【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及模斑轉換器，具體涉及用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器及制備方法。
技術介紹
1、隨著通信技術與現代信息技術的發展，傳統微電子芯片為進一步降低功耗，長度尺寸逐漸縮減以至于達到5nm、3nm，并接近其物理極限。為了滿足人們的通訊速度與信息量的需要，基于光通信技術的光波導芯片正是重要的突破口之一。鈮酸鋰晶體憑借優異的電光特性成為了電光調制芯片的重要光學材料，鈮酸鋰薄膜光波導由于其低損耗、小尺寸易于集成的特點而得到了廣泛應用。鈮酸鋰薄膜光波導按波導結構與制備方法分為掩埋型的質子交換波導和脊型的刻蝕波導。脊型的刻蝕波導在性能表現上更加優秀，器件尺寸也更小，但其工藝加工難度很大，目前大都用于實驗室研究中；而質子交換波導的加工工藝基本穩定，同樣能表現出鈮酸鋰的優良光電特性，并且在商業上已經有所應用。
2、然而，鈮酸鋰薄膜波導的橫截面尺寸遠小于單模光纖的光模斑尺寸，當光從光纖傳入鈮酸鋰波導時因波導中的模式與光纖中的模式不匹配而導致較大的耦合損耗。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器及制備方法，器件總長度為225μm，仿真的器件插入損耗為0.365db，用以解決現有技術存在的鈮酸鋰質子交換波導與光纖耦合的模式失配損耗大的問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，包括：襯底；絕緣層，位于所述襯底上；鈮酸鋰薄膜層，位于
4、其中，所述鈮酸鋰薄膜層包括：
5、第一波導部，作為所述轉換器的輸入端；
6、第二波導部，與所述第一波導部的一端連接，且與所述第一波導部位于同一平面；
7、第三波導部，位于所述第二波導部上；以及
8、質子交換波導，設置在第三波導部中，
9、光依次在第一波導部、第二波導部、第三波導部以及質子交換波導中傳輸，且在光傳輸的方向上，所述第二波導部、第三波導部以及質子交換波導的橫向尺寸依次增大。
10、在本專利技術中，優選的，所述第一波導部包括并列設置的第一波導、第二波導和第三波導，所述第三波導設置在所述第一波導和第二波導之間，且所述第一波導和第二波導相對所述第三波導傾斜，進一步地，在光傳輸的方向上，所述第一波導和所述第二波導逐漸靠近所述第三波導；
11、所述第二波導部與所述第三波導的一端連接，且所述第二波導部與所述第三波導連接的一端的寬度與所述第三波導的寬度相等。
12、在本專利技術中，優選的，所述第二波導部、第三波導部均設置為錐形結構，從所述第二波導部的第一端到其第二端的方向上，所述第二波導部的寬度逐漸增大；從所述第三波導部的第一端到其第二端的方向上，所述第三波導部的寬度逐漸增大；
13、在豎直方向上，所述第二波導部的第二端與所述第三波導部的第二端齊平，且所述第二波導部的第一端的寬度等于所述第三波導部的第一端的寬度，所述第二波導部的第二端的寬度大于所述第三波導部的第二端的寬度。
14、在本專利技術中，優選的，所述第二波導部整體長度大于所述第三波導部的整體長度。
15、在本專利技術中，優選的，所述質子交換波導設置為錐形結構，從所述質子交換波導的第一端到其第二端的方向上，所述質子交換波導的寬度逐漸增大，其第一端等于所述第三波導部的第一端寬度，所述質子交換波導的第二段小于所述第三波導部的第二端寬度，在豎直方向上，所述質子交換波導的兩端與所述第三波導部的兩端齊平。
16、在本專利技術中，優選的，還包括氮氧化硅波導，所述氮氧化硅波導覆蓋所述第一波導部、所述第二波導部的第一端、所述第三波導部的第一端以及所述質子交換波導的第一端。
17、在本專利技術中，優選的，所述絕緣層為二氧化硅絕緣層。
18、在本專利技術中，優選的，所述鈮酸鋰薄膜層的厚度為600nm，所述第一波導部的總長度l3為15μm，第二波導部總長度l1為200μm，第三波導部的總長度l2為165μm。
19、在本專利技術中，優選的，所述第一波導、第二波導和第三波導的兩端寬度均相同，均為0.24μm，第一波導、第二波導的中心與中間的第三波導的中心間距為1.1μm，第一波導、第二波導向所述第三波導傾斜的角度約5°。
20、一種用于制備模斑轉換器的制備方法，包括步驟：
21、在襯底上形成絕緣層；
22、在絕緣層上形成鈮酸鋰薄膜層；
23、刻蝕鈮酸鋰薄膜層形成第三波導部；
24、繼續刻蝕鈮酸鋰薄膜層形成第二波導部和第一波導部；
25、通過質子交換技術在所述第三波導部中形成質子交換波導；
26、在模斑轉換器前部沉積氮氧化硅波導，氮氧化硅波導覆蓋所述第一波導部、所述第二波導部的第一端、所述第三波導部的第一端以及所述質子交換波導的第一端。
27、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
28、本專利技術的裝置與光纖進行端面耦合，利用錐形模斑轉換器結構改變模場尺寸。為了進一步減小器件長度尺寸，引入三叉戟波導結構，使得模式尺寸能夠更快地更高效地轉換進入芯片；
