悬臂梁式端面耦合器制造技术

本发明专利技术提供一种悬臂梁式端面耦合器，包括：设有凹槽的硅衬底，凹槽的第一端开口，第二端封闭；具有第一条形部、第二条形部、第三条形部及第一悬臂部的埋氧层；具有第四条形部、第五条形部、第六条形部及第二悬臂部的二氧化硅包层；其中，第二悬臂部内设有：输入段波导，其包括至少两条自端面耦合器的第一端朝向第二端延伸的条形波导，条形波导的第一端端面与第二悬臂部的第一端端面之间间隔第一距离，各条形波导的几何中心线位于同一平面；合束波导，其自输入段波导的第二端朝向第四条形部延伸，其与各条形波导的第二端均相接；输出段波导，自合束波导的远离输入段波导的一端朝向端面耦合器的第二端延伸，其端部与合束波导的端部相接。相接。相接。

【技术实现步骤摘要】
悬臂梁式端面耦合器


[0001]本专利技术涉及光电器件
，尤其涉及一种悬臂梁式端面耦合器。

技术介绍

[0002]硅基光子器件具有与CMOS(互补金属氧化物半导体，英文全称Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容、大带宽、低延迟、低能耗、低串扰等显著的优点，可以实现高性能、低成本、小尺寸、高集成的片上光互联。硅和二氧化硅或者空气具有较大的折射率差，这使得以硅为材料的波导对光场具有很强的限制能力，可以实现高度集成。光纤通信的飞速发展极大推动了光电器件的发展，在光网络中光的传输是通过低损耗光纤完成，而光信号的处理则由光器件完成，各种光器件必须插入到光网络中才能实现相应功能，因此光耦合器在整个光电集成电路中起到了桥梁式关键作用，其负责将光从光纤传输到集成芯片的波导中。
[0003]由于端面耦合器的埋氧层厚度一般为2μm或3μm，因而会导致光场被泄漏到埋氧层下方的硅衬底中，从而造成较大的能量损失。为此提出了一种悬臂梁型耦合器，该悬臂梁型耦合器的硅衬底通过特定的工艺刻蚀掉，使光不再泄露到硅中。现有的悬臂梁型耦合器虽然在一定程度上解决了由于光场泄露造成的能量损失的问题，但其结构尺寸较大；并且由于光纤模场的直径与波导直径相差较大，使得光纤和波导之间存在较大的模场匹配损耗，进而导致现有的悬臂梁型耦合器耦合效率较低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种悬臂梁式端面耦合器，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，本专利技术公开了一种端面耦合器，所述端面耦合器包括硅衬底、设置在硅衬底上的埋氧层和位于所述埋氧层的远离所述硅衬底的一侧的二氧化硅包层；
[0006]所述硅衬底上开设有沿第一方向延伸的凹槽，所述凹槽在所述第一方向上的第一端开口，且其在所述第一方向上的第二端封闭；
[0007]所述埋氧层包括位于所述凹槽的第二端的端壁上的第一条形部、自所述第一条形部的第一端沿所述第一方向的反方向并顺应所述凹槽的第一侧壁顶部延伸的第二条形部、自所述第一条形部的第二端沿所述第一方向的反方向并顺应所述凹槽的第二侧壁顶部延伸的第三条形部、以及自所述第一条形部的中部沿所述第一方向的反方向并悬空于所述凹槽槽口延伸的第一悬臂部，其中，所述凹槽的第一侧壁和第二侧壁相对设置；
[0008]所述二氧化硅包层包括顺应与所述第一条形部设置的第四条形部、自所述第四条形部的第一端沿所述第一方向的反方向并顺应所述第二条形部的顶部延伸的第五条形部、自所述第四条形部的第二端沿所述第一方向的反方向并顺应所述第三条形部的顶部延伸的第六条形部、以及自所述第四条形部的中部沿所述第一方向的反方向并顺应所述第一悬
臂部的顶部延伸的第二悬臂部；
[0009]其中，所述凹槽的第一端为光纤接入端，所述第二悬臂部内设有：
[0010]输入段波导，所述输入段波导包括至少两条自所述端面耦合器的第一端朝向所述端面耦合器的第二端延伸的条形波导，所述条形波导的第一端端面与所述第二悬臂部的第一端端面之间间隔第一距离，且所述条形波导的第一端端面位于所述第二悬臂部的第一端端面内侧，各所述条形波导的几何中心线位于同一平面；
[0011]合束波导，其自所述输入段波导的第二端朝向所述第四条形部延伸，所述合束波导与各所述条形波导的第二端均相接，以使所述输入段波导与所述合束波导之间可进行光耦合；
[0012]输出段波导，其自合束波导的远离所述输入段波导的一端朝向于所述端面耦合器的第二端延伸，且所述输出段波导的端部与所述合束波导的端部相接，以使所述合束波导与所述输出段波导之间可进行光耦合，所述输出段波导的远离所述合束波导的一端的端面与所述端面耦合器的第二端端面平齐。
[0013]在本专利技术一些实施例中，所述条形波导的数量为两条，各条形波导的几何中心线均与所述第一方向平行。
[0014]在本专利技术一些实施例中，各所述条形波导的垂直于其几何中心线的横截面面积随着远离所述光纤接入端的距离的增大而逐渐增大，所述输出段波导的横截面面积随着远离所述光纤接入端的距离的增大而逐渐减小。
[0015]在本专利技术一些实施例中，所述条形波导与输出段波导均为锥形波导或棱台形波导。
[0016]在本专利技术一些实施例中，在输入段波导与合束波导相对接的端面上，合束波导的宽度尺寸大于或等于所述输入段波导的宽度尺寸，所述合束波导的高度尺寸大于或等于所述输入段波导的高度尺寸。
