一種光子芯片與光纖的耦合方法，包括有光子芯片，分別設置在光子芯片的輸入端和輸出端的單模輸入光纖和單模輸出光纖，所述的光子芯片與所述的單模輸入光纖和單模輸出光纖之間分別設置有模場轉換器。所述的模場轉換器是采用熔融拉錐光纖、透鏡光纖、透鏡組。本發明專利技術采用輸入/輸出光纖+熔融拉錐光纖或透鏡光纖或透鏡組與光子芯片耦合，光子芯片是光子集成波導芯片，從而解決波導芯片與光纖的模場失配問題。具有如下特點：采用熔融拉錐光纖、透鏡光纖或透鏡組能方便可行地實現任意形狀、較小模場直徑的模場轉換。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種光子芯片與光纖的耦合方式。特別是涉及一種用于光學特殊波導芯片的采用透鏡光纖或分立光學透鏡/透鏡組來進行模場轉換的。
技術介紹
平面集成光電路(PIC)技術使光子能在波導材料中傳輸，很大程度上與光子在光纖中的傳輸相類似。這種技術以其易于規模化、自動化生產，穩定性好、易于集成等諸多特點、在價格和性能方面都更有優勢等諸多特點，被認為是光通信產業的明日之星，具有非常廣闊的應用前景。并且，性能要求越高時，PIC技術的優越性越明顯。一旦掌握了 PIC的結構和工藝，就可以大規模、低成本地制造非常復雜的器件。Pic有源及無源器件在光通信領 域的應用現狀正是Pic技術開發現狀的真實市場反映，目前廣泛大規模商用的PIC型元器件中，主要有激光器、探測器、光功率分配器、陣列波導光柵(AWG)復用器/解復用器、光濾波器、光衰減器、光開關、調制/解調器、雙向三波器件和雙波器件等各種功能的器件。集成光波導器件一般在六種材料上制作，它們是鈮酸鋰(LiNb03)、III - V族半導體化合物、二氧化娃(Si02)、S0I (Silicon-on-Insulator,絕緣體上娃)、聚合物(Polymer)和玻璃。鈮酸鋰波導是通過在鈮酸鋰晶體上擴散Ti離子形成波導，波導結構為擴散型；InP波導以InP為襯底和下包層，以InGaAsP為芯層，以InP或者InP/空氣為上包層，波導結構為掩埋脊形或者脊形；二氧化硅波導以硅片為襯底，以不同摻雜的Si02材料為芯層和包層，波導結構為掩埋矩形；S0I波導是在SOI基片上制作，襯底、下包層、芯層和上包層材料分別為Si、Si02、Si和空氣，波導結構為脊形；聚合物波導以硅片為襯底，以不同摻雜濃度的Polymer材料為芯層，波導結構為掩埋矩形；玻璃波導是通過在玻璃材料上擴散Ag離子形成波導，波導結構為擴散型。光電子器件的集成有單片集成和混合集成兩種。目前集成光電子器件處于初級階段，對集成器件的研究就顯得更加具有重要的戰略意義。目前，很多公司已經減少了單片集成的研發投入，宣稱混合集成是最好的方案，他們認為沒有一種材料能為每種產品都提供最佳的性能，這也決定了要混合使用各種材料，使各項功能都由最匹配的材料實現。PLC技術為混合集成提供了可靠的平臺，可以將諸如激光器、探測器、OEIC (光電集成)與各類無源PLC器件集成到一起，使器件內部光路集成化、光學分立元件減少，其優點是功能豐富、體積小、速度高、提高了穩定度與可靠度，提高了光器件產品的封裝合格率，降低了器件生產成本。同時混合集成技術的研究也必將為更高度的光電集成提供技術基礎，從而在下一代通信系統中扮演重要角色。小型化、集成化是光電子器件的兩個重要發展方向，這種小型化、集成的光子芯片要求波導采用高折射率差、小尺寸截面，波導導模的模場較小、并且分布可能不規則。光纖通信系統普遍采用的標準單模光纖的模場直徑較大，為10. 4微米。如果這種標準單模光纖直接與光子芯片耦合，由于模場失配而帶來較大的附加損耗，從而使器件的插入損耗無法滿足商用要求。在電子
，分立器件發展為集成電路的歷史改變了電子產業生產模式。同樣，在光學
，目前單一形式的各類光學元件走向未來集成光學之路，也將大大改變當前傳統光學技術的現狀，對軍事及民用信息系統的開發產生深遠影響。平面光波導器件集成了固體物理、材料學、波 導光學和微細加工等學科的前沿成果，采用半導體工藝制作平面光波導芯片，將傳統分立光學元件的功能集成到同一光學襯底，實現光信號的分束/合束、轉換、光濾波等功能，具有結構緊湊、體積小、抗干擾能力強、性能一致性好、穩定可靠，便于自動化批量生產等突出優勢，是目前光電子器件發展的前沿研究課題。光子波導芯片采用材料生長、光刻、刻蝕、擴散等半導體工藝制作，波導截面主要有矩形、脊形、擴散型等，如圖I、圖2、圖3所示，其模場形狀通常為圓形或不規則的橢圓，如圖4、圖5所示。