[发明专利]一种高效率光波导芯片-少模光纤耦合器

说明书

本发明公开了一种高效率光波导芯片‑少模光纤耦合器。包括低折射率差转换芯片上的少模光纤‑多模波导模斑转换模块、偏振不敏感模式复用/解复用模块、高折射率差芯片上的低‑高折射率差波导模斑转换模块和偏振调控模块；少模光纤的2n个线偏振模通过少模光纤‑多模波导模斑转换模块端面耦合输入多模波导，后经模式复用/解复用模块解复用为n路基模，再经低‑高折射率差波导模斑转换模块分别耦合至n路高折射率差波导获得TEsubgt;0/subgt;/TMsubgt;0/subgt;模式对，经偏振调控模块分成2n路高折射率差波导的线偏振模。本发明能够实现少模光纤中的线偏振模与高折射率差光波导芯片中线偏振模的高效率耦合，具有大带宽、大容差、低串扰、半导体工艺兼容等优点，有效解决光纤到芯片的多模式耦合问题。

技术领域

本发明涉及波导-芯片耦合器，尤其涉及了一种高效率光波导芯片-少模光纤耦合器。

背景技术

随着互联网大数据时代的到来，通信传输容量需求与日俱增。传统电互联因有限的传输能力与较大功耗而面临发展瓶颈。相比之下，片上光互连具有大带宽、高传输速率以及低功耗等优点，能够改善上述电互联中存在的问题。通过利用各种复用技术，能够进一步提高光互连中的通信容量。传统波分复用技术利用多个波长通道传输信号以提高传输容量，已被大量投入实际使用，尤其在长距离通信中发挥出了其独特的优势。但不可避免的是，多光源需求使得价格负担日益增大。模分复用技术利用少模光纤中的多个相互正交的模式通道来有效提高传输容量，并且能够有效抑制模间串扰，被视为光通信领域的下一代前沿技术。此外，目前在片上可以实现各种高性能光子集成功能器件，例如片上光场调控、光信号调制与探测器件等。因此，实现光波导芯片与少模光纤的高效率耦合具有重大意义。

现有的光波导-少模光纤耦合器方案一般可分为光栅耦合和端面耦合。对于光栅耦合而言，一般是通过构建二维光栅改变光传输方向，使各模式通过面发射到少模光纤中，其优点是便于测试，但这种基于光栅的方案容差与带宽通常都比较小，且耦合效率受限，不能满足耦合器的实际性能需求。对于端面耦合而言，一般是设计模式演化的结构使高阶模的几个峰分离，在端面处再分别耦合至少模光纤中，但已有的方法基本上都无法实现高度方向上高阶模的耦合，不具有模式扩展性。也有一些方案是基于多级绝热模式演变结构来实现耦合的，这种方案的问题是工艺不兼容，比较难制作，缺乏实用性。

因此现有技术无法同时满足光波导-少模光纤耦合器中的高耦合效率、可扩展、大带宽、大容差和低模间串扰的技术要求，极大地限制了模分复用技术及光通信、光互连系统的进一步发展。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种支持高耦合效率、可扩展、大带宽、大容差和低模间串扰的光波导芯片-少模光纤耦合器，能将少模光纤中的多个模式有效耦合进光波导芯片中的多个线偏振模，具有重要的应用价值。

本发明能够实现少模光纤中的线偏振模与高折射率差光波导芯片中线偏振模的高效率耦合，具有大带宽、大容差、低串扰、半导体工艺兼容等优点，有效解决光纤到芯片的多模式耦合问题，对进一步提高通信容量，发展下一代光通信、光互连系统有重大意义。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括少模光纤、低折射率差转换芯片和高折射率差芯片，三者之间以端面耦合的形式依次连接；

所述低折射率差转换芯片包括沿传导方向依次连接的少模光纤-多模波导模斑转换模块和偏振不敏感模式复用/解复用模块，少模光纤-多模波导模斑转换模块输入端和少模光纤输出端口对应对接布置；

所述少模光纤-多模波导模斑转换模块主要由多模端面耦合器组成；

所述偏振不敏感模式复用/解复用模块主要由低折射率差多模波导、偏振不敏感模式复用/解复用器与n个低折射率差单模波导沿传导方向依次连接组成，偏振不敏感模式复用/解复用器具有n个输出端口，偏振不敏感模式复用/解复用器的n个输出端口分别和n个低折射率差单模波导的输入端连接；