[发明专利]一种低插损端面耦合器

说明书

本发明公开了一种低插损端面耦合器，包括：衬底；设于所述衬底上的波导包层；设于所述波导包层内的核心波导，所述核心波导的两端通过位于下方的所述波导包层部分支撑于所述衬底的表面上，所述核心波导包括以端部相连的常规波导和过渡波导，所述过渡波导被配置为具有远离所述常规波导方向上的逐渐收缩的宽度；分设于所述核心波导两侧外的所述波导包层表面上的侧边槽；设于所述侧边槽中的介质。本发明有效解决了现有技术中端面耦合插损大，悬臂梁结构工艺复杂且健壮性不足的问题。

技术领域

本发明涉及微电子光器件技术领域，尤其涉及一种用于将光芯片与光纤进行耦合的低插损端面耦合器件。

背景技术

光芯片需要和光纤进行耦合达到与外部光路连接的目的。常见的耦合方式包括端面耦合和光栅耦合等。其中，光栅耦合方式加工容易，光斑较大，但是存在插损大、波长敏感等局限性。而端面耦合方式由于硅波导的模场尺寸较小(例如200nm×300nm级别)，与光纤模场(例如直径约10μm级别)尺寸不匹配，故需要实现模场尺寸的转换。

实现端面耦合的一种常用方法是采用悬臂梁结构，通过实现模场尺寸的转换，使得光纤和波导的模式尺寸相匹配，其具有损耗小、波长不敏感等优点。现有的悬臂梁结构往往需要采用挖槽工艺，对芯片上波导底部的硅衬底进行部分刻蚀掏空，保证波导底部无其他遮挡结构。同时在波导两侧设有多个悬臂结构，对波导起支撑作用。这种方式不仅工艺复杂，加工难度大，且该悬臂结构的健壮性较差，机械应力不足，在可靠性方面存在一定问题。

公开号为CN114594548A的专利文献公开了一种氮化硅波导辅助悬臂梁端面耦合器，包括硅衬底、氮化硅波导结构、硅波导结构、连接梁结构以及悬臂结构。其需要去除部分硅衬底，形成悬臂梁结构，以减少光向硅衬底的泄露。该发明中的波导由于采用了悬臂结构，需要对波导底部的硅衬底进行刻蚀，增加了工艺难度，也降低了波导的健壮性。

公开号为CN107765364A的专利文献公开了一种光斑转换器，该光斑转换器包括：第一芯以及第二芯；第一芯包括：常规波导和倒楔形波导，倒楔形波导包括：缓变部分以及过渡部分，过渡部分与常规波导相接，缓变部分与过渡部分相接，缓变部分的宽度变化率小于过渡部分的宽度变化率，宽度变化率为一段波导两端的宽度差与该段波导长度的比值。但是该发明存在耦合效率低，偏振敏感的缺陷。

综上，当前技术的主要缺陷主要有以下几个方面：对于采用光斑转换器的方案，存在偏振敏感且损耗较大的问题；对于采用悬臂梁结构的方案，需要将波导底部的硅刻蚀掉部分，使得波导悬空，工艺较复杂，且波导两端需要采用多个悬臂支撑，这种结构的健壮性比较差，容易出现波导断裂等问题。

因此，如何在保证性能较优的情况下简化工艺，提高端面耦合器的可靠性是当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种低插损端面耦合器，以解决现有技术中存在的端面耦合插损大、悬臂梁结构工艺复杂且波导健壮性不足的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低插损端面耦合器，包括：

衬底；

设于所述衬底上的波导包层；

设于所述波导包层内的核心波导，所述核心波导的两端通过位于下方的所述波导包层部分支撑于所述衬底的表面上，所述核心波导包括以端部相连的常规波导和过渡波导，所述过渡波导被配置为具有远离所述常规波导方向上的逐渐收缩的宽度；

分设于所述核心波导两侧外的所述波导包层表面上的侧边槽；

设于所述侧边槽中的介质。

进一步地，所述侧边槽的底面位于所述波导包层中；或者，所述侧边槽的底面位于所述衬底的表面上，且露出所述衬底的表面；或者，所述侧边槽的底面穿过所述波导包层，并位于所述衬底中。