[0017]在本专利技术一些实施例中，所述凹槽的在垂直于其延伸方向上的截面形状为U形、V形或半圆形。
[0018]在本专利技术一些实施例中，所述输入段波导在延伸方向上的长度尺寸与所述输出段波导在延伸方向上的长度尺寸的比值范围为15：1～30：1。
[0019]在本专利技术一些实施例中，所述第一距离范围为1.5μm～3.5μm，各条形波导的第一端端面的宽度尺寸范围为0.1μm～0.2μm，各条形波导的第二端端面的宽度尺寸范围为0.3μm～0.55μm，所述输出段波导的第一端端面的宽度尺寸为0.75μm～1.2μm，所述输出段波导的第二端端面的宽度尺寸为0.35μm～0.55μm，所述输入段波导、合束波导和输出段波导的高度尺寸范围均为0.15μm～0.25μm。
[0020]在本专利技术一些实施例中，所述第一悬臂部和第二悬臂部的宽度尺寸范围为6μm～8μm。
[0021]在本专利技术一些实施例中，所述合束波导的第一端端面与所述输入段波导的第二端端面完全对接，所述输出段波导的第一端端面与所述合束波导的第二端端面完全对接。
[0022]本专利技术实施例中的端面耦合器在第二悬臂部内设有输入段波导、合束波导以及输出段波导，且输入段波导至少包括两条条形波导，且条形波导的第一端端面与第二悬臂部的第一端端面之间间隔第一距离；由于上述特殊结构的存在，不仅防止了光被泄露到硅中，
还有效的减小了端面耦合器的结构尺寸，提高了集成度，并且还进一步的提高了光纤模场与端面耦合器输入端模场的匹配度，从而减小了模场匹配损耗，提高了耦合效率。
[0023]本专利技术的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本专利技术的实践而获知。本专利技术的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
[0024]本领域技术人员将会理解的是，能够用本专利技术实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本专利技术能够实现的上述和其他目的。
附图说明
[0025]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本专利技术的原理。为了便于示出和描述本专利技术的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本专利技术实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
[0026]图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬臂梁式端面耦合器，其特征在于，所述端面耦合器包括硅衬底、设置在硅衬底上的埋氧层和位于所述埋氧层的远离所述硅衬底的一侧的二氧化硅包层；所述硅衬底上开设有沿第一方向延伸的凹槽，所述凹槽在所述第一方向上的第一端开口，且其在所述第一方向上的第二端封闭；所述埋氧层包括位于所述凹槽的第二端的端壁上的第一条形部、自所述第一条形部的第一端沿所述第一方向的反方向并顺应所述凹槽的第一侧壁顶部延伸的第二条形部、自所述第一条形部的第二端沿所述第一方向的反方向并顺应所述凹槽的第二侧壁顶部延伸的第三条形部、以及自所述第一条形部的中部沿所述第一方向的反方向并悬空于所述凹槽槽口延伸的第一悬臂部，其中，所述凹槽的第一侧壁和第二侧壁相对设置；所述二氧化硅包层包括顺应与所述第一条形部设置的第四条形部、自所述第四条形部的第一端沿所述第一方向的反方向并顺应所述第二条形部的顶部延伸的第五条形部、自所述第四条形部的第二端沿所述第一方向的反方向并顺应所述第三条形部的顶部延伸的第六条形部、以及自所述第四条形部的中部沿所述第一方向的反方向并顺应所述第一悬臂部的顶部延伸的第二悬臂部；其中，所述凹槽的第一端为光纤接入端，所述第二悬臂部内设有：输入段波导，所述输入段波导包括至少两条自所述端面耦合器的第一端朝向所述端面耦合器的第二端延伸的条形波导，所述条形波导的第一端端面与所述第二悬臂部的第一端端面之间间隔第一距离，且所述条形波导的第一端端面位于所述第二悬臂部的第一端端面内侧，各所述条形波导的几何中心线位于同一平面内；合束波导，其自所述输入段波导的第二端朝向所述第四条形部延伸，所述合束波导与各所述条形波导的第二端均相接，以使所述输入段波导与所述合束波导之间可进行光耦合；输出段波导，其自合束波导的远离所述输入段波导的一端朝向于所述端面耦合器的第二端延伸，且所述输出段波导的端部与所述合束波导的端部相接，以使所述合束波导与所述输出段波导之间可进行光耦合，所述输出段波导的远离所述合束波导的一端的端面与所述端面耦合器的第二端端面平齐。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雷静，郎需跃，忻向军，张琦，饶岚，孙莉萍，王宁，王拥军，田清华，田凤，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：