模斑转换结构和光子器件制造技术

提供一种模斑转换结构和光子器件。模斑转换结构包括：依次设置的衬底、隔离层和波导层，波导层包括沿远离衬底的方向依次排列的N个分别呈凸起形状的子波导层，N为自然数且N≥3，其中：模斑转换结构具有配置为与集成光波导耦合的第一端面，以及与第一端面相背并且配置为与光纤耦合的第二端面；沿远离衬底的方向，第n+1个子波导层在衬底上的正投影落入第n个子波导层在衬底上的正投影内，n为自然数且1≤n≤N

【技术实现步骤摘要】
模斑转换结构和光子器件


[0001]本公开涉及光子
，特别是涉及一种模斑转换结构和光子器件。

技术介绍

[0002]光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导主要包括两大类：一类是集成光波导，包括平面介质光波导和条形介质光波导，它们通常作为光电集成器件中的一部分，因此被称为集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常被称为光纤。
[0003]集成光波导与光纤的耦合技术在光通信、微波光电子、激光束偏转、波前调制等领域都有着非常广泛和重要的应用，其中，端面耦合是集成光波导与光纤耦合较常采用的一种方式。
[0004]然而，由于集成光波导与光纤的模斑差异较大，如何提高两者耦合的效率，一直是本领域技术人员研究的重要课题。

