[实用新型]耦合元件和铌酸锂薄膜波导耦合装置

说明书

本实用新型提供一种耦合元件和铌酸锂薄膜波导耦合装置，基于本实用新型提供的耦合元件能获得满足实用化应用需求的铌酸锂薄膜波导耦合装置，能提高耦合效率。所述耦合元件，包括容纳管、单模光纤和模斑转换器，其中，所述容纳管具有容纳腔；所述模斑转换器位于所述容纳管的容纳腔中，且所述单模光纤的一端插入所述容纳管的容纳腔并与所述模斑转换器连接；所述模斑转换器和所述单模光纤均粘接固定于所述容纳管；所述模斑转换器设有锥形脊波导，所述锥形脊波导包括两个末端，其中一端为宽端，另一端为窄端；所述宽端与所述单模光纤的纤芯耦合，所述窄端用于耦合所述铌酸锂薄膜波导。

技术领域

本实用新型涉及铌酸锂薄膜波导耦合结构，特别涉及一种用于耦合铌酸锂薄膜波导的耦合元件和铌酸锂薄膜波导耦合装置。

背景技术

随着光通信技术稳步向着短距离及超短距离的数据中心和片上光互连领域的推进，以及微波光子学由分立器件向集成器件的发展，对高带宽、低半波电压、偏振不敏感、易于集成的微小型电光调制器的需求与日俱增。传统铌酸锂电光调制器体积较大，难以集成且带宽提升困难的弊端日益显现。幸运的是，近年来，绝缘体上的铌酸锂薄膜(Lithiumniobate on insulator，LNOI))技术已然成熟，高质量铌酸锂薄膜芯片已商品化，2018年，铌酸锂薄膜结构在高速调制上取得了较大的突破，带宽达到110GHZ，利用硅基铌酸锂薄膜与硅基波导进行混合集成也已经初步在实验室实现，但是离实用化还有一定的距离。

铌酸锂薄膜波导的耦合目前主要存在如下问题：铌酸锂光波导的模场尺寸 (约1微米宽)与光纤模场尺寸(约6-10微米宽)相比太小，如果直接采用简单的光纤与波导对接耦合封装，存在模场失配，器件将面临较大的耦合损耗 5-8dB/端。

目前耦合常采用光栅垂直耦合、锥形小模场光纤对准和双层模场转换结构等，以上耦合方案，存在不利于固定、工艺精度要求高、制作工艺复杂等问题，不利于实用化样品制作。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于耦合铌酸锂薄膜波导的耦合元件以及基于该耦合元件的铌酸锂薄膜波导耦合装置，基于本实用新型提供的耦合元件，能提高与铌酸锂薄膜波导的耦合效率，得到满足实用化应用需求的铌酸锂薄膜波导耦合装置。

本实用新型为达到其目的，提供一种用于耦合铌酸锂薄膜波导的耦合元件，包括容纳管、单模光纤和模斑转换器，其中，

所述容纳管具有容纳腔；

所述模斑转换器位于所述容纳管的容纳腔中，且所述单模光纤的一端插入所述容纳管的容纳腔并与所述模斑转换器连接；所述模斑转换器和所述单模光纤均粘接固定于所述容纳管；

所述模斑转换器设有锥形脊波导，所述锥形脊波导包括两个末端，其中一端为宽端，另一端为窄端；所述宽端与所述单模光纤的纤芯耦合，所述窄端用于耦合所述铌酸锂薄膜波导。

进一步的，所述锥形脊波导的折射率为1.6-1.9。采用折射率介于光纤(折射率1.45左右)和铌酸锂薄膜(折射率2.2左右)之间的锥形脊波导，作为一种缓冲过渡结构，耦合损耗低，且耦合工艺易于实施，降低成本。而若仅仅在铌酸锂薄膜上实现模场结构，由于折射率差较大，直接转换会导致多模，如做多层缓冲结构，转换结构最窄处需要满足几十nm的数量级，对于光刻制作工艺要求精度非常高，工艺过程也非常繁琐，成品率偏低，导致成本过高，不利于实用化应用推广；本实用新型的耦合结构能克服这些问题。

进一步的，所述锥形脊波导的材质为掺锗二氧化硅，所述模斑转换器包括本体和设于本体中的所述锥形脊波导，所述本体的材质为二氧化硅。掺锗二氧化硅锥形脊波导的制作工艺在本领域已比较成熟，且采用掺锗二氧化硅材质，其传输损耗较低，约为0.03-0.08dB/cm。