模式转换波导系统的制作方法

1.本公开总体上涉及光波导结构，并且具体涉及模式转换波导系统。


背景技术：

2.光波导是在光谱中引导电磁波的物理结构。这些光波导可以用作集成光电路中的部件。关于量子通信和处理，光学材料结构可以用于创建光子发射器、中继器、以及用于通信的其他量子装置。
3.光波导可以执行传播波的场结构图可以改变的模式转换。模式转换光波导可以用于各种应用。例如，模式转换可以在光波导中实现，以执行光信号的复用或解复用。
4.在模分复用方案中，单载波波长的光信号由在一个多模波导总线中的各种光学模式独立地承载。此外，波导中的非线性光学处理(诸如参数下变频、自发四波混合、二次谐波生成)在非线性光学处理中通常使用高阶模式。这些非线性光学处理可以例如用于制造预知单光子源、纠缠光子源、以及光学参数振荡器。
5.对光信号执行模式转换的光波导在模式转换期间通常具有损耗。因此，这些光波导在将光从一种模式转换到另一种模式时的效率可能不太理想或实用。这些损失对于期望的应用可能是不期望的或不切实际的。
6.因此，期望具有考虑至少一些上述问题以及其他可能的问题的方法和设备。例如，期望具有一种克服在以提高的效率执行光信号的模式转换的技术问题的方法和设备。


技术实现要素：

7.本公开的实施例提供了一种模式转换波导系统，包括：单模波导；多模波导；多模干扰区域，其连接至单模波导和多模波导；以及多模干扰区域中的空腔。
8.根据另一说明性实施例，提供一种用于转换光的模式的方法。通过单模波导发送光，其中：光在行进通过单模波导时具有第一模式。光从单模波导被发送到已经连接到单模波导的多模干扰区域中。光被多模干扰区域内的空腔反射，使得光远离单模波导传播。光从多模干扰区域输出，其中，该光具有第二模式。
9.特征和功能可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合，其中，参考以下描述和附图可以看到进一步的细节。
附图说明
10.在所附权利要求中阐述了被认为是说明性实施例的特性的新颖特征。然而，当结合所附附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下详细描述，将最好地理解说明性实施例以及优选使用模式、其进一步的目的和特征，在所附附图中：
11.图1是根据说明性实施例的模式转换波导系统的框图的图示；
12.图2是根据说明性实施例的多模干扰区域中的空腔的框图的图示；
13.图3是根据说明性实施例的多模波导的框图的图示；
14.图4是根据说明性实施例的模式转换波导系统的图示；
15.图5是根据说明性实施例的多模波导的截面的图示；
16.图6是根据说明性实施例的多模干扰区域的截面的图示；
17.图7是根据说明性实施例的模式转换波导系统的截面的图示；
18.图8是根据说明性实施例的模式转换波导系统的另一图示；
19.图9是根据说明性实施例的多模干扰区域的截面的图示；
20.图10是根据说明性实施例的模式转换波导系统的截面的图示；
21.图11是根据说明性实施例的模式转换波导系统的又一示图；
22.图12是根据说明性实施例的多模干扰区域的截面的图示；
23.图13是根据说明性实施例的模式转换波导系统的截面的图示；
24.图14是根据说明性实施例的多模波导的截面图的图示；
25.图15是根据说明性实施例的可以存在于模式转换波导系统中的横向电子模式的示图；
26.图16是根据说明性实施例的可以存在于模式转换波导系统中的横向磁模式的示图；
27.图17是根据说明性实施例的描绘电场分布的曲线图的图示；
28.图18是根据说明性实施例的描绘电场分布的曲线图的另一图示；
29.图19是根据说明性实施例的用于转换光的模式的处理的流程图的图示；
30.图20是根据说明性实施例的用于转换光的模式的处理的流程图的图示；以及
31.图21是根据说明性实施例描绘的产品管理系统的框图的图示。
具体实施方式
32.说明性实施例认识并考虑到一个或多个不同的考虑因素。例如，说明性实施例认识并考虑到基于模式的有效折射率的变化，用于模式转换的光波导可能具有不期望的损耗。那些实施例认识并考虑到，一些模式转换器光波导使用定向耦合器，该定向耦合器要求相关模式的有效折射率被适当地匹配。说明性实施例认识并考虑到折射率的变化将以不相等的量改变相关模式的有效折射率。
33.说明性实施例认识并考虑到，对于执行模式转换的光波导的当前设计，当几何形状和折射率改变时，制造工艺和设计的变化可导致不同的效率。例如，在模式转换光波导中使用的材料可具有不能如所期望的那样精确地控制的折射率。在制造执行模式转换的光波导时，难以控制折射率的一种材料的示例是氮化硅。说明性实施例认识并考虑到氮化硅膜的形成和后续处理可引起折射率的变化。说明性实施例认识并考虑到，在制造期间可以选择沉积时间、沉积温度、压力、反应物流速和基板温度以改变膜的化学组成，这进而对膜的物理性质(诸如折射率)具有影响。
34.说明性实施例认识并考虑到材料的折射率与传播通过材料的电磁波的模式的折射率之间的变化，可能发生模式转换和透射的量的不期望的减少。说明性实施例认识并考虑到，期望具有对折射率的变化具有增加的容忍度的光波导系统。
35.因此，说明性实施例提供了用于容许折射率变化的模式转换的方法、设备和系统。本文公开了用于光波导的所要求保护的结构和方法的详细示例。然而，应当理解，所公开的
示例仅是对可以以各种形式实施的所要求保护的结构和方法的说明。此外，结合各种实施例给出的每个示例旨在是说明性的而非限制性的。
36.此外，附图不必按比例绘制，可以放大一些特征以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅是用于教导本领域技术人员以不同方式采用本公开的方法和结构的代表性基础。
37.出于下文描述的目的，术语“在
…
上部”、“在
…
下部”、“在
…
右”、“在
…
左”、“竖直”、“水平”、“在
…
顶部”、“在
…
底部”及其派生词将涉及本公开的实施例，如在附图中定向的。术语“定位在
……
上”是指第一元件(诸如第一结构)存在于第二元件(诸如第二结构)上，其中，诸如界面结构(例如，界面层)的中间元件可存在于第一元件与第二元件之间。
38.在本公开中，当诸如层、区域或基板的元件被称为“在另一元件上”或“在另一元件上方”时，该元件可直接在另一元件上，或者也可存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”、“直接在另一元件上方”、或“在另一元件上并与另一元件直接接触”时，则不存在中间元件，并且该元件与另一元件接触。
39.下面描述的处理、步骤和结构不形成用于制造光波导或集成电路的完整处理流程。可以结合当前在本领域中用于半导体电路的光波导的制造技术来实践本公开，并且为了理解本公开的不同示例，在必要时仅包括如此多的通常实践的处理步骤。附图表示在制造期间的集成电路的一部分的截面，并且不是按比例绘制的，而是被绘制以便示出本公开的不同说明性特征。
40.现在参考附图，并且具体地参考图1，描绘了根据说明性实施例的模式转换波导系统的框图的图示。如所描绘的，模式转换波导系统100包括单模波导102、多模干扰区域104以及多模波导106。在该说明性示例中，多模干扰区域104连接单模波导102和多模波导106。在该说明性示例中，单模波导102、多模波导106以及多模干扰区域104形成在基板108上。基板108可以采取多种不同的形式。例如，基板108可以选自包括以下各项的组：二氧化硅(sio2)、氮化硅(si
x
ny，其中，x和y是化学计量比)、氢化氮化硅-si
x
ny：hz、氮氧化硅(sio
x
ny)、氮化铝(aln)、碳化硅(sic)、铌酸锂(linbo3)、砷化铝镓(al
x
ga
1-x
as)、硅(si)、以及其他合适的材料。
41.如所描绘的，单模波导102光学耦合到多模干扰区域104。多模干扰区域104光学连接至多模波导106。此外，模式转换波导系统100包括位于多模干扰区域104中的空腔118。
