的偏振作用，該組周期性結(jié)構(gòu)105可以被設(shè)計(jì)為具有圍繞其光軸的90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。在此范例中，其光軸系沿著折射元件101中心的Z軸。
[0034]該光學(xué)介質(zhì)107可以包含能夠傳輸，引導(dǎo)，檢測(cè)，或產(chǎn)生光的任何材料物質(zhì)。例如，該光學(xué)介質(zhì)107可以是硅，氧化硅，氮化硅或其組合的半導(dǎo)體材料。再者，該光學(xué)介質(zhì)107亦可以是空氣使光于其中傳播。再者，該光學(xué)介質(zhì)107亦可以包含可吸收光的鍺光電檢測(cè)器。再者，該光學(xué)介質(zhì)107亦可以包含一多層垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)以產(chǎn)生光并使其通過(guò)該折射元件。
[0035]一個(gè)外部介質(zhì)119可為能夠傳輸，引導(dǎo)，檢測(cè)，或產(chǎn)生光的任何介質(zhì)。例如，外部介質(zhì)119可以是光纖，或光檢測(cè)器，或一光源。再者，該外部介質(zhì)119亦可以是空氣，硅、氧化物、氮化物其組合的半導(dǎo)體材料。在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，亦可包含一由氮化物、氧化物、空氣，或有機(jī)材料的一層或多層所構(gòu)成的覆蓋層，該覆蓋層可位于外部介質(zhì)119和折射元件101之間。
[0036]在一些實(shí)施方式中，折射元件101和光學(xué)介質(zhì)107可以由不同材料所構(gòu)成。例如，折射元件101可以由娃構(gòu)成，光學(xué)介質(zhì)107可以由氧化物構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，折射元件101和光學(xué)介質(zhì)107亦可以為相同的材料。例如，折射元件101和光學(xué)介質(zhì)107可以由鍺或其它II1-V族半導(dǎo)體材料所構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，折射元件101可以由多層材料組成，而圖1C和ID即繪示了多層折射元件的例子。光學(xué)介質(zhì)107可以由多層材料組成，例如，沉積多層抗反射鍍膜以最小化折射元件101和光學(xué)介質(zhì)107間的反射。在一些實(shí)施方式中，折射元件亦可以具備濾光、聚焦/散焦，或兩者兼有的功能。
[0037]圖1B繪示出可作為光子集成電路100中的折射元件101的范例131a_131e。其中任何一個(gè)折射元件131a_131e亦可在任何一個(gè)其他光子集成電路中實(shí)施，不論是已在本申請(qǐng)書(shū)中描述，或未在本申請(qǐng)書(shū)中描述的光子集成電路。
[0038]在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，一折射元件可以被理解為一個(gè)透鏡部分121和一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)部分123的結(jié)合。在一般情況下，光入射到透鏡部分121的表面，并因表面具有的特定曲率半徑而折射。在一些實(shí)施方式中，該表面的凸起或凹下的相對(duì)應(yīng)的曲率半徑可由工藝中故意或非故意造成的應(yīng)力而產(chǎn)生，其產(chǎn)生的曲率半徑可相對(duì)遠(yuǎn)上大于該折射元件的表面尺寸。在一些實(shí)施方式中，此表面的凸起或凹下的相對(duì)應(yīng)的曲率半徑亦可藉由灰階光罩曝光并蝕刻，以在其表面上形成一特定的表面曲率。
[0039]一般來(lái)說(shuō)，周期性結(jié)構(gòu)部分123可以包括一組或多組的一維，二維，三維周期性結(jié)構(gòu)。例如，繪示于圖1B中的周期性結(jié)構(gòu)部分123，包括第一組周期性結(jié)構(gòu)125和第二組周期性結(jié)構(gòu)127。第一組周期性結(jié)構(gòu)125可以被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生一個(gè)等效折射率改變效應(yīng)，而第二組周期性結(jié)構(gòu)127可以被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)波模態(tài)共振效應(yīng)。在一些實(shí)施方式中，第一組周期性結(jié)構(gòu)125疊加第二組周期性結(jié)構(gòu)127可成為一個(gè)周期性結(jié)構(gòu)部分123并可同時(shí)折射和過(guò)濾入射光。
