[發明專利]SiON波導與光纖耦合結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201910014594.4
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109445032A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 袁曉君;耿凱鴿
• 申請（專利權）人: 科新網通科技有限公司
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26;G02B6/138;G02B6/136;G02B6/132
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 葛鐘

本發明提供了一種SiON波導與光纖耦合結構，包括SiON波導，為輸入波導；二氧化硅波導，包覆于SiON波導的外側；錐形SiON波導，被包覆于二氧化硅波導內側，且處于SiON波導水平面的下方，且橫截面尺寸小于SiON波導的橫截面尺寸，橫截面尺寸沿著光傳輸的方向漸擴；SiON輸出波導，與錐形SiON波導連接。以及制作SiON波導與光纖耦合結構的方法。本發明在SiON波導上包覆一層SiO2，使這個結構與空氣隔開并起到保護作用，SiON波導與錐形SiON波導的折射率不同，SiON波導能夠與光纖匹配，錐形SiON波導又能夠做到小尺寸，通過該種耦合結構，可以把器件做小，且減小了能耗。

技術領域

本發明涉及光纖通信技術領域，尤其是涉及一種SiON波導與光纖耦合結構及其制作方法。

背景技術

隨著硅基光子芯片集成技術的不斷迅速發展，利用光子芯片實現如芯片與芯片間或者芯片內的短距離光通信越來越接近現實。絕緣體上硅(SilicononInsulator，SOI)在光學上具有很好的特性，而且因為硅與SiO₂或者空氣具有非常大的折射率差，硅基的光波導具有很強的限制光場的能力，所以硅基的光波導可以制作成非常小的尺寸，通常其橫截面尺寸小于1μm。非常小尺寸的硅波導帶來高的器件集成度的同時，也帶了一個嚴重的問題——硅波導與光纖的耦合損耗非常大。一般來說，單模光纖的芯徑尺寸約為8～10μm，遠遠大于橫截面尺寸通常小于1μm的SOI光波導，光從光纖101進入這種小尺寸的硅波導102會帶來很大的損耗，光纖與硅波導的耦合示意圖如圖1所示。因此，如何實現光纖與硅波導的高效耦合是硅基光互連亟需解決的一個關鍵問題。

如果想要實現光纖與硅波導的高效耦合，需要借助特殊的模斑變換器來實現。模斑變換器按照耦合方式可以分為兩類：垂直耦合和端面耦合。垂直耦合型的模斑變換器主要指的是光柵耦合器。近年來，研究者的廣泛關注使得光柵耦合器的性能不斷提高，耦合器的結構也層出不窮，從普通的光柵耦合器，發展了帶襯底反射鏡的光柵耦合器、帶DBR反射鏡的光柵耦合器、具有覆蓋層的光柵耦合器、閃耀型光柵耦合器、聚焦光柵耦合器、二維光柵耦合器等等。

端面耦合比平面耦合更易實現高的耦合效率，器件的封裝工藝也相對簡單，應用也更廣泛。端面耦合型的模斑變換器，主要有錐形模斑變換器、透鏡耦合器、棱鏡耦合器、水平雙光柵耦合器等。在集成光子波導器件里，通常利用錐形波導結構作為模斑變換器來實現波導器件與光纖的連接。錐形模斑變換器可以克服單模光纖和波導在有效折射率、芯徑尺寸等方面差異過大的問題，提高光纖和波導的模場匹配程度，將光纖中的模式轉化為光波導中的模式，從而實現高效的耦合。錐形模斑變換器的結構通常分為正向錐形和反向錐形兩種。正向錐形結構是一種比較直觀的結構，其與光纖連接的一端擴展為光纖芯徑尺寸大小，向與波導連接的一端逐漸縮小形成錐形，光纖中的模場通過錐形結構轉換為波導中的模場。反向錐形結構是將波導與光纖連接的一端逐漸減小到甚至幾十納米并覆蓋包層，使原本被限制在波導中的模場泄漏到包層中從而擴大模場，實現和光纖模場的匹配。

硅波導與光纖通過耦合結構損耗能夠減少到一定程度，但是對于光纖與SiON波導的耦合損耗還是很大，本發明旨在提出一種全新的實現光纖與SiON波導的耦合結構。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種SiON波導與光纖耦合結構，以解決現有技術中存在的SiON波導與光纖耦合損耗大的技術問題。

本發明的目的之二在于提供一種SiON波導與光纖耦合結構的制作方法。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供的一種SiON波導與光纖耦合結構，包括：SiON波導，為輸入波導；二氧化硅波導，包覆于所述SiON波導的外側；錐形SiON波導，被包覆于所述二氧化硅波導內側，且處于所述SiON波導水平面的下方，且橫截面尺寸小于所述SiON波導的橫截面尺寸，橫截面尺寸沿著光傳輸的方向漸擴；SiON輸出波導，與所述錐形SiON波導連接。