42.在该说明性示例中，电磁能120可以行进或传播通过模式转换波导系统100。这种电磁能120传播通过模式转换波导系统100可以改变电磁能120中的场124的模式122。在该说明性示例中，场124可以是电场123和磁场125中的至少一个。
43.如本文所使用的，当与一系列项目一起使用时，短语“至少一个”意味着可以使用所列出的项目中的一个或多个的不同组合，并且可以仅需要列表中的每个项目中的一个。换句话说，“至少一个”意味着可以使用列表中的项目和多个项目的任何组合，但是不需要列表中的所有项目。项目可以是特定对象、事物或类别。
44.例如，但不限于，“项目a、项目b和项目c中的至少一个”可包括项目a、项目a和项目b或项目b。该示例还可以包括项目a、项目b和项目c或者项目b和项目c。当然，可以存在这些项目的任何组合。在一些说明性示例中，“至少一个”可以例如是但不限于两个项目a；一个项目b；以及十个项目c；四个项目b和七个项目c；或其他合适的组合。
45.在一个说明性示例中，行进通过模式转换波导系统100的电磁能120在该说明性示例中是光130。多模干扰区域104中的空腔118使具有第一模式132的光130从单模波导102行进到多模干扰区域104中以在多模干扰区域104内反射，使得光130具有第二模式134。
46.在该说明性示例中，根据模式转换波导系统100内的结构的几何形状，可支持单个引导的te或tm光学模式或一个以上的引导的te光学模式。例如，单模波导102支持单te或tm模式，而多模波导106可以支持一组te或tm光学模式。
47.在这些说明性示例中，横向电(te)模式意味着指导模式的电场分量在基板的平面中极化。横向磁(tm)模式意味着磁场在基板的平面中极化，或等效地，电场垂直于基板的平面极化。在说明性示例中，波导的基本te
11
模式和tm
11
模式在引导模式的电场分布中具有单个峰值，而高阶模式在它们的电场分布中具有一个以上的峰值。
48.在该说明性示例中，光130在行进通过单模波导102时具有第一模式132。在单模波导102中，光130的第一模式132可以是光130的基本模式。多模干扰区域104使光130从第一模式132改变为第二模式134。将具有第二模式134的光130从多模干扰区域104输出至多模波导106。
49.在该说明性示例中，空腔118使光130(如行进通过多模干扰区域104的基本模式光)在多模干扰区域104内反射。当从多模干扰区域104输出光时，空腔118可以扰动或改变进入多模干扰区域104的光130的场124以将光130的模式122从第一模式132改变为第二模式134。
50.例如，光130沿第一方向136行进通过模式转换波导系统100，使得光130从较低模式转换到较高模式。具有第一模式132的光130行进通过单模波导102，并且被输入到多模干扰区域104，并且以第二模式134从多模干扰区域104被输出到多模波导106。
51.其他模式的附加光可以被引入多模波导106，其中，光130具有第二模式134。例如，第二模式134的光130可以具有te
31
的模式，并且附加光可以具有tm
31
的模式。
52.在该示例中，第一模式132可以是te
11
光学模式，并且第二模式134可以是te
31
光学模式。在另一示例中，第一模式132可以是tm
11
光学模式，并且第二模式134可以是tm
31
光学模式。
53.在另一说明性示例中，输入到模式转换波导系统100中的光130处于高阶模式并且被输入到多模波导106中。在该说明性示例中，光130沿第二方向138行进通过模式转换波导系统100，使得光130可以被转换为低阶模式。具有第二模式134的光130行进通过多模波导并且被输入到多模干扰区域104中并且以第一模式132从多模干扰区域104被输出到单模波导中。
54.在该示例中，单模波导102仅允许光130低阶模式不通过高阶模式的光130。因此，单模波导102可用作滤波器，以滤除未转换为更低或基本模式的光。
55.对于该示例，第一模式132可以是te
11
光学模式，并且第二模式134可以是te
31
光学模式。第一模式132可以是tm
11
光学模式，并且第二模式134可以是tm
31
光学模式。
56.接下来参考图2，描绘了根据说明性实施例的多模干扰区域中的空腔的框图的图示。在说明性示例中，在多于一个的附图中可以使用相同的参考标号。在不同附图中重复使用参考标号表示不同附图中的相同元件。
57.在该说明性示例中，多模干扰区域104中的空腔118具有形状200和位置201。在说
明性示例中，可以选择形状200和位置201以在多模干扰区域104内提供对称性。这种对称性可以改善模式转换波导系统100中的光波导中的性能带宽和折射率变化的容差中的至少一个的性能。
58.可以选择形状200和位置201，使得空腔118引起光130在多模干扰区域104内反射，使得光130沿行进的方向传播。例如，如果光130被输入到单模波导102中，空腔118使光130行进远离单模波导102。作为另一示例，如果光130被输入到多模波导106中，空腔118使光130行进远离多模波导106。换句话说，空腔118减少光130的反射，该反射使光130沿与光130从一个输入行进到多模干扰区域104的相反方向行进。
59.形状200可采用多种不同形式。例如，形状200可以选自圆柱体、椭球体、金字塔、锥体、球体、截头锥体、截头圆锥体、金字塔截头体、关于多模干扰区域的平面205对称的几何形状、以及其他合适的形状中的一个。在该示例中，平面205是xz平面，诸如下文图7中的xz平面702。
60.在该说明性示例中，多模干扰区域104关于中心地延伸通过多模干扰区域104的轴线202对称。在另一示例中，对于多模干扰区域104，多模干扰区域104关于平面205对称。例如，多模干扰区域104可关于多模干扰区域104的xz平面平分基底宽度207对称。在一个示例中，多模干扰区域104的形状203关于中心地延伸通过多模干扰区域104的平面或轴线对称。在该示例中，多模干扰区域104内的空腔118的位置201关于平面205对称。位置201是三维位置并且可以使用利用xyz值的笛卡尔坐标系来描述。空腔118可以关于中心地延伸通过多模干扰区域104的轴线202对称。
61.此外，空腔118可以采取多种不同的形式。例如，空腔118可以是具有形状200的空隙204和孔206中的一个。空隙204被包围在多模干扰区域104内，孔206延伸到多模干扰区域104中。孔206延伸通过多模干扰区域104并且与模式转换波导系统100中的多模干扰区域104外部的另一部件通信。
62.在说明性示例中，多模干扰区域104由第一材料208组成，并且空腔118填充有不同于第一材料208的第二材料210。在该说明性示例中，第二材料210具有比第一材料208更低的折射率。在一个说明性示例中，第二材料210可以是空气、氧化硅(sio2)、绝缘体或一些其他合适的材料。
63.在说明性示例中，其中多模干扰区域104可以包括包层212和包层212内的核心区域214。核心区域由第一材料208组成。在该示例中，空腔118位于多模干扰区域104中的核心区域214中。在该示例中，用于空腔118的第二材料210可以是与用于包层212的包层材料216相同的材料。
64.转向图3，根据说明性实施例描绘了多模波导的框图的图示。多模波导106可以具有锥度300。例如，多模波导106的锥度300可以使得多模波导106的宽度302随着远离多模波导106至多模干扰区域104的连接而变得更小。换句话说，多模波导106的宽度302可以逐渐变细，使得多模波导106在多模波导106至多模干扰区域104的连接处的宽度302大于多模波导在远离多模波导106至多模干扰区域104的连接的位置处的宽度302。
65.此外，多模波导106可以包括第一部分306和第二部分308。在该示例中，第一部分306连接至多模干扰区域，并且第二部分连接至第一部分306。在该说明性示例中，第一截面306具有第一截面310，并且第二部分308具有不同于第一截面310的第二截面312。
