【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成光学，尤其涉及一种3d硅基光端面耦合器及3d硅基光端面耦合器的制备方法。
技术介绍
1、ssc（spot size convector，模斑匹配器）是光子集成芯片必备的光i/o（input/output，输入输出接口）器件，承担着接收外部光纤、激光器等光源光信号输入及光芯片内部调制光信号输出的作用。如图1和图2所示，通常外部光源如半导体激光器或光纤（图1和图2中纤芯b，纤芯b外层包覆光纤包层c）出光的模斑尺寸在5µm~9µm，而光芯片内部单模波导a的截面尺寸在500nm×200nm，两者的直接耦合将会产生极大的光功率损失，ssc就是为了解决上述问题的。而常规的ssc按耦合方式主要有用于端面耦合的端面耦合器以及用于垂直方向耦合的垂直耦合器两大类，两种耦合器通过波导尖端缩小或光栅衍射的方式，可实现波导内小模斑至5µm~9µm较大模斑的放大。其中商用的端面耦合器可提供2.5db的插损，商用的光栅耦合器可实现4.5db以下的插损。
2、现有技术中，通常片上端面耦合器和光栅耦合器是在芯片制造商固有的pdk（工艺设计工具包）下进行设计和制造的。对于光芯片制造常用的soi工艺平台（如图2中的埋氧层+si衬底层所形成的的soi工艺平台d），片上端面耦合器由于模斑受制造工艺的影响而导致损耗大，并且对准容差小进而导致其耦合窗口较小；而光栅耦合器由于占据的平面尺寸大，而压缩其他光芯片的器件布局；另外针对片上三维硅基端面耦合器虽然能够兼顾改善容差以及偏振问题，但是传统片上三维硅基端面耦合器的加工精度难以控制且与当前的cmo
3、因此，如何能够提升端面耦合器的耦合效率且提升其对准容差成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种3d硅基光端面耦合器及3d硅基光端面耦合器的制备方法，解决相关技术中存在的端面耦合器的耦合效率低且对准容差小的问题。
2、作为本专利技术的第一个方面，提供一种3d硅基光端面耦合器，其中，包括：
3、硅衬底层；
4、波导层，形成在所述硅衬底层上，包括尖端波导部分和与所述尖端波导部分连接的单模波导部分，所述尖端波导部分至少包括由背离所述单模波导部分的一端到与所述单模波导部分连接的一端呈横截面宽度逐渐增加的渐变结构，且所述尖端波导部分与所述单模波导部分连接的一端的横截面宽度与所述单模波导部分的横截面宽度相同；
5、包覆层，至少包括锥形包覆结构，所述锥形包覆结构能够包覆所述波导层的尖端波导部分的预设比例结构，所述锥形包覆结构包括截面宽度和截面高度由靠近所述单模波导部分的一端至背离所述单模波导部分的一端以预设幅度逐渐增大的渐变结构。
6、进一步地，所述包覆层还包括凹槽型包覆结构，
7、所述凹槽型包覆结构与所述锥形包覆结构连接，所述锥形包覆结构位于所述凹槽型包覆结构的凹槽内，所述凹槽型包覆结构至少包覆所述单模波导部分。
8、进一步地，所述锥形包覆结构的高度小于所述凹槽型包覆结构的槽口的高度。
9、进一步地，所述锥形包覆结构包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端靠近所述单模波导部分，所述第一部分的另一端背离所述单模波导部分，所述第二部分的一端与所述第一部分的另一端连接，
10、所述第一部分为截面宽度和截面高度由靠近所述单模波导部分的一端至背离所述单模波导部分的一端以预设幅度逐渐增大的渐变结构；
11、所述第二部分为截面宽度和截面高度保持不变的不变结构，所述第二部分的截面宽度和所述第一部分的另一端的截面宽度相同，所述第二部分的截面高度和所述第一部分的另一端的截面高度相同。
12、进一步地，所述尖端波导部分的类型包括单引脚、双引脚和三引脚中的任意一种。
13、作为本专利技术的另一个方面，提供一种3d硅基光端面耦合器的制备方法，用于制备前文所述的3d硅基光端面耦合器，其中，所述制备方法包括：
14、提供硅衬底层；
15、在所述硅衬底层上经过光刻与刻蚀形成包括尖端波导部分和与所述尖端波导部分连接的单模波导部分的波导层，所述尖端波导部分至少包括由背离所述单模波导部分的一端到与所述单模波导部分连接的一端呈横截面宽度逐渐增加的渐变结构，且所述尖端波导部分与所述单模波导部分连接的一端的横截面宽度与所述单模波导部分的横截面宽度相同；
16、采用压印工艺形成包覆层的垂直方向的结构，并采用套刻工艺对所述包覆层在二维方向的形貌进行约束，获得包覆层，所述包覆层至少包括锥形包覆结构，所述锥形包覆结构能够包覆所述波导层的尖端波导部分的预设比例结构，所述锥形包覆结构包括截面宽度和截面高度由靠近所述单模波导部分的一端至背离所述单模波导部分的一端以预设幅度逐渐增大的渐变结构。
17、进一步地，在所述硅衬底层上经过光刻与刻蚀形成包括尖端波导部分和与所述尖端波导部分连接的单模波导部分的波导层，包括：
