[实用新型]一种模斑变换器

说明书

本实用新型涉及一种模斑变换器，包括衬底，衬底上从下到上依次设有下包层、覆盖层，下包层的上端从下到上依次设有底层倒锥形波导、第一层波导结构、第二层波导结构，底层倒锥形波导、第一层波导结构、第二层波导结构位于覆盖层内，底层倒锥形波导与第一层波导结构的第一层锥形波导组成第一光场过渡转换结构，第一层波导结构的第一层倒锥形波导与第二层波导结构的第二层锥形波导组成第二光场过渡转换结构，第二层倒锥形波导与覆盖层组成模斑扩大结构。本实用新型采用底层倒锥形波导和两组双锥形波导结构实现光场的上拉效果，减小衬底硅材料对模斑形状的影响，并通过顶部倒锥形波导，实现模斑的放大功能，提升与标准单模光纤的耦合效率。

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，具体涉及一种模斑变换器。

背景技术

近几年，云服务、5G通信以及高清电视等业务的迅速发展对通信速率和容量提出了极大的需求。光通信通过采用将传输信号加载在光载波上，利用光纤作为媒质进行传输的方式，具有高带宽、高速率和低成本的优势，使得通信领域取得了革命性的发展。其中硅光技术作为光通信领域的一项研究热点，由于具有高折射率差的特点，使得光器件的尺寸相比于传统光器件得到了一个甚至几个量级的减小，此外，也由于硅光工艺可以与传统的CMOS工艺相兼容，都给硅光技术带来了成本低和便于量产的优势。正是基于这些优势，硅光技术经过近二十多年的快速发展，已经建立起一套完善的平台进行设计、制造、测试和封装应用于电信级和数据中心领域的光收发器件和光学信号处理器件。

但是，目前硅光技术仍然存在一些需要解决的问题，其中重要的一项就是小尺寸的硅光芯片与光纤之间的有效耦合问题。硅光芯片由于高折射率差的优势可以使得光波导的截面尺寸缩小到几百纳米的量级，因此硅光波导所导引的光场光斑大小就远小于单模光纤约10微米的光斑，二者光斑大小的失配造成了硅光芯片与光纤进行耦合时的巨大能量损耗，从而对整个光通信系统的性能造成影响。为了提升耦合效率，会采取在硅光芯片入光口制作模斑变换器的方式。模斑变换器主要分为两种，一种是基于垂直耦合的光栅耦合器，虽然具有较好的耦合对准容差和方便的晶圆级测试等优点，但同时也具有工作波长范围窄，偏振相关性大等缺点。而另一种是基于边缘耦合的模斑变换器，具有工作波长范围宽、偏振不敏感的优势。目前采用的边缘耦合模式转换器有悬挂式结构和倒锥型结构。悬挂式结构由于需要掏空SiO₂波导底部和周围的材料，工艺复杂度高，且仅靠SiO₂悬挂壁支撑整个波导结构，力学性能和器件可靠性都会是很大的问题；而倒锥型结构，由于BOX隔离层厚度有限，导致光斑较大时，衬底会对光斑造成形变以及产生泄漏损耗，而光斑较小时与光纤光斑的耦合失配又很大，从而导致耦合损耗较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种模斑变换器，其能够极大提高模斑变换器的力学性能和器件的可靠性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型公开了一种模斑变换器，包括衬底，所述衬底上从下到上依次设有下包层、覆盖层，下包层的上端从下到上依次设有底层倒锥形波导和第一层波导结构，底层倒锥形波导和第一层波导结构位于覆盖层内，所述第一层波导结构包括第一层锥形波导、第一层倒锥形波导，所述第一层锥形波导位于底层倒锥形波导的正上方，底层倒锥形波导与第一层锥形波导组成第一光场过渡转换结构，实现光场的上拉，光场上拉后，光从第一层锥形波导向第一层倒锥形波导传输，通过第一层倒锥形波导，实现模斑放大功能。

进一步地，所述第一层锥形波导、第一层倒锥形波导位于同一平面，所述第一层锥形波导的右表面与第一层倒锥形波导的左表面相连；所述底层倒锥形波导从左到右宽度逐渐减小，第一层锥形波导从左到右宽度逐渐增大，所述第一层倒锥形波导从左到右宽度逐渐减小。