光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法，其中，所述方法包括：步骤S101：准备基底；步骤S102：在基底上形成铌酸锂光波导；步骤S103：在铌酸锂光波导的周壁上形成包裹铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；步骤S104：在二氧化硅芯层的周壁上形成包裹二氧化硅芯层的二氧化硅包层。本发明专利技术缓解了现有技术中的铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的技术问题，达到了提高铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法
本专利技术涉及光纤通信与集成光学
，尤其是涉及一种光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法。
技术介绍
传统的铌酸锂器件采用高温质子交换等工艺制备，具有器件体积大、工艺一致性差等缺陷。铌酸锂刻蚀工艺的出现，使得利用光刻与刻蚀等工艺在铌酸锂晶片上集成多个光学功能器件成为可能。在实际应用中，铌酸锂光波导的截面积在平方微米量级，而单模光纤的截面积在百平方微米量级，由于铌酸锂光波导的截面积与单模光纤的截面积不在一个量级上，会使得铌酸锂光波导与单模光纤间的模场不匹配。进而导致铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法，以缓解现有技术中的铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的技术问题。(二)技术方案第一方面，本专利技术实施例提供了一种光耦合结构，包括：基底；形成于所述基底上的铌酸锂光波导；形成于所述铌酸锂光波导的周壁上、且包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；形成于所述二氧化硅芯层的周壁上、且包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述二氧化硅芯层的端面为矩形或梯形，所述二氧化硅芯层的端面面积的取值范围为数十平方微米至数百平方微米。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括：粘接剂；所述粘接剂设置在所述二氧化硅芯层和所述二氧化硅包层的在光的传输方向上的端面上，所述粘接剂的折射率与所述二氧化硅芯层的折射率的差值小于0.5。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种光耦合系统，包括：第一单模光纤、第二单模光纤和如第一方面中任一项所述的光耦合结构；所述光耦合结构的第一端和所述第一单模光纤连接，所述光耦合结构的第二端和所述第二单模光纤连接，所述第一端和所述第二端均位于光的传输方向上。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述二氧化硅芯层和所述二氧化硅包层间的折射率差为Δn，所述单模光纤的芯区和所述单模光纤的包层间的折射率差为Δn’，Δn-Δn’＜0.5。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述铌酸锂光波导包括位于中间的长方体波导与分别位于所述长方体波导两端的第一四棱柱波导和第二四棱柱波导；所述第一四棱柱波导靠近所述第一端，所述第一四棱柱波导的远离所述第一单模光纤的端面和所述长方体波导的端面连接，所述第一四棱柱波导的靠近所述第一单模光纤的端面与所述第一端之间的距离大于0，所述第一四棱柱波导的截面尺寸沿远离所述第一单模光纤至靠近所述第一单模光纤的方向逐渐变小；所述第二四棱柱波导靠近所述第二端，所述第二四棱柱波导的远离所述第二单模光纤的端面和所述长方体波导的端面连接，所述第二四棱柱波导的靠近所述第二单模光纤的端面与所述第二端之间的距离大于0，所述第二四棱柱波导的截面尺寸沿远离所述第二单模光纤至靠近所述第二单模光纤的方向逐渐变小。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种光耦合结构的制备方法，包括：步骤S101：准备基底；步骤S102：在所述基底上形成铌酸锂光波导；步骤S103：在所述铌酸锂光波导的周壁上形成包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；步骤S104：在所述二氧化硅芯层的周壁上形成包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层。结合第三方面，本专利技术实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，所述基底自下向上依次包括：石英衬底层、埋层二氧化硅和铌酸锂薄膜层，所述在所述基底上形成铌酸锂光波导，包括：利用光刻刻蚀所述铌酸锂薄膜层，形成所述铌酸锂光波导。结合第三方面，本专利技术实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，在所述铌酸锂光波导的周壁上形成包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层，包括：在步骤S102制出的结构上形成盖层二氧化硅；对所述盖层二氧化硅进行平整化处理；在经过平整化处理后的盖层二氧化硅上，利用光刻刻蚀去除部分所述盖层二氧化硅与部分所述埋层二氧化硅，刻蚀至所述石英衬底层的上方，经过刻蚀后的盖层二氧化硅和经过刻蚀后的埋层二氧化硅形成所述二氧化硅芯层，所述二氧化硅芯层在光的传输方向上的长度大于所述铌酸锂光波导在光的传输方向上的长度。