光波导耦合器制造技术

本发明专利技术揭示了一种光波导耦合器，光波导耦合器由多条宽度、高度渐变的波导构成。沿光耦合器的长度方向上依次排布前端耦合区、光耦合区。由于前端耦合区的前端波导的宽度和厚度在光入射端最小，使得光耦合器具有多个波导尖端，多个波导尖端的模斑相互重叠，能够实现光耦合器模斑与激光器输出模斑的匹配，将激光器输出的光耦合进入到硅光芯片，光耦合器具有结构简单、光耦合效率高的优点。

Optical waveguide coupler

The invention discloses an optical waveguide coupler, and the optical waveguide coupler is composed of a plurality of waveguides with varying width and height. The front coupling region and the optical coupling region are arranged along the length direction of the optical coupler. Because the width and thickness of front end waveguides in the front end coupling area are minimum at the light incident end, the optical coupler has multiple waveguide tips, and the pattern spots overlap each other. The pattern spot of the optical coupler and the laser output mode spot can be matched. The optical coupling of the laser output is entered into the silicon optical chip and the optical coupler. The utility model has the advantages of simple structure and high optical coupling efficiency.

【技术实现步骤摘要】
光波导耦合器
本公开涉及光通信应用
，特别涉及一种光波导耦合器。
技术介绍
随着信息传输对带宽的要求越来越高，光通信市场对100Gbps以上的高速光模块的需求越来越大。利用硅光集成技术研制高带宽、低成本和高集成度的高速光模块已成为迫切需求。目前，在硅光芯片上已经实现了高速率硅光调制器、高速率探测器、低损耗传输波导和波分复用等无源硅光器件的制作。并且实现了通过同一个硅光芯片上集成各个功能器件实现单路25Gpbs或者50Gbps的信息传输。然而，硅是一种间接带隙材料，发光效率极低，不适合作为光发射器件，为此，人们利用III-V族直接带隙半导体激光器与硅光芯片混合集成的方案来解决硅光芯片的光源难题。现有技术中，通过单端波导耦合器实现硅光芯片和半导体激光器的光斑耦合。为实现激光器输出模斑与波导模斑的匹配，需要将单条波导拉锥至很窄的宽度，才能较好的将激光器产生的光耦合进硅光芯片中。然而，这种方法对模斑的耦合精度的要求极高，当器件的制备工艺水平达不到模斑的耦合精度要求时，将导致半导体激光器和硅光芯片的光耦合效率较低。
技术实现思路
为了解决相关技术中存在的半导体激光器和硅光芯片的光耦合效率较低的技术问题，本公开提供了一种光波导耦合器。一种光波导耦合器，包括：前端耦合区，包括至少两条前端波导，所述前端波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽；光耦合区，包括至少两条耦合波导和一条中心波导；所述中心波导被所述耦合波导包围；耦合波导的一端连接所述前端波导的另一端，所述耦合波导的宽度自其一端向另一端逐渐变窄，所述中心波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽。本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：前端耦合区包括至少两条前端波导，前端波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽，由于前端波导的宽度和厚度在光入射端最小，因此具有较大的模斑，能接收具有大模斑的光，至少两条前端波导的模斑相叠加，进一步提高光耦合器匹配大模斑光的能力；光耦合区包括至少两条耦合波导和一条中心波导，耦合波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变窄的过程中耦合波导的折射率也逐渐变化，导致耦合波导对光的束缚逐渐变弱，使得在耦合波导中传输的光逐渐脱离耦合波导，而耦合波导包围中心波导，使得脱离耦合波导的光进入中心波导，提高了光耦合入中心波导的效率；中心波导的宽度沿其一端向另一端逐渐逐渐变宽，中心波导的一端的大模斑利于耦合来自耦合波导的光，在中心波导的宽度渐变宽的过程中，中心波导的模式折射率逐渐变大，中心波导对光的束缚逐渐变强，使得光在波导中传输的能量损失减少。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并于说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术光耦合器优选实施例的结构示意图。图2是本专利技术光耦合器另一优选实施例的结构示意图。图3是本专利技术光耦合器优选实施例的前端波导和耦合波导的俯视图。图4是本专利技术光耦合器优选实施例的中心波导和输出波导的俯视图。图5是本专利技术光耦合器优选实施例的光耦合器立体图。图6是本专利技术光耦合器另一优选实施例的结构示意图。图7是本专利技术光耦合器优选实施例中前端耦合区的截面A1-A1的示意图。图8是光通过截面B1-B1所形成的光斑图。