[發(fā)明專利]一種用于波導(dǎo)耦合的雙懸臂倒錐模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210093924.5
• 申請(qǐng)日: 2022-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114397730A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳遠(yuǎn)祥;孫尚斌;付佳;朱虎;孫莉萍;李欣國(guó);林尚靜;楊雷靜;余建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/12
• 分類號(hào): G02B6/12;G02B6/122
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 高福勇

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于波導(dǎo)耦合的雙懸臂倒錐模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，由輸入波導(dǎo)、多模波導(dǎo)干涉區(qū)、兩個(gè)輸出波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)后端的拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，光波從輸入波導(dǎo)進(jìn)入多模波導(dǎo)干涉區(qū)，利用自映像效應(yīng)使輸入光波在輸出波導(dǎo)截面上產(chǎn)生多個(gè)像，分束后的光波在輸出波導(dǎo)中傳播，輸出波導(dǎo)通過(guò)拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)的橫截面逐漸減小，使幾個(gè)輸出波導(dǎo)的光波擴(kuò)散至包層中，以便和大尺寸波導(dǎo)耦合。與傳統(tǒng)的單倒錐形耦合器相比，本發(fā)明采用了雙懸臂拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)，提升了對(duì)準(zhǔn)容差，可將較小尺寸波導(dǎo)傳輸光的小模場(chǎng)轉(zhuǎn)化為大模場(chǎng)，從而高效耦合至較大尺寸波導(dǎo)中，同時(shí)拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)所在包層懸空，避免了襯底泄露，減小了光信號(hào)傳輸時(shí)的損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子集成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于波導(dǎo)耦合的雙懸臂倒錐模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著全球信息化進(jìn)程不斷加快，光通信速率不斷加快，同時(shí)器件集成度變高，各種分立器件被統(tǒng)一集中在小尺寸芯片上，并在發(fā)射端和接收端與光纖耦合。

然而，不同材料的波導(dǎo)，如硅波導(dǎo)、氮化硅波導(dǎo)、二氧化硅波導(dǎo)、單模光纖等尺寸差異很大，硅材料波導(dǎo)寬度通常為幾百納米，氮化硅材料波導(dǎo)寬度為2um左右，二氧化硅材料陣列波導(dǎo)光柵的輸入輸出波導(dǎo)寬度為4um左右，而單模光纖的直徑為8-10um。因此，不同波導(dǎo)間如果直接對(duì)準(zhǔn)耦合會(huì)產(chǎn)生較大的模場(chǎng)失配損耗，損害光信號(hào)的傳輸，降低器件間的耦合效率。

因此，不同尺寸波導(dǎo)間耦合需要耦合器解決因尺寸差異大而產(chǎn)生的模場(chǎng)失配問(wèn)題。對(duì)于此類問(wèn)題，人們提出了許多耦合器結(jié)構(gòu)來(lái)提升器件耦合效率，其中主要的耦合方案為基于水平耦合的倒錐波導(dǎo)耦合器。

傳統(tǒng)的倒錐形波導(dǎo)耦合器具有對(duì)波長(zhǎng)、偏振不敏感，體積較小等優(yōu)勢(shì)。但對(duì)準(zhǔn)容差較小，同時(shí)耦合過(guò)程中光波會(huì)從包層泄露至硅襯底中，在一定程度上降低了耦合效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的倒錐形波導(dǎo)耦合器對(duì)準(zhǔn)容差較小，同時(shí)耦合過(guò)程中光波會(huì)從包層泄露至硅襯底中導(dǎo)致耦合效率低的技術(shù)問(wèn)題，提出一種基于MMI(Multi-ModeInterference多模干涉分束器)的雙懸臂倒錐模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在較高對(duì)準(zhǔn)容差的情況下實(shí)現(xiàn)不同尺寸波導(dǎo)的高效耦合。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種用于波導(dǎo)耦合的雙懸臂倒錐模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，由輸入波導(dǎo)、多模波導(dǎo)干涉區(qū)、兩個(gè)輸出波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)后端的拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，光波從輸入波導(dǎo)進(jìn)入多模波導(dǎo)干涉區(qū)，利用自映像效應(yīng)使輸入光波在輸出波導(dǎo)截面上產(chǎn)生多個(gè)像，分束后的光波在輸出波導(dǎo)中傳播，輸出波導(dǎo)通過(guò)拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)的橫截面逐漸減小，使幾個(gè)輸出波導(dǎo)的光波擴(kuò)散至包層中，以便和大尺寸波導(dǎo)耦合。

進(jìn)一步地，所述的輸入波導(dǎo)為小尺寸單模波導(dǎo)。

進(jìn)一步地，所述的輸入波導(dǎo)為硅波導(dǎo)、氮化硅波導(dǎo)或摻雜型二氧化硅波導(dǎo)。

進(jìn)一步地，所述的包層材料為二氧化硅。

進(jìn)一步地，所述的包層下方設(shè)置有襯底。

進(jìn)一步地，所述的襯底材料為硅。

進(jìn)一步地，所述的襯底對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸出波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)后端的拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)處被挖空，形成襯底與包層間隙。

進(jìn)一步地，所述的包層對(duì)應(yīng)兩個(gè)輸出波導(dǎo)以及輸出波導(dǎo)后端的拋物線形倒錐結(jié)構(gòu)處的兩側(cè)被挖空，形成包層空隙。

進(jìn)一步地，所述的大尺寸波導(dǎo)為單模光纖。

本發(fā)明還提供了一種波導(dǎo)耦合器，包括上述的用于波導(dǎo)耦合的雙懸臂倒錐模斑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：