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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种波导边缘集成耦合器及其制备方法。耦合器结构包括PIC器件平台、SOI波导结构和硅微透镜；光线在PIC器件平台经SOI波导结构传输并出射，硅微透镜对光束进行模斑转换，改变光线轨迹并限制光线入射纤芯的角度，然后光线经空间传播后入射单模光纤纤芯。耦合器制备方法分为四个步骤，首先，设计并仿真SOI结构，得到波导出射的模式特性；其次，对透镜参数进行设计；接着，将耦合器与单模光纤进行联合仿真，得到理论耦合效率；最后，根据设计完成耦合结构制作，经实际的有源测试结果完成优化，确定最终参数和耦合方案。相比于分立式耦合，该耦合器的整体结构可在集成光路芯片平台集成，工艺简单，便于封装。

主权项：1.一种波导边缘集成耦合器，其特征在于，该耦合器包括PIC器件平台1、SOI波导结构2和硅微透镜3；所述硅微透镜3与所述SOI波导结构2为同一衬底集成于PIC器件平台1；所述硅微透镜3位于SOI波导结构2的出光端面边缘；光线在所述PIC器件平台1经所述SOI波导结构2出射，所述硅微透镜3对光束进行模斑转换，改变光线轨迹并限制光线入射纤芯的角度，然后光线经空间传播后入射单模光纤4纤芯；所述SOI波导结构2包括衬底层2a、氧化埋层2b、脊波导外脊层2c、脊波导内脊层2d；所述衬底层2a、氧化埋层2b、脊波导外脊层2c、脊波导内脊层2d自下而上依次堆叠；所述衬底层2a材料为Si，所述氧化埋层2b材料为SiO2，所述脊波导外脊层2c、脊波导内脊层2d材料为Si；所述脊波导外脊层2c、脊波导内脊层2d之上能够存在其他材料的覆层；所述SOI波导结构2采用单模传输方式；所述脊波导外脊层2c厚度d、脊波导内脊层2d厚度h满足单模条件，即d＝γ×h,γ0.5；所述SOI波导结构2的整体长度大于SOI波导的稳定单模长度；所述SOI波导的稳定单模长度是指光线经过SOI波导结构2传输，最终传输并参与耦合的光模式为稳定的单模模式或者基模模式时，此时SOI波导结构2的长度；所述硅微透镜3与所述SOI波导结构2出光端面之间的间隔为D1，D1取值≥0μm且≤所述硅微透镜3的焦距长度；所述硅微透镜3与所述脊波导内脊层2d的对准形式为中心对准，所述硅微透镜3面形为非球，材料为Si；所述硅微透镜3端面与所述单模光纤4端面均有增透处理，以减小波导出射光束经空气入射纤芯的菲涅尔反射损失，使得该损失不超过1％；所述硅微透镜3端面与所述单模光纤4端面的近场耦合距离不超过100μm，并且耦合距离D2满足：0≤D2≤|dout±ZR|的设计容限，式中dout为像方腰斑位置与透镜的距离，ZR为像方高斯光束的瑞利距离，ZR＝πw0'24λ,w0'为像方束腰直径大小，λ为光波长。

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