66.在一个说明性示例中，第一部分306中的第一截面310可以包括由氮化硅组成的区域314。第二部分308中的第二截面312可以由位于氮化硅的第一侧区域318与氮化硅的第二侧区域320之间的铌酸锂的中心区域316组成。可以在第一侧区域318与第二侧区域320之间包括中心区域316。这些部分可以位于包层212内。
67.在说明性示例中，与当前模式转换波导系统相比，模式转换波导系统100提供改善的性能。如所描绘的，光130可以是在期望单模波导或多模波导106处的输入。当输入处于单模波导102时，光130处于单模，其中，多模波导106处的输出处于多模。当输入处于多模波导106时，光130是任何多模，其中，单模波导处的输出想要处于单模。
68.因此，如所描绘的，模式转换波导系统100使用1x1模式转换系统，其中，单个多模波导、单个多模干扰区域以及单个多模波导用于提供光130的高阶模式与低阶模式之间的模式转换。与使用多个输入波导、多个多模干扰区域、多个输出波导或其组合的模式转换波导系统100相比，模式转换波导系统100仅使用一个输入波导和一个输出波导。
69.在说明性示例中，模式转换波导系统100容忍波导的折射率的变化。该特征可提供减少波导中使用折射率难以精确控制的材料的问题的技术效果。在该示例中，折射率的变化不干扰对称性。因此，在模式转换波导系统100中平衡发生的变化。输入模式和输出模式也具有对称性，因此模式转换处理的效率不会显著地改变。
70.当前模式转换系统缺乏对称性。因此，折射率的变化不具有均匀分布的效果，从而导致模式转换的效率降低。当前模式转换系统的不同部分可以以稍微不同的量改变，这以不期望的方式干扰系统。例如，在定向耦合器模式转换器中，材料的折射率的变化使每个波导中的模式的有效折射率改变不同的量。该改变导致模式的有效折射率不再相等，从而降低模式转换效率。
71.贯穿模式转换系统的材料的折射率可能不是设计中指定的精确值。对于波导有效折射率，根据几何形状，材料的折射率的变化可对有效折射率具有更大或更小的影响。
72.此外，与诸如定向耦合器的当前模式转换器相比，利用模式转换波导系统100，设计更容易制造。可以使用约120nm的最小特征尺寸来制造模式转换波导系统100，而当前使用的其他模式转换器具有37nm的最小特征尺寸。此外，可以制造模式转换波导系统100，使得耦合长度小于10μm，而定向耦合器使用模式转换可具有50μm以上的耦合长度。
73.现在参考图4，描绘了根据说明性实施例的模式转换波导系统的图示。如所描绘的，模式转换波导系统400是图1中以框形式示出的模式转换波导系统100的一个实现方式的示例。模式转换波导系统400可以被配置为通过选择模式转换波导系统400中不同部件的尺寸在te
11
模式与te
31
模式以及tm
11
模式与tm
31
模式之间执行模式转换。在该说明性示例中，针对该示例实现方式提供的尺寸可用于在te
11
模式与te
31
模式之间执行模式转换的模式转换。这些示例尺寸可用于转换波长为655nm的光学装置的模式。
74.如所描绘的，在由y轴442和x轴444定义的xy平面402上的俯视图中示出了模式转换波导系统400。在该说明性示例中，模式转换波导系统400包括单模波导404、多模干扰区域406和多模波导408。在该说明性示例中，多模干扰区域406具有空腔410。
75.在该说明性示例中，这些不同部件以包层414的形式位于限制结构412内。限制结构412是与其他结构相比具有较低折射率的一个或多个层，以使光在单模波导404、多模干扰区域406、多模波导408内反射。
76.在该说明性示例中，包层414可以由一种或多种材料组成。例如，包层414可以选自空气、氧化硅(sio2)中的至少一种。
77.如所描绘的，空腔410可以任选地填充有与包层414相同的材料。在该说明性示例中，当光沿方向416行进通过模式转换波导系统400时，空腔410被配置为促进或引起沿那个方向416的光的反射并且减少沿方向418的光的反射。例如，针对行进通过单模波导404和方向416的光，空腔410使多模干扰区域406内行进的光远离单模波导404传播。
78.换句话说，空腔410的使用和空腔410的配置可以减少沿方向418行进的光的反射。因此，通过使用空腔410，沿方向416发生光的提高的效率或透射以及将光从基本模式转换为更高阶模式。
79.此外，沿方向418行进通过模式转换波导系统400的光可以从高阶模式转换为低阶模式，诸如基本光学模式。针对沿方向418行进的光，使用多模干扰区域406内的空腔410还可以提高将在从多模波导408接收时具有高阶模式的光转换为可以通过单模波导404传输的低阶模式的效率。
80.如所描绘的，多模波导408在多模波导408的截面422中具有锥度420。锥度420可以帮助减少在多模波导408内行进的光的损耗。锥度420是可选的特征。
81.在te
11
形式的基本光学模式与te
31
光学模式之间转换的模式转换波导系统400的尺寸可以采取多种不同的形式。在该说明性示例中，单模波导404的基底宽度424约为318nm。
82.在该说明性示例中，基底宽度是光波导的基底处的宽度。光波导中的基底部分可以稍微大于该光波导的顶部处的宽度。例如，光波导可具有斜坡或弯曲侧壁，使得基底宽度大于光波导的顶部宽度。
83.多模干扰区域406的基底宽度426为1.82μm并且长度428为4.84μm。空腔410是圆柱体429，该圆柱体的半径430为124nm。如所描绘的，空腔的中心432从输入到多模干扰区域406距离434为1.67μm。
84.如所描绘的，多模波导408的基底宽度436为933nm。可以看出，多模干扰区域406的第一宽度(基底宽度426)大于多模波导106的第二宽度(基底宽度436)。
85.在该说明性示例中，多模波导408中的锥度420在10μm的距离440上从1.32μm的基底宽度436到933nm的基底宽度438逐渐变细。在该说明性示例中，单模波导404、多模干扰区域406、多模波导408和空腔410的中心相对于彼此关于y轴442对准。
86.在该说明性示例中，模式转换波导系统400中的单模波导404、多模干扰区域406、多模波导408相对于z轴(未示出)的高度是300nm。z轴垂直于xy平面402。
87.现在转向图5，描绘了根据说明性实施例的多模波导的截面的图示。在该说明性示例中，截面500是沿着图4中的线5-5截取的多模波导408的截面图。如所描绘的，截面500在由y轴442和z轴504定义的yz平面502上。
88.在该说明性示例中，多模波导408由核心区域506和包层414组成。在该说明性示例中，核心区域506是光信号行进的多模波导408的部分。在该说明性示例中，核心区域506由氮化硅(sin)组成。
89.如所描绘的，包层414包括两个部分，下包层508和上包层510。下包层508由二氧化硅(sio2)层组成，并且上包层510由空气组成。
90.在该说明性示例中，核心区域的基底宽度436为933nm并且高度514为300nm。侧壁516和侧壁518的倾角为80度。
91.接下来转向图6，描绘了根据说明性实施例的多模干扰区域的截面的图示。在该说明性示例中，截面600是沿着图4中的线6-6截取的多模波导408的截面图。如所描绘的，截面600在由y轴442和z轴504定义的yz平面502上。
92.在该说明性示例中，多模波导408由核心区域602和包层414组成。在该说明性示例中，核心区域602是光信号行进的多模干扰区域406的部分。在该说明性示例中，核心区域602由氮化硅(sin)组成。核心区域602的基底宽度426为1.82μm并且高度514为300nm。
93.如所描绘的，空腔410与上包层510和下包层508相连通，并且采用高度514的圆柱体429的形式，该圆柱体从由空气组成的上包层510延伸到由氧化硅(sio2)组成的下包层508。圆柱体429的半径430为124nm。
94.参考图7，示出了根据说明性实施例的模式转换波导系统的截面的图示。在该说明性示例中，截面700是沿着图4中的线7-7截取的模式转换波导系统400的一部分的截面图。如所描绘的，截面700在由x轴444和z轴504定义的xz平面702上。
