耦合器和應用該耦合器的光波導芯片制造技術

本發(fā)明專利技術的實施例公開一種耦合器和應用該耦合器的光波導芯片，涉及光纖通信領域，能夠降低耦合器兩側的光波導信號耦合時的插入損耗。該耦合器所述耦合器用于第一光波導和第二光波導的連接，包括實體區(qū)域和第一波導光柵；所述實體區(qū)域的第一端與第一光波導耦合；所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端耦合；所述第一波導光柵的第一端與第二光波導耦合；其中，所述實體區(qū)域的第一端的尺寸與所述第一光波導的端面尺寸匹配，所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端的端面尺寸匹配，所述第一波導光柵的第一端的尺寸與第二光波導的端面尺寸匹配；所述實體區(qū)域的寬度線性漸變。本發(fā)明專利技術的實施例應用于光纖通信。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及光纖通信領域，尤其涉及耦合器和應用該耦合器的光波導芯片。
技術介紹
近年來，隨著各種互聯(lián)網(wǎng)和多媒體應用的迅速發(fā)展，通訊網(wǎng)絡中的流量正迅速增長。無論是接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、還是骨干傳輸網(wǎng)，對設備升級的需求越來越強，以滿足不斷增長的網(wǎng)絡流量需求。光收發(fā)模塊是光網(wǎng)絡中的核心單元。小型化、低能耗、多通道、低成本的光收發(fā)模塊將成為發(fā)展趨勢。作為光收發(fā)模塊的核心器件，光發(fā)射組件和光接收組件也必須向小型化和多通道的特點發(fā)展。集成式封裝技術可以實現(xiàn)多通道光組件的小型化，即把多路激光器芯片或探測器芯片封裝在同一個管殼內(nèi)。在光組件內(nèi)部，除了激光器芯片和探測器芯片外，還需要一些無源器件來實現(xiàn)光信號的無源處理功能，比如把光功率分成多路信號、波分復用/解復用、偏振態(tài)合并與分離等，這樣才能構成完整的光發(fā)射組件或光接收組件功能。無源器件可分為兩類，一類是基于自由空間光學，即光束在空氣或其他均勻介質中傳播；另一類是基于導波光學，即光束在光波導中傳播。這兩類無源器件各有優(yōu)缺點，對于4通道以上的小型化光組件來說，基于平面光波導芯片的無源器件更有優(yōu)勢。對于尾纖型的光發(fā)射組件和光接收組件，單模光纖與無源器件的耦合是關鍵技術之一。如果無源器件采用平面光波導芯片，如何降低單模光纖與輸入/輸出光波導間的插入損耗是眾多開發(fā)者面臨的難點。因為，單模光纖的芯區(qū)直徑為9微米，而單模光波導的芯層尺寸要小得多，比如4微米×4微米。二者在模斑尺寸上的差別會導致插入損耗非常大，比如達到2dB。這樣的插入損耗無論是對光發(fā)射組件還是光接收組件都是無法接受的。為降低光纖至波導的插入損耗，現(xiàn)有技術提供一種方案：采用線性逐漸變窄(或寬)的實體耦合器來減少光纖至波導的插入損耗。由于這種耦合器的制作工藝都是平面化的，因此其優(yōu)點是設計簡單，缺
點是只能沿橫向(水平方向)調(diào)整光斑尺寸，無法沿垂直方向調(diào)整光斑尺寸。所以，還無法使單模光波導的光斑尺寸接近于單模光纖的光斑尺寸。這種耦合器對于低折射率差的光波導尚有一定作用，但對于高折射率差的光波導作用并不明顯。因此不能有效降低耦合器兩側的光波導信號耦合時的插入損耗。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的實施例提供一種耦合器和應用該耦合器的光波導芯片，能夠有效降低耦合器兩側的光波導信號耦合時的插入損耗。一方面，提供一種耦合器，所述耦合器用于第一光波導和第二光波導的連接，包括實體區(qū)域和第一波導光柵；所述實體區(qū)域的第一端與第一光波導耦合；所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端耦合；所述第一波導光柵的第一端與第二光波導耦合；其中，所述實體區(qū)域的第一端的尺寸與所述第一光波導的端面尺寸匹配，所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端的端面尺寸匹配，所述第一波導光柵的第一端的尺寸與第二光波導的端面尺寸匹配；所述實體區(qū)域的寬度自所述實體區(qū)域的第一端向所述實體區(qū)域的第二端線性漸變。另一方面，提供一種光波導芯片，包括耦合器、和與所述耦合器耦合的第一光波導，所述耦合器為上述的耦合器。本專利技術的實施例提供的耦合器，其中耦合器將第一光波導和第二光波導連接在一起，并且實體區(qū)域的第一端的尺寸與第一光波導的端面尺寸匹配，實體區(qū)域的第二端與第一波導光柵的第二端的端面尺寸匹配，第一波導光柵的第一端的尺寸與第二光波導的端面尺寸匹配；由于實體區(qū)域的寬度自實體區(qū)域的第一端向實體區(qū)域的第二端線性漸變；因此，耦合器的實體區(qū)域能夠調(diào)整第一光波導輸出的光斑尺寸沿水平方向向第二光波導的光斑尺寸靠近，第一波導光柵的有芯層區(qū)的芯層和包層的折射率差會對光的傳輸產(chǎn)生約束，但第一波導光柵的間隙區(qū)由于是均勻介質光線可以呈發(fā)散的趨勢傳播，即在水平和垂直兩個方向調(diào)整第一光波導輸出的光斑尺寸向第二光波導的光斑尺寸靠近，因此可以有效降低耦合器兩側的光波導信號耦合時的插入損
