用于集成光子光学陀螺仪的系统架构

技术领域

本公开内容涉及基于集成光子的光学陀螺仪的系统级集成。

背景技术

陀螺仪(有时也称为“回转仪”)是能够感测角速度的装置。陀螺仪可以是机械的或光学的，并且在精度、性能成本和大小方面可变化。应用包括但不限于军事、飞机导航、机器人、自动驾驶汽车、虚拟现实、增强现实、游戏等。光学陀螺仪通常具有最高的性能，并且基于干涉测量和萨格纳克效应(在由旋转引起的干涉测量中遇到的现象)。由于光学陀螺仪不具有任何移动组件，因此与机械陀螺仪相比，光学陀螺仪相对于机械陀螺仪具有优势，因为相比具有移动组件的机械陀螺仪，它们可更好地承受冲击、振动和温度变化的影响。最常见的光学陀螺仪是光纤陀螺仪(FOG)。FOG的构造通常涉及保偏(PM)光纤的沿环路(或包括若干环路的线圈)。激光被射入PM光纤的两端中，从而在不同方向上行进。如果光纤线圈正在移动，则光束相对于彼此经历不同的光路长度。通过设置干涉测量系统，可以测量与封闭回路的面积和旋转线圈的角速度成正比的小路径长度差。

光学陀螺仪的相位信号与萨格纳克效应乘以旋转角速度成正比，如以下等式所示：

Δφ＝(8πNA/λc)Ω

其中，N＝陀螺仪的圈数，

A＝封闭面积

Ω＝角旋转速度

Δφ＝光学相位差信号

λ＝光的波长

c＝光速

这些FOG可具有非常高的精度，但同时，它们具有大尺寸，非常昂贵，并且由于装置基于需要精确对准的分立光学组件来构建而难以组装。通常，涉及手动对准，这很难扩大到批量生产。

发明内容

本文公开了用于生产小覆盖集成光子光学陀螺仪的系统组件和方法。集成光子光学陀螺仪可基于硅光子，所述硅光子缩写为SiPhOG

基于光纤的光学陀螺仪性能的关键是用于测量萨格纳克效应的高质量、低损耗光纤的长的长度。本发明人认识到，随着适用于晶圆级处理的集成光子器件的出现，有机会在不牺牲性能的情况下用更小的集成光子芯片解决方案代替FOG。基于光子的光学回转仪减小了大小、重量、功率和成本，此外还可大批量大量生产，不受振动影响，并且具有提供与FOG相当的性能的潜力。

这种集成光子解决方案的一个关键要素是将其上具有集成光子组件的集成光子芯片耦合到波导芯片，所述波导芯片代替了含有极低损耗波导的保偏(PM)光纤线圈的长长度。集成光子芯片以及波导芯片可使用晶圆级过程制造。

本文公开的解决方案涉及低损耗波导线圈(以螺旋形状图案化，其可以是圆形或适合批量制造的任何其他几何形状)或环。这些WG线圈设计中的任一个可在同一平面上或可分布在多个竖直平面中以增加光路的长度，同时避免在现有技术设计中由交叉波导引起的增加的损耗。波导的设计和制造技术在于2019年6月7日提交的共同未决美国临时申请号62/858,588中有所描述。

合适波长的激光源(对于光学陀螺仪应用，其可以偏离1550nm以实现最佳波导损耗)可光纤耦合到集成光子芯片。集成光子芯片上的波导的接收端可以是锥形的(即喇叭形以匹配单模光纤的核心的大小，通常为8μm-10μm)。集成光子芯片上的波导是保偏的(例如，TE极化)，这可通过波导的合适设计来实现。例如，当激光耦合到所述集成光子芯片中时，条状波导被设计来主要选择TE模式而非TM模式。在系统架构中引入多个模式选择滤光器，所述多个模式选择滤光器可基于多模干涉(MMI)滤光器或蛇形结构，或其他集成装置结构(诸如集成金属线、变更波导尺寸等)。另外，在所述波导和其他光学组件周围引入注入区，以阻挡不想要的/杂散光进入所述波导并且阻挡光学信号从所述波导泄漏。