95.如所描绘的，在该截面图中，在多模干扰区域406的任一侧上看到单模波导404和多模波导408的一部分。如所描绘的，圆柱体429被示出为在多模干扰区域406内。
96.可以改变模式转换波导系统400的不同尺寸以配置模式转换波导系统400以执行其他类型的转换。此外，圆柱体429的配置可以改变。例如，在另一说明性示例中，圆柱体429可以不一直延伸通过多模干扰区域406。
97.如所描绘的，多模干扰区域406关于xz平面702对称。在一个说明性示例中，xz平面702可被定义为平分多模干扰区域406。换句话说，xz平面702可延伸通过多模干扰区域406的基底宽度426的中点。在该说明性示例中，对称性是多模干扰区域406的尺寸和特征。这些特征可以包括圆柱体429。换句话说，圆柱体429可对称地定位以被xz平面702平分。此外，多模干扰区域406的对称性还可以关于中心地延伸通过多模干扰区域406的轴线。
98.现在参考图8，描绘了根据说明性实施例的模式转换波导系统的另一个图示。如所描绘的，模式转换波导系统800是图1中以框形式示出的模式转换波导系统100的一个实现方式的示例。模式转换波导系统800可以被配置为通过选择模式转换波导系统800中不同部件的尺寸在te
11
模式与te
31
模式以及tm
11
模式与tm
31
模式之间执行模式转换。在该示例中，示例尺寸可用于tm
11
模式与tm
31
模式之间的模式转换。
99.如所描绘的，在由y轴804和x轴806定义的xy平面802上的俯视图中示出了模式转换波导系统800。在该说明性示例中，模式转换波导系统800包括单模波导808、多模干扰区域810、多模波导812。在该说明性示例中，多模干扰区域810具有椭球体816形式的空腔814。
100.在该说明性示例中，椭球体816的短轴818为30nm并且长轴820为600nm。如所描绘的，椭球体816位于距单模波导808距离822为2.17μm处。
101.如描绘的，单模波导808的基底宽度824为318nm。多模干扰区域810的基底宽度824为2.01μm并且长度828为6.74μm。多模波导812的基底宽度830为1.32μm，该基底宽度830在10μm的距离834上逐渐变细为1.32μm的基底宽度830。
102.在该示例中，单模波导808、多模干扰区域810、多模波导812和空腔814的中心相对于彼此关于y轴804对准。在所描绘的示例中，这些部件的高度在z轴的方向上为300nm。
103.接下来转向图9，描绘了根据说明性实施例的多模干扰区域的截面的图示。在该说明性示例中，截面900是沿着图8中的线9-9截取的多模波导812的截面图。如所描绘的，截面900在由y轴804和z轴906定义的yz平面902上。
104.在该说明性示例中，多模波导812由核心区域908和包层910组成。在该说明性示例中，核心区域908由氮化硅(sin)组成。核心区域908的基底宽度826为2.01μm并且高度912为300nm。
105.如所描绘的，空腔814与上包层914和下包层916连通，并且采取椭球体816的形式从由空气组成的上包层914延伸到由氧化硅(sio2)组成的下包层916。椭球体429具有600nm的短轴818和高度912。
106.参考图10，描绘了根据说明性实施例的模式转换波导系统的截面的示意图。在该说明性示例中，截面1000是沿着图8中的线10-10截取的模式转换波导系统800的一部分的截面图。如所描绘的，截面1000在由x轴806和z轴906定义的xz平面1002上。
107.如所描绘的，在该截面图中，在多模干扰区域810的任一侧上看到单模波导808和多模波导812的一部分。如所描绘的，椭球体816被示出为在长轴820为600nm的多模干扰区域810内。
108.接下来转向图11，描绘了根据说明性实施例的模式转换波导系统的又一示图。如所描绘的，模式转换波导系统1100是图1中以框形式示出的模式转换波导系统100的一个实现方式的示例。模式转换波导系统1100可被配置为通过选择模式转换波导系统1100中不同部件的尺寸在te
11
模式与te
31
模式以及tm
11
模式与tm
31
模式之间执行模式转换。在该示例中，示例尺寸可用于tm
11
模式与tm
31
模式之间的模式转换。
109.如所描绘的，在由y轴1104和x轴1106定义的xy平面1102上的俯视图中示出了模式转换波导系统1100。在该说明性示例中，模式转换波导系统1100包括单模波导1108、多模干扰区域1110、多模波导1112。在该说明性示例中，多模干扰区域1110具有球体1116形式的空腔1114。
110.在该说明性示例中，球体1116的半径1118为150nm。如所描绘的，球体1116位于距单模波导1108距离1120为2.17μm处。
111.如所描绘的，单模波导1108的基底宽度1122为318nm。多模干扰区域1108的基底宽度1124为2.01μm并且长度1126为6.74μm。多模波导1112的基底宽度1128为1.32nm，该基底宽度1128在区域1130中在10μm的距离1134上逐渐变细为0.933μm的基底宽度1132。
112.在该示例中，单模波导1108、多模干扰区域1110、多模波导1112和空腔1114的中心相对于彼此关于y轴1104对准。在所描绘的示例中，这些部件的高度在z轴的方向上为300nm。
113.接下来转向图12，描绘了根据说明性实施例的多模干扰区域的截面的图示。在该说明性示例中，截面1200是沿着图11中的线12-12截取的多模波导1112的截面图。如所描绘的，截面1200在由y轴1204和z轴1206定义的yz平面1202上。
114.在该说明性示例中，多模波导1112由核心区域1208和包层1210组成。在该说明性示例中，核心区域1208由氮化硅(sin)组成。核心区域1208的基底宽度1124为2.01μm并且高度1211为300nm。
115.包层1210由上包层1212和下包层1214组成。在该说明性示例中，上包层1212由空
气组成，下包层1214由氧化硅(sio2)组成。
116.如所描绘的，空腔1114是位于核心区域1208内的球体1116并且不与上包层1212和下包层1214连通。如所描绘的，在该示例中，球体1116的半径1118为150nm。
117.参考图13，描绘了根据说明性实施例的模式转换波导系统的截面的图示。在该说明性示例中，截面1300是沿着图11中的线13-13截取的模式转换波导系统1100的一部分的截面图。如所描绘的，截面1300在由x轴1106和z轴1206定义的xz平面1302上。
118.如所描绘的，在该截面图中，在多模干扰区域1110的任一侧上看到单模波导1108和多模波导1112的一部分。如所描绘的，球体1116形式的空腔1114被示出为在多模干扰区域1110内，其中，半径1118为150nm。
119.提供图4至图13中的模式转换波导系统的图示作为以框图形式图1至图3所示的模式转换波导系统100的实现方式的示例。所描述的不同尺寸和配置被提供为示例并不意味着限制可以实施其他说明性示例的方式。例如，不同的部件具有不对称性，该不对称性促进增加带宽和对折射率变化的容限。在说明性示例中，当改变输入光信号的模式时，增加的带宽由增加的耦合效率引起。
120.在这些示例中，空腔的对称性被描述为相对于y轴与其他部件对准。换句话说，空腔被描述为相对于延伸通过不同部件的轴线对准。
121.还有其他示例，使用不同的尺寸来获得te与tm模式之间的期望模式转换。在其他说明性示例中，在这些图中描绘的多模波导中可以不存在渐缩部(tapers)。
122.作为又一示例，模式转换波导系统中的不同波导可由不同材料组成。例如，单模波导可以包括一种材料，多模干扰区域可以由第二材料组成，并且多模波导可以由第三材料组成。
123.作为另一说明性示例，除了上包层是空气和下包层是氧化硅(其中，光波导由氮化硅组成)之外，其他类型的材料和组合材料可以用于包层。这些示例不意味着排除使用其他材料，例如，硅、碳化硅、铌酸锂或其他材料可用于核心。在其他说明性示例中，上包层可以由除了空气之外的材料组成。例如，除空气之外或代替空气，可以使用氧化硅或具有期望折射水平的其他材料。引导光学模式的材料的折射率可影响波导的最佳几何形状的选择以及在诸如多模干扰区域的部件中的尺寸。
