[发明专利]光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法

权利要求书

1.一种光耦合结构，其特征在于，包括：

基底，所述基底自下向上依次包括：石英衬底层、埋层二氧化硅和铌酸锂薄膜层；其中，所述埋层二氧化硅的折射率高于所述石英衬底层的折射率；

形成于所述基底上的铌酸锂光波导，其利用光刻刻蚀所述铌酸锂薄膜层而形成；

形成于所述铌酸锂光波导的周壁上、且包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；所述二氧化硅芯层的制备过程包括：

在所述铌酸锂光波导上形成盖层二氧化硅；

对所述盖层二氧化硅进行平整化处理；

利用光刻刻蚀去除部分所述盖层二氧化硅与部分所述埋层二氧化硅，刻蚀至所述石英衬底层的上方，经过刻蚀后的盖层二氧化硅和经过刻蚀后的埋层二氧化硅形成所述二氧化硅芯层；所述二氧化硅芯层在光的传输方向上的长度大于所述铌酸锂光波导在光的传输方向上的长度；

形成于所述二氧化硅芯层的周壁上、且包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层；所述二氧化硅包层的制备过程包括：

在所述二氧化硅芯层上形成顶层二氧化硅，所述顶层二氧化硅和所述石英衬底层形成所述二氧化硅包层；所述二氧化硅芯层在光的传输方向上的长度等于所述二氧化硅包层在光的传输方向上的长度；

所述二氧化硅芯层的端面为矩形或梯形，所述二氧化硅芯层的端面面积的取值范围为数十平方微米至数百平方微米。

2.根据权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于，还包括：粘接剂；

所述粘接剂设置在所述二氧化硅芯层和所述二氧化硅包层的在光的传输方向上的端面上，所述粘接剂的折射率与所述二氧化硅芯层的折射率的差值小于0.5。

3.一种光耦合系统，其特征在于，包括：第一单模光纤、第二单模光纤和如权利要求1或2所述的光耦合结构；

所述光耦合结构的第一端和所述第一单模光纤连接，所述光耦合结构的第二端和所述第二单模光纤连接，所述第一端和所述第二端均位于光的传输方向上。

4.根据权利要求3所述的光耦合系统，其特征在于，所述二氧化硅芯层和所述二氧化硅包层间的折射率差为△n，所述单模光纤的芯区和所述单模光纤的包层间的折射率差为△n’，△n-△n’＜0.5。

5.根据权利要求4所述的光耦合系统，其特征在于，所述铌酸锂光波导包括位于中间的长方体波导与分别位于所述长方体波导两端的第一四棱柱波导和第二四棱柱波导；

所述第一四棱柱波导靠近所述第一端，所述第一四棱柱波导的远离所述第一单模光纤的端面和所述长方体波导的端面连接，所述第一四棱柱波导的靠近所述第一单模光纤的端面与所述第一端之间的距离大于0，所述第一四棱柱波导的截面尺寸沿远离所述第一单模光纤至靠近所述第一单模光纤的方向逐渐变小；

所述第二四棱柱波导靠近所述第二端，所述第二四棱柱波导的远离所述第二单模光纤的端面和所述长方体波导的端面连接，所述第二四棱柱波导的靠近所述第二单模光纤的端面与所述第二端之间的距离大于0，所述第二四棱柱波导的截面尺寸沿远离所述第二单模光纤至靠近所述第二单模光纤的方向逐渐变小。

6.一种光耦合结构的制备方法，其特征在于，包括：

步骤S101：准备基底，所述基底自下向上依次包括：石英衬底层、埋层二氧化硅和铌酸锂薄膜层；其中，所述埋层二氧化硅的折射率高于所述石英衬底层的折射率；

步骤S102：在所述基底上利用光刻刻蚀所述铌酸锂薄膜层形成铌酸锂光波导；

步骤S103：在所述铌酸锂光波导的周壁上形成包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层，其包括：

在步骤S102制出的结构上形成盖层二氧化硅；

对所述盖层二氧化硅进行平整化处理；

利用光刻刻蚀去除部分所述盖层二氧化硅与部分所述埋层二氧化硅，刻蚀至所述石英衬底层的上方，经过刻蚀后的盖层二氧化硅和经过刻蚀后的埋层二氧化硅形成所述二氧化硅芯层；所述二氧化硅芯层在光的传输方向上的长度大于所述铌酸锂光波导在光的传输方向上的长度；

步骤S104：在所述二氧化硅芯层的周壁上形成包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层，其包括：

在步骤S103制出的结构上形成顶层二氧化硅，所述顶层二氧化硅和所述石英衬底层形成所述二氧化硅包层；所述二氧化硅芯层在光的传输方向上的长度等于所述二氧化硅包层在光的传输方向上的长度；

所述二氧化硅芯层的端面为矩形或梯形，所述二氧化硅芯层的端面面积的取值范围为数十平方微米至数百平方微米。