集成光子芯片上的片上检测器可以是将光转换为电信号的p-i-n光电检测器或雪崩光电二极管(APD)。检测器用于测量萨格纳克效应、用于测试以及功率监测。

可制造各种类型的集成光子芯片来测试光学陀螺仪的性能。不同的设计可能出于测试目的(例如，用于包装实验、测试和/或组装)而添加或移除附加组件。可在多项目晶圆(MPW)中适应各种设计。

具体地，本公开内容的各方面包括，一种用于将光耦合进出光学陀螺仪组件的基于集成光子的前端芯片，所述前端芯片包括：

激光源，所述激光源产生光，其中所述激光源包括一个或多个半导体激光器；控制电子器件，所述控制电子器件用于所述激光源；输入耦合器，所述输入耦合器将来自所述激光源的所述光耦合到集成光子波导结构中，所述集成光子波导结构将所耦合光以引导光束的形式朝向光学陀螺仪组件传播；第一光学模式选择滤光器，所述第一光学模式选择滤光器与所述集成光子波导结构成一体以选择所述引导光束的优选光学模式；至少一个光学分路器，所述至少一个光学分路器位于所述引导光束的路径中以产生所述引导光束的第一分支和第二分支；相位调制器，所述相位调制器调制所述引导光束的所述第一分支和所述第二分支的相对于彼此的光学相位；第一输出耦合器，所述第一输出耦合器将所述引导光束的所述第一分支与所述光学陀螺仪组件上的陀螺仪波导结构的第一端耦合；第二输出耦合器，所述第二输出耦合器将所述引导光束的所述第二分支与所述光学陀螺仪组件上的所述陀螺仪波导结构的第二端耦合；以及检测光学检测器，所述检测光学检测器与所述至少一个光学分路器耦合，其中所述检测光学检测器接收光学信号，所述光学信号表示所述引导光束在于所述光学陀螺仪组件上的所述陀螺仪波导结构内行进之后并且在经由所述第一输出耦合器和所述第二输出耦合器耦合回到所述集成光子波导结构之后所述第一分支和所述第二分支的返回路径中的光学相位差。

