[发明专利]模斑转换器和光子器件

说明书

本公开提供一种模斑转换器和光子器件。模斑转换器包括相平行的第一端面和第二端面，且包括衬底及位于衬底的一侧且沿远离衬底的方向依次设置的隔离层、第一波导和覆盖层，第一波导包括平板层和脊棱层，平板层包括延伸至第一端面的第一宽端、以及延伸至第二端面或者与第二端面具有间距的第一窄端，平板层的宽度从第一宽端向第一窄端呈梯度减小且包括与第一窄端邻接的第一等宽部分；脊棱层包括延伸至第一端面的第二宽端、以及与第一窄端之间具有间距的第二窄端，脊棱层的宽度从第二宽端向第二窄端呈梯度减小且包括与第二窄端邻接的第二等宽部分，覆盖层延伸至第二端面、且延伸至至少覆盖第二等宽部分的远离第二端面的一端。

技术领域

本公开涉及光子技术领域，特别是涉及一种模斑转换器和光子器件。

背景技术

光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导主要包括两大类：一类是集成光波导，包括平面介质光波导和条形介质光波导，它们通常作为光电集成器件中的一部分，因此被称为集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常被称为光纤。

集成光波导与光纤的耦合技术在光通信、微波光电子、激光束偏转、波前调制等领域都有着非常广泛和重要的应用，其中，端面耦合是集成光波导与光纤耦合较常采用的一种方式。

然而，由于集成光波导与光纤的模斑差异较大，如何提高两者耦合的效率，一直是本领域技术人员研究的重要课题。

发明内容

本公开提供了一种模斑转换器和光子器件，以提高集成光波导与光纤之间的耦合效率。

根据本公开的一方面，提供了一种模斑转换器，包括配置为与集成光波导耦合的第一端面，以及与所述第一端面相平行的、配置为与光纤耦合的第二端面，所述模斑转换器包括：

衬底；

隔离层，位于所述衬底的一侧并且在所述衬底上的正投影与所述衬底基本重合；

第一波导，位于所述隔离层的远离所述衬底的一侧，包括：

平板层，包括延伸至所述第一端面的第一宽端、以及延伸至所述第二端面或者与所述第二端面之间具有间距的第一窄端，所述平板层的宽度从所述第一宽端向所述第一窄端呈梯度减小并且包括与所述第一窄端邻接的第一等宽部分，其中，宽度方向平行于所述衬底且平行于所述第一端面；和

脊棱层，层叠设置于所述平板层的远离所述衬底的一侧，所述脊棱层包括延伸至所述第一端面的第二宽端、以及与所述第一窄端之间具有间距的第二窄端，所述脊棱层的宽度从所述第二宽端向所述第二窄端呈梯度减小并且包括与所述第二窄端邻接的第二等宽部分；

覆盖层，位于所述第一波导的远离所述衬底的一侧，延伸至所述第二端面、且延伸至至少覆盖所述第二等宽部分的远离所述第二端面的一端，所述覆盖层的靠近所述第二端面的一部分和所述隔离层的靠近所述第二端面的一部分构成第二波导。

在一些实施例中，所述平板层包括沿远离所述第一窄端的方向依次设置的所述第一等宽部分、第一渐宽部分、第三等宽部分、第二渐宽部分和第四等宽部分，所述脊棱层包括沿远离所述第二窄端的方向依次设置的所述第二等宽部分、第三渐宽部分和第五等宽部分，其中，所述第一渐宽部分、所述第二渐宽部分和所述第三渐宽部分中的任意一个的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变增大。

在一些实施例中，所述覆盖层延伸至至少覆盖所述第三渐宽部分的远离所述第二端面的一端。

在一些实施例中，所述覆盖层在所述衬底上的正投影呈矩形，并且所述覆盖层的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。

在一些实施例中，所述覆盖层覆盖整个所述第一波导，所述覆盖层的宽度沿远离所述第二端面的方向呈梯度增大；