124.例如，在图14中，根据说明性实施例描述了多模波导的截面图。在该图中，多模波导使用与在图4至图13中的示例不同类型的材料。如所描绘的，截面1400在由y轴1404和z轴1406定义的yz平面1402上。多模波导1408的该示例是多模波导的另一示例配置，除了图5中截面500中的多模波导408所示的配置之外或替代图5中截面500中的多模波导408所示的配置，可以使用该多模波导。
125.在该说明性示例中，多模波导1408由核心区域1410和包层1412组成。在该说明性示例中，核心区域1410由中心区域1414、第一侧区域1416和第二侧区域1418组成。中心区域1414位于第一侧区域1416与第二侧区域1418之间。如所描绘的，中心区域1414由铌酸锂(linbo3)组成，而第一侧区域1416和第二侧区域1418由氮化硅(sin)组成。在该示例中，包层1412由氧化硅(sio2)组成。
126.参考图15，根据说明性实施例描述了可存在于模式转换波导系统中的横向电模式的示图。曲线图1500描绘了可以存在于模式转换波导系统(诸如图1中的模式转换波导系统
100、图4中的模式转换波导系统400、图8中的模式转换波导系统800和图11中的模式转换波导系统1100)中的电模式的不同趋势。
127.曲线图1500示出了在由氮化硅组成的波导1502中的特定光学模式的电场强度。这些模式是根据惯例命名的：te
ij
描述了在x轴上的y方向上具有i个电场峰值并且在y轴上的z方向上具有j个电场峰值的te模式。
128.如所描绘的，曲线图1504示出了相对于诸如单模波导的波导1502的te
11
模1506。在该示例中，te
11
模式1506是基本模式并且具有单个波瓣。
129.曲线图1508描绘了相对于诸如多模波导的波导1503的te
21
模式1510。te
21
模式1506具有两个波瓣。在该说明性示例中，曲线图1512描绘了相对于诸如多模波导的波导1503的te
31
模式1514。te
31
模式1514具有三个波瓣。曲线图1508和曲线图1512中的模式是可在多模波导中发现的模式的示例。
130.转向图16，根据说明性实施例描述了可存在于模式转换波导系统中的横向磁模式的示图。曲线图1600描绘了可存在于模式转换波导系统(诸如图1中的模式转换波导系统100、图4中的模式转换波导系统400、图8中的模式转换波导系统800和图11中的模式转换波导系统1100)中的不同的横向磁模式。
131.曲线图1600示出了在由氮化硅组成的波导1502中的特定光学模式的磁场强度。这些模式根据惯例命名的：对于波导而言，tm
ij
描述了在x轴上的y方向上具有i个电场峰值并且在y轴上的z方向上具有j个电场峰值的tm模式。
132.如所描绘的，曲线图1604示出了相对于诸如单模波导的波导1602的tm
11
模式1606。在该示例中，tm
11
模式1606是基本模式并且具有单个波瓣。
133.曲线图1608描绘相对于诸如多模波导的波导1603的tm
21
模式1610。tm
21
模式1610具有两个波瓣。在该说明性示例中，曲线图1612描绘相对于诸如多模波导的波导1603的tm
31
模式1614。tm
31
模式1606具有三个波瓣。曲线图1608和曲线图1612中的模式是可在多模波导中找到的模式的示例。
134.转向图17，根据说明性实施例描绘了描绘电场分布的曲线图的图示。在该说明性示例中，曲线图1700示出了输入到模式转换波导系统中的单模波导中的光信号的电场分布。tm
ij
描述了对于波导而言在y轴上在y方向上具有i个电场峰值，并且在x轴上在x方向上具有j个电场峰值的tm模式。
135.在该说明性示例中，光信号在曲线图1700中从左到右传播。该传播导致光信号从tm
11
到tm
31
的转换。在该说明性示例中，转换效率为约90％，总光学损失为约7％。
136.接下来参考图18，描绘了根据说明性实施例的描绘电场分布的曲线图的另一示意图。在该说明性示例中，曲线图1800示出了输入到模式转换波导系统中的多模波导中的光信号的电场分布。在该示例中，光信号的波长为655nm。tm
ij
描述了对于波导而言在y轴上在y方向上具有i个电场峰值，并且在x轴上在x方向上具有j个电场峰值的tm模式。
137.在该说明性示例中，光信号在曲线图1800中从右到左传播。在该示例中，光信号的波长为655nm。该传播导致光信号从tm
11
到tm
31
的转换。在该说明性示例中，转换效率为约98％，总光学损失为约14％。
138.图15至图18中的模式转换光波导系统的电场分布的图示被描绘为示出使用如在说明性示例中描绘的模式转换波导系统可发生的光场的模式。在说明性示例中，发生的模
式转换的强度和类型可以根据特定模式转换波导系统的配置而变化。例如，一些模式转换波导系统可使用不同的材料。
139.接下来转向图19，描绘了根据说明性实施例的用于转换光的模式的处理的流程图的图示。图19中的处理可以使用图1中的模式转换波导系统100来实现。
140.该处理开始于通过单模波导发送光(操作1900)。在操作1900中，光在行进通过单模波导时具有第一模式。该处理将来自单模波导的光发送到连接至单模波导的多模干扰区域中(操作1902)。
141.该处理利用多模干扰区域内的空腔反射光，使得光传播远离单模波导(操作1904)。该处理输出来自多模干扰区域的光(操作1906)。
142.该处理将从多模干扰区域输出的光发送到多模波导中(操作1908)。此后该处理终止。
143.参考图20，根据说明性实施例描绘了用于转换光的模式的处理的流程图的图示。图20中的处理可以使用图1中的模式转换波导系统100来实现。
144.该处理开始于通过多模波导发送光(操作2000)。在操作2000中，光在行进通过单模波导时具有第二模式。该处理将来自多模波导的光发送到已经连接至单模波导的多模干扰区域中(操作2002)。
145.该处理利用多模干扰区域内的空腔反射光，使得光传播远离多模波导(操作2004)。该处理输出来自多模干扰区域的光(操作2006)。在操作2006中，光具有第一模式。
146.该处理将从多模干扰区域输出的光发送到单个波导中(操作2008)。此后该处理终止。
147.不同描绘的实施例中的流程图和框图示出了说明性实施例中的设备和方法的一些可能实现方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、区段、功能以及操作或步骤的一部分中的至少一个。例如，一个或多个框可被实现为程序代码、硬件、或程序代码和硬件的组合。当以硬件实现时，硬件可例如采取被制造或配置为执行流程图或框图中的一个或多个操作的集成电路的形式。当被实现为程序代码和硬件的组合时，该实现可以采取固件的形式。流程图或框图中的每个框可以使用执行不同操作的专用硬件系统或专用硬件与由专用硬件运行的程序代码的组合来实现。
148.在说明性实施例的一些替代实现方式中，框中指出的一个或多个功能可以不按照图中指出的顺序发生。例如，在一些情况下，连续示出的两个框可以基本上同时执行，或者取决于所涉及的功能，这些框有时可以以相反的顺序执行。此外，除了流程图或框图中示出的框之外，可以添加其他框。
149.现在转向图21，描绘了根据说明性实施例的产品管理系统的框图的图示。产品管理系统2100是物理硬件系统。在该说明性示例中，产品管理系统2100包括生产系统2102和维护系统2104中的至少一个。
150.生产系统2102被配置为生产产品，诸如飞机。如所描绘的，生产系统2102包括生产设备2106。生产设备2106包括制造设备2108和组装设备2110中的至少一个。
151.制造设备2108是用于制造非线性光波导结构的设备。可以在基板晶圆上制造非线性光波导结构的多个副本或多个版本。
152.基板晶圆可以包括诸如硅、铌酸锂、石英、蓝宝石、碳化硅或一些其他合适的基板