附图说明

从下面给出的详细描述并且从本公开内容的各种实施方式的附图将更全面地理解本公开内容。请注意，图中所示尺寸仅用于说明目的，并且并非按比例绘制。

图1展示基于萨格纳克效应的典型光纤陀螺仪的高级架构。

图2展示光纤陀螺仪的高级架构，其中前端处的至少一些组件用集成光子芯片替换。

图3A是耦合到SiN波导芯片的基于集成光子的前端的一个实施例的示意图。

图3B是具有附加片上电子组件的图3A中所示的实施例的示意图。

图3C是在用于测量萨格纳克效应的关键检测器周围具有深度注入物的图3A中所示的实施例的示意图。

图4是具有任选的偏振器或光学模式选择滤光器的集成光子芯片的另一个实施例的示意图。

图5A是耦合到SiN波导芯片的集成光子芯片的又一实施例的示意图，其中集成光子芯片被设计为有利于封装。

图5B(I)和(II)展示光到肋形波导的平板部分中的泄漏，所述泄漏在弯曲部、曲线和结或交接面周围更为突出。

图5C展示具有高剂量注入物和吸收剂以防止光泄漏的肋形波导结构的透视图。

图5D是利用波导周围的注入物根据图5C中所示的方案修改的图5A中所示实施例的示意性俯视图。

图5E是利用波导周围的注入物根据图5C中所示的方案修改的集成光子芯片的另一实施例的示意性俯视图。

图6是容纳激光器、各种控制集成电路、集成光子芯片和基于SiN波导的陀螺仪芯片(传感芯片)的封装的示意图。

图7是其中激光器耦合到集成光子芯片但不是集成光子芯片的一部分的配置的示意图。

图8是其中激光器集成在集成光子芯片上的替代配置的示意图。

图9是示出不同SiN波导配置的波长相关损耗的曲线图。SiN波导是条状波导。

图10是其中来自两个激光器的光学信号被组合的集成光子芯片的示意图。

图11是其中来自多于两个激光器的光学信号被组合的集成光子芯片以及任选地集成在芯片上的热传感器的示意图。

图12示出集成光子芯片上的波导的修改的设计。

图13示出集成光子芯片上的TM滤光器的一些示例性位置。

图14示出类似于图13的实施例的实施例，不同之处在于，除了高速电调制器外还添加了热调制器，用作用于在两个输出波导分支上进行相移的额外装置。

图15A和图15B示出可用作TM滤光器的蛇形结构。

图16示出可用作TM滤光器的MMI滤光器。

图17示出不同长度的MMI滤光器的模拟TE/TM功率传输图。

图18比较了具有有效滤除TM的最佳长度和宽度的MMI滤光器的TE/TM光学功率传输模拟。

具体实施方式

本公开内容的各方面涉及紧凑型超低损耗波导芯片与用于光学陀螺仪应用的其他系统级集成光子组件的集成。系统集成是在考虑大规模制造的情况下完成的，以促进集成光子光学陀螺仪的大规模生产。

图1展示基于萨格纳克效应的典型光纤陀螺仪的高级架构100。架构涉及经由中间系统组件将光学信号发送到保偏(PM)光纤线圈124的激光源110。中间系统组件包括光隔离器112、偏振器118和相位调制器120和122。偏振器118以及相位调制器120和122可以是铌酸锂(LiNbO

来自函数发生器126的信号被发送到锁定放大器128，所述锁定放大器128还接收来自光电检测器114的信号，所述光电检测器114接收来自循环器112的定向光学信号。输出130表示由于由光路长度差异引起的萨格纳克效应导致的陀螺仪中的相移。

图2展示用于光纤陀螺仪的高级架构200，其中常规架构的前端的至少一些组件(例如，图1中所示的组件)用集成光子组件替代。组件212、214、216、218、220、222、226和228在功能上等同于图1中描述的对应的组件112、114、116、118、120、122、126和128。然而，修改的前端250内的许多组件可使用标准半导体制造来制造。例如，MIOC 216上的组件可包括所有集成光子组件。激光源210和光纤线圈224可在修改的前端250之外，但进一步的集成是可能的，如下文所述。光纤线圈224构成架构200中的传感部分255，并且在下文描述的实施例中，光纤线圈可由充当传感部分255的波导芯片代替。输出230是由于光路长度差导致的测得的相移。此外，电子器件可集成在芯片上，例如，如相对于下文图3B中的说明性实施例所示。

图3A是耦合到光纤线圈或可以代替图1和2中的光纤线圈的波导芯片(未示出)的集成光子芯片350的一个实施例300的示意图。实施例300中的与波导芯片耦合的集成光子芯片构成陀螺仪(例如，当使用硅光子时为SiPhOG)，所述陀螺仪可以是惯性测量单元(IMU)封装的一部分。请注意，除了集成光子光学陀螺仪之外，IMU可能还具有其他组件，诸如加速度计。因此，使集成光子光学陀螺仪组件紧凑降低了IMU的整体大小、重量功率和成本。这种重量减小对于某些应用至关重要，例如轻型无人机。IMU可能是为自动驾驶汽车建立更多传感技术所需的技术组件，诸如将用于下一代自动驾驶汽车的LiDAR(光检测和测距)、雷达和摄像头。

在波导芯片(也称为“陀螺仪芯片”或“传感芯片”)中，低损耗波导核心可由氮化硅(Si

返回参考图3A，激光源(未示出)经由光纤耦合到集成光子芯片350，所述光纤可以是单模(SM)光纤。SM光纤的核心大小通常在8μm-10μm的范围内。集成光子芯片350上的输入波导可能必须设计成具有扩口端，以便与将光学信号从激光源传送到集成光子芯片的SM光纤有效耦合。请注意，代替光纤耦合，激光器可对接耦合到集成光子芯片。尽管元件302在说明性附图中被标记为光纤耦合器，但如所要求保护的那样，它通常是输入耦合器。光学抽头(例如，可带走0.5％-1％光学功率的抽头)可将光学信号的一部分发送到检测器340以测量激光源与集成光子芯片之间的耦合效率。任选地，光学相位调制器304可插入最终通向光学分路器(例如2×2光学分路器306和308)的光路中。注意，一些实施例可具有两个2×2分路器，一些其他实施例可具有Y型分路器，而另外一些实施例可具有2×2分路器和Y型分路器。还请注意，激光源可在芯片上，如图10所示，可通过直接连接或者可通过III-V键合或外延生长或使用量子点技术在前端芯片基板上生长。如下文进一步描述的，光学相位调制器304可扩展激光源的线宽。

