[發明專利]一種低背向反射的光柵耦合器

在審

• 申請號: 201810775320.2
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN109031522A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 鄒俊;王昌輝
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種低背向反射的光柵耦合器，包括單模波導、錐形波導展寬區域和光柵區域，所述的單模波導和光柵區域通過錐形波導展寬區域相連接，光柵區域由一組相互平行的波導陣列組成。本發明提供了一種低背向反射的光柵耦合器，它解決了傳統光柵耦合器受菲涅爾反射影響的問題，能有效抑制光柵耦合器的背向反射，并降低光柵耦合器輸出譜中的功率抖動。

技術領域

本發明涉及高折射率差的光波導和光纖之間的通信或者是光波導和其混合集成的光源以及探測器之間的通信，尤其是一種具有低背向反射和低輸出功率抖動的光柵耦合器。

背景技術

基于SOI平臺的高折射率差納米線硅波導器件(比如微環、陣列波導光柵、馬赫增德爾干涉儀等)：由于具有超小尺寸，可以實現高密度集成；工藝兼容于傳統CMOS工藝，可以大大降低制作成本并實現批量生產；同時硅光器件還可以和硅電子器件、光源、探測器、調制器、微流控等器件在硅平臺上實現混合集成，以制成具有不同功能的模塊、系統等，使其在近年來得到了廣泛的研究。但這里也面臨一個問題，就是納米線的硅波導模場和光纖、半導體光源等的模場之間嚴重失配，導致它們之間的直接耦合損耗非常大。為了解決該問題，Vilson R.Almeida等人(Vilson R.Almeida,Roberto R.Panepucci,and Michal Lipson,“Nanotaper for compact mode conversion,”Opt.Lett.,28(15),pp.1302-1304,2003)提出了采用倒錐形taper來降低光纖和納米線波導之間的耦合損耗，為了獲得較低的損耗，taper區域的波導寬度通常在幾十nm左右，這對工藝提出了極高的要求，并且該耦合效率對taper頂端的寬度十分敏感。T.Shoji等人(T.Shoji et al,“Low-loss mode sizeconverter from 0.3μm square Si wire waveguides to single mode fibers,”Electronics Letters,38(25),pp.1669-1670,2002)提出了利用一個高折射率聚合物波導覆蓋帶taper的硅波導結構來降低耦合損耗，該結構需要復雜的制作工藝。D.Taillaert等人(D.Taillaert et al,“Grating couplers for coupling between optical fibersand nanophotonic waveguides,”Japanese journal of Applied Physics,45(8A),pp.6071-6077,2006)提出了表面光柵耦合器，大大提高了和光纖的耦合效率，解放了工藝制作要求，并且利用該光柵耦合器可以實現對芯片的實時在線測試，極為方便。所以，目前用于硅納米線波導器件測試多采用光柵耦合器結構，特別是對基于硅納米線器件的傳感器測試。然而，該光柵耦合器有一個缺點：由于硅芯層和包層之間折射率差較大，這就使得在芯層和包層的分界面處存在較大的菲涅爾反射，一部分光將反射回原光路，然后再次反射回該光柵耦合器中，這就使得光柵耦合器的輸出譜中存在較大的抖動，并且如果光路中集成了半導體光源，那么反射回的光將會對光源造成嚴重影響。同時，如果是針對傳感應用中的功率檢測，那么光柵耦合器輸出譜中的抖動就會造成輸出功率的不穩定，大大的影響傳感檢測的精度。因此，減小光柵耦合器的背向反射極為重要。Yanlu Li等人(Yanlu Li,etal,“Compact grating couplers on silicon-on-insulator with reducedbackreflection,”Opt.Lett.,37(21),pp.4355-4357,2012)提出采用傾斜的聚焦光柵耦合器，即輸入波導和光柵齒的法線之間成一角度，使光柵反射回來的光不耦合到輸入波導，以此來減小該光柵耦合器的背向反射。由于此處的反射光是偏離輸入波導，不是被抑制的，所以在高密度集成的光路系統或者是密集型并行傳感檢測中，該反射光可能會加大系統的背景噪音。

發明內容