时，其厚度易于控制为需求参数。在光学基板101上沉积第一功能层110后的结构如图3的(a)中所示。
66.s212，在该第一功能层110上沉积第一间隔层120，并将其光学平整化。
67.该第一间隔层120后续可以作为不同功能层之间的间隔保护层。该第一间隔层120的材料可以是硅的氧化物(sio
x
)，硅的氮化物(sin
x
)，金属的氧化物，金属的氮化物等，例如，二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧化铪、氧化锆、氧化锌、二氧化钛等材料中的一种或多种。示例性地，可以通过pvd或cvd沉积该第一间隔层120。
68.需要说明的是，该第一间隔层120可以是一层，也可以是两层或两层以上，本技术对此不做限定。
69.s213，在该第一间隔层120上沉积第二功能层130，并将其光学平整化。
70.该第二功能层130可以是与该第一功能层110共同构建某种光学模块的功能层，例如，用于共同构建光信号产生模块、光信号调制模块或者光信号传输模块；或者，该第二功能用于构建其他光学模块，该光学模块与第一功能层110上构建的光学模块不同。该第二功能层130的光学材料与该第一功能层110可以相同，也可以不同。
71.应理解，该第二功能层130用于构建何种光学模块可以根据实际情况确定，本技术对此不做限定。该第二功能层130可以是单晶无机物薄膜、多晶无机物薄膜、或者是有机物薄膜。
72.该第二功能层130的沉积方式可以参考第一功能层110，在此不再赘述。
73.可选地，该方法还可以包括s114，在该第二功能层130上依次沉积第二间隔层140和第三功能层150，并将其光学平整化，该第二间隔层和第三功能层的层数可以为n，n为正整数。
74.示例性地，当n为1时，在该第二功能层130上依次沉积第二间隔层140和第三功能层150后的结构如图3的(b)中所示。
75.其中，该第二间隔层140的光学材料以及沉积方式可以参考第一间隔层120；该第三功能层150的材料可以与第一功能层110以及第二功能层130中的至少一种相同，或者，该第三功能层150与该第一功能层110以及第二功能层130的光学材料均不同。该第三功能层150可以用于构建第三光学模块，该第三光学模块可以与第一功能层110和/或第二功能层130上构建的光学模块相同或不同。在本技术中，可以根据实际应用场景确定是否沉积该第二间隔层140以及该第三功能层150。
76.通过上述步骤可以得到一种多层光学薄膜共基底的第一结构。该第一结构可以包括至少两层功能层(第一功能层110和第二功能层130)和至少一层间隔层(第一间隔层120)，且其中的各层材料均未预先进行图案化。
77.s221，对该第一结构中的最上层功能层进行图案化，形成第一光学结构。
78.该第一结构中的最上层功能层可以是该第三功能层或该第二功能层，以下以n为1
时，最上层的功能层为该第三功能层150为例进行说明。
79.该第一光学结构可以包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构151，以及与其他层中光学模块进行信号交换的层间耦合结构152。其中，该第一光学结构位于该光学芯片平面中的第一区域，该第一区域包括该层间耦合结构152所在的区域#1，以及层内传输结构151所在的区域#2。该区域#2与其它层中层内传输结构所在的区域在沿芯片平面方向相互错位，或者说，该区域#2与其它层中层内传输结构所在的区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠；该区域#1与其它层(例如，该第二功能层)中层间耦合结构所在的区域在该光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
80.本技术对该第一结构中最上层的功能层进行图案化的方式不做限定，例如，该图案化方法可以是基于电子束曝光或干法刻蚀技术。
81.s222，移除第二区域中的该第三间隔层，以露出该第二区域中该第三间隔层下方的功能层，该第三间隔层为该第一结构中的最上层功能层下方的间隔层，该第二区域与该第一区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠。
82.该第三间隔层可以是上述第一间隔层120或第二间隔层140。以下以n为1时，该第三间隔层为该第二间隔层140为例进行说明。
83.移除该第二区域中的该第二间隔层140后，该第二间隔层140如图1中的第二间隔层141所示，通过移除该第二区域的间隔层可以暴露出该第二间隔层140下方的功能层(第二功能层130)。
84.s223，对该第二区域中的第二功能层进行图案化，以形成第二光学结构。
85.该第二区域中的功能层可以是第二功能层130或第一功能层120。以下以n为1时，该功能层为该第二功能层130为例进行说明。
