[实用新型]平面光波导结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及光波导领域，具体地，涉及一种平面光波导结构。 

背景技术

自从1969年贝尔实验室首次提出光集成的概念至今，经过多年的发展，光集成技术取得了长足的进步，特别是近十年来，光通信向高速率、大容量的方向发展，对于光集成器件的需求亦越来越迫切。 

平面光波导技术作为光集成的核心技术，其生产出的器件体积小、集成度高、可靠性好。大部分集成光学器件，如光调制器、光开关、光功率分配器、光耦合器、波分复用器、光滤波器、偏振分束器、微透镜等等, 都是以平面光波导技术为基础的波导型器件。为了将这些平面光波导器件应用于光通信系统，则必须考虑如何将平面光波导器件与光纤进行有效地耦合，而耦合效率的高低直接影响到各种光集成器件的性能。 

一个理想的耦合应该是效率高，能获得尽可能大的出纤功率，以利于扩展系统的传输距离和提高系统的信噪比；也要做到反射小，能尽可能减少耦合反射光对集成光学器件工作特性的影响。如果光纤与波导之间是理想的对准，耦合的总插入损耗就包括菲涅耳反射（两端面多次反射）损耗、传输损耗和光纤与波导间的模场失配损耗。菲涅耳反射损耗一般可以通过使用折射率匹配液或在波导端面镀上一层抗反射层而消减。在总插入损耗中，模场失配损耗是个主要因素，因为波导与光纤中光能的转移是通过波导模场和光纤中模场的匹配来完成的。 

众所周知，单模光纤中模场呈高斯分布，且光纤是圆对称，而在一般的集成光学器件中，光波导通常情况下是矩形的，而且在绝大多情况下折射率的分布也与光纤的折射率分布不同，所以其模场分布在大小和形状上都不能与光纤中的模场相匹配。特别是为了将光波导器件尺寸减小时，其光波导芯层折射率n1和包层折射率n2的折射率差δn （δn=(n1-n2)/n1）将增大，以至于远大于通用光纤的芯/包折射率差，引起模场失配。因此，必须设法改变光波导或是光纤的截面形状和大小，改变光波导和光纤中的模场分布，从而提高光波导与光纤间的耦合效率。 

随着光通信向高速率、大容量、长距离方向发展，人们对各种集成光学器件与光纤的耦合要求也越来越高。为此，人们开始尝试改变光波导结构，研制各种“模式转换器”。 

综上所述，在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现现有技术中至少存在以下缺陷：现有的平面光波导结构耦合损耗高。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种平面光波导结构，以实现耦合损耗低且制作简单、易于大规模生产的优点。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 

一种平面光波导结构，包括锥形段波导和恒径段波导，所述锥形段波导与波导器件相连，其波导芯横截面为锥形，宽度沿光纤到波导器方向逐渐减小，由N个波导芯组成，且沿着光纤到光波导方向，波导芯长度逐渐增加，各波导芯间的间隙长度逐渐减小，波导芯四周充满包层材料；

所述恒径段波导与光纤相连，由M个具有相同长度的波导芯组成，各个波导芯间的间隙长度相同，波导芯四周均充满包层材料。

根据本实用新型的优选实施例，所述N至少为3个，所述M为4-15个。 

本实用新型的技术方案通过改变波导芯在宽度和长度方向的截面形状和大小，借此来改变波导中光束的模场分布，有效地降低了波导与光纤间的耦合损耗，提高了产品性能，此外，该波导结构生产制造相对简单，易于大规模生产。 

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中： 

图1为本实用新型实施例所述的平面光波导结构的结构示意图；

图2a为本实用新型实施例所述的平面光波导结构制作方法中生长下包层和波导芯层后的结构示意图；

图2b为本实用新型实施例所述的平面光波导结构制作方法中形成光刻胶后的结构示意图；

图2c为本实用新型实施例所述的平面光波导结构制作方法中腐蚀掉多余波导芯层后的结构示意图；

图2d为本实用新型实施例所述的平面光波导结构制作方法中去除多余的光刻胶后的结构示意图；

图2e为本实用新型实施例所述的平面光波导结构制作方法中形成上包层后的结构示意图；

图3为光纤与光波导的耦合损耗随波导芯间隙长度差值的变化曲线图；

图4为光纤与光波导的耦合损耗随波导芯宽度差值的变化曲线图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：