[发明专利]一种硅纳米光波导与光纤的耦合封装方法

权利要求书

1.一种硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：通过SOI衬底上的倒锥形模斑转换器将硅纳米光波导的小尺寸模斑转换成光纤的大尺寸模斑，并通过所述的SOI衬底上的V型光纤定位槽将光纤与硅纳米光波导对准耦合；所述倒锥形模斑转换器由朝向光纤方向宽度逐渐变细的倒锥形硅纳米光波导渐变段和设置于硅纳米光波导上的折射率相对较低的上层低折射率波导组成，所述上层低折射率波导通过采用光刻胶或金属为掩蔽的干法刻蚀形成，其厚度和宽度均为2～4μm，其材料为等离子体增强化学气相淀积或低压化学气相淀积生长的SiON或SiO₂；所述硅纳米光波导、倒锥形模斑转换器和V型光纤定位槽是在所述SOI衬底上实现单片集成的。

2.如权利要求1中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述光纤的耦合端光纤头为锥形的透镜光纤。

3.如权利要求1中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述硅纳米光波导的长度为100-300μm，锥尖宽度小于100nm。

4.如权利要求1中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述光纤通过V型光纤定位槽使光纤中心与倒锥形模斑转换器中的上层低折射率波导中心对准。

5.如权利要求1中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述V型光纤定位槽利用SOI衬底中的埋氧层作为V型光纤定位槽的腐蚀掩膜，在刻蚀上层低折射率波导的过程中，同时刻蚀出V型光纤定位槽的腐蚀窗口，使V型光纤定位槽和上层低折射率波导在横向上精确对准。

6.如权利要求5中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述V型光纤定位槽在V型光纤定位槽腐蚀窗口外的埋氧层的掩蔽下，用各向异性湿法腐蚀液对腐蚀窗口进行腐蚀，通过控制腐蚀窗口的宽度w来控制光纤的垂直高度，使光纤与上层低折射率波导在纵向上精确对准；

当光纤的中心与上层低折射率波导的中心对准，V型槽腐蚀窗口的宽度w由以下公式计算得到：其中光纤外径为d，埋氧层厚度为t，上层低折射率波导的中心高度为h。

7.如权利要求1中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述光纤通过紫外固化胶和V型槽上盖板固定在V型光纤定位槽内。

8.如权利要求1中所述的硅纳米光波导和光纤的耦合封装方法，其特征在于：所述上层低折射率波导和光纤的耦合端光纤头之间点滴折射率匹配液。