86.对该第二区域中的该第二功能层130进行图案化，以形成第二光学结构。该第二光学结构可以包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构131，以及与其他模块进行信号交换的层间耦合结构。其中，层内传输结构131位于该第二功能层130中的区域#3，该区域#3与其它层中光学结构所在的区域(例如，该第一区域)在光学基板平面的法向的投影不重叠；该层间耦合结构可以包括层间耦合结构132(第二层间耦合结构的一例)，该层间耦合结构132位于该第二功能层中的区域#4，该区域#4与其它层(下层功能层)中层间耦合结构所在的区域在光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
87.可选地，该层间耦合结构还可以包括层间耦合结构133(第二层间耦合结构的一例)，该层间耦合结构133位于该第二功能层130中的区域#5，该区域#5与其它层(上层功能层)中层间耦合结构所在的区域(例如，层间耦合结构152所在的区域#1)在光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
88.s224，移除第三区域中的第二间隔层，以露出该第三区域中该第二间隔层下方的功能层，并对该第三区域中的功能层进行图案化，以形成第一光学结构。
89.该第二间隔层可以是上述第一间隔层120。移除该第三区域中的该第一间隔层120后，该第一间隔层120如图1中的第一间隔层121所示，通过移除该第三区域的间隔层可以暴露出该第一间隔层120下方的功能层(第一功能层110)。
90.对该第三区域中的该第一功能层110进行图案化，以形成第一光学结构。该第一光学结构可以包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构111，以及与其他模块进
行信号交换的层间耦合结构112。其中，层内传输结构111位于该第一功能层110中的区域#6，该区域#6与其它层中光学结构所在的区域(例如，该第二区域)在光学基板平面的法向的投影不重叠；该层间耦合结构112位于该第二功能层中的区域#7，该区域#7与其它层(上层功能层)中层间耦合结构所在的区域在光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。
91.重复s122至s123若干次，直至将该第一结构中的功能层按从上到下的顺序完成图案化，如图1所示。每层功能层中图案化加工的结构均可以包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构和与其他模块进行信号交换的层间耦合结构，从而实现三维异质集成光学芯片的构建。
92.根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法，先将多种未经图案化的异质光学材料层叠排布于同一光学基底之上，在材料薄膜层叠完毕之后，再按照由上至下的顺序，依次在各层上图案化出相应的光学结构，实现异质集成光学芯片的构建，该方法基于由上至下的顺序加工方式，可以自然地实现模块间耦合结构的对准，无需基于机械方式进行各个模块之间的光学对准，提升了光学芯片的制备效率。同时，在间隔层厚度的控制方面，该方法也不需要在已有结构的上方进行间隔层的布置，因此其厚度的精确控制。
93.下面结合图4至图10详细介绍本技术提供的一种光学芯片及其制备方法。
94.图4的(c)中所示为根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法得到的一种光学芯片的结构俯视图。应注意，在图4的(c)的示意图中，各个光学结构与层之间的比例关系等仅是示意性的。
95.如图4的(c)所示，该光学芯片可包括光学基板、设于光学基板上的光学薄膜#1、设于该光学薄膜#1上方的间隔层#1，以及设于该间隔层#1上方的光学薄膜#2。
96.其中，该光学薄膜#1可以为具有光学增增益特性的材料，示例性地，该光学薄膜#1可以为有机物薄膜，例如，硫化铅量子点薄膜、硒化镉薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)薄膜等。该光学薄膜#2可以为具有较高的光学折射率的材料，示例性地，该光学薄膜#2为单晶无机物薄膜，例如，单晶硅薄膜、铌酸锂(linbo3)薄膜等。
97.该光学薄膜#2上形成有光学结构#2，该光学结构#2包括层内传输结构#2和层间耦合结构#2。
98.该层内传输结构#2可包括输出波导，示例性地，该输出波导包括第一波导1311和第二波导1312，该第一波导1311和第二波导1312用于输出两路不同波长的信号光。应理解，输出波导的数量可以根据实际情况设置，该第一波导1311和该第二波导1312仅为示例，该输出波导还可以包括一根或多根输出波导结构。
