【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及光通信領域，尤其涉及一種帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器。
技術介紹
1、隨著摩爾定律接近極限，傳統(tǒng)電子芯片在高性能計算和數(shù)據中心領域已難以滿足超高速與大容量存儲的需求。光芯片因其大帶寬、低損耗等優(yōu)勢，被提出作為替代傳統(tǒng)電子芯片的解決方案，以應對通信需求的增長。
2、光纖是承載傳輸光信號的主要器件，但普通的單模光纖直徑一般為8-10um，遠大于光芯片中硅基光波導的寬度(300-500nm)。這種尺寸差異會導致嚴重的模式失配，使得光信號無法高效加載到芯片上。
3、光柵耦合器通過光柵的衍射作用將自由空間中的光有效傳輸至光芯片的硅光波導上，作為集成光電系統(tǒng)中的輸入輸出器件，能夠有效銜接芯片外部與內部的硅基波導。光柵耦合器的主要優(yōu)點在于其位置靈活，可以放置在芯片的任意位置，因此適用于晶圓級的在線測試，而且其對準容差較大，便于封裝。然而，光柵耦合器的狹縫結構會導致有效折射率周期性變化，使得光不再嚴格限制在硅波導中；與此同時，傳統(tǒng)的光柵耦合器往往在基底損耗中消耗大量光功率，這兩者因素導致了光柵耦合器的耦合效率低下。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的在于提出一種帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，以解決現(xiàn)有均勻型光柵耦合器耦合效率低的問題。
2、實現(xiàn)本專利技術目的的技術解決方案為：一種帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，從下至上依次包括硅襯底層、分布式布拉格反射鏡、埋氧層、頂層硅層、頂部包層，其中分布式布拉格反射鏡由硅及二氧化硅疊層組成；頂層硅層
3、進一步的，分布式布拉格反射鏡中硅及二氧化硅的厚度取λc/4n，其中λ表示中心波長，n表示材料的折射率。
4、進一步的，光柵耦合器的耦合效率與聚焦型光柵波導結構的周期、填充因子，以及光源入射角度、位置因素相關，基于時域有限差分法的lumerical軟件，完成光柵耦合器的仿真設計，具體步驟如下：
5、步驟一：初始化填充因子f＝0.5，入射角度θ為0°-15°，通過布拉格條件計算出理想光柵周期區(qū)間；
6、步驟二：基于步驟一中計算所得的理論光柵周期區(qū)間，以光柵周期為自變量，調整光柵周期，進行時域有限差分法分析，擬合出光柵周期與波長的光場分布圖，獲取光柵耦合器耦合效率達到最高的光柵周期；
7、步驟三：固定光柵周期為步驟二中擬合的光柵耦合器耦合效率達到最高時的光柵周期，以填充因子為自變量，調整填充因子，進行時域有限差分法分析，擬合出光柵填充因子與波長的光場分布圖，獲取光柵耦合器耦合效率最高的填充因子；
8、步驟四：固定光柵周期為步驟二中擬合的光柵耦合器耦合效率達到最高時的光柵周期，固定光柵填充因子為步驟三擬合的光柵耦合器耦合效率最高的填充因子，調整光源入射位置，進行時域有限差分法分析，擬合出光源入射位置與波長的光場分布圖，選定光柵耦合器的耦合效率最高的光源入射位置；
9、步驟五：固定光柵周期為步驟二中擬合的光柵耦合器耦合效率達到最高時的光柵周期，固定填充因子為步驟三擬合的光柵耦合器耦合效率最高的填充因子，固定光源入射位置為步驟四擬合的光柵耦合器耦合效率最高的光源位置，以入射角度為自變量，調整入射角度，進行時域有限差分法分析，擬合出光源入射角與波長的光場分布圖，選定光柵耦合器的耦合效率最高的入射角度。
10、進一步的，步驟一：初始化填充因子f＝0.5，入射角度θ為0°-15°，通過布拉格條件計算出理想光柵周期區(qū)間，其中：
11、布拉格條件為：
12、
13、其中λ是理想光柵周期，λc是中心波長；θ為光源的入射角；nbg是二氧化硅的折射率；neff是聚焦型光柵波導結構的有效折射率，表示為：
14、neff＝fn0+(1-f)ne
15、f是聚焦型光柵波導結構的填充因子，n0和ne分別為全高波導的有效折射率和淺蝕刻區(qū)域的有效折射率。
16、進一步的，聚焦型光柵波導結構中全高波導的有效折射率為n0＝2.848，厚度為150nm的淺蝕刻區(qū)域的有效折射率為ne＝2.534，聚焦型光柵波導結構的有效折射率為neff＝2.691，理想光柵周期區(qū)間為575nm-668nm。
17、進一步的，步驟三：固定光柵周期為步驟二中擬合的光柵耦合器耦合效率達到最高時的光柵周期，以填充因子為自變量，調整填充因子，進行時域有限差分法分析，擬合出光柵填充因子與波長的光場分布圖，獲取光柵耦合器耦合效率最高的填充因子，其中：
18、設定填充因子為0.4-0.6，通過時域有限差分法，擬合出光柵填充因子與波長的光場分布圖。
19、進一步的，中心波長為1550nm時，分布式布拉格反射鏡中硅及二氧化硅的厚度分別為110nm和270nm，聚焦型光柵波導結構中填充因子為0.5，光柵周期為600nm，光源入射位置即聚焦型光柵波導結構相連的條形波導結構的尾部距離光源的位置為4.3nm，入射角為5.5°。