[0040]透鏡部分121和周期性結(jié)構(gòu)部分123可被組合以形成折射元件。例如，折射元件131a可通過(guò)蝕刻周期結(jié)構(gòu)部分至透鏡部分的底部，以使該周期性結(jié)構(gòu)部分和透鏡部分間具有更高的折射率對(duì)比。再者，如果透鏡部分具有一凸面，折射元件131b可以通過(guò)蝕刻周期性結(jié)構(gòu)，使得該周期性結(jié)構(gòu)的高峰隨著透鏡部分的曲率而變。折射元件131b可藉由形成透鏡部分之后再蝕刻一周期性結(jié)構(gòu)而形成。再者，若透鏡部分具有一凸面，折射元件131c可藉由蝕刻一周期性結(jié)構(gòu)，使得該周期性結(jié)構(gòu)的高峰跟隨著透鏡部分的曲率而變。折射元件131c可藉由形成透鏡部分之后再蝕刻其周期性結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖案而形成。
[0041]在其他的實(shí)施例中，若透鏡部分為一凹面，則該折射元件部分131d可以藉由蝕刻一周期性結(jié)構(gòu)，使得該周期性結(jié)構(gòu)的低谷跟隨透鏡部分的曲率而變。折射元件部分131d可在形成透鏡部分之前，先進(jìn)行蝕刻周期性結(jié)構(gòu)而形成。再者，若透鏡部分為一凹面，折射元件部分131e亦可以藉由蝕刻一周期性結(jié)構(gòu)，使得該周期性結(jié)構(gòu)的高峰隨透鏡部分的曲率而變。折射元件部分131e可在形成透鏡部分之后，再蝕刻其周期性結(jié)構(gòu)而形成。
[0042]在一些實(shí)施方式中，為了過(guò)濾，聚焦，散焦一個(gè)或多個(gè)入射光波長(zhǎng)，該組周期性結(jié)構(gòu)中一個(gè)或多個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的空隙可填充一種或多種與該折射元件的等效折射系數(shù)不同的材料。例如，折射元件可以由硅構(gòu)成，而該組周期性結(jié)構(gòu)的空隙被至少部分地填入氧化硅或氮化硅。在其部分實(shí)施例中，為了過(guò)濾，聚焦，散焦一個(gè)或多個(gè)入射光波長(zhǎng)，該組周期性結(jié)構(gòu)中一個(gè)或多個(gè)周期性結(jié)構(gòu)的孔隙半徑與其余的周期性結(jié)構(gòu)半徑不同。例如，周期性結(jié)構(gòu)125的半徑可不同于周期性結(jié)構(gòu)127的半徑，亦即，為了過(guò)濾，聚焦，散焦一個(gè)或多個(gè)入射光波長(zhǎng)，周期性結(jié)構(gòu)中大多數(shù)的周期結(jié)構(gòu)可具有局部非周期性。
[0043]圖1C繪示出一個(gè)可在光子集成電路100中實(shí)現(xiàn)的多層折射元件140。盡管未于圖中標(biāo)示，但該多層折射元件140亦可以包括一個(gè)如前所述的曲面。該多層折射元件140包括三個(gè)層141、143和145。在一些實(shí)施方式中，層141、143和145可以由不同材料組成，如介電質(zhì)(例如:氧化物、氮化物、聚合物或空氣)、半導(dǎo)體(例如:硅，鍺或II1-V族材料)或金屬(例如:鋁、鎢或其它金屬)。例如，該三層141、143和145中的任一層可由吸收材料，例如鍺，構(gòu)成。再者，一個(gè)至多個(gè)屬于該三層141、143和145的層可由II1-V材料所構(gòu)成。一周期性結(jié)構(gòu)亦可以在頂層145形成。再者，141和143可以提供頂層145的表面應(yīng)力，以形成多層折射元件140的表面曲率。在一些其他的實(shí)施方式中，多層折射元件140可以包括更少層或更多層。在其他的實(shí)施方式中，該折射元件的至少一層可以包含一周期性結(jié)構(gòu)。
[0044]圖1D繪示出一個(gè)可在光子集成電路100中實(shí)現(xiàn)的多層折射元件150。盡管未于圖中標(biāo)示，但該多層折射元件150亦可包括一個(gè)如前所述的曲面。該多層折射元件150由三層151、153和155所構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，層151、153和155可以由不同材料組成，如介電質(zhì)(例如:氧化物、氮化物、聚合物或空氣)、半導(dǎo)體(例如:硅，鍺或II1-V族材料)或金屬(例如:鋁、鎢或其它金屬)。例如，一層或多層(151、153和155)可由吸收材料構(gòu)成，例如鍺。再者，一層或多層(151、153和155)可由增益材料，例如II1-V材料所組成。在一些實(shí)施方式中，亦可有一周期性結(jié)構(gòu)形成在兩層151和155之間的層153。例如，層153可具有比層151和155更高的折射率，以在多層折射元件150中產(chǎn)生一個(gè)導(dǎo)波模態(tài)共振效應(yīng)。在其他的實(shí)施方式中，多層折射元件150亦可以包括更少或更多層。在其他的實(shí)施方式中，該折射元件的至少一層可以包含一周期性結(jié)構(gòu)。