99.该层内传输结构#2还可以包括第一光学谐振腔，该第一光学谐振腔可以基于光学谐振效应可使光信号在谐振腔内不断谐振和放大。示例性地，该第一光学谐振腔可以为光学微环谐振腔，f-p谐振腔等。以该第一光学谐振腔为光学微环谐振腔为例，该第一光学谐振腔可以包括两个半径不同的微环(第一微环13131和第二微环13132)，该第一波导1311与该第一微环13131光耦合连接，该第二波导1312与该第二微环13132光耦合连接。应理解，微环数量可以根据实际情况设置，该微环还可以为一个或多个。
100.该层内传输结构#2还可以包括输入波导，示例性地，该输入波导包括第三波导1314，该第三波导1314与该第一光学谐振腔1313光耦合连接，应理解，输入波导的数量可以根据实际情况设置，本技术不做限定。
101.该层间耦合结构#2包括在该第三波导1314末端图案化的锥型结构。
102.其中，该层内传输结构#2位于该光学薄膜#2中的区域#1，该层间耦合结构#2位于该芯片平面内的区域#2。
103.该光学薄膜#1上形成有光学结构#1，该光学结构#1包括层内传输结构#1和层间耦合结构#1。
104.该层内传输结构#1可以包括第四波导1111和第二光学谐振腔1112。该第二光学谐振腔1112可以是光学微环谐振腔、f-p谐振腔等。以该第二谐振腔1112为光学微环谐振腔为例，该第四波导1111可以为与该光学微环谐振腔光学耦合的直波导，其位于该光学微环谐振腔的下方。该第四波导1111的数量可以根据实际情况设置，本技术对此不做限定。
105.该层内传输结构#1还可以包括与该光学微环谐振腔光学耦合的第五波导1113，其位于该光学微环谐振腔的上方。该第五波导1113的末端可作为层间耦合结构#1。
106.其中，该层内传输结构#1位于该光学薄膜#1中的区域#3，该层间耦合结构#1位于该芯片平面内的区域#4；该区域#3与该第二光学结构所在的区域在该光学基板平面的法向的投影不重叠；该区域#4与该区域#2在该光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。因此，层间耦合结构#1和层间耦合结构#2不需要经过机械方式进行光学对准，即可实现将该光学薄膜#1中的输出信号高效耦合至光学薄膜#2中，实现信号的跨层传输。
107.在一种可能的设计中，可以设置该第五波导1113的宽度大于该区域#2的宽度，如图4中的(c)所示。
108.基于以上光学芯片，对于该芯片的运行，可以是将紫外泵浦光耦合进硫化铅材料构建的输入波导，使得硫化铅模块产生近红外通讯波段的宽带激光信号。该信号通过沿芯片平面方向相互交叠的硫化铅波导和锥形硅波导结构，耦合进硅模块中，基于硅模块中的滤波效应，最终输出两个不同波长的窄带激光信号。
109.图5所示为本技术提供的一种光学芯片的制备方法的示意性流程图，通过该方法制备的光学芯片可用于集成光通信等领域，该方法可以包括以下几个步骤。
110.s511，在光学基板上沉积光学薄膜#1(第一功能层的一例)，并将其光学平整化。
111.该光学基板的材料参考s211中的描述。该光学薄膜#1可以为具有光学增增益特性的材料，示例性地，该光学薄膜#1可以为有机物薄膜，例如，硫化铅量子点薄膜、硒化镉(cdse)薄膜、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)薄膜等。
112.示例性地，以该光学薄膜#1为硫化铅量子点薄膜进行说明，在光学基板上沉积光学薄膜#1可以包括：将硫化铅量子点溶解于甲苯溶剂中，利用匀胶机将该溶液通过旋涂方式涂布于石英玻璃基底表面；在旋涂过程中，利用匀胶机中真空吸盘的高速旋转，挥发相关溶剂，使得硫化铅量子点在石英玻璃表面形成一层致密光学薄膜。通过控制溶液的浓度和匀胶机转速，可控制该光学薄膜#1的厚度为150nm至5μm，例如，该光学薄膜#1的厚度可以控制为1μm。
113.在光学基板上沉积光学薄膜#1后的结构如图6的(a)所示。
114.s512，在该光学薄膜#1上沉积间隔层#1(第一间隔层的一例)，并将其光学平整化。
115.该步骤和s212中类似，示例性地，该间隔层#1可以为氧化硅薄膜，在该光学薄膜#1上沉积间隔层#1可以包括通过热蒸镀方式。通过控制蒸镀时间，可以控制该薄膜的厚度为20nm至500nm，该间隔层#1的厚度可以根据实际情况设置，本技术对此不做限定。例如，该第
一间隔层的厚度可以为150nm。在该光学薄膜#1上沉积间隔层#1后的结构如图6的(b)所示。
116.s513，在该间隔层#1上沉积光学薄膜#2(第二功能层的一例)，并将其光学平整化。
117.该光学薄膜#2可以为具有较高的光学折射率的材料，示例性地，该光学薄膜为单晶无机物薄膜，例如，单晶硅薄膜、铌酸锂(linbo3)薄膜、氮化硅薄膜等。
118.示例性地，本技术中以该光学薄膜#2为单晶硅薄膜为例进行说明。在间隔层#1上沉积光学薄膜#2包括：在蒸镀完氧化硅薄膜(间隔层#1)的材料的上方，基于硅-硅键合的方式，将一层单晶硅片键合至表面。通过研磨以及化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)的方式该单晶硅薄膜，将键合的单晶硅薄膜抛光减薄至150nm至5μm，该单晶硅薄膜的具体厚度可根据实际情况确定，例如，该单晶硅薄膜的厚度为220nm。