在图3A中所示的实施例中，分路器和/或定向耦合器被设计在芯片上以模拟循环器(如图1和图2中所示)，所述循环器用于使优化的光返回到检测器338(可以称为萨格纳克检测器——这是集成光子芯片350中的关键检测器)以用于相位测量。此外，可将电(基于p-n结)相位调制器或其他类型的相位调制器并入波导的通向针对向外耦合到SiN波导芯片优化的耦合器332a和332b的两个分支中的一个或两个分支中。例如，与其他类型的相移器相比，热相位调制器的插入损耗可能更低，并且易于与波导成一体。相位调制器可在推挽配置中操作以增强萨格纳克效应的功效。对于推挽操作，两个输出波导分支中都包括相位调制器。然而，在一些实施例中，仅输出波导的一个分支具有相位调制器，即调制器320或322中的一个可能不存在或可能不被使用。例如，图5D示出仅波导的一个分支具有相位调制器。图13示出即使包括相位调制器322(虚线)以供在推挽模式中任选使用，也只能调制一个分支中的光束。还要注意，虽然“输出”一词用于描述波导分支和输出耦合器332a和332b，但是一旦光束穿过SiN芯片中的发送线圈或光学谐振器，相同的结构就会接收来自SiN芯片的返回光束作为输入。

陀螺仪芯片中SiN波导的非限制性说明性尺寸是90nm的高度(即图案化的波导核心层的厚度)和2.8μm的横向宽度。本领域技术人员将理解，说明书中提到的这些说明性尺寸值不限制本公开内容的范围。为了降低波导损耗，在SiN核心周围具有对称的上下包层可能是有益的。这种结构可经由对熔融石英晶片或其他合适的材料诸如氧化物进行晶片键合获得。波导SiN层的厚度可在60nm-90nm之间变化，并且宽度可根据所需的光学模式在2μm-5μm之间变化。输出耦合器332a和332b的设计基于SiN波导芯片上的波导尺寸而变化。耦合器332a和332b在光子芯片上的输出间隔和/或最佳放置可在制造集成光子芯片350之前使用模拟来确定。熔融石英平台上的SiN波导在于2019年6月7日提交的标题为“IntegratedSilicon Photonics Optical Gyroscope on Fused Silica Platform”的共同未决临时申请62/858,599以及于2019年9月5日提交的标题为“Single-layer and Multi-layerStructures for Integrated Silicon Photonics Optical Gyroscopes”的62/896,365中有所描述。

除了萨格纳克检测器338之外，可并入附加检测器333、334、336和337以测量(用于测试和/或监测)沿集成光子芯片的各个位置处的传播和耦合损耗以及测量集成光子芯片与SiN波导芯片之间的耦合效率。例如，检测器333和334可耦合到测量输出耦合器332a和332b处的耦合效率的光学抽头(例如，分接0.5％-1％的光学功率)。检测器可以是将光转换为电信号的p-i-n光电检测器(PIN二极管)。检测器也可以是雪崩光电二极管(APD)。使用APD的优势中的一个是检测器处可实现的增益减少了增加激光功率的需要。注意，并非在所有实施例中都使用所有检测器333、334、336和337。此外，一旦芯片设计得到优化并且芯片性能得到优化，测试芯片掩膜上的一些检测器可能会从产品掩膜中移除，从而需要用于监测的更少数量的检测器。

图3B示出集成在集成光子芯片350上的各种电子器件。例如，片上信号发生器305可耦合到相位调制器304。用于增强检测的信号的片上跨阻放大器(TIA)和/或其他类型的放大器也可集成在芯片上，如耦合到对应的检测器的组件341、339、342、343和335所示。另外，相位调制器驱动器321可集成在芯片上以在两个输出波导分支之间赋予光学相位差。在某些情况下，将电子器件与光子器件成一体可以提高性能并降低噪声并提供反馈控制。尽管在图3B中未示出，激光功率监测检测器和对应的电子器件可以是集成光子芯片的一部分。