的材料。制造设备2108可以用于制造光波导结构、非线性光波导、光耦合器、光波导区段、激光发射器、紫外线发射系统、点对点通信装置、激光红外干扰源、通过水光通信装置、其他合适的装置、天线、以及其他合适的类型的部件中的至少一个。例如，制造设备2108可以包括机器和工具。
153.关于制造半导体部件和光波导部件，制造设备2708可以包括外延反应器、氧化系统、扩散系统、蚀刻系统、清洁系统、接合机器、切割机器、晶圆锯、离子注入系统、物理气相沉积系统、化学气相沉积系统、光刻系统、电子束光刻系统、等离子体蚀刻器、模具附接机器、焊线器、模具覆盖系统、模制设备、气密封件、电气测试仪、烧焊炉、保留烘焙炉、uv擦除系统、以及可以用于制造半导体结构的其他合适类型的设备中的至少一个。
154.组装设备2110是用于组装部件以形成诸如芯片、集成电路、多芯片模块、计算机、信号处理器、飞机或一些其他产品的设备。组装设备2110还可以包括机器和工具。这些机器和工具可以是机械臂、旋转器系统、喷雾器系统和升降机系统、基于轨道的系统以及机器人中的至少一个。
155.在该说明性示例中，维护系统2104包括维护设备2112。维护设备2112可以包括对飞机执行维护所需的任何设备。维护设备2112可包括用于对产品上的零件执行不同操作的工具。这些操作可以包括拆卸零件、翻新零件、检查零件、返修零件、制造替换零件以及用于对产品执行维护的其他操作中的至少一个。这些操作可以用于日常维护、检查、升级、翻新或其他类型的维护操作。
156.在说明性示例中，维护设备2112可以包括超声波检查装置、x射线成像系统、视觉系统、履带、以及其他合适的装置。在一些情况下，维护设备2112可以包括制造设备2108、组装设备2110、或制造设备2108和组装设备2110两者，以生产和组装维护所需的零件。
157.产品管理系统2100还包括控制系统2114。控制系统2114是硬件系统并且还可以包括软件或其他类型的部件。控制系统2114被配置为控制生产系统2102和维护系统2104中的至少一个的操作。具体地，控制系统2114可以控制制造设备2108、组装设备2110、以及维护设备2112中的至少一个的操作。
158.可以使用可以包括计算机、电路、网络和其他类型的设备的硬件来实现控制系统2114中的硬件。控制可以采用对生产设备2106进行直接控制的形式。例如，机器人、计算机控制的机器和其他设备可由控制系统2114控制。在其他说明性示例中，控制系统2114可以管理由人类操作员2116在生产产品或对产品执行维护时执行的操作。例如，控制系统2114可以分配任务、提供指令、显示模型、或执行其他操作以管理由人类操作员2116执行的操作。在这些说明性示例中，控制系统2114可以管理产品或产品的部件的生产和维护中的至少一个。可以使用可以包括计算机、电路、网络和其他类型的设备的硬件来实现控制系统2114中的硬件。
159.控制可以采用对生产设备2106进行直接控制的形式。例如，机器人、计算机控制的机器和其他设备可由控制系统2114控制。在其他说明性示例中，控制系统2114可以管理由人类操作员2116在生产产品或对产品执行维护时执行的操作。
160.例如，控制系统2114可以分配任务、提供指令、显示模型、或执行其他操作以管理由人类操作员2116执行的操作。在这些说明性示例中，用于制造半导体结构、光学结构、非线性光波导、激光发射器、光子产生器、光子发射器、光子检测器、紫外线发射系统、点对点
通信装置、激光红外干扰源、通过水光通信装置或其他合适的装置的不同处理可使用在控制系统2114中实现的处理来制造。
161.在不同的说明性示例中，人类操作员2116可以操作生产设备2106、维护设备2112和控制系统2114中的至少一个或与生产设备2106、维护设备2112和控制系统2114中的至少一个交互。在产品管理系统2100中，可以出现这种交互来生产产品。
162.当然，产品管理系统2100可以被配置为管理许多不同行业中的其他产品。例如，产品管理系统2100可以用于航天工业、通信工业、空间探测工业和其他工业的制造产品。
163.在以下项中描述了说明性示例的一些特征。这些项是并非旨在限制其他说明性示例的特征的示例。
164.项1
165.一种模式转换波导系统，包括：
166.单模波导；
167.多模波导；
168.多模干扰区域，其连接至单模波导和多模波导；以及
169.多模干扰区域中的空腔。
170.项2
171.根据项1的模式转换波导系统，其中，该空腔使行进到多模干扰区域中的具有第一模式的光在该多模干扰区域内反射，使得该光具有第二模式。
172.项3
173.根据项1或2中任一项的模式转换波导系统，其中，多模干扰区域具有关于中心地延伸通过多模干扰区域的轴线对称的形状。
174.项4
175.根据项1、2和3中任一项的模式转换波导系统，其中，空腔关于中心地延伸通过多模干扰区域的轴线对称。
176.项5
177.根据项1、2、3和4中任一项的模式转换波导系统，其中，空腔是封闭在多模干扰区域内的空隙、延伸到多模干扰区域中的孔、以及延伸通过多模干扰区域的孔中的一个。
178.项6
179.根据项1、2、3、4和5中任一项的模式转换波导系统，其中，多模干扰区域由第一材料组成，并且空腔填充有不同于第一材料的第二材料。
180.项7
181.根据项1、2、3、4、5和6中任一项的模式转换波导系统，其中，多模干扰区域包括包层和包层内的核心区域，其中，空腔位于多模干扰区域中的核心区域中并且填充有用于包层的包层材料。
182.项8
183.根据项1、2、3、4、5、6和7任一项的模式转换波导系统，其中，多模干扰区域的第一宽度大于多模波导的第二宽度。
184.项9
185.根据项1、2、3、4、5、6、7和8中任一项的模式转换波导系统，其中，该多模波导逐渐
变细，使得该多模波导在该多模波导与该多模干扰区域的连接处的宽度大于该多模波导在远离该多模波导与该多模干扰区域的连接的位置处的宽度。
186.项10
187.根据项1、2、3、4、5、6、7、8和9中任一项的模式转换波导系统，其中，该多模波导包括：
188.第一部分，连接至多模干扰区域；以及
189.第二部分，连接至第一部分，其中，该第一部分具有第一截面，并且该第二部分具有不同于第一截面的第二截面。
190.项11
191.根据项10的模式转换波导系统，其中，该第一截面由氮化硅组成，并且该第二截面由位于氮化硅的第一侧区域与该氮化硅的第二侧区域之间的铌酸锂的中心区域组成。
192.项12
193.根据项1、2、3、4、5、6、7、8、9和10中任一项的模式转换波导系统，其中，具有第一模式的光行进通过该单模波导并且被输入到该多模干扰区域中并且以第二模式从该多模干扰区域输出到该多模波导中。
194.项13
195.根据项12的模式转换波导系统，其中，该第一模式是te
11
光学模式，并且该第二模式是te
31
光学模式。
196.项14
197.根据项12的模式转换波导系统，其中，该第一模式是tm
11
光学模式，并且该第二模式是tm
31
光学模式。
198.项15
199.根据项1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13和14中任一项的模式转换波导系统，其中，具有第一模式的光行进通过该多模波导并且被输入到该多模干扰区域中并且以第二模式从该多模干扰区域输出到该单模波导中。
200.项16
201.根据项12的模式转换波导系统，其中，第二模式是te
11
光学模式，并且第一模式是te
31
光学模式。
202.项17
203.根据项12的模式转换波导系统，其中，第二模式是tm
11
光学模式，并且第一模式是tm
31
光学模式。
204.项18
205.一种用于转换光的模式的方法，该方法包括：
206.通过单模波导发送光，其中，光在行进通过单模波导时具有第一模式；
207.将来自单模波导的光发送到已经连接至单模波导的多模干扰区域中；
208.利用多模干扰区域内的空腔反射光，使得使光传播远离单模波导；以及
209.输出来自多模干扰区域的光，其中，该光具有第二模式。
210.项19
211.根据项18的方法，进一步包括：
212.将从该多模干扰区域输出的光发送到多模波导中。