18、在所述硅衬底层上，选取目标区域光刻后形成波导层的二维形状和用于压印工艺的对准标记图形；所述波导层的二维形状为形成在硅衬底层所在平面所涉及到的两个维度的形状；
19、在显影后的硅衬底层上对目标区域进行预设高度刻蚀形成包括尖端波导部分和与所述尖端波导部分连接的单模波导部分的波导层。
20、进一步地，采用压印工艺以形成包覆层的垂直方向的结构，并采用套刻工艺对所述包覆层的二维方向的形貌进行约束，包括：
21、在形成波导层后的硅衬底层上旋涂uv树脂；
22、根据压印模版对所述uv树脂进行压印后获得包覆层的垂直方向的结构；
23、在获得包覆层的垂直方向的结构上进行套刻以及刻蚀，获得包括凹槽型包覆结构和与所述凹槽型包覆结构连接的所述锥形包覆结构的包覆层，所述锥形包覆结构位于所述凹槽型包覆结构的凹槽内，所述凹槽型包覆结构至少包覆所述单模波导部分。
24、进一步地，在获得包覆层的垂直方向的结构上进行套刻以及刻蚀，包括：
25、在获得包覆层的垂直方向的结构上涂覆第二光刻胶；
26、对涂覆第二光刻胶后的结构依次进行套刻和显影，获得能够约束所述锥形包覆结构的光刻胶牺牲层；
27、对所述光刻胶牺牲层进行刻蚀，获得包括凹槽型包覆结构和与所述凹槽型包覆结构连接的所述锥形包覆结构的包覆层。
28、进一步地，根据压印模版对所述uv树脂进行压印后获得包覆层的垂直方向的结构，包括：
29、根据压印模版对所述uv树脂进行压印；
30、对压印后的uv树脂进行固化和脱模，获得横截面为直角三角形的3d斜坡。
31、本专利技术提供的3d硅基光端面耦合器，在波导层采用尖端波导和单模波导的组合形式，且尖端波导的尖端连接光纤，尖端波导的横截面宽度由尖端到与单模波导的连接位置呈逐渐加宽的变化式结构，能够对入射光起到约束作用；同时包覆盖尖端波导的包覆层也采用截面宽度和截面高度渐变的锥形包覆结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D硅基光端面耦合器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的3D硅基光端面耦合器，其特征在于，所述包覆层还包括凹槽型包覆结构，
3.根据权利要求2所述的3D硅基光端面耦合器，其特征在于，所述锥形包覆结构的高度小于所述凹槽型包覆结构的槽口的高度。
4.根据权利要求1所述的3D硅基光端面耦合器，其特征在于，所述锥形包覆结构包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端靠近所述单模波导部分，所述第一部分的另一端背离所述单模波导部分，所述第二部分的一端与所述第一部分的另一端连接，
5.根据权利要求1所述的3D硅基光端面耦合器，其特征在于，所述尖端波导部分的类型包括单引脚、双引脚和三引脚中的任意一种。
6.一种3D硅基光端面耦合器的制备方法，用于制备权利要求1至5中任意一项所述的3D硅基光端面耦合器，其特征在于，所述制备方法包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述硅衬底层上经过光刻与刻蚀形成包括尖端波导部分和与所述尖端波导部分连接的单模波导部分的波导层，包括：
8.根据权利要求
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在获得包覆层的垂直方向的结构上进行套刻以及刻蚀，包括：
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，根据压印模版对所述UV树脂进行压印后获得包覆层的垂直方向的结构，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种3d硅基光端面耦合器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的3d硅基光端面耦合器，其特征在于，所述包覆层还包括凹槽型包覆结构，
3.根据权利要求2所述的3d硅基光端面耦合器，其特征在于，所述锥形包覆结构的高度小于所述凹槽型包覆结构的槽口的高度。
4.根据权利要求1所述的3d硅基光端面耦合器，其特征在于，所述锥形包覆结构包括第一部分和第二部分，所述第一部分的一端靠近所述单模波导部分，所述第一部分的另一端背离所述单模波导部分，所述第二部分的一端与所述第一部分的另一端连接，
5.根据权利要求1所述的3d硅基光端面耦合器，其特征在于，所述尖端波导部分的类型包括单引脚、双引脚和三引脚中的任意一种。
6.一种3d硅基...
【专利技术属性】
技术研发人员：于圣韬，葛崇祜，刘军，吴建波，郝沁汾，
申请(专利权)人：无锡芯光互连技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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