[发明专利]一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器

权利要求书

1.一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于：包括模式耦合器(1)、第一模式尺寸变换器(2)以及第二模式尺寸变换器(3)；

所述模式耦合器(1)输出端口与第一模式尺寸变换器(2)输入端口连接，所述第一模式尺寸变换器(2)输出端口与第二模式尺寸变换器(3)输入端口连接；

所述模式耦合器(1)在空气或折射率匹配液中的一种与矩芯少模光纤对接，使得各阶本征模式与模式耦合器(1)的对应的本征模式对准，用于收集矩芯少模光纤中的各阶本征模式；

所述第一模式尺寸变换器(2)与模式耦合器(1)对接，用于将模式耦合器(1)所收集到的各阶本征模式进行尺寸压缩并输入第二模式尺寸变换器(3)；

所述第二模式尺寸变换器(3)与第一模式尺寸变换器(2)对接，用于将第一模式尺寸变换器(2)输出的各阶模式进一步尺寸压缩并输入片上的多模波导中。

2.根据权利要求1所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述模式耦合器(1)包括矩形硅波导(4)阵列以及二氧化硅包层(7)，使得其各阶本征模式与矩芯少模光纤中的模式对应并具有最大的重叠积分和耦合效率。

3.根据权利要求1所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述第一模式尺寸变换器(2)包括锥形硅波导(5)阵列以及二氧化硅包层(7)，使得对应的各阶本征模式尺寸压缩变小。

4.根据权利要求1所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述第二模式尺寸变换器(3)包括锥形多模硅波导(6)以及二氧化硅包层(7)，使得对应的各阶本征模式尺寸进一步压缩并最终输入到多模波导中。

5.根据权利要求2所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述二氧化硅包层(7)包括二氧化硅下包层(72)与二氧化硅上包层(71)，所述二氧化硅下包层(72)厚度为2μm，所述二氧化硅上包层(71)厚度为3μm。

6.根据权利要求2所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述阵列中的多个矩形硅波导(4)的宽度相等，且彼此之间的间距相等，通过调控硅波导的数量，宽度或间距改变模式耦合器(1)的有效折射率和宽度，使得模式耦合器(1)的本质模式与矩芯少模光纤中对应的模式具有最大的重叠积分。

7.根据权利要求3所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述锥形硅波导(5)窄端与模式耦合器(1)的矩形硅波导(4)相连且数量、宽度和间距相等，沿着模式的传输方向阵列中硅波导中心间距保持相等，而波导宽度慢慢变宽且满足绝热条件，使得各个模式能够低损耗、低串扰的进行尺寸压缩。

8.根据权利要求4所述的一种用于矩芯少模光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器，其特征在于，所述锥形多模硅波导(6)的宽端与第一模式尺寸变换器(2)的锥形硅波导(5)阵列相连，沿着模式的传输方向慢慢变窄且满足绝热条件，使得各个模式能够低损耗、低串扰的进行尺寸压缩。