213.项20
214.根据项18和19中任一项的方法，其中，多模干扰区域具有关于多模干扰区域的平面对称的形状。
215.项21
216.根据项18、19和20中任一项的方法，其中，空腔关于中心地延伸通过多模干扰区域的轴线对称。
217.项22
218.根据项18、19、20和21中任一项的方法，其中，空腔是封闭在多模干扰区域内的空隙、延伸到多模干扰区域中的孔、以及延伸通过多模干扰区域的孔中的一个。
219.项23
220.根据项18、19、20、21和22任一项的方法，其中，多模干扰区域由第一材料组成，并且空腔填充有不同于第一材料的第二材料。
221.项24
222.根据项18、19、20、21、22和23中任一项的方法，其中，多模干扰区域包括包层和包层内的核心区域，其中，空腔位于多模干扰区域中的核心区域中并且填充有用于包层的包层材料。
223.因此，说明性示例通过用于转换诸如光的信号的模式的方法、设备和系统。通过单模波导发送光，其中，光在行进通过单模波导时具有第一模式。光从单模波导被发送到已经连接到单模波导的多模干扰区域中。光被多模干扰区域内的空腔反射，使得光传播远离单模波导。光从多模干扰区域输出，其中，该光具有第二模式。
224.在说明性示例中，多模干扰区域中的空腔被配置为增加发生模式转换的效率。在说明性示例中，空腔可具有增加充分性的形状和位置，并且还可减小相对于在传播通过模式转换波导系统的光信号的期望折射率在模式转换波导系统中的折射率方面的差异的问题。
225.此外，本公开包括根据以下项的示例：
226.项1.一种模式转换波导系统(100、400、800、1100)，包括：
227.单模波导(102、404、808、1108)；
228.多模波导(106、408、1112、1408)；
229.多模干扰区域(104、406、810、1110)，连接至单模波导(102、404、808、1108)和多模波导(106、408、1112、1408)；以及
230.多模干扰区域(104、406、810、1110)中的空腔(118、410、814、1114)。
231.项2.根据项1的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，该空腔(118、410、814、1114)使行进到该多模干扰区域(104、406、810、1110)中的具有第一模式(132)的光(130)在该多模干扰区域(104、406、810、1110)内反射，使得该光(130)具有第二模式(134)。
232.项3.根据项1至2的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)具有关于中心地延伸通过多模干扰区域(104、406、810、1110)的轴线(202)对称的形状(200)。
233.项4.根据项1至3的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，空腔(118、410、
814、1114)关于中心地延伸通过多模干扰区域(104、406、810、1110)的轴线(202)对称。
234.项5.根据项1至4的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，空腔(118、410、814、1114)是封闭在多模干扰区域(104、406、810、1110)内的空隙(204)、延伸到多模干扰区域(104、406、810、1110)中的孔(206)、以及延伸通过多模干扰区域(104、406、810、1110)的孔(206)中的一个。
235.项6.根据项1至5的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)由第一材料(208)组成，并且空腔(118、410、814、1114)填充有不同于第一材料(208)的第二材料(210)。
236.项7.根据项1至6的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)包括包层(212、414、910、1210、1412)和包层(212、414、910、1210、1412)内的核心区域(214、506、602、908、1208、1410)，其中，空腔(118、410、814、1114)位于多模干扰区域(104、406、810、1110)中的核心区域(214、506、602、908、1208、1410)中并且填充有用于包层(212、414、910、1210、1412)的包层材料(216)。
237.项8.根据项1至7的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)的第一宽度大于多模波导(106、408、1112、1408)的第二宽度。
238.项9.根据项1至8的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，多模波导(106、408、1112、1408)逐渐变细，使得多模波导(106、408、1112、1408)在多模波导(106、408、1112、1408)与多模干扰区域(104、406、810、1110)的连接处的宽度大于多模波导(106、408、1112、1408)在远离多模波导(106、408、1112、1408)与多模干扰区域(104、406、810、1110)的连接的位置处的宽度。
239.项10.根据项1至9的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，多模波导(106、408、1112、1408)包括：
240.第一部分(306)，连接至多模干扰区域(104、406、810、1110)；以及
241.第二部分(308)，连接至第一部分(306)，其中，第一部分(306)具有第一截面(310)，并且第二部分(308)具有不同于第一截面(310)的第二截面(312)。
242.项11.根据项10的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，第一截面(310)由氮化硅组成，并且第二截面(312)由位于氮化硅的第一侧区域(318)与氮化硅的第二侧区域(320)之间的铌酸锂的中心区域(316)组成。
243.项12.根据项1的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，具有第一模式(132)的光(130)行进通过单模波导(102、404、808、1108)并且被输入到多模干扰区域(104、406、810、1110)中并且以第二模式(134)从多模干扰区域(104、406、810、1110)被输出到多模波导(106、408、1112、1408)中。
244.项13.根据项12的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，该第一模式(132)是te
11
光学模式，并且该第二模式(134)是te
31
光学模式。
245.项14.根据项12的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，该第一模式(132)是tm
11
光学模式，并且该第二模式(134)是tm
31
光学模式。
246.项15.根据项1的模式转换波导系统(100，400，800，1100)，其中，具有第一模式(132)的光(130)行进通过多模波导(106、408、1112、1408)并且被输入到多模干扰区域(104、406、810、1110)中并且以第二模式(134)从多模干扰区域(104、406、810、1110)被输出
到单模波导(102、404、808、1108)中。
247.项16.根据项12的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，第二模式(134)是te
11
光学模式，并且第一模式(132)是te
31