图3C示出在萨格纳克检测器338的深注入物(显示为粗矩形)周围是避免任何光学信号从集成光子芯片泄漏或散射到正被检测器338测量的萨格纳克相位差信号的关键。关于图5B至图5E描述了关于使用注入物来避免光泄漏的更多细节。

图4是耦合到SiN波导芯片的集成光子芯片的替代实施例400的示意图，其中光路包括偏振器404或光学模式选择滤光器。实施例400中的其他组件诸如402、406、408、420、422、432a、432b、436和438在功能上等同于关于图3A所示和描述的对应的组件302、306、308、320、322、332a、332a、332b、336和338。

图5A是耦合到SiN波导芯片的集成光子芯片的又一实施例500的示意图，其中集成光子芯片被设计为有利于封装。在此设计中，代替2×2分路器，并入了Y型分路器542。请注意，Y型分路器应当尽可能接近50-50。图5A中所示的实施例可用于定制测试目的。

图5B(I)示出通常被限制在光子芯片350上的肋形波导的凸起部分(如图5B(II)中所示)内的光可以如何泄漏到肋形波导的平板部分中。这种泄漏也发生在波导的直线部分，但在弯曲部、曲线、结和/或任何交接面周围尤其突出。图5B中的图(I)和图(II)都是肋形波导中光模的模拟轮廓。泄漏或散射的光可在整个集成光子芯片350中传播并四处反弹，如果泄漏的光与来自波导陀螺仪线圈的光学信号混合，这可能会对检测器(包括关键萨格纳克检测器338)的性能产生不利影响。在一个实施例中，肋形波导的凸起部分的高度可以为0.2-0.5μm，肋形波导的平板部分的高度可以为0.2-0.5μm，使得肋形波导的总高度在0.4μm-1.0μm的范围内。也可使用其他尺寸。

为了将光限制在波导中，发明人使用图5C所示的解决方案。一直穿过波导周围的平板的高剂量注入物(例如，10^19个掺杂剂/cm

图5D示出与图5A所示的芯片非常相似的芯片布局的俯视图，其中在包括Y型结的波导周围(以粗线)示出注入物以减少Y型分路器的两个分支之间的串扰，并且还阻挡可能从外部来源到达芯片边缘的散射光。

图5E示出集成光子光学陀螺仪前端的另一种布局的俯视图，其中注入物(示出为粗线)在2×2分路器(诸如图3A中示意性示出的分路器)的波导周围并且在萨格纳克光电检测器(例诸如图3A中示意性示出的检测器338)周围。图5E展示作为任选的组件的偏振器(诸如图4中所示的偏振器)。可通过适当设计波导(例如，TE偏振波导)或在集成芯片中使用适当的模式选择滤光器来消除对偏振器的需要。

图6是容纳激光器、用于控制的各种集成电路、集成光子芯片和SiN波导芯片的封装的示意图。封装600包括集成光子芯片650(其可类似于图3至图5中所示的实施例)和SiN波导芯片624。SiN波导芯片624可在一个平面内具有波导螺旋，如图6所示，其中输入和输出波导相交，因为光的方向不能改变。或者，为了避免交叉的波导，波导线圈或环的部分可分布在多个竖直平面中，如于2019年6月7日提交的共同未决美国临时申请号62/858,588中所描述的。激光源610在集成光子芯片650的外部，并且可能光纤耦合到芯片650或对接耦合。用于激光器610和/或芯片650的分立控制IC 660、662、664可在封装600内部，但不集成在同一晶片平台上。随着集成程度的增加，许多这些分立的IC可以单片集成到芯片650中。

图7是其中激光器芯片770附接到集成光子芯片750但不是集成光子芯片的一部分(即激光器是芯片外的)的配置的示意图。可能存在混合集成在激光器芯片770上的附加组件，诸如隔离器772和透镜774(球透镜或其他类型的合适的透镜)。芯片750上的组件类似于关于图3A所示和描述的组件，但本领域技术人员将容易确定系统组件的其他布置(例如，图4或图5A中所示的组件)是完全可能的。使用透镜来聚焦从激光器710发出的光可决定芯片750上的光耦合器702(在输入波导端)的设计。

