光栅耦合器及光学设备制造技术

本申请公开一种光栅耦合器及光学设备。该光栅耦合器包括：衬底、光波导、光栅和超透镜，光波导和光栅设置在同一平面内，且光波导的出光侧贴合光栅的入光侧；超透镜设置于衬底内且远离光栅的一侧，而且超透镜位于光栅的下方。本申请的技术方案，其可提高光栅耦合器的耦合效率和耐磨性，降低损坏率和组装难度，而且，可以降低超透镜的工艺复杂度。以降低超透镜的工艺复杂度。以降低超透镜的工艺复杂度。

【技术实现步骤摘要】
光栅耦合器及光学设备


[0001]本申请涉及集成光电子技术，尤其涉及一种光栅耦合器及光学设备。

技术介绍

[0002]硅基光电子器件由于具有低功耗、高带宽、高密度集成等优势，使得硅基光电子器件的应用越来越广。硅基光电子芯片与光纤的相互耦合随之成为一个主要的研究方向。常用的耦合方式包括采用倒锥形波导的端面耦合和采用光栅耦合器的垂直耦合。由于光栅耦合器的垂直耦合面积更小，使用更加灵活，可以设计在芯片的任意部位。
[0003]目前的光栅耦合器可以将硅基光电子芯片的正面朝上粘合在封装衬底，使得波导中的光束从硅衬底方向与光纤进行耦合。但被光栅衍射后的光束在硅衬底中传播一定距离之后，光斑会变大，导致硅衬底中的光束与光纤的耦合效率降低。为此，本领域技术人员在硅衬底的表面设置微透镜，利用微透镜对光斑进行聚焦。然而，由于微透镜突出于硅衬底的表面，导致光栅耦合器的表面易耐磨，易损坏，不易组装；而且，由于对微透镜的焦点位置要求严格，生产工艺复杂。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的主要目的在于提出一种光栅耦合器及光学设备，旨在获得高耦合效率的同时，提高光栅耦合器的耐磨性，降低损坏概率、组装难度和工艺复杂度。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种光栅耦合器，包括衬底、光波导、光栅、包裹层和超透镜，所述光波导和所述光栅设置在同一平面内，且所述光波导的出光侧贴合所述光栅的入光侧；
[0006]所述包裹层设置在所述衬底的上表面，并包裹所述光波导和所述光栅；
[0007]所述超透镜设置于所述衬底内且远离所述光栅的一侧，而且所述超透镜位于所述光栅的下方。
[0008]其中，所述超透镜包括在所述衬底所在平面上阵列设置的多个透镜单元。
[0009]其中，所述多个透镜单元在所述衬底所在平面上的直径从所述超透镜的对称中心向边缘逐渐增大。
[0010]其中，所述超透镜的厚度为1
‑
2微米。
[0011]其中，所述透镜单元为圆孔或圆柱。
[0012]其中，所述光波导包括设置在同一平面且相连的单模波导和锥形波导，所述单模波导设置在所述光波导的入光侧，所述锥形波导设置在所述光波导的出光侧。
[0013]其中，所述锥形波导的宽度由入光侧到出光侧逐渐增大，而且，所述锥形波导的入光侧的宽度与所述单模波导的宽度相同，所述锥形波导的出光侧的宽度与所述光栅的入光侧的宽度相同。
[0014]其中，所述光栅包括光栅本体和间隔设置在所述光栅本体上的光栅柱。
[0015]其中，所述光栅柱的厚度相同或不同。
[0016]其中，所述光波导和所述光栅的材料包括硅、氮化硅、铌酸锂或磷化铟。
[0017]其中，所述光栅耦合器还包括包裹层，所述包裹层设置在所述衬底的上表面，并包裹所述光波导和所述光栅。
[0018]其中，在所述包裹层的上表面设置有反射层，用于使光朝向所述光栅一侧反射。
[0019]其中，所述反射层包括反增层和基底层，所述反增层设置在所述包裹层的上表面，所述基底层设置在所述反增层的上表面。
[0020]其中，所述基底层的材料包括铝，所述反增层的材料包括钛。
[0021]其中，所述包裹层包括上包裹层和下包裹层，所述光波导和所述光栅设置在所述上包裹层和所述下包裹层之间，所述下包裹层设置在所述衬底的上表面。
[0022]其中，所述上包裹层的厚度为：光束经过所述光栅之后向所述反射层传播的光被所述反射层反射之后，与经过所述光栅之后向所述超透镜传播的光能够实现增强相干。
[0023]其中，所述包裹层的材料包括二氧化硅。
[0024]第二方面，本申请实施例提供一种光学设备，包括光纤和光栅耦合器，所述光纤设置在所述光栅耦合器的出光侧，且与所述光栅耦合器的超透镜相对，所述光栅耦合器采用本申请实施例提供的所述光栅耦合器。
[0025]本申请实施例提供的光栅耦合器，将光波导和光栅设置在同一平面内，且光波导的出光侧贴合光栅的入光侧；超透镜设置于衬底内且远离光栅的一侧，而且超透镜位于光栅的下方，利用超透镜可以提高光栅耦合器的耦合效率，将超透镜设置在衬底内，使光栅耦合器的表面平整，提高了光栅耦合器的耐磨性，降低了损坏率和组装难度，而且，由于超透镜可以在衬底内制作，降低了超透镜的工艺复杂度。
