[发明专利]一种光斑转换器

说明书

本发明提供一种光斑转换器，用以解决现有技术中双芯光斑转换器中采用倒楔形波导以及大尺寸第二芯导致损耗大的问题，该光斑转换器，包括：第一芯以及第二芯；第一芯包括：常规波导和倒楔形波导，倒楔形波导包括：缓变部分以及过渡部分，过渡部分与常规波导相接，缓变部分的宽度变化率小于过渡部分的宽度变化率，宽度变化率为一段波导两端的宽度差与该段波导长度的比值，该方案使得倒楔形波导与大尺寸第二芯结合，整体降低了器件损耗，均衡了器件偏振相关损耗。

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种光斑转换器。

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(verticalcoupling)和边缘耦合(edge coupling)。垂直耦合也即光栅耦合，具有容易加工、损耗大、带宽受限等特点；边缘耦合也叫水平耦合，采用光斑转换器(spot size converter，简称SSC)实现小尺寸硅波导(500nm×200nm)和大尺寸光纤(模场直径约10μm)之间的耦合，具有损耗小、偏振无关、工作带宽大、加工难度大等特点。

光斑转换器通常基于倒楔形(inverse部分)波导实现，然后在上面生长一层比二氧化硅折射率略大的材料实现过渡，横截面尺寸大约是3μm×3μm，再匹配光斑束腰直径大约3μm的透镜光纤就可以实现硅光芯片和单模光纤的耦合。该种方法也叫双芯(doublecore，或者叫overlay)光斑转换器，第一芯为倒楔形波导，第二芯为聚合物波导。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，为实现低损耗耦合，线性倒楔形波导(inverse部分)的窄端(tip)往往要求小于100nm，加工时难度较大，需要采用特征尺寸小于100nm的光刻工艺，或者采用双图案(double patterning)光刻技术。光器件与光纤的耦合加工往往期望放松器件与光纤对准误差，可行的办法是增加第二芯的尺寸，例如，将第二芯增加至5μm×5μm，但在这种情况下，往往导致横电场(Transverse Electric，TE)信号和横磁场(Transverse Magnetic，TM)信号的偏振相关损耗差异较大，即使设计更小宽度的窄端，也收效甚微。现有双芯方案中倒楔形波导为线性渐变形状，适合小尺寸第二芯，这样具有损耗小、偏振相关损耗也较小优势，但不适合大尺寸第二芯，大尺寸第二芯会导致损耗大，偏振相关损耗也较大的问题，如何优化结构，提升性能已成为大尺寸第二芯双芯结构光斑转换器实用化迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种光斑转换器，用以解决现有技术中双芯光斑转换器中采用倒楔形波导以及大尺寸第二芯导致损耗大的问题。

本发明提供了一种光斑转换器，该光斑转换器包括：第一芯以及第二芯；第一芯包括：常规波导和倒楔形波导，倒楔形波导包括：缓变部分以及过渡部分，过渡部分与常规波导相接，缓变部分与过渡部分相接，缓变部分的宽度变化率小于过渡部分的宽度变化率，宽度变化率为一段波导两端的宽度差与该段波导长度的比值。

可选的，缓变部分的长度大于过渡部分的长度。

可选的，缓变部分的长度至少为过渡部分的长度的二倍。

可选的，倒楔形波导总长为400μm或600μm。

可选的，缓变部分的长度为320μm，过渡部分的长度为80μm。

可选的，缓变部分窄端的宽度为90nm，过渡部分的窄端宽度为220nm。

可选的，第二芯的尺寸为5μm×5μm。

可选的，缓变部分的窄端宽度为90nm，过渡部分包括第一过渡部分以及第二过渡部分，第一过渡部分窄端的宽度为200nm，第二过渡部分窄端的宽度为300nm，过渡部分中的宽度200nm至290nm的长度为100μm，过渡部分中的宽度290nm至500nm的长度为50μm。

可选的，缓变部分的长度为450μm，过渡部分的总长度为150μm。