图8是示出更高程度的片上集成的配置的示意图，其中激光器810、隔离器872和透镜874集成在集成光子芯片850上。使用透镜来聚焦从激光器810发出的光可决定芯片850上的光耦合器802(在输入波导端)的设计。图8中的其他组件与图7中的实施例相同。此外，激光器可使用III-V混合键合或外延生长到硅上。

图9是示出不同波导配置的波长相关损耗的图。请注意，在集成光子光学陀螺仪的整体设计中，激光源是针对波导损耗的最佳波长设计的。激光源本身可以是宽频带的，并且可使用附加组件根据所需的波长来调谐。波导中的衰减是由由于波导内的吸收和散射导致的光学信号损耗以及由于波导的几何特征(例如微弯曲和/或侧壁粗糙度)导致的辐射损耗造成的。散射和吸收取决于光的波长。在含有羟基离子(OH-)杂质的二氧化硅基波导中，振动的硅羟基(Si-OH)键与光学信号的电磁场之间的相互作用会导致某些谐波波长下的吸收增强。长途光纤通信系统使用1550nm作为单模光纤的最佳波长，因为它足够远离增强吸收窗口并且散射损耗也非常低。然而，对于集成光子光学陀螺仪应用，严格遵守1550nm波长并不是必需的，因为长途光通信在这里不是适用的前提。相反，选择对应于SiN波导中最低损耗的波长是重要的。

图9展示三个曲线，其中针对三种不同的波导配置的波长绘制了测量的损耗(以dB/m为单位)：曲线902针对较窄宽度的波导，曲线904针对中等宽度的波导，并且曲线906针对较宽的波导。如图9所示，对于波导的所有三种配置，与1570-1580nm波长区域中的损耗(其中损耗为低于0.35dB/m)相比，1550nm波长区域中的损耗要高得多(在0.7dB/m附近)。随着波导制造过程的改进(包括微调退火过程以从熔融石英或氧化物中提取水)以及对侧壁平滑的重视，损耗可低于0.1dB/m。通过选择合适的激光波长，可优化信号、降低激光功率或提高集成光子光学陀螺仪的整体性能。请注意，与图9所示的损耗相比，使用修改的波导设计和尺寸测量的损耗甚至更低。

图10示出其中许多组件类似于图3A中所示的设计的实施例1000。然而，与图3A的关键区别包括使用两个激光器1010a和1010b用于加倍功率和/或在一个激光器发生故障的情况下用于冗余。标准的可商购获得的分布反馈(DFB)或法布里珀罗(FP)激光器的每个激光器可能具有低功率(在25-50mW的范围内)。因此，将激光器与市场上容易获得的低成本、大批量制造的激光器组合有助于利用更多功率。

此外，可使用两个或更多个激光器(而不是使用一个激光器)并直接调制激光器以扩展线宽并有助于相干性。调制器1004将随机相位噪声提供到来自两个或更多个激光器的组合光束上以涂抹它们以解决两个激光器之间的相干性，并产生等同于来自单个源的宽带光的输出光束。因此，与具有大功率的一个激光器相比，可将两个或更多个激光器组合以增加总功率。附加检测器可用于分接光学信号以监测激光信号和功率电平。

图11与图10相同，不同之处在于，一系列激光器(1、……、N)而非仅两个激光器。图11还示出，附加组件诸如热传感器1100可集成在集成光子芯片上以监测芯片是否在期望的温度范围内操作，使得激光器性能不降级。

图12示出集成光子芯片350上的波导的修改的设计。代替图5B中所示的肋形波导，引入了条状波导1204，因为条状波导相比于横向磁(TM)模式更适合限制横向电子(TE)模式(即限制的光学模式1208主要具有TE分量)。在一个实施例中，条状波导可具有0.2μm的高度(‘h’)和1-2μm的宽度。肋形波导与条状波导之间的主要区别在于条状波导中不具有平板部分，并且波导一直向下蚀刻到基板1206(例如，硅基板上的埋入氧化物层)。注入区1202可围绕条状波导以防止光泄漏和/或阻挡来自其他组件或芯片环境的杂散光。例如，当TM或TE模式从条状波导中泄漏时，它会被吸收在注入区中，使得不到达检测器或其他光学组件。除了通过设计使波导固有地具有TE模式选择性外，TM滤光器还可沿着集成光子芯片上的光路被放置在不同的位置处。请注意，肋形波导对于TE和TM的损耗可能较低，但条状波导可能被设计为针对TE具有较低的损耗而对于TM具有高得多的损耗。对于各种光学装置，整个芯片中也可能存在从条形波导到肋形波导的转变，反之亦然。例如，相位调制器通常是基于肋形波导的装置。请注意，陀螺仪芯片上的SiN波导已经类似于条状波导，因为它们不具有平板部分。