附图说明
[0026]图1为本申请实施例提供的一种光栅耦合器的侧视图；
[0027]图2为本申请实施例提供的一种光栅耦合器的结构示意图；
[0028]图3为本申请实施例提供的超透镜对平行光的聚焦效果仿真图；
[0029]图4为本申请实施例中超透镜中通过透镜单元的光的相位随着透镜单元的半径的变化关系仿真图；
[0030]图5为本申请实施例中超透镜中的位置与相位的关系仿真图；
[0031]图6为本申请实施例中超透镜中的位置与透镜单元的半径的关系仿真图；
[0032]图7为本申请实施例提供的超透镜的俯视图；
[0033]图8为本申请实施例提供的光栅耦合器的仿真效果图；
[0034]图9为本申请实施例提供的光栅耦合器的仿真结果的局部放大图。
具体实施方式
[0035]为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请提供的服务器进行详细描述。
[0036]在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本申请透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本申请的范围。
[0037]如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。
[0038]本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本申请。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由
……
制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
[0039]本文所述实施例可借助本申请的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。因此，实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不旨在是限制性的。
[0040]除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本申请的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。
[0041]第一方面，本申请实施例提供一种光栅耦合器，该光栅耦合器可以对衍射到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅耦合器，其特征在于，包括：衬底、光波导、光栅和超透镜，所述光波导和所述光栅设置在同一平面内，且所述光波导的出光侧贴合所述光栅的入光侧；所述超透镜设置于所述衬底内且远离所述光栅的一侧，而且所述超透镜位于所述光栅的下方。2.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述超透镜包括在所述衬底所在平面上阵列设置的多个透镜单元。3.根据权利要求2所述的光栅耦合器，其特征在于，所述多个透镜单元在所述衬底所在平面上的直径从所述超透镜的对称中心向边缘逐渐增大。4.根据权利要求2所述的光栅耦合器，其特征在于，所述超透镜的厚度为1
‑
2微米。5.根据权利要求1
‑
4任意一项所述的光栅耦合器，其特征在于，所述透镜单元为圆孔或圆柱。6.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光波导包括设置在同一平面且相连的单模波导和锥形波导，所述单模波导设置在所述光波导的入光侧，所述锥形波导设置在所述光波导的出光侧。7.根据权利要求6所述的光栅耦合器，其特征在于，所述锥形波导的宽度由入光侧到出光侧逐渐增大，而且，所述锥形波导的入光侧的宽度与所述单模波导的宽度相同，所述锥形波导的出光侧的宽度与所述光栅的入光侧的宽度相同。8.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光栅包括光栅本体和间隔设置在所述光栅本体上的光栅柱。9.根据权利要求8所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光栅柱的厚度相同或不同。10.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勋，周林杰，汤宁峰，杜江兵，冉诗环，尚迎春，陆梁军，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：