119.可以理解的是，该光学薄膜#2还可以是其他材料，例如多晶无机薄膜，有机物薄膜等。
120.在在该间隔层#1上沉积光学薄膜#2后的结构如图6的(c)所示。
121.s521，对该光学薄膜#2进行图案化，形成光学结构#2。
122.该光学结构#2可包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构#2，和与其他模块进行信号交换的层间耦合结构#2。
123.其中，层内传输结构#2可包括输出波导，示例性地，对该光学薄膜#2进行图案化包括在单晶硅薄膜上图案化第一波导1311和第二波导1312，该第一波导1311和第二波导1312用于输出两路不同波长的信号光。该输出波导的结构如图4的(a)中所示。
124.应理解，输出波导的数量可以根据实际情况设置，该第一波导1311和该第二波导1312仅为示例，还可以在该光学薄膜#2上图案化一根或多根输出波导结构。
125.对该光学薄膜#2进行图案化还可以包括在单晶硅薄膜上图案化第一光学谐振腔，该第一光学谐振腔基于光学谐振效应可使光信号在谐振腔内不断谐振和放大。示例性地，该第一光学谐振腔可以为光学微环谐振腔，法布里-珀罗(fabry
–
p
é
rot，f-p)谐振腔(cavity)等。本技术中以该第一光学谐振腔为光学微环谐振腔为例进行说明，该第一光学谐振腔包括两个半径不同的微环(第一微环13131和第二微环13132)，该第一波导1311与该第一微环13131光耦合连接、第二波导1312与第二微环13132光耦合连接，如图4的(a)中所示。应理解，微环数量可以根据实际情况设置，该微环还可以为一个或多个。
126.对该光学薄膜#2进行图案化还可以包括图案化输入波导，示例性地，该输入波导包括第三波导1314，该第三波导1314与该第一光学谐振腔1313光耦合连接，如图4的(a)中所示。应理解，输入波导的数量可以根据实际情况设置，本技术不做限定。
127.基于该第一光学谐振腔的光学谐振效应，当该第三波导1314中输入一束宽带激光时，不同波长成分的激光会分别在该第一微环13131和第二微环13132内发生谐振，并分别耦合到第一波导1311和第二波导1312中，实现不同波长的同时输出。此外，对于输入波导(第三波导1314)，其末端被图案化为宽度逐渐变窄的锥形结构，该结构可基于倏逝波耦合效应，将下方光学薄膜#1中传输的光信号有效耦合至该层中，或者说，该结构可作为该层间耦合结构#2。
128.以上对光学薄膜图案化的方式包括但不限于，紫外光刻，电子束曝光，干法刻蚀，湿法腐蚀，离子束刻蚀等，基于物理轰击或化学腐蚀的方式。其次，在光学结构(例如，层内传输结构，层间耦合结构)的加工过程中，也可在光学结构周围基于电子束蒸镀，热蒸镀，磁
控溅射等方式布置金属电极。这些金属电极中并不传输光信号，而是用于施加电场，以改变其周围的用于传输光信号材料的光学性质，实现对光信号的传输状态的影响。
129.s522，移除区域#1中的间隔层#1，该区域#1与区域#2在光学基板平面的法向的投影不重叠，该区域#2为该光学结构#2所在的区域。
130.该区域#1如图4的(b)中所示，通过移除该区域#1中的间隔层#1可以暴露出该区域#1中的光学薄膜#1。
131.s523，对该区域#1中的该光学薄膜#1进行图案化，形成光学结构#1。
132.该光学结构#1可以包括用于控制光信号在该结构内传输的层内传输结构#1，以及用于与其他功能层进行信号交换的层间耦合结构#1。
133.其中，层内传输结构#1可以包括第四波导1111和第二光学谐振腔1112。该第二光学谐振腔1112可以是光学微环谐振腔、f-p谐振腔等。以该第二谐振腔1112为光学微环谐振腔为例，该第四波导1111可以是与该光学微环谐振腔光学耦合的直波导，其位于该光学微环谐振腔的下方。该第四波导1111的数量可以根据实际情况设置，本技术对此不做限定。
134.该层内传输结构#1还包括与该光学微环谐振腔光学耦合的第五波导1113，其位于该光学微环谐振腔的上方，该第五波导1113的末端与该第三波导1314末端的锥型结构在光学基板平面法向的投影部分或全部重叠，如图4的(c)中所示；或者说，该第五波导1113在该光学平面中所在的区域，与该层间耦合结构#2在该光学平面中所在的区域在该光学基板平面的法向上的投影部分或全部重叠。在一种可能的图案化方式中，该第五波导1113的宽度大于该区域#3的宽度，如图4中的(c)所示，因此，该第五波导1113和该第三波导1514不需要经过机械方式进行光学对准。通过图案化使得该第五波导1113和第三波导1514耦合，从而可以使得该光学薄膜#1中的输出信号高效耦合至光学薄膜#2中，实现信号的跨层传输。
135.以上对光学薄膜图案化的方式包括但不限于，紫外光刻，电子束曝光，干法刻蚀，湿法腐蚀，离子束刻蚀等，基于物理轰击或化学腐蚀的方式。其次，在光学结构(例如，层内传输结构，层间耦合结构)的加工过程中，也可在光学结构周围基于电子束蒸镀，热蒸镀，磁控溅射等方式布置金属电极。这些金属电极中并不传输光信号，而是用于施加电场，以改变其周围的用于传输光信号材料的光学性质，实现对光信号的传输状态的影响。
