[发明专利]一种波导耦合结构及光子集成系统

权利要求书

1.一种波导耦合结构，其特征在于，包括：

衬底(1)；

设于所述衬底(1)一侧且呈长方体状的包层(2)，包括垂直于所述衬底(1)且相对的第一侧表面和第二侧表面；

设于所述包层(2)内且呈长方体状的第二波导(22)，包括与所述第一侧表面相对的前表面和与所述第二侧表面平齐的后表面，所述后表面作为波导耦合结构的出光面；

设于所述包层(2)内且在平行于所述衬底(1)的平面内排列的至少一个第一波导(21)；每个所述第一波导(21)包括沿垂直于所述第一侧表面方向设置的传输段(211)和耦合段(212)；其中，所述传输段(211)位于第二波导(22)外且呈长方体状，所述传输段(211)远离所述耦合段(212)的端面与所述第一侧表面平齐并作为波导耦合结构的入光面；所述耦合段(212)从所述第一侧面伸入所述第二波导(22)内；所述耦合段(212)平行于所述衬底(1)表面和所述第一侧表面的方向的尺寸为所述耦合段(212)的宽度；沿垂直于所述第一侧表面方向，从所述入光面至所述出光面，所述耦合段(212)的宽度递减；所述耦合段(212)大端面和小端面的形状均为矩形，所述大端面与所述传输段(211)横截面的尺寸大小相同；

所述包层(2)、所述第二波导(22)和所述第一波导(21)的折射率依次增大；

所述第一波导(21)的数量为多个，多个所述第一波导(21)间隔排布；

多个所述第一波导(21)的尺寸相同，所述传输段(211)平行于所述衬底(1)表面和所述第一侧表面的方向的尺寸为所述传输段(211)的宽度，所述传输段(211)的宽度W₁＝0.3μm～0.6μm；

相邻所述第一波导(21)之间的间距Sep＝1-1.5*W₁。

2.根据权利要求1所述的波导耦合结构，其特征在于，所述耦合段(212)垂直于所述第一侧表面的方向的尺寸为所述耦合段(212)的长度；所述耦合段(212)垂直于所述衬底(1)表面的方向的尺寸为所述耦合段(212)的高度；所述耦合段(212)的长度L₁＝300μm～400μm，所述耦合段(212)的小端面的宽度W_tip＝0.08μm～0.12μm；

所述传输段(211)的长度和高度的方向与所述耦合段(212)的长度和高度的方向一致；所述传输段(211)的长度L_in＝200μm～400μm，高度H₁＝1μm～4μm；

所述第二波导(22)的长度、宽度和高度的方向与所述耦合段(212)的长度、宽度和高度的方向一致；所述第二波导(22)的长度L₂＝400～800μm，宽度W₂＝4μm～5μm，高度H₂＝4μm～5μm。

3.根据权利要求1所述的波导耦合结构，其特征在于，所述第一波导(21)还包括过渡段(213)；

所述过渡段(213)位于所述耦合段(212)靠近所述出光面的一端，向所述出光面延伸；所述过渡段(213)的截面形状、尺寸与所述小端面的形状、尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的波导耦合结构，其特征在于，所述过渡段(213)垂直于所述第一侧表面的方向的尺寸为所述过渡段(213)的长度；所述过渡段(213)的长度L_out＝50μm～100μm。

5.根据权利要求1所述的波导耦合结构，其特征在于，所述第一波导(21)的折射率为1.44～2.00。

6.根据权利要求5所述的波导耦合结构，其特征在于，所述第一波导(21)的材料包括Si₃N₄和SiON中的至少一种；所述第二波导(22)的材料包括SiO₂。

7.一种光子集成系统，其特征在于，包括激光器、硅基光芯片和权利要求1至6任一所述的波导耦合结构；

所述激光器用于发出光信号；

所述硅基光芯片的输入端设有用于接收所述光信号的波导；

所述波导耦合结构位于所述激光器和硅基光芯片之间，实现所述激光器和所述波导的耦合。