图13示出TM滤光器的一些示例性位置。由于来自光纤的输入光可能具有TE和TM模式两者，因此在输入耦合器302与第一2×2分路器306之间可能存在TM滤光器。每个TM滤光器可构成包括串联的多个单独滤光器的TM滤光器组。例如，在图13中，TM滤光器的每个级1360和1362可具有1、2、4、6……多模干涉(MMI)滤光器。一个或多个TM滤光器1366也可在光到达关键检测器(即先前图中所示的萨格纳克检测器338)之前放置或根据需要放置在整个集成光子芯片的其他位置处以提高性能。例如，可包括TM滤光器1364以提供图4中所示的偏振器404或图5E中所示的偏振器的功能)。注意，虽然未在图13中示出，但是关键检测器338可由注入区围绕。注意，在一些实施例中，仅波导的一个分支具有相位调制器(电的和/或热的)。例如，相位调制器322(用虚线示出)可以完全不存在或在某些操作模式中不主动使用，而相位调制器320可主动用于在输出波导的两个分支中的光束之间引入相位差。

图14示出类似于图13的实施例的实施例，不同之处在于，除了高速电调制器(1420、1422)之外还添加了热调制器(1421、1423)，用作用于在两个输出波导分支上进行相移的额外装置。所述系统在单臂或双臂上可能仅具有高速调制器或仅具有热调制器或两者的组合。

如上所述，TM滤光器可基于蛇形结构(图15A至图15B中所示的S形弯曲部)，或者基于MMI滤光器。图15A和图15B示出可用作TM滤光器的蛇形结构。图15A示出在蛇形结构弯曲部周围的TE光的模拟泄漏，并且图15A示出在蛇形结构弯曲部周围的TM光的模拟泄漏。由于TM泄漏更为突出，蛇形结构的输出将主要是TE光，而TM光被滤除。

图16示出可用作TM滤光器的MMI滤光器。设计合适的MMI部分的长度和宽度，可几乎全部滤除TM模式。

图17示出不同长度的MMI滤光器的模拟TE/TM光学功率传输图。曲线1702表示TE功率传输，并且曲线1704表示TM功率传输。例如，设计长度为43.35μm时，每个MMI滤光器的TE模式透射率为97.42％，TE模式透射率为37.53％。这意味着每个MMI滤光器TE模式(LTE)的损耗等于-0.1132dB，而每个MMI滤光器TM模式(LTM)的损耗等于-4.2560dB。每个MMI滤光器的消光比(ER)为4.1425dB。可通过使用串联的多个MMI滤光器(例如，2、4或更多MMI滤光器)来实现滤除TM的效果。

图18示出具有有效滤除TM的最佳长度和宽度的MMI滤光器1830的TE/TM光学功率传输模拟。上图1810显示TE信号传输，并且下图1820显示TM信号传输。虽然在输入端处耦合的大部分TE光1832透射通过输出端处的MMI滤光器，但在输入端处耦合的TM光1836部分散射到基板。因此需要注入物来吸收所散射的光(即，如图5c和图12所示)。图18清楚地示出输出端处的透射的TE光1834明显优于透射的TM光1838。

在以上的说明书中，已经参考其特定示例性实施例对本公开内容的实施方式进行了描述。将显而易见的是：在不脱离如以下权利要求书中阐述的本公开内容的实施方式的更宽广精神和范围的情况下，可对其做出各种修改。因此，应以说明性意义而不是限制性意义来理解本说明书和附图。另外，方向性术语，例如“顶部”、“底部”等并不将本公开内容的范围限制为任何固定取向，而是涵盖取向的各种排列和组合。