136.根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法，构建了一个具有双波长输出通道的三维异质集成光发射芯片。该方法通过先将多种未经图案化的异质光学材料层叠排布于同一光学基底之上，在材料薄膜层叠完毕之后，再按照由上至下的顺序，依次在各层上图案化出相应的光学结构，实现了异质集成光学芯片的构建，该方法无需基于机械方式进行各个模块之间的光学对准，提升了光学芯片的制备效率。同时，在间隔层厚度的控制方面，该方法也不需要在已有结构的上方进行间隔层的布置，因此其厚度的精确控制。
137.图7的(c)中所示为根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法得到的一种光学芯片的结构俯视图。应注意，在图7的(c)的示意图中，各个光学结构与层之间的比例关系等仅是示意性的。
138.如图7的(c)所示，该光学芯片可包括光学基板、设于光学基板上的光学薄膜#3、设于该光学薄膜#3上方的间隔层#2，以及设于该间隔层#2上方的光学薄膜#4。
139.其中，该光学薄膜#3可以采用具有较大的光学二阶非线性系数的材料，示例性地，该光学薄膜#3可以为单晶无机物薄膜，例如，单晶铌酸锂薄膜、单晶钽酸锂薄膜等。该光学
薄膜#4可以采用具有半导体特性的材料，该光学薄膜#4能够通过掺杂改变其光电特性，示例性地，该光学薄膜#4可以为单晶无机物薄膜，例如，单晶硅薄膜。
140.该光学薄膜#4上形成有光学结构#4，该光学结构#4可以包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构#4，和与其他模块进行信号交换的层间耦合结构#4。该光学结构#4用于对输入的光信号进行分束，独立传输，再合束。
141.示例性地，该光学结构#4可以是马赫-增德干涉仪结构。具体地，该层内传输结构#4包括将马赫-增德干涉仪的两臂(1315和1316)，其通过掺杂制备为pin结构，该层内传输结构#4还包括设于每一个干涉臂的两边的金属电极1317，以及输入波导1318。该输入波导1318的末端被图案化为宽度逐渐变窄的锥形结构，该结构可基于倏逝波耦合效应，将下方光学薄膜#3中传输的光信号有效耦合至该层的硅基光学结构中，即该锥型结构可作为层间耦合结构#4。
142.该光学薄膜#3上形成有光学结构#3，该光学结构#3包括层内传输结构#3和层间耦合结构#3。示例性地，该光学结构#3可以是铌酸锂直波导结构，其中，该直波导的一端所在的区域与该光学结构#4中的锥形波导部分所在的区域在光学基板平面法向上的投影部分或全部重合，以实现光信号基于倏逝波耦合效应，在这两个模块之间的高效耦合。因此，该光学结构#3和该光学结构#4中的层间耦合结构不需要经过机械方式进行光学对准。
143.可选地，在该直波导的两侧还可以制备由铬电极1319，铬电极1319用于对该直波导进行极化，且在完成极化后，还可以通过湿法腐蚀等方式进行移除。
144.基于以上光学芯片，对于该芯片的运行，可以是在铬电极上施加高压脉冲电信号，实现铌酸锂波导的周期性畴翻转(domain inversion)，构建周期性极化的铌酸锂波导，以提高非线性频率转换的效率；将红外脉冲光信号输入该铌酸锂波导中，基于频率上/下转换的过程，铌酸锂波导中可产生具有纠缠特性的光子对，并通过铌酸锂波导-锥形硅波导的耦合区域传输至硅基马赫-增德干涉结构之中；通过调整干涉结构两臂上施加的电压，可实现对纠缠光子对的调制。
145.图8所示为本技术提供的一种光学芯片的制备方法的示意性流程图，通过该方法制备的光学芯片可用于光量子计算等领域，该方法可以包括以下几个步骤。
146.s811，在光学基板上沉积光学薄膜#3(第一功能层的一例)，并将其光学平整化。
147.该光学基板的材料参考s211中的描述。该光学薄膜#3可以采用具有较大的光学二阶非线性系数的材料，示例性地，该第一光学薄膜可以为单晶无机物薄膜，例如，单晶铌酸锂薄膜、单晶钽酸锂薄膜等。
148.以该光学薄膜#3为单晶铌酸锂薄膜为例，在光学基板上沉积光学薄膜#3可以是：将铌酸锂晶片基于高温键合的方式，键合于光学基板上(如图9的(a)所示)；在键合完毕后，通过注入氩离子(ar+)，使得铌酸锂晶片在特定厚度处形成离子损伤层(等离子层)(如图9的(b)所示)；进一步地，通过高温退火，使得铌酸锂晶片在该损伤层处发生解离(如图9的(c)所示)；最后经过化学机械抛光，使得光学基板上留存一定厚度的铌酸锂薄膜(如图9的(d)所示)，实现单晶铌酸锂薄膜在光学基板上的键合。通过抛光该可控制该光学薄膜#3的厚度为150nm至5μm，例如，该光学薄膜#3的厚度可以控制为600nm。
149.在光学基板上沉积光学薄膜#3后的结构如图10的(a)所示。
