[發明專利]一種850nm波段的光纖與波導耦合模斑轉換器

有效

• 申請號: 202110602242.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113406751B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 雷思琛;韓笑笑;吳鵬飛;譚振坤;王姣;劉涵穎
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G02B6/30
• 分類號: G02B6/30;G02B6/14;G02B6/12
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 涂秀清

本發明一種850nm波段的光纖與波導耦合模斑轉換器，包括下包層，三端口Y分支下包層、SU?8錐形結構，波導組件、波導組以及三端口Y分支上包層；下包層和SU?8錐形結構形成第一級模斑轉換模塊，下包層、三端口Y分支下包層以及三端口Y分支上包層分別與波導組件和波導組形成第二級模斑轉換模塊和第三級模斑轉換模塊，整體結構一體成型；在光纖傳輸的光場進入轉換器時，第一級模斑轉換模塊、第二級模斑轉換模塊以及第三級模斑轉換模塊對光場進行過渡壓縮，轉換為單模后輸出。本發明設計合理，有效提高了光纖與波導的耦合效率，且靈活性較強。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種850nm波段的光纖與波導耦合模斑轉換器。

背景技術

在多媒體、大數據時代背景下的通信技術發展迅速，傳統的電-電互連已經難以滿足高速率、大容量通信的發展需求。近年來，采用光子集成技術研發的光通信系統以其低能耗、大帶寬、低延遲等優勢成為研究的熱點。利用不同類型材料的電光特性、波導芯層和包層的高折射率差，實現高集成度的片上光-光互聯、電光調制、光/電或電/光轉換等成為研究的關鍵問題。光纖與波導芯片之間的高效耦合是光集成的關鍵技術之一，是所有光集成模塊面臨的共性問題。氮化硅材料在近紅外和可見光波長范圍內具有較低的吸收損耗，在光波導器件中應用較廣泛，而氮化硅波導器件模斑一般在微納米尺寸，光纖的模斑一般在微米尺寸，波導與光纖直接對準耦合會產生較大的模場失配損耗。850nm(納米)波段作為光通信的常用波段之一，如何實現光纖與波導芯片的高效耦合也是我們需要解決的問題。光柵耦合(垂直耦合)和端面耦合(水平耦合)是光子集成芯片模斑轉換器常用的兩種方式，光柵耦合器通常具有有限的帶寬和較高的偏振相關性。與光柵耦合器相比，端面耦合器擁有更大的帶寬和更低的偏振相關性。

發明內容

本發明的目的是提供一種850nm波段的光纖與波導耦合模斑轉換器，解決了現有技術中在850nm波段存在的光纖與波導耦合效率較低的問題。

本發明所采用的技術方案是，

一種850nm波段的光纖與波導耦合模斑轉換器，包括下包層，下包層的上端面依次覆有三端口Y分支下包層和SU-8錐形結構，三端口Y分支下包層的上端面覆有波導組件，波導組件的一側連接SU-8錐形結構、另一側連接波導組，波導組件的上端面對應三端口Y分支下包層覆有三端口Y分支上包層；

其中，沿下包層的長度方向：下包層和SU-8錐形結構形成第一級模斑轉換模塊，下包層、三端口Y分支下包層以及三端口Y分支上包層、通過與波導組件和波導組分別依次形成第二級模斑轉換模塊和第三級模斑轉換模塊，光纖與波導耦合模斑轉換器的整體結構一體成型；

在光纖傳輸的光場進入光纖與波導耦合模斑轉換器的情形下，第一級模斑轉換模塊、第二級模斑轉換模塊以及第三級模斑轉換模塊對光場進行過渡壓縮，轉換為單模后輸出。

本發明的特點還在于，

波導組件包括第一彎曲波導、直波導以及第二彎曲波導，第一彎曲波導和第二彎曲波導對應直波導排布為Y型，Y型的開口端與SU-8錐形結構連接，Y型的聚攏端連接波導組。

第一彎曲波導、直波導、第二彎曲波導以及波導組的材料均采用氮化硅。

波導組包括連接Y型的聚攏端依次設置的第一波導和第二波導，第一波導設置為梯形結構，梯形結構的下底連接Y型的聚攏端，梯形結構的上底連接第二波導，第二波導設置為矩形結構。

SU-8錐形結構為棱臺結構，棱臺結構的上底與Y型的開口端連接。

下包層、三端口Y分支下包層以及三端口Y分支上包層的材料均采用二氧化硅。

三端口Y分支上包層的厚度尺寸大于三端口Y分支下包層的厚度尺寸。