结合第三方面，本专利技术实施例提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，在所述二氧化硅芯层的周壁上形成包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层，包括：在步骤S103制出的结构上形成顶层二氧化硅，所述顶层二氧化硅和所述石英衬底层形成所述二氧化硅包层，所述二氧化硅芯层在光的传输方向上的长度等于所述二氧化硅包层在光的传输方向上的长度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的光耦合结构、系统及光耦合结构的制备方法具有以下有益效果：(1)本专利技术中，光耦合结构包括形成于铌酸锂光波导的周壁上、且包裹铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；及形成于二氧化硅芯层的周壁上、且包裹二氧化硅芯层的二氧化硅包层，由于二氧化硅芯层的端面面积大于铌酸锂光波导的截面积，所以，二氧化硅芯层的端面面积与单模光纤的截面积更加接近，可以减少由于模场不匹配而导致的光损耗问题，因此，可以缓解现有技术中存在的铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的技术问题，达到提高铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率的技术效果。(2)本专利技术中，二氧化硅芯层的端面为矩形或梯形，二氧化硅芯层的端面面积的取值范围为数十平方微米至数百平方微米，二氧化硅芯层和二氧化硅包层间的折射率差为Δn，单模光纤的芯区和单模光纤的包层间的折射率差为Δn’，Δn-Δn’＜0.5，所以，使得光耦合结构与单模光纤的模场匹配，减少由于模式突变带来的模式失配损耗，因此，可以缓解现有技术中存在的铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的技术问题，达到提高铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率的技术效果。(3)本专利技术中，光耦合结构还包括：粘接剂，粘接剂设置在二氧化硅芯层和二氧化硅包层的在光的传输方向上的端面上，粘接剂的折射率与二氧化硅芯层的折射率的差值小于0.5，所以，光从光耦合结构耦合到单模光纤的过程中，可以减少由于折射率突变带来的菲涅尔反射损耗，因此，可以缓解现有技术中存在的铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的技术问题，达到提高铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率的技术效果。(4)本专利技术中，第一四棱柱波导的截面尺寸沿远离第一单模光纤至靠近第一单模光纤的方向逐渐变小；第二四棱柱波导的截面尺寸沿远离第二单模光纤至靠近第二单模光纤的方向逐渐变小，使得光场可以缓慢地从铌酸锂光波导中过渡到二氧化硅波导中，减少过渡过程中的光损耗，因此，可以缓解现有技术中存在的铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率低的技术问题，达到提高铌酸锂光波导与单模光纤间的耦合效率的技术效果。(5)本专利技术中，利用光刻刻蚀工艺得到光耦合结构，避免由于现有技术中利用高温质子交换工艺制备铌酸锂器件而导致的工艺难度高及器件一致性差的问题，因此，可以降低制备光耦合结构的工艺难度，提高光耦合结构的一致性。(6)本专利技术中，在制备光耦合结构的过程中，未使用光栅，所以可以避免由于现有技术中使用光栅制备光耦合结构而导致的对光偏振态敏感的问题，因此，可以得到对光偏振态不敏感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光耦合结构，其特征在于，包括：基底；形成于所述基底上的铌酸锂光波导；形成于所述铌酸锂光波导的周壁上、且包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；形成于所述二氧化硅芯层的周壁上、且包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层。

【技术特征摘要】
1.一种光耦合结构，其特征在于，包括：基底；形成于所述基底上的铌酸锂光波导；形成于所述铌酸锂光波导的周壁上、且包裹所述铌酸锂光波导的二氧化硅芯层；形成于所述二氧化硅芯层的周壁上、且包裹所述二氧化硅芯层的二氧化硅包层。2.根据权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于，所述二氧化硅芯层的端面为矩形或梯形，所述二氧化硅芯层的端面面积的取值范围为数十平方微米至数百平方微米。3.根据权利要求2所述的光耦合结构，其特征在于，还包括：粘接剂；所述粘接剂设置在所述二氧化硅芯层和所述二氧化硅包层的在光的传输方向上的端面上，所述粘接剂的折射率与所述二氧化硅芯层的折射率的差值小于0.5。4.一种光耦合系统，其特征在于，包括：第一单模光纤、第二单模光纤和如权利要求1至3中任一项所述的光耦合结构；所述光耦合结构的第一端和所述第一单模光纤连接，所述光耦合结构的第二端和所述第二单模光纤连接，所述第一端和所述第二端均位于光的传输方向上。5.根据权利要求4所述的光耦合系统，其特征在于，所述二氧化硅芯层和所述二氧化硅包层间的折射率差为Δn，所述单模光纤的芯区和所述单模光纤的包层间的折射率差为Δn’，Δn-Δn’＜0.5。6.根据权利要求5所述的光耦合系统，其特征在于，所述铌酸锂光波导包括位于中间的长方体波导与分别位于所述长方体波导两端的第一四棱柱波导和第二四棱柱波导；所述第一四棱柱波导靠近所述第一端，所述第一四棱柱波导的远离所述第一单模光纤的端面和所述长方体波导的端面连接，所述第一四棱柱波导的靠近所述第一单模光纤的端面与所述第一端之间的距离大于0，所述第一四棱柱波导的截面尺寸沿远离所述第一单模光纤至靠近所述第一单模光纤的方向逐渐变小；所述第二四棱柱波导靠近所述第二端，所述第二四棱柱波导...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，杨尚霖，张磊，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11