技术实现思路

[0005]本公开实施例提供了一种模斑转换结构和光子器件，以提高集成光波导与光纤之间的耦合效率。
[0006]根据本公开的一个方面，提供了一种模斑转换结构，包括：依次设置的衬底、隔离层和波导层，波导层包括沿远离衬底的方向依次排列的N个分别呈凸起形状的子波导层，N为自然数且N≥3，其中：模斑转换结构具有配置为与集成光波导耦合的第一端面，以及与第一端面相背并且配置为与光纤耦合的第二端面；沿远离衬底的方向，第n+1个子波导层在衬底上的正投影落入第n个子波导层在衬底上的正投影内，n为自然数且1≤n≤N
‑
1；沿远离第一端面的方向，每个子波导层在衬底上的正投影的宽度呈现收窄趋势；每个子波导层的宽端延伸至第一端面，第1个子波导层的窄端延伸至第二端面或者与第二端面之间具有间距，第n+1个子波导层的窄端与第n个子波导层的窄端之间具有间距。
[0007]在一些实施例中，除第N个和第N
‑
1个子波导层外，其余至少一个子波导层的厚度c满足：c≤200纳米。
[0008]在一些实施例中，每个子波导层包括多个波导段，多个波导段包括宽度减小波导段，宽度减小波导段在衬底上的正投影的宽度沿远离第一端面的方向渐变减小；第N个子波导层的多个波导段还包括延伸至第一端面的等宽波导段，等宽波导段在衬底上的正投影的宽度处处相等。
[0009]在一些实施例中，每个子波导层包括多个波导段，多个波导段包括宽度减小波导段和等宽波导段，其中，宽度减小波导段在衬底上的正投影的宽度沿远离第一端面的方向渐变减小，等宽波导段在衬底上的正投影的宽度处处相等；第N个子波导层的延伸至第一端面的波导段为等宽波导段；每个子波导层的最靠近第二端面的波导段为等宽波导段。
[0010]在一些实施例中，每个子波导层的最靠近第二端面的波导段为横截面呈三角形或梯形的等宽波导段。
[0011]在一些实施例中，模斑转换结构还包括：与第一端面和第二端面相交的第一侧面和第二侧面；除第N个子波导层外，其余至少一个子波导层的延伸至第一端面的波导段还延伸至第一侧面和/或第二侧面。
[0012]在一些实施例中，N个子波导层在衬底上的正投影相对于同一轴线分别呈轴对称结构。
[0013]在一些实施例中，模斑转换结构具有朝向衬底延伸并且曝露出衬底的多个槽，以及设于衬底并将多个槽连通的连通结构，其中，多个槽在衬底上的正投影分布在波导层在衬底上的正投影的两侧。在一些实施例中，至少一个槽曝露于第二端面。
[0014]根据本公开的另一个方面，提供了一种光子器件，包括前述任一实施例的模斑转换结构。
[0015]根据本公开的一个或多个实施例，可以提高波导层的一些子波导层在厚度和窄端尺寸设计上的自由度，进而也是提高波导层在厚度和窄端尺寸设计上的自由度，从而尽量减少光传输损失，提高模斑转换结构的耦合效率。
[0016]根据在下文中所描述的实施例，本公开的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。
附图说明
[0017]在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
[0018]图1是根据本公开一些示例性实施例的模斑转换结构的俯视图；
[0019]图2A是根据本公开一些示例性实施例在图1中A
‑
A处的截面示意图；
[0020]图2B是根据本公开一些示例性实施例在图1中B
‑
B处的截面示意图；
[0021]图2C是根据本公开一些示例性实施例在图1中C
‑
C处的截面示意图；
[0022]图2D是根据本公开一些示例性实施例在图1中D
‑
D处的截面示意图；
[0023]图2E是根据本公开一些示例性实施例在图1中E
‑
E处的截面示意图；
[0024]图3是根据本公开另一些示例性实施例的模斑转换结构的俯视图；以及
[0025]图4是根据本公开一些示例性实施例的光子器件的结构框图。
具体实施方式
[0026]在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
[0027]尽管已有的模斑转换器能够在功能上实现集成光波导与光纤的耦合，但由于集成光波导与光纤的模斑差异较大，所以两者的耦合效率并不高，光能损失较大。例如，集成光波导的模斑通常在百纳米级别，而光纤、比如平头光纤的模斑却在十微米级别，损耗的光能量会导致耦合端面发热严重，从而影响到器件的可靠性和使用寿命。其中，耦合效率可以理解为，集成光波导发出的光功率与光纤接收的光功率的比值，或者，光纤发出的光功率与集成光波导接收的光功率的比值。
[0028]本公开实施例提供了一种模斑转换结构和光子器件，以提高集成光波导与光纤之
间的耦合效率，减少模斑转换的光损耗。
[0029]如图1、图2A至图2E所示，本公开一些实施例提供的模斑转换结构100，包括依次设置的衬底101、隔离层102和波导层103。波导层103包括沿远离衬底101的方向依次排列的N个(例如图中所示的4个)分别呈凸起形状的子波导层1030，N为自然数且N≥3，其中：模斑转换结构100具有配置为与集成光波导耦合的第一端面100a，以及与第一端面100a相背并且配置为与光纤耦合的第二端面100b；沿远离衬底101的方向，第n+1个子波导层1030在衬底101上的正投影落入第n个子波导层1030在衬底101上的正投影内，n为自然数且1≤n≤N
‑
1；沿远离第一端面100a的方向，每个子波导层1030在衬底101上的正投影的宽度呈现收窄趋势；每个子波导层1030的宽端延伸至第一端面100a，第1个子波导层1030的窄端延伸至第二端面100b或者与第二端面100b之间具有间距，第n+1个子波导层1030的窄端与第n个子波导层1030的窄端之间具有间距。
[0030]沿远离衬底101的方向，N个子波导层1030分别为第1个子波导层、第2个子波导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模斑转换结构，包括：依次设置的衬底、隔离层和波导层，波导层包括沿远离衬底的方向依次排列的N个分别呈凸起形状的子波导层，N为自然数且N≥3，其中：模斑转换结构具有配置为与集成光波导耦合的第一端面，以及与第一端面相背并且配置为与光纤耦合的第二端面；沿远离衬底的方向，第n+1个子波导层在衬底上的正投影落入第n个子波导层在衬底上的正投影内，n为自然数且1≤n≤N
‑
1；沿远离第一端面的方向，每个子波导层在衬底上的正投影的宽度呈现收窄趋势；每个子波导层的宽端延伸至第一端面，第1个子波导层的窄端延伸至第二端面或者与第二端面之间具有间距，第n+1个子波导层的窄端与第n个子波导层的窄端之间具有间距。2.根据权利要求1所述的模斑转换结构，其中，除第N个和第N
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1个子波导层外，其余至少一个子波导层的厚度c满足：c≤200纳米。3.根据权利要求1所述的模斑转换结构，其中，每个子波导层包括多个波导段，多个波导段包括宽度减小波导段，宽度减小波导段在衬底上的正投影的宽度沿远离第一端面的方向渐变减小；第N个子波导层的多个波导段还包括延伸至第一端面的等宽波导段，等宽波导段在衬底上的正投影的宽度处处相等。4.根据权利要求1所述的模斑转换结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁寒潇，宋一品，周颖聪，巫海苍，毛文浩，宋时伟，孙维祺，俞清扬，
申请(专利权)人：苏州极刻光核科技有限公司，
类型：发明
国别省市：