[發明專利]一種端面耦合器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110994742.0
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113552669A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 陳振南;陳聰;許洪松
• 申請（專利權）人: 東莞銘普光磁股份有限公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/136;G02B6/13;G02B6/14;G02B6/26
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 崔熠

本發明公開了一種端面耦合器及其制備方法，涉及光通信技術領域，本發明的端面耦合器,包括硅襯底以及層疊設置于硅襯底上的下包層和上包層，下包層和上包層之間設置有同向光傳輸的第一波導和第二波導，第二波導在第一波導的相對兩側對稱設置，第一波導包括沿光傳播方向連接的第一錐波導和第一直波導，第一錐波導的錐尾與第一直波導的連接，第二波導包括沿光傳播方向寬度逐漸增大的雙層錐波導、第二直波導和沿光傳播方向寬度逐漸減小的第二錐波導，第一錐波導的錐尖與第二錐波導的錐尾平齊，雙層錐波導包括第二錐體和層疊設置于第二錐體上的第一錐體。本發明提供的端面耦合器，能夠降低錐尖寬度對耦合損耗的限制，提高端面耦合器的轉換效率。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，具體而言，涉及一種端面耦合器及其制備方法。

背景技術

端面耦合器是硅基模斑轉換器的一種，它利用模場擴散或模場壓縮的原理，使大小不一致的兩個模斑相互匹配，耦合效率比較高，波長相關性不高，偏振敏感度相對較小。錐形結構常見于各種端面耦合器，包括二維倒錐形、懸臂式錐形耦合器等。二維倒錐形耦合器對刻蝕精度要求很高，耦合的對準容差非常小；懸臂式錐形耦合器刻蝕掉襯底硅對工藝有一定要求，也需要考慮懸臂結構的機械穩定性。

以錐形硅波導為主體的端面耦合器，其耦合損耗對錐尖寬度極為敏感，目前我國實現最小工藝線寬為180nm。以二維倒錐形耦合器與單模光纖的耦合為例，耦合損耗與錐尖寬度的關系是錐尖寬度越大，端面耦合的效率越低。相比國外80nm硅光平臺的刻蝕工藝，使用國內硅光平臺的180nm工藝制造端面耦合器，二維倒錐耦合器與單模光纖的耦合將額外增加約4.7dB的耦合損耗，這使硅基光電器件的鏈路預算吃緊，無法降低大規模應用的成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種端面耦合器及其制備方法，能夠降低錐尖寬度對耦合損耗的限制，提高端面耦合器的轉換效率。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種端面耦合器，包括硅襯底以及層疊設置于硅襯底上的下包層和上包層，下包層和上包層之間設置有同向光傳輸的第一波導和第二波導，第二波導在第一波導的相對兩側對稱設置，第一波導包括沿光傳播方向連接的第一錐波導和第一直波導，第一錐波導的錐尾與第一直波導連接，第二波導包括沿光傳播方向寬度逐漸增大的雙層錐波導、第二直波導和沿光傳播方向寬度逐漸減小的第二錐波導，第一錐體與第二錐體的錐尾平齊，雙層錐波導包括第二錐體和層疊設置于第二錐體上的第一錐體，入射光由雙層錐波導入射。

可選的，作為一種可實施的方式，第一錐體的錐尖與第二錐體的錐尖距離在5-50μm之間，第一錐體和第二錐體的錐尾寬度相同。

可選的，作為一種可實施的方式，第二錐體的錐尖寬度在180-350nm之間。

可選的，作為一種可實施的方式，第一錐體的高度與第二錐體的高度之比在1：1-1：2.2之間。

可選的，作為一種可實施的方式，第一錐波導的錐尖與入光端面的距離在50-120μm之間，第一錐波導的錐尖寬度與第一直波導的寬度比在1：2-1：3之間。

可選的，作為一種可實施的方式，第二直波導的寬度在200-350nm之間。

可選的，作為一種可實施的方式，兩個第二波導之間的距離在0.9-1.2μm之間。

一種端面耦合器的制備方法，包括:

提供SOI晶圓，SOI晶圓包括硅襯底、依次設置于硅襯底上的下包層和硅材料層，下包層為二氧化硅；