一种硅基光波导边缘耦合结构的制作方法

本发明涉及硅光集成芯片耦合，尤其涉及一种硅基光波导边缘耦合结构。

背景技术：

1、光耦合器是硅基光电子集成系统中关键的光学元器件，用于解决光纤/激光器与硅光集成芯片的耦合问题。通常硅光集成芯片的光耦合方式分为两种：垂直耦合和对接耦合，其中对接耦合方式通常使用边缘耦合器，光纤中心被放置与硅光芯片中硅波导齐平的位置。

2、常规的硅基边缘耦合器，为了满足与单模光纤相位匹配条件，需要将硅尖端做的足够小。然而较小尺寸的硅波导尖端有着极高发生双光子吸收的概率，尤其是在高强度激光场中，激光光子的密度很高，使得两个光子几乎同时到达原子的概率大大增加。因此目前常规的硅基边缘耦合器不支持高功率光源，当处于高强度激光场中时，极易出现烧坏、硅波导形变等情况。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种硅基光波导边缘耦合结构。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种硅基光波导边缘耦合结构，包括：分束器以及设置于所述分束器输出侧的至少两个硅波导；

4、所述分束器为基于悬臂梁结构的二氧化硅分束器，所述分束器将输入光分路后再耦合进各个所述硅波导中。

5、进一步的，所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，还包括：二氧化硅波导层，所述硅波导位于所述二氧化硅波导层内；所述基于悬臂梁结构的二氧化硅分束器是指，在所述二氧化硅波导层的悬臂梁区直接制作形成二氧化硅材质的所述分束器，且制作形成的所述分束器两侧设置悬臂梁。

6、进一步的，所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，还包括：硅衬底；所述硅衬底在与所述二氧化硅波导层相接的一侧且对应所述悬臂梁区的位置处挖空以形成空置槽。

7、进一步的，所述硅波导为锥形波导，且所述硅波导由所述二氧化硅波导层的非悬臂梁区延伸布置至所述悬臂梁区并与所述分束器的输出侧对接。

8、进一步的，所述分束器为多模干涉器。

9、进一步的，所述硅波导与所述分束器的输出侧对接的方式为：

10、所述硅波导的尖端伸入所述多模干涉器的输出波导中，

11、或，

12、所述硅波导的尖端伸入设置于所述多模干涉器的输出波导输出侧的二氧化硅波导中，

13、或，

14、所述硅波导的尖端伸入所述多模干涉器的多模区中。

15、进一步的，当所述分束器为1×2分束器时，所述硅波导的数量为两个；当所述分束器为1×4分束器时，所述硅波导的数量为四个；当所述分束器为1×8分束器时，所述硅波导的数量为八个。

16、进一步的，所述分束器为y分支。

17、本发明所带来的有益效果：

18、1.本申请利用基于悬臂梁结构的二氧化硅分束器实现入射光的分束，将较大光功率的输入光分束为多路较小光功率的光后再耦合进入硅波导中，使得各硅波导可分摊应对输入光，不仅提升对入射光功率的承受上限，而且实现更小的耦合损耗，提高耦合效率；

19、2.硅波导不再直接与光纤纤芯对接，二氧化硅分束器在完成分束的同时可实现一定程度上的模斑转换，因此设计对应的硅波导时只需考虑其与二氧化硅波导的模场大小匹配即可，可适当放松硅波导尺寸制作时的精度要求，从而降低工艺加工难度；

20、3.二氧化硅分束器直接在二氧化硅波导层进行制作，在提升光功率耐受上限的同时实现分束，使得后续调制光信号时不再需要分路，因此不会占用额外的芯片空间，保证芯片的小型化；

21、4.由于二氧化硅材料的折射率比硅小，且非线性折射率系数更小，波导厚度更大，因此可极大降低双光子吸收效应的影响，从而降低烧损风险，而且工艺容差大，比传统边缘耦合器可以接受更大范围的对准误差。

技术特征：

1.一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，包括：分束器以及设置于所述分束器输出侧的至少两个硅波导；

2.根据权利要求1所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，还包括：二氧化硅波导层，所述硅波导位于所述二氧化硅波导层内；

3.根据权利要求2所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，还包括：硅衬底；所述硅衬底在与所述二氧化硅波导层相接的一侧且对应所述悬臂梁区的位置处挖空以形成空置槽。

4.根据权利要求2所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，所述硅波导为锥形波导，且所述硅波导由所述二氧化硅波导层的非悬臂梁区延伸布置至所述悬臂梁区并与所述分束器的输出侧对接。

5.根据权利要求4所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，所述分束器为多模干涉器。

6.根据权利要求5所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，所述硅波导与所述分束器的输出侧对接的方式为：

7.根据权利要求6所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，当所述分束器为1×2分束器时，所述硅波导的数量为两个；当所述分束器为1×4分束器时，所述硅波导的数量为四个；当所述分束器为1×8分束器时，所述硅波导的数量为八个。

8.根据权利要求4所述的一种硅基光波导边缘耦合结构，其特征在于，所述分束器为y分支。

技术总结本发明公开一种硅基光波导边缘耦合结构，包括：分束器以及设置于所述分束器输出侧的至少两个硅波导；所述分束器为基于悬臂梁结构的二氧化硅分束器，所述分束器将输入光分路后再耦合进各个所述硅波导中。本申请利用基于悬臂梁结构的二氧化硅分束器实现入射光的分束，将较大光功率的输入光分束为多路较小光功率的光后再耦合进入硅波导中，使得各硅波导可分摊应对输入光，不仅提升对入射光功率的承受上限，而且实现更小的耦合损耗，提高耦合效率。技术研发人员：刘亚东,陈艳秋,蔡鹏飞受保护的技术使用者：NANO科技（北京）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16