29、以氮氧化硅波導引導光纖中的光波進入芯片，憑借氮氧化硅波導與光纖折射率相近且尺寸相近的特點，高效率地引導光纖中的光波。在后續的傳播中將光波限制在氮氧化硅波導中，逐漸使其進入鈮酸鋰波導，避免光波擴散到空氣中而損耗；
30、采用錐形的波導結構，在橫向上沿光波傳輸方向由小至大漸變，實現從前一個結構中的模式到后一個結構中的模式的漸變，盡可能小的避免模式突變，減小耦合損耗；
31、綜上，本專利技術采用帶三叉戟結構的雙層倒錐型模斑轉換器做過渡的方式，將來自光纖的光模場耦合到鈮酸鋰質子交換波導中，以低耦合損耗的方式實現模斑轉換功能。
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1.用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第一波導部(4)包括并列設置的第一波導、第二波導和第三波導，所述第三波導設置在所述第一波導和第二波導之間，且所述第一波導和第二波導相對所述第三波導傾斜，進一步地，在光傳輸的方向上，所述第一波導和所述第二波導逐漸靠近所述第三波導；
3.根據權利要求2所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第二波導部(5)、第三波導部(6)均設置為錐形結構，從所述第二波導部(5)的第一端到其第二端的方向上，所述第二波導部(5)的寬度逐漸增大；從所述第三波導部(6)的第一端到其第二端的方向上，所述第三波導部(6)的寬度逐漸增大；
4.根據權利要求3所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第二波導部(5)整體長度大于所述第三波導部(6)的整體長度。
5.根據權利要求3所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述質子交換波導(7)設置為錐形結構，從所述質子
6.根據權利要求1所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，還包括氮氧化硅波導(8)，所述氮氧化硅波導(8)覆蓋所述第一波導部(4)、所述第二波導部(5)的第一端、所述第三波導部(6)的第一端以及所述質子交換波導(7)的第一端。
7.根據權利要求1所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述絕緣層(2)為二氧化硅絕緣層。
8.根據權利要求1所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述鈮酸鋰薄膜層(3)的厚度為600nm，所述第一波導部(4)的總長度L3為15μm，第二波導部(5)總長度L1為200μm，第三波導部(6)的總長度L2為165μm。
9.根據權利要求2所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第一波導、第二波導和第三波導的兩端寬度均相同，均為0.24μm，第一波導、第二波導的中心與中間的第三波導的中心間距為1.1μm，第一波導、第二波導向所述第三波導傾斜的角度約5°。
10.一種制備方法，用于制備權利要求1-9任一項所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，包括步驟：
...【技術特征摘要】
1.用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第一波導部(4)包括并列設置的第一波導、第二波導和第三波導，所述第三波導設置在所述第一波導和第二波導之間，且所述第一波導和第二波導相對所述第三波導傾斜，進一步地，在光傳輸的方向上，所述第一波導和所述第二波導逐漸靠近所述第三波導；
3.根據權利要求2所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第二波導部(5)、第三波導部(6)均設置為錐形結構，從所述第二波導部(5)的第一端到其第二端的方向上，所述第二波導部(5)的寬度逐漸增大；從所述第三波導部(6)的第一端到其第二端的方向上，所述第三波導部(6)的寬度逐漸增大；
4.根據權利要求3所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述第二波導部(5)整體長度大于所述第三波導部(6)的整體長度。
5.根據權利要求3所述的用于質子交換波導的三叉戟結構模斑轉換器，其特征在于，所述質子交換波導(7)設置為錐形結構，從所述質子交換波導(7)的第一端到其第二端的方向上，所述質子交換波導(7)的寬度逐漸增大，其第一端等于所述第三波導部(6)的第一端寬度，所述質子交換波導(7)的第二段小于...
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