在C波段，單模光纖的模場直徑為10. 4微米的圓形光斑，而通常情況下，光子芯片波導的模場更小，例如只有幾個2、3微米、甚至是亞微米量級，并且如果為脊波導結構，其模場分布為非規則的幾何形狀，x、y方向上的模場大小不一樣。如果不采用特殊的模場轉換結構來實現光纖與光子芯片的耦合，則由于模場失配而帶來較大的附加損耗。若只考慮模場失配，單模光纖直接與光子芯片耦合時的耦合效率n可表示為權利要求1.一種，包括有光子芯片，分別設置在光子芯片的輸入端和輸出端的單模輸入光纖和單模輸出光纖，其特征在于，所述的光子芯片與所述的單模輸入光纖和單模輸出光纖之間分別設置有模場轉換器。2.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述的模場轉換器是采用熔融拉錐的方法分別在單模輸入光纖和單模輸出光纖的與光子芯片相耦合的一端拉錐形成的錐形體結構的熔融拉錐光纖，其中，所述錐形體結構的錐頂為平面，由該平面所形成的芯徑小于該熔融拉錐光纖與所述單模輸入光纖和單模輸出光纖相連接處的芯徑。3.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述的模場轉換器是透鏡光纖，所述的透鏡光纖是一體形成在單模輸入光纖和單模輸出光纖的與光子芯片相耦合的一端，所述的透鏡光纖與光子芯片相耦合的一端為錐形球面、楔形柱面、拋物面，該端的芯徑小于該透鏡光纖與所述單模輸入光纖和單模輸出光纖相連接處的芯徑。4.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述的光子芯片與所述的單模輸入光纖之間設置的模場轉換器是采用熔融拉錐的方法在單模輸入光纖與光子芯片相耦合的一端拉錐形成的錐形體結構的熔融拉錐光纖，其中，所述錐形體結構的錐頂為平面，由該平面所形成的芯徑小于該熔融拉錐光纖與所述單模輸入光纖相連接處的芯徑；所述的光子芯片與所述的單模輸出光纖之間設置的場轉換器是透鏡光纖，所述的透鏡光纖是一體形成在單模輸出光纖的與光子芯片相耦合的一端，所述的透鏡光纖與光子芯片相耦合的一端為錐形球面、楔形柱面、拋物面，該端的芯徑小于該透鏡光纖與所述單模輸入光纖和單模輸出光纖相連接處的芯徑。5.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述的光子芯片與所述的單模輸入光纖之間設置的模場轉換器是透鏡光纖，所述的透鏡光纖是一體形成在單模輸出光纖的與光子芯片相耦合的一端，所述的透鏡光纖與光子芯片相耦合的一端為錐形球面、楔形柱面、拋物面，該端的芯徑小于該透鏡光纖與所述單模輸入光纖和單模輸出光纖相連接處的芯徑；所述的光子芯片與所述的單模輸出光纖之間設置的場轉換器是采用熔融拉錐的方法在單模輸入光纖與光子芯片相耦合的一端拉錐形成的錐形體結構的熔融拉錐光纖所述錐形體結構的錐頂為平面，由該平面所形成的芯徑小于該熔融拉錐光纖與所述單模輸入光纖相連接處的芯徑。6.根據權利要求2或3或4所述的，其特征在于，所述的模場轉換器的與光子芯片相耦合端的錐度角為O到180°內的任意角度。7.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述的模場轉換器是由N個透鏡組成的透鏡組，其中N是大于等于I的整數。8.根據權利要求I所述的，其特征在于，所述的模場轉換器是由與光子芯片相耦合的分立透鏡和與所述的分立透鏡相接的球形透鏡光纖構成，所述的球形透鏡光纖的另一端連接單模輸入光纖/單模輸出光纖。9.根據權利要求2或3或4或5或7或8所述的，其特征在于，所述的光子芯片、熔融拉錐光纖、透鏡光纖以及透鏡的端本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種光子芯片與光纖的耦合方法，包括有光子芯片，分別設置在光子芯片的輸入端和輸出端的單模輸入光纖和單模輸出光纖，其特征在于，所述的光子芯片與所述的單模輸入光纖和單模輸出光纖之間分別設置有模場轉換器。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬衛東，周天宏，江雄，
申請(專利權)人：武漢光迅科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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