[实用新型]硅基光波导模斑转换器

说明书

本实用新型公开了一种硅基光波导模斑转换器，上包层、绝缘体层、衬底、第一光波导、第二光波导和第三光波导，绝缘体层置于所述衬底上，第一光波导设置于所述绝缘体层上方一侧，第二光波导置于所述绝缘体层上，横贯绝缘体层并包裹所述第一光波导，第三光波导置于所述第二光波导上远离所述第一光波导的一侧；第一光波导为三角形，底边朝向远离第三光波的一侧，第二光波导与第三光波导两端均为梯型；所述上包层置于绝缘体层上并包裹住第二光波导、第三光波导。本实用新型通过采用叠加的两层锥型波导，使得硅基光波导模斑转换器可以与普通单模光纤直接进行端面连接，而不必使用小模场光纤或锥型透镜光纤。

技术领域

本实用新型属于光通信与光互连技术领域，更具体的涉及一种硅基光波导模斑转换器，用于解决硅基光子芯片与普通单模光纤的接口问题。

背景技术

由于采用了发展较为成熟的CMOS工艺，基于硅基平台的光集成技术可为光互连提供一种低损耗、高性能的解决方案。拥有高折射率差的SOI平台有利于建立尺寸更小、集成度更高的集成光器件，因此一直以来都受到广泛的关注。然而对于硅基光子芯片来说一个亟需解决问题是如何低损耗地实现小尺寸的芯片内光信号与片外大尺寸的器件中光信号的耦合。硅基光波导的尺寸通常很小，其截面尺寸小于0.5微米，而普通单模光纤的芯径约为8-10微米，两者尺寸相差较大，造成了严重的模场失配，从而引起很大的耦合损耗，因此需要在芯片上设计出特殊的模斑转换器以提高耦合效率。

模斑转换器有端面耦合和光栅耦合两种方式。光栅耦合是一种波长敏感，封装困难的耦合技术，其多用于芯片的测试。端面耦合是一种效率高且易于封装的耦合方法，现有的技术中曾采用引入低折射率的中介直波导的方法，其折射率低于硅，因此中介波导的模场与光纤的模场更加匹配，使得光场可以相对高效地从光纤中耦合进中介波导。之后，再通过引入锥型的硅波导，其宽度在光场进入的界面较窄，使得光场主要集中在硅波导外，再随着硅波导的逐渐加宽，从而使光场逐渐耦合进入硅波导中。在中介波导材料的选择上，SU-8胶是一种稳定的聚合物，已经广泛应用于各种光电芯片产品。它是一种负性厚光刻胶，具有良好的光敏性、抗化学腐蚀性和热稳定性等优点。它在近紫外光范围内光吸收度很低，且整个光刻胶层所获得的曝光量均匀一致，可得到具有垂直侧壁和高深宽比的厚膜图形，可以形成台阶等结构复杂的图形。直接采用SU-8光刻胶来制备深宽比高的微结构与微零件是一种灵活且成本低廉的方案。但通常的中介波导波导尺寸仍与单模光纤有一定差距，因此耦合效率仍然不高。如何进一步扩大中介波导尺寸，提高光纤耦合效率，同时仍然保持光可以耦合进入锥型的硅波导，是具有一定挑战性的。

因此，采用合理的材料设计一种封装工艺简单、与普通单模光纤耦合效率高的硅基模斑转换器是具有重要意义的。

实用新型内容

、实用新型目的。

本实用新型提出了一种硅基光波导模斑转换器，以解决现有技术中模斑转换器与普通单模光纤耦合效率低的问题，实现提高硅基光波导模斑转换器的耦合效率。

、本实用新型所采用的技术方案。

一种硅基光波导模斑转换器，包括：上包层、绝缘体层、衬底、第一光波导、第二光波导和第三光波导，所述绝缘体层置于所述衬底上，所述第一光波导设置于所述绝缘体层上方一侧，所述第二光波导置于所述绝缘体层上，横贯绝缘体层并包裹所述第一光波导，所述第三光波导置于所述第二光波导上远离所述第一光波导的一侧；所述第一光波导为三角形，底边朝向远离所述第三光波的一侧，第二光波导与所述第三光波导两端均为梯型；所述上包层置于所述绝缘体层上并包裹住所述第二光波导、所述第三光波导。

进一步的，所述上包层为二氧化硅，厚度在1-5um之间。

进一步的，所述绝缘体层为二氧化硅，厚度在1-5um之间。

进一步的，所述衬底为硅。

进一步的，所述第一光波导为硅，厚度在500nm以下。