耗。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術的實施例提供的一種光波導芯片的結構示意圖；圖2為本專利技術的實施例提供的一種耦合器的結構示意圖；圖3為本專利技術的實施例提供的一種如圖所示的耦合器的第一波導光柵的結構示意圖；圖4a-g為本專利技術的實施例提供的光場分布仿真圖；圖5為本專利技術的實施例提供的一種耦合器內(nèi)的光場傳播示意仿真圖；圖6為本專利技術的另一實施例提供的一種耦合器的結構示意圖；圖7為本專利技術的又一實施例提供的一種耦合器的結構示意圖。附圖標記：耦合器-1；光波導-2；光纖-3；實體區(qū)域-11；實體區(qū)域的第一端-111；實體區(qū)域的第二端-112；第一波導光柵-12；第一波導光柵的第一端-121；第一波導光柵的第二端-122；第二波導光柵13。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，此外，本專利技術的實施例中輸入端和輸出端均是按照信號在的方向進行定義，即按照信號方向，定義信號輸入的一端為輸入端，定義信號輸出的一端為輸出端，當然也可以按照原則定義其他名稱，因此不能理解為對本專利技術的限制。本專利技術的實施例提供一種光波導芯片，包括耦合器1、和與耦合器1耦合的第一光波導2，參照圖1所示，耦合器1的一端與光波導芯片上的第一光波導2耦合，耦合器1的另一端與第二光波導3耦合。其中，光波導芯片通常為網(wǎng)絡末端的信號處理單元，主要用于對第一光波導2接收到的光信號進行進一步解碼、光電轉換等處理，或者將電信號通過編碼、電光轉換為光信號后通過第一光波導2發(fā)送，而光信號在光介質中傳播時主要基于模式進行區(qū)分，由于在光網(wǎng)絡末端的基本信號處理單元，主要是基于單模光信號進行處理，因此，本方案主要應用于光波導芯片通過單模光波導對單模光信號進行傳輸，在本申請中光波導芯片通常為平面光波導芯片，用于信號傳輸?shù)牡谝还獠▽?和第二光波導3為單模光波導，其中，耦合器1和第一光波導2位于光波導芯片上時通常可以在具有一定厚度的同一平面光波導介質上制作成型，這樣如圖1和2所示，第一光波導2的俯視截面通常為具有一定寬度的長條形，耦合器1的俯視截面通常為梯形；第二光波導3用于向耦合器1輸入光信號或者接收耦合器1向外輸出的光信號，因此第二光波導3通常為光纖，以下實施例均基于此進行說明。參照圖2所示，本專利技術的實施例提供一種耦合器1，應用于上述
的光波導芯片，耦合器1用于第一光波導2和第二光波導3的連接包括實體區(qū)域11和第一波導光柵12；實體區(qū)域11的第一端111與第一光波導2耦合；實體區(qū)域11的第二端與112第一波導光柵12的第二端122耦合；第一波導光柵12的第一端121與第二光本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種耦合器，所述耦合器用于第一光波導和第二光波導的連接，其特征在于，包括實體區(qū)域和第一波導光柵；所述實體區(qū)域的第一端與第一光波導耦合；所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端耦合；所述第一波導光柵的第一端與第二光波導耦合；其中，所述實體區(qū)域的第一端的尺寸與所述第一光波導的端面尺寸匹配，所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端的端面尺寸匹配，所述第一波導光柵的第一端的尺寸與第二光波導的端面尺寸匹配；所述實體區(qū)域的寬度自所述實體區(qū)域的第一端向所述實體區(qū)域的第二端線性漸變。

【技術特征摘要】
1.一種耦合器，所述耦合器用于第一光波導和第二光波導的連接，其特征在于，包括實體區(qū)域和第一波導光柵；所述實體區(qū)域的第一端與第一光波導耦合；所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端耦合；所述第一波導光柵的第一端與第二光波導耦合；其中，所述實體區(qū)域的第一端的尺寸與所述第一光波導的端面尺寸匹配，所述實體區(qū)域的第二端與所述第一波導光柵的第二端的端面尺寸匹配，所述第一波導光柵的第一端的尺寸與第二光波導的端面尺寸匹配；所述實體區(qū)域的寬度自所述實體區(qū)域的第一端向所述實體區(qū)域的第二端線性漸變。2.根據(jù)權利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述第一波導光柵包括預設數(shù)量的光柵周期，每個光柵周期包括一個間隙區(qū)和一個有芯區(qū)，所述第一波導光柵上各個光柵周期中有芯區(qū)的長度與間隙區(qū)的長度之比自所述第一波導光柵的第一端向所述第一波導光柵的第二端線性漸變。3.根據(jù)權利要求2所述的耦合器，其特征在于，所述間隙區(qū)為均勻光介質，所述有芯區(qū)包括芯層和包圍在所述芯層外圍的包層。4.根據(jù)權利要求2所述的耦合器，其特征在于，所述第一波導光柵上各個光柵周期中有芯區(qū)的長度與...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張華，
申請(專利權)人：青島海信寬帶多媒體技術有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37