[發明專利]一種光波導模斑轉換裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 202211038179.0
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115113329B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 馮大增;仇超;田斌;王奕瓊
• 申請（專利權）人: 上海羲禾科技有限公司
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 賈允

本申請涉及集成光芯片技術領域，特別涉及一種光波導模斑轉換裝置及其制造方法，該裝置包括硅襯底、氧化硅埋層、絕緣體層、楔形波導、電介質層和輔助波導；楔形波導設置于絕緣體層上；絕緣體層設置于氧化硅埋層上；氧化硅埋層設置于襯底上；楔形波導的大頭端用于與硅光波導連接；電介質層設置于絕緣體層上，并包圍楔形波導；輔助波導設置于電介質層上；輔助波導用于在楔形波導的小頭端與光纖耦合；楔形波導的大頭端用于與硅光波導連接；輔助波導的第一折射率小于楔形波導的第二折射率，且大于電介質層的第三折射率。可以降低模斑尺寸轉換時對楔形波導的小頭端尺寸的敏感性；降低光偏振相關損耗；降低硅光波導與光纖之間模斑轉換的失配損耗。

技術領域

本申請涉及集成光芯片技術領域，特別涉及一種光波導模斑轉換裝置及其制造方法。

背景技術

硅光波導由于其具有模斑尺寸小，集成度高，可為光互連提供低損耗、高性能的解決方案等特點，逐漸得到發展和應用。

由于硅光波導與普通單模光纖的端面尺寸相差較大，因此在硅光波導與普通光纖之間進行端面耦合時，存在失配損耗高的問題。

通常采用模斑轉換裝置將硅波導模斑轉換到光纖模斑，從而減少失配損耗。模斑轉換裝置主要是采用反向楔形波導（inverse taper）。反向楔形波導的寬度從大頭端（硅光波導連接端）至小頭端（光纖耦合端）逐漸變窄；反向楔形波導的小頭端的寬度很小（約100nm）。其中，反向楔形波導從大頭端至小頭端的寬度逐漸變窄，可以擴大硅光波導的模斑，實現硅光波導模斑和光纖模斑的匹配。

然而，由于模斑尺寸對模斑轉換裝置的波導（如反向楔形波導）的寬度和厚度很敏感，導致工藝容差小，模斑轉換裝置的均勻性差。模斑轉換裝置中波導的結尾端（即光纖耦合端，如反向楔形波導的小頭端）的模斑尺寸和波導的起始端（即硅光波導連接端）的輸入光的偏振方向有關，容易產生較大的偏振相關損耗，對光集成芯片性能（尤其是光接收器的性能）產生較大影響。

因此，亟需提供一種光波導模斑轉換裝置及其制造方法，可以降低模斑尺寸（在光纖耦合端放大后的模斑尺寸）對模斑轉換裝置中波導的結尾端（即光纖耦合端）尺寸的敏感性；降低光偏振相關損耗；降低硅光波導與光纖之間模斑轉換的失配損耗。

發明內容

本申請實施例提供了一種光波導模斑轉換裝置及其制造方法，具體的，該裝置包括：襯底、氧化硅埋層、絕緣體層、楔形波導、電介質層和輔助波導；所述楔形波導設置于所述絕緣體層上；所述絕緣體層設置于所述氧化硅埋層上；所述氧化硅埋層設置于所述硅襯底上；所述楔形波導的大頭端用于與硅光波導連接；所述電介質層設置于所述絕緣體層上，并包圍所述楔形波導；所述輔助波導設置于所述電介質層上，并沿著所述楔形波導的延伸方向延伸；所述輔助波導用于在所述楔形波導的小頭端與光纖耦合；所述輔助波導的第一折射率小于楔形波導的第二折射率，且大于所述電介質層的第三折射率。可以降低模斑尺寸（在光纖耦合端放大后的模斑尺寸）對模斑轉換裝置中波導的結尾端（即光纖耦合端）尺寸的敏感性；降低光偏振相關損耗；降低硅光波導與光纖之間模斑轉換的失配損耗。

一方面，本申請的實施方式提供一種光波導模斑轉換裝置，包括：

襯底、氧化硅埋層、絕緣體層、楔形波導、電介質層和輔助波導；

所述楔形波導設置于所述絕緣體層上；所述絕緣體層設置于所述襯底上；

所述電介質層設置于所述絕緣體層上，并包圍所述楔形波導；

所述輔助波導設置于所述電介質層上，并沿著所述楔形波導的延伸方向延伸；所述輔助波導用于在所述楔形波導的小頭端與光纖耦合；所述輔助波導的第一折射率小于楔形波導的第二折射率，且大于所述電介質層的第三折射率。

一些可選的實施例中，所述輔助波導的所述第一折射率的范圍在1.45-1.6之間。

一些可選的實施例中，所述輔助波導的寬度范圍為4μm-8μm；所述輔助波導的高度范圍為4μm -8μm。