[发明专利]一种850nm波段的光纤与波导耦合模斑转换器

说明书

本发明一种850nm波段的光纤与波导耦合模斑转换器，包括下包层，三端口Y分支下包层、SU‑8锥形结构，波导组件、波导组以及三端口Y分支上包层；下包层和SU‑8锥形结构形成第一级模斑转换模块，下包层、三端口Y分支下包层以及三端口Y分支上包层分别与波导组件和波导组形成第二级模斑转换模块和第三级模斑转换模块，整体结构一体成型；在光纤传输的光场进入转换器时，第一级模斑转换模块、第二级模斑转换模块以及第三级模斑转换模块对光场进行过渡压缩，转换为单模后输出。本发明设计合理，有效提高了光纤与波导的耦合效率，且灵活性较强。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种850nm波段的光纤与波导耦合模斑转换器。

背景技术

在多媒体、大数据时代背景下的通信技术发展迅速，传统的电-电互连已经难以满足高速率、大容量通信的发展需求。近年来，采用光子集成技术研发的光通信系统以其低能耗、大带宽、低延迟等优势成为研究的热点。利用不同类型材料的电光特性、波导芯层和包层的高折射率差，实现高集成度的片上光-光互联、电光调制、光/电或电/光转换等成为研究的关键问题。光纤与波导芯片之间的高效耦合是光集成的关键技术之一，是所有光集成模块面临的共性问题。氮化硅材料在近红外和可见光波长范围内具有较低的吸收损耗，在光波导器件中应用较广泛，而氮化硅波导器件模斑一般在微纳米尺寸，光纤的模斑一般在微米尺寸，波导与光纤直接对准耦合会产生较大的模场失配损耗。850nm(纳米)波段作为光通信的常用波段之一，如何实现光纤与波导芯片的高效耦合也是我们需要解决的问题。光栅耦合(垂直耦合)和端面耦合(水平耦合)是光子集成芯片模斑转换器常用的两种方式，光栅耦合器通常具有有限的带宽和较高的偏振相关性。与光栅耦合器相比，端面耦合器拥有更大的带宽和更低的偏振相关性。

发明内容

本发明的目的是提供一种850nm波段的光纤与波导耦合模斑转换器，解决了现有技术中在850nm波段存在的光纤与波导耦合效率较低的问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种850nm波段的光纤与波导耦合模斑转换器，包括下包层，下包层的上端面依次覆有三端口Y分支下包层和SU-8锥形结构，三端口Y分支下包层的上端面覆有波导组件，波导组件的一侧连接SU-8锥形结构、另一侧连接波导组，波导组件的上端面对应三端口Y分支下包层覆有三端口Y分支上包层；

其中，沿下包层的长度方向：下包层和SU-8锥形结构形成第一级模斑转换模块，下包层、三端口Y分支下包层以及三端口Y分支上包层、通过与波导组件和波导组分别依次形成第二级模斑转换模块和第三级模斑转换模块，光纤与波导耦合模斑转换器的整体结构一体成型；

在光纤传输的光场进入光纤与波导耦合模斑转换器的情形下，第一级模斑转换模块、第二级模斑转换模块以及第三级模斑转换模块对光场进行过渡压缩，转换为单模后输出。

本发明的特点还在于，

波导组件包括第一弯曲波导、直波导以及第二弯曲波导，第一弯曲波导和第二弯曲波导对应直波导排布为Y型，Y型的开口端与SU-8锥形结构连接，Y型的聚拢端连接波导组。

第一弯曲波导、直波导、第二弯曲波导以及波导组的材料均采用氮化硅。

波导组包括连接Y型的聚拢端依次设置的第一波导和第二波导，第一波导设置为梯形结构，梯形结构的下底连接Y型的聚拢端，梯形结构的上底连接第二波导，第二波导设置为矩形结构。

SU-8锥形结构为棱台结构，棱台结构的上底与Y型的开口端连接。

下包层、三端口Y分支下包层以及三端口Y分支上包层的材料均采用二氧化硅。

三端口Y分支上包层的厚度尺寸大于三端口Y分支下包层的厚度尺寸。