图9是另一优选实施例中前端耦合区A1-A1截面示意图。图10是本专利技术光耦合器优选实施例中高度拉锥区的截面A2-A2的示意图。图11是光通过截面A2-A2所形成的光斑图。图12是本专利技术光耦合器优选实施例中过渡区的截面A3-A3的示意图。图13是本专利技术光耦合器优选实施例中光耦合区的截面A4-A4的示意图。图14是光通过截面B4-B4所形成的光斑图。图15是光通过截面A4-A4所形成的光斑图。图16是本专利技术光耦合器优选实施例中后端输出区的截面A5-A5的示意图。图17是光通过截面B5-B5所形成的光斑图。图18是一示例性实施例示出的光收发模块的框图。附图标记说明如下：100、光收发模块；1000、硅光芯片；2000、激光器；3000、单模光纤；1100、光耦合器；1200、单模波导；1400、硅衬底；1500挖空层；1300、光调制器；1110、前端耦合区；1120、高度拉锥区；1130、过渡区；1140、光耦合区；1150、后端输出区；1111、第一前端波导；1112、第二前端波导；1121、第一拉锥波导；1122、第二拉锥波导；1131、第一过渡波导；1132、第二过渡波导；1141、第一耦合波导；1142、第二耦合波导；1143、第三耦合波导；1151、输出波导。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。如图1所示，本专利技术提供了一种光波导耦合器1100。图1为该光波导耦合器1100的结构示意图，图7-17为该光波导耦合器1100在长度方向上的不同区域的截面示意图以及光通过不同区域的截面所形成的光斑图。如图1所示，该光波导耦合器1100由多条宽度、高度渐变的波导构成，沿光波导耦合器1100的长度方向上依次排布前端耦合区1110、光耦合区1140。硅基光波导是指在硅衬底上制作的折射率不同的芯层和包层，通过包层对光的传播进行约束，将光约束在芯层中传播。本技术方案中，光波导耦合器的波导是指平面光波导，仅涉及光波导的芯层结构，对于光波导的包层结构可以参照现有技术。前端耦合区包括至少两条前端波导，前端波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽，由于前端波导的宽度和厚度在光入射端最小，因此具有较大的模斑，能接收具有大模斑的光，至少两条前端波导的模斑相叠加，进一步提高光波导耦合器匹配大模斑光的能力。光耦合区包括至少两条耦合波导和一条中心波导，耦合波导的一端连接前端波导的另一端，耦合波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变窄的过程中耦合波导的折射率也逐渐变化，导致耦合波导对光的束缚逐渐变弱，使得在耦合波导中传输的光逐渐脱离耦合波导，而耦合波导包围中心波导，使得脱离耦合波导的光进入中心波导，提高了光耦合入中心波导的效率。中心波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽，中心波导的一端的大模斑利于耦合来自耦合波导的光，在中心波导的宽度渐变变宽的过程中，中心波导对光的束缚逐渐变强，使得光在波导中传输的能量损失减少。其中，模斑是指光在波导中传输的模场分布，当波导的直径越小，光在波导中传播的模式折射率越小，波导对在波导中传播的光的束缚越弱，使得光可以脱离波导而分布于波导之外，即使得光在波导中传输的模斑变大。图2是本专利技术光波导耦合器另一优选实施例的结构示意图。图3是本专利技术光波导耦合器优选实施例的前端波导和耦合波导的俯视图。图4是本专利技术光波导耦合器优选实施例的中心波导和输出波导的俯视图。图5是本专利技术光波导耦合器优选实施例的光波导耦合器立体图。在本专利技术光波导耦合器的另一优选实施例中，结合图2-5示，该光波导耦合器1100由多条宽度、高度渐变的波导构成，沿光波导耦合器1100的长度方向上依次排布前端耦合区1110、高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导耦合器，其特征在于，包括：前端耦合区，包括至少两条前端波导，所述前端波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽；光耦合区，包括至少两条耦合波导和一条中心波导；所述中心波导被所述耦合波导包围；所述耦合波导的一端连接所述前端波导的另一端，所述耦合波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变窄，所述中心波导的宽度自其一端向另一端逐渐变宽。

【技术特征摘要】
1.一种光波导耦合器，其特征在于，包括：前端耦合区，包括至少两条前端波导，所述前端波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变宽；光耦合区，包括至少两条耦合波导和一条中心波导；所述中心波导被所述耦合波导包围；所述耦合波导的一端连接所述前端波导的另一端，所述耦合波导的宽度沿其一端向另一端逐渐变窄，所述中心波导的宽度自其一端向另一端逐渐变宽。2.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，所述前端波导分为上、下两层，所述前端波导的上层长度短于下层长度，上层宽度小于下层宽度，所述前端波导的上、下层在所述前端耦合区与所述耦合波导区相连位置的宽度相等。3.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，所述前端波导的厚度沿其一端向另一端逐渐增加，所述前端波导在所述前端耦合区与所述耦合波导区相连位置的厚度等于所述耦合波导的厚度。4.根据权利要求1所述的光耦合器，其特征在于，所述前端波导到所述中心波导的距离大...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋少帅，
申请(专利权)人：青岛海信宽带多媒体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37