[0045]圖1E繪示一層疊折射元件160。在部分實(shí)施例中，該層疊折射元件160可包括第一折射元件161，和可光耦合到所述第一折射元件161的第二折射元件163。該第一折射元件161可以被設(shè)計(jì)為過(guò)濾1550nm至1555nm的波長(zhǎng)范圍，而該第二折射元件163可以被設(shè)計(jì)為過(guò)濾1554nm至1559nm的波長(zhǎng)范圍。通過(guò)層疊第一折射元件161與第二折射元件163，可得到一個(gè)濾光范圍更窄的濾光器，過(guò)濾從1554nm至1555nm的波長(zhǎng)范圍。在部分實(shí)施例中，該第一折射元件161和第二折射元件163可藉由使用任何在本申請(qǐng)書(shū)中所描述的折射元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在部分實(shí)施例中，第一折射元件161可在等效折射率改變效應(yīng)下操作以改變光束輪廓，且其第二折射元件163可在導(dǎo)波模態(tài)共振效應(yīng)下操作以選擇所需的波長(zhǎng)。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，第二折射元件163的等效折射率與第一折射元件161的等效折射率可不同或是相同。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，該第二折射元件163包括不同于該第一折射元件161第一組周期性結(jié)構(gòu)的第二組周期性結(jié)構(gòu)。在一些其他實(shí)施方式中，該第二折射元件163的第二組周期性結(jié)構(gòu)的尺寸亦可同于該第一折射元件161的第一組周期性結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，該層疊折射元件中的一個(gè)折射元件可為濾光器，而另一個(gè)折射元件可以是一聚焦器或散焦器。
[0046]圖2A繪示出一個(gè)光子集成電路200集成了一主動(dòng)元件與一折射元件。在此實(shí)施例中，一入射光208入射到光子集成電路200且具有兩個(gè)波長(zhǎng)λ?和λ 2，其中一個(gè)波長(zhǎng)λ I穿透此折射元件成為光209而另一個(gè)波長(zhǎng)λ 2被濾除。光209被聚焦到一光檢測(cè)器以用于量測(cè)波長(zhǎng)λ I的相對(duì)應(yīng)光功率。
[0047]該光子集成電路200包含一折射元件201、光學(xué)介質(zhì)203、覆蓋元件204、基底205和主動(dòng)元件207。在部分實(shí)施例中，該折射元件201可藉由本說(shuō)明書(shū)中所描述的折射元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，折射元件201可以使用如圖1A所描述的折射元件101來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此范例中，一折射元件201被用來(lái)聚焦入射光208至一主動(dòng)元件207。再者，該折射元件201亦可用來(lái)濾除一個(gè)或多個(gè)包括λ2的波長(zhǎng)范圍。
[0048]光學(xué)介質(zhì)203可以由可使光209穿透或部分穿透的材料所組成。在一些實(shí)施方式中，該光學(xué)介質(zhì)203的厚度可以是該折射元件101所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的焦距。在其他實(shí)施例中，該光學(xué)介質(zhì)203的厚度可以被設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)至讓該主動(dòng)元件207上產(chǎn)生特定大小的光點(diǎn)的長(zhǎng)度。
[0049]一覆蓋元件204可形成于折射元件201之上，以減少入射光208的反射和/或提供該折射元件201的保護(hù)。在一些實(shí)施方式中，覆蓋元件204的等效折射率比折射元件201的等效折射率低。在一些實(shí)施方式中，覆蓋元件204可由一層或多層的氮化物、氧化物、空氣，或有機(jī)材料組成。
[0050]該基底2