[發明專利]一種模斑變換器

在審

• 申請號: 202210304721.6
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114791649A
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 李春生;周秋桂;李軍;石文虎;高云龍
• 申請（專利權）人: 武漢華工正源光子技術有限公司
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/122
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張濤

本發明涉及一種模斑變換器，其包括底襯、下包層、波導層及覆蓋層，所述下包層及所述覆蓋層依次設置于所述底襯上，所述波導層位于所述覆蓋層內，所述波導層包括第一波導結構及位于所述第一波導結構兩側的至少兩個第二波導結構；其中，所述第一波導結構被配置為與至少兩個所述第二波導結構形成光場過渡轉換，以將光場轉換至兩側的至少兩個所述第二波導結構中，所述第二波導結構與所述覆蓋層形成斑紋擴大結構，所述第二波導結構將光場發散至所述覆蓋層，形成橢圓形光斑，本發明提供的模斑變換器可擴大并形成橢圓形斑紋，提升耦合效率。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種模斑變換器。

背景技術

近幾年，云服務、5G通信以及高清電視等業務的迅速發展對通信速率和容量提出了極大的需求。光通信通過采用將傳輸信號加載在光載波上，利用光纖作為媒質進行傳輸的方式，具有高帶寬、高速率和低成本的優勢，使得通信領域取得了革命性的發展。其中硅光技術作為光通信領域的一項研究熱點，由于具有高折射率差的特點，使得光器件的尺寸相比于傳統光器件得到了一個甚至幾個量級的減小，此外，也由于硅光工藝可以與傳統的CMOS工藝相兼容，都給硅光技術帶來了成本低和便于量產的優勢。正是基于這些優勢，硅光技術經過近二十多年的快速發展，已經建立起一套完善的平臺進行設計、制造、測試和封裝應用于電信級和數據中心領域的光收發器件和光學信號處理器件。

目前硅光技術仍然存在一些需要解決的問題，其中重要的一項就是小尺寸的硅光芯片與光纖之間的有效耦合問題。硅光芯片由于高折射率差的優勢可以使得光波導的截面尺寸縮小到幾百納米的量級，因此硅光波導所導引的光場光斑大小就遠小于單模光纖約10微米的光斑，二者光斑大小的失配造成了硅光芯片與光纖進行耦合時的巨大能量損耗，從而對整個光通信系統的性能造成影響。為了提升耦合效率，會采取在硅光芯片入光口制作模斑變換器的方式。模斑變換器主要分為兩種，一種是基于垂直耦合的光柵耦合器，雖然具有較好的耦合對準容差和方便的晶圓級測試等優點，但同時也具有工作波長范圍窄，偏振相關性大等缺點。而另一種是基于邊緣耦合的模斑變換器，具有工作波長范圍寬、偏振不敏感的優勢。

然而，目前采用的邊緣耦合模式轉換器有懸掛式結構和倒錐型結構。懸掛式結構由于需要掏空SiO2波導底部和周圍的材料，工藝復雜度高，且僅靠SiO2懸掛壁支撐整個波導結構，力學性能和器件可靠性都會是很大的問題；而倒錐型結構，由于BOX隔離層厚度有限，導致光斑較大時，襯底會對光斑造成形變以及產生泄漏損耗，而光斑較小時與光纖光斑的耦合失配又很大，從而導致耦合損耗較大。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種模斑變換器解決光纖光斑耦合損耗較大的問題。

為了達到上述目的，本發明解決技術問題的技術方案是提供一種模斑變換器，其包括：底襯、下包層、波導層及覆蓋層，所述下包層及所述覆蓋層依次設置于所述底襯上，所述波導層位于所述覆蓋層內，所述波導層包括第一波導結構及位于所述第一波導結構兩側的至少兩個第二波導結構；其中，所述第一波導結構被配置為與至少兩個所述第二波導結構形成光場過渡轉換，以將光場轉換至兩側的至少兩個所述第二波導結構中，所述第二波導結構與所述覆蓋層形成斑紋擴大結構，所述第二波導結構將光場發散至所述覆蓋層，形成橢圓形光斑。

在一些實施例中，所述第一波導結構包括第一直波導及第一到錐形波導，所述第一倒錐形波導的底面與所述第一直波導連接；所述第二波導結構包括第二錐形波導、第二直波導及第二倒錐形波導，所述第二錐形波導的底面及所述第二倒錐形波導的底面分別連接所述第二直波導的兩側，所述第二錐形波導與所述第一倒錐形波導形成光場過渡轉換。

在一些實施例中，所述第一倒錐形波導的寬度沿遠離所述第一直波導的放心逐漸減小，所述第二錐形波導及所述第二倒錐形波導的寬度皆沿遠離所述第二直波導的方向逐漸減小。

在一些實施例中，所述第二倒錐形波導與所述覆蓋層形成斑紋擴大結構。

在一些實施例中，所述下包層的厚度為2um，所述波導層的厚度為400nm，所述覆蓋層的厚度為6um。