光学模式。
248.项17.根据项12的模式转换波导系统(100、400、800、1100)，其中，第二模式(134)是tm
11
光学模式，并且第一模式(132)是tm
31
光学模式。
249.项18.一种用于转换光(130)的模式的方法，该方法包括：
250.通过单模波导(102、404、808、1108)发送(1900)光(130)，其中，光(130)在行进通过单模波导(102、404、808、1108)时具有第一模式(132)；
251.将来自单模波导(102、404、808、1108)的光(130)发送(1902)到已连接至单模波导(102、404、808、1108)的多模干扰区域(104、406、810、1110)中；
252.利用多模干扰区域内(104、406、810、1110)的空腔(118、410、814、1114)反射(1904)光(130)，使得光(130)传播远离单模波导(102、404、808、1108)；以及
253.输出(1906)来自多模干扰区域(104、406、810、1110)的光(130)，其中，该光(130)具有第二模式(134)。
254.项19.根据项18的方法，进一步包括：
255.将从多模干扰区域(104、406、810、1110)输出的光(130)发送(1908)到多模波导(106、408、1112、1408)中。
256.项20.根据项18至19的方法，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)具有关于多模干扰区域(104、406、810、1110)的平面(205)对称的形状(200)。
257.项21.根据项18至20的方法，其中，空腔(118、410、814、1114)关于中心地延伸通过多模干扰区域(104、406、810、1110)的轴线(202)对称。
258.项22.根据项18至21的方法，其中，空腔(118、410、814、1114)是封闭在多模干扰区域(104、406、810、1110)内的空隙(204)、延伸到多模干扰区域(104、406、810、1110)中的孔(206)、以及延伸通过多模干扰区域(104、406、810、1110)的孔(206)中的一个。
259.项23.根据项18至22的方法，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)由第一材料(208)组成，并且空腔(118、410、814、1114)填充有不同于第一材料(208)的第二材料(210)。
260.项24.根据项18至23的方法，其中，多模干扰区域(104、406、810、1110)包括包层(212、414、910、1210、1412)和包层(212、414、910、1210、1412)内的核心区域(214、506、602、908、1208、1410)，其中，空腔(118、410、814、1114)位于多模干扰区域(104、406、810、1110)中的核心区域(214、506、602、908、1208、1410)中并且填充有用于包层(212、414、910、1210、1412)的包层材料(216)。
261.已经出于说明和描述的目的呈现了不同说明性实施例的描述，并且不旨在是详尽的或限于所公开形式的实施例。不同的说明性示例描述了执行动作或操作的部件。在说明性实施例中，部件可以被配置为执行所描述的动作或操作。例如，部件可以具有为部件提供执行在说明性示例中描述为由部件执行的动作或操作的能力的结构的配置或设计。此外，在本文中使用术语“包括(includes)”、“包括(including)”、、“具有(has)、“包含(contains)”及其变体的范围内，这些术语旨在以类似于术语“包括(comprises)”作为开放式过渡词的方式为包含性的，而不排除任何另外的或其他元素。
262.对于本领域普通技术人员而言，许多修改和变化将是显而易见的。此外，与其他期
望的实施例相比，不同的说明性实施例可以提供不同的特征。选择和描述所选择的一个或多个实施例，以便最好地解释实施例的原理、实际应用，并且使本领域其他普通技术人员能够理解具有适合于所设想的特定用途的各种修改的各种实施例的公开。

技术特征：
1.一种模式转换波导系统，包括：单模波导；多模波导；多模干扰区域，连接至所述单模波导和所述多模波导；以及空腔，在所述多模干扰区域中。2.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述空腔使行进到所述多模干扰区域中的具有第一模式的光在所述多模干扰区域内反射，使得所述光具有第二模式。3.根据权利要求1至2中任一项所述的模式转换波导系统，其中，所述多模干扰区域具有关于中心地延伸通过所述多模干扰区域的轴线对称的形状。4.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述空腔关于中心地延伸通过所述多模干扰区域的轴线对称。5.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述空腔是封闭在所述多模干扰区域内的空隙、延伸到所述多模干扰区域中的孔、以及延伸通过所述多模干扰区域的孔中的一个。6.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述多模干扰区域由第一材料组成，并且所述空腔填充有不同于所述第一材料的第二材料。7.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述多模干扰区域包括包层和所述包层内的核心区域，其中，所述空腔位于所述多模干扰区域中的所述核心区域中并且填充有用于所述包层的包层材料。8.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述多模干扰区域的第一宽度大于所述多模波导的第二宽度。9.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述多模波导逐渐变细，使得所述多模波导在所述多模波导与所述多模干扰区域的连接处的宽度大于所述多模波导在远离所述多模波导与所述多模干扰区域的连接的位置处的宽度。10.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，所述多模波导包括：第一部分，连接至所述多模干扰区域；以及第二部分，连接至所述第一部分，其中，所述第一部分具有第一截面，并且所述第二部分具有不同于所述第一截面的第二截面。11.根据权利要求10所述的模式转换波导系统，其中，所述第一截面由氮化硅组成，并且所述第二截面由位于氮化硅的第一侧区域与所述氮化硅的第二侧区域之间的铌酸锂的中心区域组成。12.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，具有第一模式的光行进通过所述单模波导并且被输入到所述多模干扰区域中并且以第二模式从所述多模干扰区域被输出到所述多模波导中。13.根据权利要求12所述的模式转换波导系统，其中，所述第一模式是横向电te
11
光学模式，并且所述第二模式是横向电te
31
光学模式。14.根据权利要求12所述的模式转换波导系统，其中，所述第一模式是横向磁tm
11
光学模式，并且所述第二模式是横向磁tm
31
光学模式。15.根据权利要求1所述的模式转换波导系统，其中，具有第一模式的光行进通过所述
多模波导并且被输入到所述多模干扰区域中并且以第二模式从所述多模干扰区域被输出到所述单模波导中。

技术总结
提供了一种模式转换波导系统。通过单模波导发送光，其中，光在行进通过单模波导时具有第一模式。光从单模波导被发送到已经连接到单模波导的多模干扰区域中。光被多模干扰区域内的空腔反射，使得光传播远离单模波导。光从多模干扰区域输出，其中，该光具有第二模式。该光具有第二模式。该光具有第二模式。


技术研发人员：布雷特
受保护的技术使用者：波音公司
技术研发日：2023.01.20
技术公布日：2023/7/31