[发明专利]一种可调光栅耦合器

说明书

本发明涉及半导体领域和光电集成领域，具体是一种可调光栅耦合器，包括自上而下依次设置的波导层、介质层和衬底层；所述波导层的材料为电光材料，所述波导层的一端形成有耦合光栅；所述耦合光栅两侧均设置有多个电极，所述耦合光栅一侧的电极与另一侧的电极一一对应设置，形成多个电极对；每个所述电极对的两个电极之间的电压能够单独进行调节，通过调节所述电极对的两个电极之间的电压能够调节所述电极对之间的耦合光栅的耦合系数，从而调节所述耦合光栅的衍射光场的模场分布，以使得所述衍射光场的模场分布与耦合光纤的模场分布相匹配。本发明可以根据耦合光纤的尺寸动态调节耦合光栅衍射光场的模场分布，提高光栅耦合器的耦合效率。

技术领域

本发明涉及半导体领域和光电集成领域，特别涉及一种可调光栅耦合器。

背景技术

集成硅基光学系统，由于其器件尺寸小、光通信宽带宽、低串扰、低损耗，以及与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺良好的兼容性，成为目前研究的一个热点。许多微纳米器件己经在硅基上实现集成，如激光器、调制器、滤波器、耦合器、缓存器等。

绝缘体上铌酸锂(Lithium Niobate On Insulator，LNOI)材料是近几年发展的一种新型的光学材料，其通过在铌酸锂薄膜下加入二氧化硅(SiO2)埋层，来提高波导折射率对比度，增强对光的限制，从而可使基于铌酸锂材料的光学器件可以实现小型化。同时铌酸锂具有优秀的电光性能和二次非线性性能，因此在集成光学的研究与应用中受到了广泛关注。

光栅耦合器作为集成光学中常用的一种光耦合器件，具有耦合面积小、耦合效率高等优点，在集成光学片上测试、光的输入/输出上受到了广泛的应用。现有技术中，为了使得光栅耦合器的耦合效率较高，对于不同直径的输入/输出光纤，一般设计不同的光栅耦合器与之匹配，但是通常情况下，输入/输出光纤的模场分布与光栅耦合器的衍射光场的模场分布难以做到良好的匹配，因而会导致光栅耦合器的耦合效率较低。另外，现有技术还通过设计不均匀光栅的方法来提高衍射光场的模场分布与输入/输出光纤的模场分布的匹配程度，，从而提高光栅耦合器的耦合效率，但是不均匀光栅的设计难度较大，并且对制造精度的要求较高，制造难度较大。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种可调光栅耦合器，能够提高光栅耦合器的耦合效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种可调光栅耦合器，包括自上而下依次设置的波导层、介质层和衬底层；所述波导层的材料为电光材料，所述波导层的一端形成有耦合光栅；所述耦合光栅两侧均设置有多个电极，所述耦合光栅一侧的电极与另一侧的电极一一对应设置，形成多个电极对；每个所述电极对的两个电极之间的电压能够单独进行调节，通过调节所述电极对的两个电极之间的电压能够调节所述电极对之间的耦合光栅的耦合系数，从而调节所述耦合光栅的衍射光场的模场分布，以使得所述衍射光场的模场分布与耦合光纤的模场分布相匹配。

进一步地，所述可调光栅耦合器还包括电压调节机构，用于根据所述耦合光纤的尺寸确定每个所述电极对的两个电极之间的目标电压，根据所述目标电压对所述电极对的两个电极之间的电压进行调整，以使得所述电极对能够通过电光效应改变所述电极对之间的耦合光栅的折射率，从而改变所述电极对之间的耦合光栅的耦合系数。

具体地，所述波导层的宽度小于所述介质层的宽度，所述电极设置于所述介质层上，每个所述电极对的两个电极之间的间距均相等。。

可选择地，所述耦合光栅表面覆盖有保护层，所述保护层的折射率小于所述波导层的折射率。

进一步地，所述耦合光栅的光栅周期、占空比和刻蚀深度均相同，所述耦合光栅的占空比范围为0.25-0.75，所述耦合光栅的刻蚀深度范围为所述波导层总厚度的25％-100％，所述耦合光栅的光栅周期范围为0.5um-2um。