[发明专利]一种端面耦合器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种端面耦合器及其制备方法，涉及光通信技术领域，本发明的端面耦合器,包括硅衬底以及层叠设置于硅衬底上的下包层和上包层，下包层和上包层之间设置有同向光传输的第一波导和第二波导，第二波导在第一波导的相对两侧对称设置，第一波导包括沿光传播方向连接的第一锥波导和第一直波导，第一锥波导的锥尾与第一直波导的连接，第二波导包括沿光传播方向宽度逐渐增大的双层锥波导、第二直波导和沿光传播方向宽度逐渐减小的第二锥波导，第一锥波导的锥尖与第二锥波导的锥尾平齐，双层锥波导包括第二锥体和层叠设置于第二锥体上的第一锥体。本发明提供的端面耦合器，能够降低锥尖宽度对耦合损耗的限制，提高端面耦合器的转换效率。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种端面耦合器及其制备方法。

背景技术

端面耦合器是硅基模斑转换器的一种，它利用模场扩散或模场压缩的原理，使大小不一致的两个模斑相互匹配，耦合效率比较高，波长相关性不高，偏振敏感度相对较小。锥形结构常见于各种端面耦合器，包括二维倒锥形、悬臂式锥形耦合器等。二维倒锥形耦合器对刻蚀精度要求很高，耦合的对准容差非常小；悬臂式锥形耦合器刻蚀掉衬底硅对工艺有一定要求，也需要考虑悬臂结构的机械稳定性。

以锥形硅波导为主体的端面耦合器，其耦合损耗对锥尖宽度极为敏感，目前我国实现最小工艺线宽为180nm。以二维倒锥形耦合器与单模光纤的耦合为例，耦合损耗与锥尖宽度的关系是锥尖宽度越大，端面耦合的效率越低。相比国外80nm硅光平台的刻蚀工艺，使用国内硅光平台的180nm工艺制造端面耦合器，二维倒锥耦合器与单模光纤的耦合将额外增加约4.7dB的耦合损耗，这使硅基光电器件的链路预算吃紧，无法降低大规模应用的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端面耦合器及其制备方法，能够降低锥尖宽度对耦合损耗的限制，提高端面耦合器的转换效率。

本发明的实施例是这样实现的：

一种端面耦合器，包括硅衬底以及层叠设置于硅衬底上的下包层和上包层，下包层和上包层之间设置有同向光传输的第一波导和第二波导，第二波导在第一波导的相对两侧对称设置，第一波导包括沿光传播方向连接的第一锥波导和第一直波导，第一锥波导的锥尾与第一直波导连接，第二波导包括沿光传播方向宽度逐渐增大的双层锥波导、第二直波导和沿光传播方向宽度逐渐减小的第二锥波导，第一锥体与第二锥体的锥尾平齐，双层锥波导包括第二锥体和层叠设置于第二锥体上的第一锥体，入射光由双层锥波导入射。

可选的，作为一种可实施的方式，第一锥体的锥尖与第二锥体的锥尖距离在5-50μm之间，第一锥体和第二锥体的锥尾宽度相同。

可选的，作为一种可实施的方式，第二锥体的锥尖宽度在180-350nm之间。

可选的，作为一种可实施的方式，第一锥体的高度与第二锥体的高度之比在1：1-1：2.2之间。

可选的，作为一种可实施的方式，第一锥波导的锥尖与入光端面的距离在50-120μm之间，第一锥波导的锥尖宽度与第一直波导的宽度比在1：2-1：3之间。

可选的，作为一种可实施的方式，第二直波导的宽度在200-350nm之间。

可选的，作为一种可实施的方式，两个第二波导之间的距离在0.9-1.2μm之间。

一种端面耦合器的制备方法，包括:

提供SOI晶圆，SOI晶圆包括硅衬底、依次设置于硅衬底上的下包层和硅材料层，下包层为二氧化硅；