150.s812，在该光学薄膜#3上沉积间隔层#2，并将其光学平整化。
151.该步骤和s612中类似，在此不再赘述。在该光学薄膜#3上沉积间隔层#2后的结构如图10的(b)所示。
152.s813，在该间隔层#2上沉积光学薄膜#4(第二功能层的一例)，并将其光学平整化。
153.该光学薄膜#4可以采用具有半导体特性的材料，该光学薄膜#4能够通过掺杂改变其光电特性，示例性地，该光学薄膜#4可以为单晶无机物薄膜，例如，单晶硅薄膜。
154.在该间隔层#2上沉积光学薄膜#4可以包括：在蒸镀完氧化硅薄膜(该间隔层#2的一例)的材料的上方，基于硅-硅键合的方式，将一层单晶硅片(该光学薄膜#4的一例)键合至氧化硅薄膜，并通过研磨以及化学机械抛光的方式，将键合的单晶硅薄膜抛光减薄至150nm-5μm，该单晶硅薄膜的具体厚度可根据实际情况确定，例如，该单晶硅薄膜的厚度为220nm。
155.可以理解的是，该光学薄膜#4还可以是其他材料，例如氮化硅薄膜，氧化硅薄膜等，本技术对此不做限定。
156.在该间隔层#2上沉积光学薄膜#4后的结构如图10的(c)所示。
157.s821，对该光学薄膜#4进行图案化，以形成光学结构#4。
158.该光学结构#4可以包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构#4，和与其他模块进行信号交换的层间耦合结构#4。
159.该光学结构#4用于对输入的光信号进行分束，独立传输，再合束。示例性地，该光学结构#4可以是马赫-增德(mach-zehnder)干涉仪(interferometer)结构，如图7的(a)所示。
160.具体地，可以基于离子注入，将马赫-增德干涉仪的两臂(第一干涉臂1315和第二干涉臂1316)通过掺杂制备为pin结构，并在每一个干涉臂的两边通过电子束蒸镀方式布置约200nm厚的金属电极1317，使得硅波导的光传输性质可以通过外加电场实现改变。此外，对于输入波导1318(第二输入波导的一例)，其末端被图案化为宽度逐渐变窄的锥形结构，该结构可基于倏逝波耦合效应，将下方光学薄膜#3中传输的光信号有效耦合至该层的硅基光学结构中，即该锥型结构可作为层间耦合结构#4。
161.应理解，该光学结构#4还可以是其他结构，例如，add-drop型微环谐振腔结构，光子晶体结构等，本技术对此不做限定。
162.以上在光学薄膜#4上图案化光学结构#4的方式包括但不限于，电子束曝光、离子注入、干法刻蚀技术和金属蒸镀等方式。
163.s822，移除区域#1中的间隔层#2，该区域#1与区域#2在光学基板平面的法向上的投影不重叠，该区域#2为该光学结构#4所在的区域。
164.该区域#1如图7的(b)中所示，通过移除该区域#1中的间隔层#2可以暴露出该区域#1中的光学薄膜#3。
165.s823，对该区域#1中的该光学薄膜#3进行图案化，形成光学结构#3。
166.该光学结构#3包括用于控制光信号在该模块内传输的层内传输结构#3，和与其他模块进行信号交换的层间耦合结构#3。
167.示例性地，该光学结构#3可以是铌酸锂直波导结构1320，其中，该直波导结构1320的一端和光学结构#4中的锥形波导部分在光学基板平面法向上的投影部分或全部重合，以实现光信号基于倏逝波耦合效应，在这两个模块之间的高效耦合。因此，该光学结构#3和该
光学结构#4中的层间耦合结构不需要经过机械方式进行光学对准。
168.该光学结构#3还可以是铌酸锂光子晶体悬臂梁结构，f-p谐振腔结构等。
169.可选地，还可以通过电子束蒸镀等方式在铌酸锂波导的两侧制备铬电极1319，铬电极1319用于对铌酸锂波导进行极化，且在完成极化后，还可以通过湿法腐蚀等方式进行移除。
170.以上对光学薄膜图案化的方式包括但不限于，紫外光刻，电子束曝光，干法刻蚀，湿法腐蚀，离子束刻蚀等，基于物理轰击或化学腐蚀的方式。
171.根据本技术实施例提供的光学芯片的制备方法，可以构建一种具有产生和调制纠缠光子对的三维光学芯片，该芯片可以用于光量子计算等领域。该方法通过先将多种未经图案化的异质光学材料层叠排布于同一光学基底之上，在材料薄膜层叠完毕之后，再按照由上至下的顺序，依次在各层上图案化出相应的光学结构，实现了异质集成光学芯片的构建。该方法无需基于机械方式进行各个模块之间的光学对准，提升了光学芯片的制备效率。同时，在间隔层厚度的控制方面，该方法也不需要在已有结构的上方进行间隔层的布置，因此其厚度精确可控。
172.图11是本技术的光模块的一例的示意图，如图11所示，该光模块1100包括基板1110，光芯片1120。
173.其中，该基板1110可以包括但不限于陶瓷基板或印刷电路板(printed circuit board，pcb)。
174.该光学芯片1120具体上述图1至图10中任一实现方式的光学芯片。
175.本技术实施例还提供了一种装置，如图12所示，该通信设备1200包括处理器1210和收发机1220，该处理器1210用于对待发送数据进行处理生成数字信号，该收发机1220包括图12所示的光模块，该收发机1220用于对该信号进行处理，例如，通过光学芯片对生成的射频信号进行处理，生成光信号，并将该光信号发送至其他通信设备。
