[发明专利]辅助薄层型端面耦合器

说明书

本发明提供一种辅助薄层型端面耦合器，包括硅衬底、埋氧层和二氧化硅包层，所述二氧化硅包层内设有：输入段波导，包括条形中心波导以及多个辅助薄层波导，各所述辅助薄层波导在垂直于其延伸方向上的横截面形状均为长条状矩形，且各辅助薄层波导在延伸方向上各横截面的长边尺寸逐渐减小，多个辅助薄层波导的第一端端面的长边围成闭合方形，条形中心波导的第二端端面及各辅助薄层波导的第二端端面均位于端面耦合器的第二端端面内侧，且各辅助薄层波导与条形中心波导之间均间隔有预设距离；输出段波导，输出段波导的第一端与条形中心波导的第二端相接，输出段波导垂直于其延伸方向上的横截面面积沿延伸方向逐渐增大。

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种辅助薄层型端面耦合器。

背景技术

随着硅光子技术的迅速发展，利用光子芯片实现芯片间或者芯片内部的近距离光通信越来越接近现实。硅基光子器件具有与CMOS(互补金属氧化物半导体，英文全称Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容、大带宽、低延迟、低能耗、低串扰等显著的优点，可以实现高性能、低成本、小尺寸、高集成的片上光互联。硅和二氧化硅或者空气之间具有较大的折射率差，这使得以硅为材料的波导对光的模式分布具有很强的限制能力，可以实现高度集成。光纤通信的飞速发展极大推动了光电器件的发展，在光网络中光的传输是通过低损耗光纤完成，而光信号的处理则由光器件完成，各种光器件必须插入到光网络中才能实现相应功能，因此光耦合器在整个光电集成电路中起到了桥梁式的关键作用，其负责将光从光纤传输到集成芯片的波导中。

而由于单模光纤和波导之间的模场直径具有很大的差距，直接耦合通常会带来很大的耦合损耗，另外传统的光束耦合器对波长的依赖性较大，且存在着耦合效率较低的问题。因此如何降低耦合器的耦合损耗以及如何减小光束耦合器对波长的依赖性并提高耦合效率是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种辅助薄层型端面耦合器，以降低耦合器的耦合损耗、减小光束耦合器对波长的依赖性、以及提高耦合效率。

根据本发明的一个方面，本发明公开了一种辅助薄层型端面耦合器，所述辅助薄层型端面耦合器包括硅衬底、设置在硅衬底上的埋氧层和位于所述埋氧层的远离所述硅衬底的一侧的二氧化硅包层，所述二氧化硅包层内设有：

输入段波导，所述输入段波导包括条形中心波导以及位于所述条形中心波导外侧的多个辅助薄层波导，所述条形中心波导以及各所述辅助薄层波导自所述端面耦合器的第一端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，各所述辅助薄层波导在垂直于其延伸方向上的横截面形状均为长条状矩形，且各所述辅助薄层波导在延伸方向上各横截面的长边尺寸逐渐减小，所述多个辅助薄层波导的第一端端面的长边围成闭合方形，所述条形中心波导的第一端端面及各所述辅助薄层波导的第一端端面均位于所述端面耦合器的第一端端面内侧，所述条形中心波导的第二端端面及各所述辅助薄层波导的第二端端面均位于所述端面耦合器的第二端端面内侧，且各所述辅助薄层波导与所述条形中心波导之间均间隔有预设距离；

输出段波导，其自所述条形中心波导的第二端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，所述输出段波导的第一端与所述条形中心波导的第二端相接，以使所述输出段波导和所述条形中心波导之间可进行光耦合，所述输出段波导垂直于其延伸方向上的横截面面积沿延伸方向逐渐增大。

在本发明的一些实施例中，所述辅助薄层波导的数量为四个，四个所述辅助薄层波导的第一端端面的长边围成正方形。

在本发明的一些实施例中，各所述辅助薄层波导与条形中心波导之间的距离沿所述辅助薄层波导的延伸方向逐渐减小。

在本发明的一些实施例中，各所述辅助薄层波导的平行于其延伸方向上的横截面形状为等腰梯形。

在本发明的一些实施例中，所述输出段波导为倒锥形波导，且所述输出段波导的第一端端面形状为正方形，所述输出段波导的第二端端面形状为矩形。