[实用新型]用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光子器件领域，涉及一类新型的光纤与纳米光子集成芯片的高效耦合装置，具体地说是一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置。

技术背景

光纤与光波导芯片的耦合问题一直是光波导芯片走向实用化的难点，随着光波导芯片的集成度越来越高，波导芯片的尺寸越来越小，纳米级的波导芯片已研制出来，普通单模光纤出射光的模斑与纳米波导芯片的失配将进一步加剧。单模光纤的模斑一般为圆型，模场直径为8～10μm左右，而纳米波导模斑尺寸量级一般为几十到几百纳米两者相差近千倍，模斑尺寸失配的增加将进一步加大提高耦合效率难度。此外普通单模光纤与波导芯片的耦合，常常由于光纤与波导芯片间的空气间隙，使得光分别在光纤端面和波导芯片端面发生两次端面菲涅尔反射，从而大大降低了光纤与芯片的耦合效率。本专利提出的布喇格光纤有望解决这一难题，该光纤基于光子带隙导光的机理能够实现在空气中导光，因此可以避免光纤与空气的端面菲涅尔反射，为实现光纤与纳米光子集成芯片的高效耦合带来了可能。

但布喇格光纤包层的辐射损耗与纤芯半径的立方成反比，为了降低包层损耗，纤芯半径必须很大。但另一方面，大纤芯半径又会增加与纳米光子集成芯片模场尺寸的失配导致耦合效率的降低。本实用新型基于此在布喇格光纤中引入小角度拉锥和楔形结构实现基于特种布喇格光纤的纳米光子集成芯片高效耦合装置。拉锥和楔形结构可以减小与纳米光子集成芯片模场尺寸和形状上的失配，这两方面的措施大大提高了光纤与芯片的耦合效率，耦合损耗低于1.2dB。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，包括：布喇格光纤及纳米光子集成芯片，在布喇格光纤的与纳米光子集成芯片相对的一端连接有布喇格光纤拉锥结构。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型斜切打磨的方法使布喇格光纤拉锥结构的末端成为扁平形状，融合了光纤拉锥、斜切打磨加工简便、布喇格光纤与纳米光子集成芯片耦合能够消除光纤端面菲涅尔反射的特点，提出了一种基于布喇格光纤的纳米光子集成芯片耦合装置。该结构通过拉锥结构将布喇格光纤出射的模斑尺寸缩小进而减少与纳米光子集成芯片端面的尺寸失配，提高了耦合效率；此外，为进一步提高耦合效率，本实用新型将布喇格光纤拉锥末端的形状限定为扁平形状，即：在布喇格光纤拉锥末端引入斜切结构，通过改变布喇格光纤的出射模斑形状使之进一步与纳米光子集成芯片端面的形状匹配，从而进一步提高了耦合效率。

附图说明

图1是拉锥布喇格光纤与纳米光波导芯片耦合装置示意图。

图2是拉锥-斜切布喇格光纤与纳米光波导芯片耦合装置示意图。

图3是布喇格光纤A-A’平面横截面结构示意图。

图4是布喇格光纤B-B’平面横截面结构示意图。

图5是纳米光子集成芯片D-D’平面横截面结构示意图。

图6是布喇格光纤E-E’平面横截面结构示意图。

图7是纳米光子集成芯片C-C’平面横截面结构示意图。

图8是光在拉锥布喇格光纤以及纳米光子集成芯片中传输的模场图，其中，(a)-(h)分别是光在传播距离为0μm，5μm，10μm，20μm，30μm，40μm，220μm，390μm处的模场图。

图9是光在拉锥-斜切布喇格光纤以及纳米光子集成芯片中传输的模场图，其中(a)-(h)分别是光在传播距离为0μm，3.6μm，12.6μm，13.6μm，14.6μm，23.7μm，223.7μm，392.7μm处的模场图。

图10是光纤与纳米光子集成芯片耦合损耗与拉锥角度的关系曲线图。

图11是光纤与纳米光子集成芯片耦合损耗与斜切角度的关系曲线图。

具体实施方式

参照图1，一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，包括：布喇格光纤1及纳米光子集成芯片4，在布喇格光纤1的与纳米光子集成芯片4相对的一端连接有布喇格光纤拉锥结构2。本实施例还在布喇格光纤拉锥结构2的末端为扁平形状(参照图7)，这种扁平形状可以采用对布喇格光纤拉锥结构2的末端进行斜切打磨来实现，所述的布喇格光纤可以是空气芯型介质布喇格光纤、或空气芯型聚合物布喇格光纤。