[发明专利]一种基于二氧化硅光波导的光栅型三叉戟结构大带宽模斑转换器

说明书

一种基于二氧化硅光波导的光栅型三叉戟结构大带宽模斑转换器，属于集成光电子学技术领域。从下至上依次由基底层、下包层、芯层波导和上包层组成，下包层位于基底层之上，芯层波导和上包层共同位于下包层之上且芯层波导被上包层所包覆；芯层波导由光栅型三叉戟输入波导(由Coresubgt;1/subgt;、Coresubgt;2/subgt;和Coresubgt;3/subgt;组成)和直波导结构的输出波导Coresubgt;4/subgt;构成，光栅型三叉戟波导中的Coresubgt;1/subgt;和Coresubgt;3/subgt;结构完全相同，由N个相似的小锥形波导构成且均匀排列，Coresubgt;2/subgt;由N个相似的小倒锥形波导构成且均匀排列；本发明制备的模斑转换器具有耦合效率高、带宽大、结构紧凑、易于封装、工艺复杂度低的特点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于集成光电子学技术领域，具体涉及一种基于二氧化硅光波导的光栅型三叉戟结构大带宽模斑转换器，其可以用于光路集成中二氧化硅光波导与单模光纤的边缘耦合，在光通信、高性能计算、光学传感等领域具有重要的应用价值和发展前景。

背景技术

光子芯片可用于光通信、大数据计算和人工智能系统等领域。光电子学中功能集成是指通过将不同功能的元件集成在一起，制造出多功能、高性能的器件，如光子芯片将光学组件(波导、调制器、开关和探测器等)与电子组件(场效应晶体管等)制作在同一衬底上，从而降低面积、成本以及功耗。在光电子集成中，光纤与波导的低损耗连接是制备高性能芯片的重要前提条件，也是有待解决的关键问题之一。模斑转换器通常用于光纤与光子芯片上波导器件的连接耦合。由于波导和光纤在结构和尺寸方面相差较大，模场尺寸及形状不同所引起的耦合损耗成为影响插入损耗的主要因素。

为实现光纤模场与波导模场的匹配，需优化模斑转换器的结构及制备方法，通过增强光纤与波导的有效折射率匹配和模场匹配，在降低耦合损耗的同时，减小工艺复杂度。基于二氧化硅材料的集成光学器件具有光损耗小，工艺容差大，与CMOS工艺兼容，同单模光纤模场匹配好等优点，在光通信、光互连和集成光学中具有广泛应用。

发明内容

本发明目的是提供一种耦合效率高、带宽大、结构紧凑、工艺复杂度低的基于二氧化硅光波导的光栅型三叉戟结构大带宽模斑转换器。

本发明所述的一种基于二氧化硅光波导的光栅型三叉戟结构大带宽模斑转换器，其特征在于：

1、从下至上依次由基底层2、下包层3、芯层波导1和上包层4组成。如图1所示，下包层3位于基底层2之上，芯层波导1和上包层4共同位于下包层3之上且芯层波导1被上包层4所包覆；

2、下包层3和上包层4材料相同为二氧化硅，折射率为1.447；芯层波导1材料为掺锗二氧化硅，折射率为1.481；基底层2为硅片，折射率为3.455；