[发明专利]一种波导耦合结构及光子集成系统

说明书

本公开实施例提供一种波导耦合结构及光子集成系统；其中，波导耦合结构包括：衬底；设于衬底一侧的包层，包括第一侧表面和第二侧表面；设于包层内的第二波导，包括前表面和后表面，后表面作为波导耦合结构的出光面；设于包层内的至少一个第一波导；每个第一波导包括传输段和耦合段；其中，传输段位于第二波导外且呈长方体状，传输段远离耦合段的端面与第一侧表面平齐并作为波导耦合结构的入光面；耦合段从第一侧面伸入第二波导内；沿垂直于第一侧表面方向，从入光面至出光面，耦合段的宽度递减；包层、第二波导和第一波导的折射率依次增大。通过本方案可以实现将激光器发出的光信号低损耗地耦合到平面光波导电路PLC中的硅基光芯片。

技术领域

本公开涉及光电子技术领域，特别是涉及一种波导耦合结构及光子集成系统。

背景技术

平面光波导技术生产出的器件，具有体积小、损耗低、集成度高、便于规模生产等优点，在光通信系统中得到了广泛应用。近年来，随着平面光波导技术的发展，光子集成系统在向着小尺寸、高密度的方向迅猛迈进。

目前，当前主流光子集成系统(如规格为40G/100G的光模块)中器件之间的耦合基本上还是基于棱镜、透镜、光滤波片等自由空间耦合的技术实现。这种耦合方式制作工艺复杂且需要主动对光，封装成本高、耦合损耗大，很难支持光子集成系统更大规模的集成。

而在光子集成系统中，按照目前的自由空间耦合技术，激光器与平面光波导电路(Planner Lightwave Circuit，PLC)中的硅基光芯片进行耦合时，由于激光器和光波导在高斯束腰级别、形状、折射率分布等方面具有较大的差别，激光器发出的光信号在传输过程中容易产生模场失配，引起较大的耦合损耗，严重影响光子集成系统的性能。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种波导耦合结构及光子集成系统，可以实现将激光器发出的光信号低损耗地耦合到平面光波导电路PLC中的硅基光芯片。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种波导耦合结构，包括：

衬底；

设于所述衬底一侧且呈长方体状的包层，包括垂直于所述衬底且相对的第一侧表面和第二侧表面；

设于所述包层内且呈长方体状的第二波导，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；

设于所述包层内且在平行于所述衬底的平面内排列的至少一个第一波导；每个所述第一波导包括沿垂直于所述第一侧表面方向设置的传输段和耦合段；其中，所述传输段位于第二波导外且呈长方体状，所述传输段远离所述耦合段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；所述耦合段从所述第一侧面伸入所述第二波导内；所述耦合段平行于所述衬底表面和所述第一侧表面的方向的尺寸为所述耦合段的宽度；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，所述耦合段的宽度递减；所述耦合段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横截面的尺寸大小相同；

所述包层、所述第二波导和所述第一波导的折射率依次增大。

在一些实施例中，所述第一波导的数量为一个，所述传输段平行于所述衬底表面和所述第一侧表面的方向的尺寸为所述传输段的宽度，所述传输段的宽度W₁＝1～4μm。

在一些实施例中，所述第一波导的数量为多个，多个所述第一波导间隔排布。

在一些实施例中，多个所述第一波导的尺寸相同，所述传输段平行于所述衬底表面和所述第一侧表面的方向的尺寸为所述传输段的宽度，所述传输段的宽度W₁＝0.3μm～0.6μm；

相邻所述第一波导之间的间距Sep＝1-1.5*W₁。