[发明专利]一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器

权利要求书

1.一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，包括：耦合结构，沿着光传播方向，所述耦合结构包括顺序相接的覆盖波导、第一步倒锥形波导、第二步倒锥形波导和器件波导；

所述覆盖波导包括具有固定宽度的第一波导芯层，所述第一波导芯层的前端置于所述耦合结构的一端面处，用于连接光纤；

所述第一步倒锥形波导包括第二波导芯层，所述第二波导芯层为氮化硅层，所述氮化硅层的尖端与所述第一波导芯层的尾端相接，所述氮化硅层的尖端宽度至尾端宽度呈线性增大；

所述第二步倒锥形波导包括采用LNOI薄膜材料制成的第三波导芯层，所述第三波导芯层自下而上包括第一平板层和第一脊形层，所述第一平板层的尖端与所述氮化硅层的尾端相接，所述第一平板层的尖端宽度为所述氮化硅层的尾端宽度，所述第一平板层的尖端宽度至尾端宽度呈线性增大；所述第一脊形层的尖端置于所述氮化硅层与所述第一平板层的交接端面处，所述第一脊形层的尖端宽度小于所述第一平板层的尖端宽度，所述第一脊形层的尖端宽度至尾端宽度呈线性增大；

所述器件波导包括采用LNOI薄膜材料制成的第四波导芯层，所述第四波导芯层自下而上包括第二平板层和第二脊形层，所述第二平板层的前端与所述第一平板层的尾端相接；所述第二脊形层的前端与所述第一脊形层的尾端相接，所述第二脊形层的前端宽度为所述第一脊形层的尾端宽度；所述第二脊形层的尾端置于所述耦合结构的另一端面处，用于连接器件功能区域；

所述氮化硅层的厚度、所述第一平板层的厚度和所述第二平板层的厚度一致。

2.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述耦合结构还包括包层；

所述包层覆盖在所述第一步倒锥形波导、所述第二步倒锥形波导和所述器件波导上；

所述包层为氧化硅层。

3.根据权利要求2所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述包层的厚度小于所述第一波导芯层的厚度，取值为600～1500nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述端面耦合器自下而上包括衬底层、绝缘层和所述耦合结构；

所述衬底层为铌酸锂层或硅层，厚度为300～800μm；

所述绝缘层为氧化硅层，厚度为2～5μm，用于防止光泄露至所述衬底层。

5.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述第一波导芯层为聚合物SiON层或聚合物SU-8层，折射率为1.5～1.6。

6.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述第一波导芯层的厚度与所述固定宽度一致，取值为3～4μm。

7.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述氮化硅层的尖端宽度为50～150nm，所述氮化硅层的尾端宽度为0.8～1.5μm。

8.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述第三波导芯层的厚度与所述第四波导芯层的厚度一致，取值为300～700nm。

9.根据权利要求8所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述第一脊形层的厚度与所述第二脊形层的厚度一致，取值为100～700nm。

10.根据权利要求1所述的一种基于铌酸锂薄膜的脊形波导端面耦合器，其特征在于，所述第二平板层的宽度是固定的，大于或者等于所述第一平板层的尾端宽度；所述第二脊形层的宽度是固定的，为所述第一脊形层的尾端宽度。