20、本專利技術與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：
21、1)依據布拉格條件及光柵折射理論，選用光柵耦合器的填充因子f＝0.5，精確計算出光柵的理論周期區(qū)間575nm-668nm，為本專利技術提供了科學理論依據。
22、2)利用時域有限差分法對光柵周期區(qū)域進行參數(shù)掃描，通過可視化分析驗證了填充因子的適應性，確保了耦合器設計的精準性。
23、3)修改掃描參數(shù)，對光源的入射角與位置分別進行細致掃描分析，綜上四個參數(shù)共同優(yōu)化，進一步提高本專利技術中均勻型光柵耦合器的耦合效率。
24、4)完成對在光柵耦合器本體效率提升的基礎上，本專利技術創(chuàng)新性地加入了分布式布拉格反射鏡，有效減少了基地損耗，進一步增強了耦合效能。反射鏡的設計采用硅層與二氧化硅層的雙夾層結構，在埋氧層與襯底之間的優(yōu)化布局，實驗結果證明了其在提高耦合效率方面的顯著效果。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，從下至上依次包括硅襯底層、分布式布拉格反射鏡、埋氧層、頂層硅層、頂部包層，其中分布式布拉格反射鏡由硅及二氧化硅疊層組成；頂層硅層由聚焦型光柵波導結構和與聚焦型光柵波導結構相連的條形波導結構組成，聚焦型光柵波導結構由淺蝕刻區(qū)域和全高波導組成。
2.根據權利要求1所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，分布式布拉格反射鏡中硅及二氧化硅的厚度取λc/4n，其中λc表示中心波長，n表示材料的折射率。
3.根據權利要求1所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，光柵耦合器的耦合效率與聚焦型光柵波導結構的周期、填充因子，以及光源入射角度、位置因素相關，基于時域有限差分法的Lumerical軟件，完成光柵耦合器的仿真設計，具體步驟如下：
4.根據權利要求1所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，步驟一：初始化填充因子F＝0.5，入射角度θ為0°-15°，通過布拉格條件計算出理想光柵周期區(qū)間，其中：
5.根據權利要求4所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦
6.根據權利要求4所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，步驟三：固定光柵周期為步驟二中擬合的光柵耦合器耦合效率達到最高時的光柵周期，以填充因子為自變量，調整填充因子，進行時域有限差分法分析，擬合出光柵填充因子與波長的光場分布圖，獲取光柵耦合器耦合效率最高的填充因子，其中：
7.根據權利要求4所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，中心波長為1550nm時，分布式布拉格反射鏡中硅及二氧化硅的厚度分別為110nm和270nm，聚焦型光柵波導結構中填充因子為0.5，光柵周期為600nm，光源入射位置即聚焦型光柵波導結構相連的條形波導結構的尾部距離光源的位置為4.3nm，入射角為5.5°。
...【技術特征摘要】
1.一種帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，從下至上依次包括硅襯底層、分布式布拉格反射鏡、埋氧層、頂層硅層、頂部包層，其中分布式布拉格反射鏡由硅及二氧化硅疊層組成；頂層硅層由聚焦型光柵波導結構和與聚焦型光柵波導結構相連的條形波導結構組成，聚焦型光柵波導結構由淺蝕刻區(qū)域和全高波導組成。
2.根據權利要求1所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，分布式布拉格反射鏡中硅及二氧化硅的厚度取λc/4n，其中λc表示中心波長，n表示材料的折射率。
3.根據權利要求1所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，光柵耦合器的耦合效率與聚焦型光柵波導結構的周期、填充因子，以及光源入射角度、位置因素相關，基于時域有限差分法的lumerical軟件，完成光柵耦合器的仿真設計，具體步驟如下：
4.根據權利要求1所述的帶底部反射鏡的緊湊型低損光柵耦合器，其特征在于，步驟一：初始化填充因子f＝0.5，入射角度θ為0°-15°，通過布拉格條件計算出理想光柵周期區(qū)間，其中：
<...【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：隋修寶，夏瑜鴻，周圣航，陳錢，李寧，劉源，郭偉蘭，姚哲毅，王一紅，高航，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。