[发明专利]一种光斑转换器及光学装置

说明书

本发明公开了一种光斑转换器及光学装置，包括：第一芯以及覆盖在第一芯上的第二芯，第一芯为亚波长光栅，第二芯为折射率比二氧化硅的折射率大第一比例的材料，其中，第一比例为大于或等于2％且小于或等于10％。本发明公开的光斑转换器及光学装置，用来解决现有技术的光斑转换器加工难度大的问题。

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光斑转换器及光学装置。

背景技术

硅光芯片与光纤的耦合非常重要，常见的耦合方式包括垂直耦合和边缘耦合。垂直耦合即光栅耦合，具有容易加工、损耗大、带宽受限等特点；边缘耦合采用光斑转换器(SSC，Spot Size Converter)实现小尺寸硅波导(如，400nm×200nm)和大尺寸光纤(如直径约10μm)之间的直接耦合，具有损耗小、偏振无关、工作带宽大、加工难度大等特点。

目前，光斑转换器通常基于楔形波导实现，然后在上面再增加一层比二氧化硅(SiO₂)折射率较大的材料实现过渡，横截面尺寸大约是3μm×3μm，再匹配模场直径约3μm的透镜光纤，来实现硅光芯片和单模光纤的耦合。图1为现有技术的光斑转换器。在图1所示的双芯(double core，或者叫overlay)光斑转换器中，第一芯为楔形波导(taper)，第二芯为聚合物(polymer core)。采用双芯结构的光斑转换器降低了和外接光纤的对准难度，但为了实现低损耗耦合，楔形波导(taper)的尖端(tip)往往要求小于100nm，导致加工时难度非常大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光斑转换器及光学装置，用来解决现有技术的光斑转换器加工难度大的问题。

为了达到上述技术目的，本发明提供一种光斑转换器，包括：第一芯以及覆盖在第一芯上的第二芯；所述第一芯为亚波长光栅；所述第二芯为折射率比二氧化硅的折射率大第一比例的材料，所述第一比例为大于或等于2％且小于或等于10％。

进一步地，所述亚波长光栅的始端与常规波导通过桥接波导方式相连，所述亚波长光栅的末端靠近耦合光纤。

进一步地，所述亚波长光栅的有效折射率从始端至末端逐渐减小，所述始端的有效折射率与所述常规波导的折射率相同，所述末端的有效折射率比二氧化硅的折射率大第二比例，所述第二比例为小于或等于20％。

进一步地，所述第二芯的长度大于所述第一芯的长度。

进一步地，所述第二芯的尺寸与外接的耦合光纤的尺寸匹配。

进一步地，所述亚波长光栅将光斑放大到所述第二芯的尺寸，外接的耦合光纤将光聚焦到第二芯的尺寸。

进一步地，所述亚波长光栅的周期为300nm，占空比为50％，最小宽度为300nm，最大宽度为500nm。

进一步地，上述光斑转换器还包括：覆盖在所述第二芯上的二氧化硅覆盖层。

进一步地，上述光斑转换器还包括：二氧化硅埋层以及设置在所述二氧化硅埋层下面的硅基底，所述第一芯及所述第二芯位于二氧化硅埋层上，所述第二芯覆盖第一芯未和二氧化硅埋层接触的所有表面。

本发明还提供一种光学装置，包括：上述光斑转换器以及耦合光纤，耦合光纤耦接在所述光斑转换器的所述第二芯的侧边端面。

进一步地，所述耦合光纤为透镜光纤。

本发明提供的光斑转换器包括第一芯及覆盖在第一芯上的第二芯，第一芯为亚波长光栅，第二芯为折射率比二氧化硅的折射率大第一比例的材料，第一比例为大于或等于2％且小于或等于10％。本发明提供的光斑转换器相较于现有技术，与偏振无关、损耗小、串扰小、生产工艺较简单。而且，在本发明实施例中，器件最小尺寸能够小于现有加工工艺的特征尺寸，加工难度小。

附图说明