176.或者，光芯片对收发机接收到的光信号进行处理，生成射频信号，可由电芯片对射频信号进行处理生成数字信号，处理器对数据信号进行处理以获得该数字信号承载的数据。
177.专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
178.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
179.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
180.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
181.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种光学芯片，其特征在于，包括光学基板，设于所述光学基板上的第一功能层，设于所述第一功能层上的第一间隔层，以及设于所述第一间隔层上的第二功能层；所述第二功能层上形成有第二光学结构，所述第二光学结构包括第二层间耦合结构和第二层内传输结构，所述第二层内传输结构位于所述第二功能层的第一区域；所述第一功能层上形成有第一光学结构，所述第一光学结构包括第一层间耦合结构和第一层内传输结构，所述第一光学结构位于所述第一功能层的第二区域，所述第二区域与所述第一区域在所述光学基板平面的法向的投影不重叠；其中，所述层间耦合结构用于所述第一功能层与所述第二功能层之间的信号交换，所述层内传输结构用于控制所述功能层内的信号传输，所述第二层间耦合结构位于所述第二功能层中的第三区域，所述第一层间耦合结构位于所述第一功能层的第四区域，所述第三区域与所述第四区域在所述光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。2.根据权利要求1所述的光学芯片，其特征在于，所述第二光学结构还包括位于所述第二功能层的第九区域的所述第二层间耦合结构，所述光学芯片还包括设于所述第二功能层上的第二间隔层，以及设于所述第二间隔层上的第三功能层，所述第三功能层上形成有第三光学结构，所述第三光学结构包括第三层间耦合结构和第三层内传输结构；其中，所述第三层间耦合结构位于所述第三功能层中的第七区域，所述第三层内传输结构位于所述第三功能层中的第八区域，所述第八区域与所述第一区域在所述光学基板平面的法向的投影不重叠，所述第九区域与所述第七区域在所述光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。3.根据权利要求1或2所述的光学芯片，其特征在于，所述第二层内传输结构包括第一输入波导，第一输出波导以及至少一个第一光学谐振腔；其中，所述第一输出波导包括至少一个波导结构，所述至少一个波导结构与所述至少一个第一光学谐振腔一一对应且光耦合连接，所述第一输入波导包括一个波导结构，所述一个波导结构与所述至少一个第一光学谐振腔光耦合连接。4.根据权利要求3所述的光学芯片，其特征在于，所述第二层间耦合结构包括在所述第一输入波导的第一端形成的第一锥型结构。5.根据权利要求4所述的光学芯片，其特征在于，所述第一光学结构包括第二光学谐振腔，以及平行的第一波导和第二波导，所述第一波导的一端与所述第一锥型结构光耦合连接。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学芯片，其特征在于，所述第二功能层的厚度范围为150nm至5μm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学芯片，其特征在于，所述第一功能层的厚度范围为150nm至5μm。8.根据权利要求1或2所述的光学芯片，其特征在于，所述第二层内传输结构为马赫增德干涉仪结构，所述马赫增德干涉仪结构包括第一干涉臂，第二干涉臂和第二输入波导；所述第二层间耦合结构包括在所述第二输入波导的第一端形成的第二锥型结构。9.根据权利要求8所述的光学芯片，其特征在于，所述第一光学结构包括直波导结构，
所述直波导结构的一端与所述第二锥型结构光耦合连接。10.根据权利要求8或9中所述的光学芯片，其特征在于，所述第二功能层的厚度范围为300nm至1μm。11.根据权利要求8或9中所述的光学芯片，其特征在于，所述第一功能层的厚度范围为200nm至500nm。12.