[发明专利]基于集成非球面半透镜的超紧凑平面模式尺寸转换器

权利要求书

1.一种光束转换器，包括：

锥形耦合器结构，沿光传播方向其结构宽度是变化的；

集成非球面半透镜结构，其直边近端与所述锥形耦合器结构的远端相邻，并与之直接接触；

凸形半透镜结构，其弯曲的近端与所述集成非球面半透镜结构的弯曲远端直接接触；

所述光束转换器用于匹配不同宽度的波导模式。

2.根据权利要求1所述的光束转换器，其中所述锥形耦合器结构包括：

抛物线形锥形部分，具有抛物线形横截面形状，并接收来自光源的光；

快速线性锥形部分，其近端的第一宽度小于远端的第二宽度，该近端与上述抛物线形锥形部分的直边相邻，并与之直接接触。

3.根据权利要求1所述的光束转换器，其中，所述凸形半透镜结构包括直边远端，所述直边远端连接到波导，所述波导的宽度基本上与所述凸形半透镜结构的直边远端宽度相同。

4.根据权利要求1所述的光束转换器，其特征在于，锥形耦合器为非绝热锥形。

5.根据权利要求1所述的光束转换器，其中所述锥形耦合器、所述集成非球面半透镜结构和所述凸形半透镜结构位于单个半导体材料层中。

6.根据权利要求5所述的光束转换器，其中所述单个半导体材料层包括硅。

7.根据权利要求5所述的光束转换器，还包括二氧化硅层，其中所述单个半导体材料层位于所述二氧化硅层上。

8.根据权利要求7所述的光束转换器，还包括硅衬底层，其中所述二氧化硅层堆叠在所述单个半导体材料层和所述硅衬底层之间。

9.根据权利要求7所述的光束转换器，还包括在所述单个半导体材料层的表面上的第二层二氧化硅层包层。

10.根据权利要求2所述的光束转换器，其中所述光束转换器的总长度小于或等于来自所述光源的光的波长六倍。

11.根据权利要求10所述的光束转换器，其中所述波长在1520nm-1570nm。

12.根据权利要求1所述的光束转换器，其输出输入波导的宽度比为20：1。

13.根据权利要求1所述的光束转换器，其中，所述光束转换器在所述凸形半透镜结构中至少产生具有类高斯强度分布的平面波前。

14.根据权利要求1所述的光束转换器，其中光从所述锥形耦合器进入，并且在光通过所述光束转换器之后光的光束宽度被扩展。

15.根据权利要求1所述的光束转换器，其中光从所述凸形半透镜结构耦合，并且在光通过所述光束转换器之后光的光束宽度减小。

16.根据权利要求1所述的光束转换器，其中所述光束转换器在220nm绝缘体上硅平台或260nm绝缘体上硅平台制造。

17.根据权利要求2所述的光束转换器，其特征在于，所述抛物线形锥形部分的长度为0.9μm-1μm，所述快速线性锥形部分的长度为3.61μm-4.54μm。

18.根据权利要求2所述的光束转换器，其中所述抛物线形锥形部分的宽度为1.7μm-1.776μm，并且所述快速线性锥形部分的宽度为3.3μm-3.725μm。

19.根据权利要求1所述的光束转换器，其中所述凸形半透镜结构的长度为0.78μm-1.03μm。

20.根据权利要求1所述的光束转换器，其中所述凸形半透镜结构的远端宽度为10μm。