薄膜铌酸锂模斑转换器

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种薄膜铌酸锂模斑转换器。

背景技术：

1、光子作为一种信息载体在通信领域被广泛使用，光子集成芯片的小型化、规模化使得其在该领域中具有重要的应用前景。铌酸锂由于其特殊的电光、声光和非线性光学性质，以及宽的透明窗口，成为光子学中最具吸引力的材料之一。绝缘衬底上铌酸锂（ln oninsulator，lnoi）平台的出现，使得铌酸锂材料在微米至纳米尺度上实现光的强空间约束，大大提高了铌酸锂在光子集成芯片领域的价值。

2、lnoi上的铌酸锂波导层为薄膜铌酸锂，这使得铌酸锂波导与光纤或大光斑激光器之间的模场不匹配，直接将光纤或大光斑激光器与lnoi器件耦合会产生很大的损耗，而通过模斑转换器耦合可以提高耦合效率，降低偏振敏感度和尺寸需求。但是，目前的模斑转换器的特征尺寸大都在几十纳米到几百纳米之间，需要进行电子束光刻，制造成本高。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种薄膜铌酸锂模斑转换器。

2、本发明实施例提供了一种薄膜铌酸锂模斑转换器，包括衬底层；绝缘层，设于衬底层表面；铌酸锂光波导，设于绝缘层上，用于和片上光器件相接；填充层，设于绝缘层上，填充层和铌酸锂光波导等高且边沿相接；第二光波导，设于铌酸锂光波导和填充层上，用于耦合外部光纤，接收光信号；引导片，布设于第二光波导两侧，引导片的侧边接触于第二光波导的边沿，引导片用于引导光信号从第二光波导进入铌酸锂光波导。

3、根据本发明的实施例，铌酸锂光波导包括第一耦合部和第一传输部，第一耦合部用于和片上光器件相接，第一传输部为锥形结构，设有宽端和尖端，第一传输部的宽端连接于第一耦合部，第一传输部的尖端朝向外部光纤所在的一端；第二光波导包括第二耦合部和第二传输部，第二耦合部用于耦合外部光纤，第二传输部为锥形结构，设有宽端和尖端，第二传输部的宽端连接于第二耦合部，第二传输端的尖端朝向片上光器件所在的一端；第二传输部搭接于第一传输部上，以实现第二光波导和铌酸锂光波导间的光耦合。

4、根据本发明的实施例，引导片为锥形结构，设有宽端和尖端，引导片的宽端对准于第二传输部的宽端，引导片的尖端对准于第二传输部的尖端。

5、根据本发明的实施例，第二传输部的尖端对准于第一传输部的宽端，第二传输部的尖端和两侧引导片的尖端的宽度之和小于等于第一传输部的宽端宽度。

6、根据本发明的实施例，引导片、第一传输部和第二传输部的尖端宽度均为900nm-1μm。

7、根据本发明的实施例，填充层和第一传输部边沿相接，且不与第一耦合部接触，从而填充层在平面上包裹第一传输部。

8、根据本发明的实施例，第一传输部、第二传输部和引导片共同构成耦合区域，耦合区域的长度大于70μm。

9、根据本发明的实施例，第二耦合部还用于耦合外部激光器，第二耦合部的宽度和高度与外部激光器或外部光纤的模场尺寸匹配。

10、根据本发明的实施例，引导片的厚度为35nm-45nm。

11、根据本发明的实施例，引导片为非晶硅片。

技术特征：

1.一种薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述铌酸锂光波导包括第一耦合部和第一传输部，所述第一耦合部用于和所述片上光器件相接，所述第一传输部为锥形结构，设有宽端和尖端，所述第一传输部的宽端连接于所述第一耦合部，所述第一传输部的尖端朝向所述外部光纤所在的一端；

3.根据权利要求2所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述引导片为锥形结构，设有宽端和尖端，所述引导片的宽端对准于所述第二传输部的宽端，所述引导片的尖端对准于所述第二传输部的尖端。

4.根据权利要求3所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述第二传输部的尖端对准于所述第一传输部的宽端，所述第二传输部的尖端和两侧所述引导片的尖端的宽度之和小于等于所述第一传输部的宽端宽度。

5.根据权利要求4所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述引导片、所述第一传输部和所述第二传输部的尖端宽度均为900nm-1μm。

6.根据权利要求2所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述填充层和所述第一传输部边沿相接，且不与所述第一耦合部接触，从而所述填充层在平面上包裹所述第一传输部。

7.根据权利要求2所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述第一传输部、所述第二传输部和所述引导片共同构成耦合区域，所述耦合区域的长度大于70μm。

8.根据权利要求2所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述第二耦合部还用于耦合外部激光器，所述第二耦合部的宽度和高度与耦合的所述外部激光器或所述外部光纤的模场尺寸匹配。

9.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述引导片为非晶硅片。

10.根据权利要求1所述的薄膜铌酸锂模斑转换器，其特征在于，所述引导片的厚度为35nm-45nm。

技术总结本发明实施例提供了一种薄膜铌酸锂模斑转换器，涉及光通信领域，薄膜铌酸锂模斑转换器包括：衬底层；绝缘层；铌酸锂光波导；填充层；第二光波导；引导片；引导片布设于第二光波导两侧，引导片的侧边接触于第二光波导的边沿，引导片用于引导光信号从第二光波导进入铌酸锂光波导。本发明实施例提供的薄膜铌酸锂模斑转换器通过高折射率的引导片引导光信号自第二光波导耦合进入铌酸锂光波导，提高了耦合效率，降低了对光波导特征尺寸要求，从而无需电子束光刻制作，降低了制作成本。技术研发人员：郑婉华,易赵正,王明金,刘文振受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/29