一种光学芯片的制备方法，其特征在于，包括：在光学基板上依次沉积第一功能层，第一间隔层以及第二功能层；图案化所述第二功能层以形成第二光学结构，所述第二光学结构位于所述第二功能层的第一区域，所述第二光学结构包括第二层间耦合结构和第二层内传输结构；移除第二区域中的所述第一间隔层以露出所述第一功能层，所述第二区域与所述第一区域在所述光学基板平面的法向的投影不重叠；图案化所述第二区域中的所述第一功能层以形成第一光学结构，所述第一光学结构包括第一层间耦合结构和第一层内传输结构；其中，所述层间耦合结构用于所述第一功能层与所述第二功能层之间的信号交换，所述层内传输结构用于控制所述功能层内的信号传输，所述第二层间耦合结构位于所述第二功能层中的第三区域，所述第一层间耦合结构位于所述第一功能层的第四区域，所述第三区域与所述第四区域在所述光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在图案化所述第二功能层以形成第二光学结构之前，所述方法还包括：在所述第一结构上依次沉积第二间隔层和第三功能层；图案化所述第三功能层以形成第三光学结构，所述第三光学结构位于所述第三功能层的第五区域，所述第三光学结构包括第三层间耦合结构和第三层内传输结构；移除第六区域中的所述第二间隔层以露出所述第二功能层，所述第六区域与所述第五区域在所述光学基板平面的法向的投影不重叠。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第三层间耦合结构位于所述第三功能层中的第七区域，所述第三层内传输结构位于所述第三功能层中的第八区域，图案化所述第二功能层以形成第二光学结构包括：图案化所述第六区域中的所述第二功能层以形成所述第二光学结构，所述第二光学结构还包括位于所述第二功能层中的第九区域的所述第二层间耦合结构；其中，所述第八区域与所述第六区域在所述光学基板平面的法向的投影不重叠，所述第九区域与所述第七区域在所述光学基板平面的法向的投影部分或全部重叠。15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，图案化所述第二功能层以形成第二光学结构包括：图案化所述第二功能层以形成所述第二层内传输结构，所述第二层内传输结构包括第一输入波导，第一输出波导以及至少一个第一光学谐振腔；其中，所述第一输出波导包括至少一个波导结构，所述至少一个波导结构与所述至少一个第一光学谐振腔一一对应且光耦合连接，所述第一输入波导包括一个波导结构，所述一个波导结构与所述至少一个第一光学谐振腔光耦合连接。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，图案化所述第二功能层以形成第二光学
结构还包括：将所述第一输入波导的第一端图案化为第一锥型结构以形成所述第二层间耦合结构。17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，图案化所述第二区域中的所述第一功能层以形成第一光学结构包括：图案化所述第二区域中的所述第一功能层以形成第二光学谐振腔，以及平行的第一波导和第二波导，所述第一波导的一端与所述第一锥型结构光耦合连接。18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二功能层的厚度范围为150nm至5μm。19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一功能层的厚度范围为150nm至5μm。20.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，图案化所述第二功能层以形成第二光学结构包括：图案化所述第二功能层以形成马赫增德干涉仪结构，所述马赫增德干涉仪结构包括第一干涉臂，第二干涉臂和第二输入波导；图案化所述第二输入波导的第一端形成的第二锥型结构。21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，图案化所述第二区域中的所述第一功能层以形成第一光学结构包括：图案化所述第二区域中的所述第一功能层以形成直波导结构，所述直波导结构的一端与所述第二锥型结构光耦合连接。22.根据权利要求20或21中所述的方法，其特征在于，所述第二功能层的厚度范围为300nm至1μm。23.根据权利要求20或21中所述的方法，其特征在于，所述第一功能层的厚度范围为200nm至500nm。

技术总结
本申请提供了一种光学芯片及其制备方法，该光学芯片包括光学基板，依次设于光学基板上的第一功能层，第一间隔层以及第二功能层；第二功能层上形成有第二光学结构，第二光学结构包括第二层间耦合结构和第二层内传输结构，第二层内传输结构位于第二功能层的第一区域；第一功能层上形成有位于第二区域的第一光学结构，第一光学结构包括第一层间耦合结构和第一层内传输结构，第二区域与该第一区域在光学基板平面的法向的投影不重叠；第二层间耦合结构位于第二功能层中的第三区域，第一层间耦合结构位于第一功能层的第四区域，第三区域与第四区域在光学基板平面的法向投影部分或全部重叠。该光学芯片各功能层中的光学结构无需基于机械方式光学对准。机械方式光学对准。机械方式光学对准。


技术研发人员：牛欣翔 张翔 董晓文
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2023/9/22