[發(fā)明專利]一種光柵耦合器及光信號的耦合方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410066458.7
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103777282A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張敏明;周飛亞;劉德明
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G02B6/34
• 分類號: G02B6/34
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，主要適用于光柵耦合器及光信號的耦合方法。

背景技術(shù)

光傳輸具有帶寬大、速率高的特點(diǎn)，因此將光子載體與電子載體相結(jié)合，是未來信息傳輸發(fā)展的必然趨勢。而波導(dǎo)與光纖的高效耦合是實(shí)現(xiàn)光電子集成的關(guān)鍵。光柵耦合器結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝成熟，便于集成，被廣泛應(yīng)用于集成光電子器件與系統(tǒng)中。

但是，現(xiàn)有的光柵耦合器的工作帶寬都比較小，這限制了輸入光的工作波長，從而限制了光柵耦合器的適用范圍，制約了光傳輸?shù)膽?yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光柵耦合器及光信號的耦合方法，它具有工作帶寬大的特點(diǎn)，增加了光柵耦合器的適用范圍，有利于光傳輸?shù)膽?yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種光柵耦合器，包括：頂層硅層、底層硅層及二氧化硅層；所述二氧化硅層在所述底層硅層的上面；所述頂層硅層在所述二氧化硅層的上面；在垂直于光線的傳播方向上，所述頂層硅層為至少2個直角三角形的排列結(jié)構(gòu)；接收光纖對向所述直角三角形的排列結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述直角三角形的排列結(jié)構(gòu)為若干直角三角形的周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)中的直角三角形的大小和方向均相同。

進(jìn)一步地，所述直角三角形在沿著光線的傳播方向上的長度與所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)在沿著光線的傳播方向上的周期長度的比值為0.4-1；所述直角三角形在垂直于光線的傳播方向上的長度與所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)在垂直于光線的傳播方向上的周期長度的比值為0.4-1。

進(jìn)一步地，所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)在沿著光線的傳播方向上的行數(shù)為所述接收光纖的直徑與所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)在沿著光線的傳播方向上的周期長度的比值；所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)在垂直于光線的傳播方向上的列數(shù)為所述接收光纖的直徑與所述周期性矩陣式排列結(jié)構(gòu)在垂直于光線的傳播方向上的周期長度的比值。

進(jìn)一步地，還包括：二氧化硅覆蓋層或BCB膠覆蓋層；所述二氧化硅覆蓋層或BCB膠覆蓋層在所述頂層硅層和所述接收光纖之間。

本發(fā)明還提供了一種光信號的耦合方法，包括：

將光信號從所述頂層硅層、所述底層硅層、所述二氧化硅層的側(cè)面入射到上述的光柵耦合器中，且從所述排列結(jié)構(gòu)的直角三角形的直角邊入射；

通過3D-FDTD方法進(jìn)行仿真，確定當(dāng)TE光和TM光的耦合效率相等時的光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過所述接收光纖接收耦合光。

進(jìn)一步地，所述接收光纖與所述光柵耦合器的直角三角形的排列結(jié)構(gòu)的夾角在0°-25°之間。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的光柵耦合器及光信號的耦合方法，通過對三角形光柵的應(yīng)用，增大了光柵耦合器的工作帶寬，從而增加了耦合器的可適用性，有利于光傳輸?shù)膽?yīng)用。另外，本發(fā)明還通過三維時域有限差分方法（3D-FDTD）進(jìn)行仿真計算，使得TE、TM光的耦合效率相同，并確定光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了偏振不敏感。本發(fā)明提供的光柵耦合器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作帶寬寬、偏振損耗低和耦合效率高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的光柵耦合器與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，在集成光電子學(xué)、光通信與光互連領(lǐng)域有較廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的光柵耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的光柵耦合器的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的光柵耦合器在Lx為0.8微米，Dx為0.8微米，Ly為0.3微米，Dy為0.3微米，刻蝕深度為0.21微米，光纖傾斜角度θ為10°，無覆蓋層時，本實(shí)施例的光柵耦合器的TE模和TM模的耦合效率在1400-1850nm波長范圍內(nèi)，隨入射波長的變化曲線圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的光柵耦合器在Lx為0.8微米，Dx為0.8微米，Ly為0.3微米，Dy為0.3微米，刻蝕深度為0.21微米，光纖傾斜角度θ為10°，無覆蓋層時，本實(shí)施例的光柵耦合器的偏振相關(guān)損耗（PDL）在1400-1850nm波長范圍內(nèi)，隨入射波長的變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的光柵耦合器及光信號的耦合方法的具體實(shí)施方式及工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。