CN106461866B - 模斑转换器以及用于光传导的装置 - Google Patents

Abstract

一种模斑转换器（200），包括衬底层（201）；设置在衬底层（201）上方的第一覆盖层（202）；设置在衬底层（201）与第一覆盖层（202）之间的隔离层（203）；设置在第一覆盖层（202）内的波导（204），波导（204）沿中心轴线对称；其中，波导（204）包括等宽度的第一波导（301）、等宽度的第二波导（302）和第三波导（303），第三波导（303）的第一端与第一波导（301）的第一端和第二波导（302）的第一端连接，第一波导（301）、第二波导（302）和第三波导（303）构成的形状为Y形，并且沿着中心轴线的第一方向，第三波导（303）的宽度逐渐增加，第一波导（301）和第二波导（302）在第二方向之间的距离逐渐减小。该模斑转换器（200）能够用于实现光纤与光波导之间的模斑的大小的转换，并且使用该模斑转换器（200），能够减小光纤与光波导之间的耦合损耗。

Description

模斑转换器以及用于光传导的装置

技术领域

本发明实施例涉及光通信技术领域，并且更具体地，涉及一种模斑转换器以及用于光传导的装置。

背景技术

随着高速率、大容量的光通信技术的发展，在光集成器件中的一个关键技术是实现光波导和光纤的有效耦合。例如，光波导可以是硅基光子集成回路(PhotonicIntegrated Circuit，PIC)芯片。

光信号需要从单模光纤耦合到硅基PIC芯片中。但是，硅基PIC芯片的横截面尺寸在亚微米量级，而普通的单模光纤的直径在微米甚至十微米量级，也即，硅基PIC芯片的横截面尺寸比普通的单模光纤的芯径小很多。再者，硅基PIC芯片中的硅波导芯层的折射率比较高。也就是说，硅基PIC芯片与普通的单模光纤之间的模斑尺寸及有效折射率都是失配的，这种模场失配会导致两者之间的巨大的耦合损耗。

光波导和光纤之间的对准难度也很大，这两者之间的端对端的耦合损耗甚至可能大于26dB。这样，硅基PIC芯片的光输入和光输出问题是一个严峻的挑战。

目前，为减小光波导与光纤之间的耦合损耗的一种方式是端面耦合。端面耦合是在硅基PIC芯片的边缘设计并制作模斑转换器，也可以理解为是在光波导和光纤之间加接一个模斑转换器。模斑转换器中的模斑与外部的单模光纤中的模场耦合，并且还能够将该模斑转换器中的模斑的尺寸改变。

目前，通常采用的模斑转换器有：正向锥形模斑转换器、反向锥形模斑转换器、多级锥形模斑转化器、多波导模斑转换器和三维锥形模斑转换器等。但是，采用这些结构的模斑转换器，硅基PIC芯片与单模光纤之间的耦合损耗仍然比较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种模斑转换器，能够减小光波导与光纤之间的耦合损耗。

第一方面，提供了一种模斑转换器，所述模斑转换器包括：

衬底层；

设置在所述衬底层上方的第一覆盖层，所述第一覆盖层采用第一材料；

设置在所述衬底层与所述第一覆盖层之间的隔离层，所述隔离层采用第二材料；

设置在所述第一覆盖层内的波导，所述波导沿中心轴线对称，所述波导采用第三材料；

其中，所述波导包括等宽度的第一波导、等宽度的第二波导和第三波导，所述第三波导的第一端与所述第一波导的第一端连接，并且所述第三波导的第一端与所述第二波导的第一端连接，所述第一波导、所述第二波导和所述第三波导构成的形状为Y形；

并且沿着所述中心轴线的第一方向，从所述第三波导的第一端至所述第三波导的第二端，所述第三波导的宽度逐渐增加，从所述第一波导的第二端至所述第一波导的第一端，所述第一波导和所述第二波导在第二方向之间的距离逐渐减小，所述第二方向位于所述波导所在的平面内且所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第二材料的折射率与所述第一材料的折射率之差的绝对值小于第一阈值，所述第三材料的折射率与所述第一材料的折射率之差大于第二阈值。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述衬底层的横截面形状为凹形，所述隔离层的横截面形状为凹形，所述第一覆盖层的横截面形状为长方形，所述模斑转换器还包括：

设置在所述衬底层的上方的第二覆盖层，所述第二覆盖层设置在所述隔离层的外侧，且所述第二覆盖层采用第一材料。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述波导还包括设置在所述第三波导上方的第四波导，

沿着所述第一方向，所述第四波导的宽度逐渐增加，并且在所述第三波导的第一端至所述第三波导的第二端之间的任一横截面上，所述第四波导的宽度小于所述第三波导的宽度。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第三波导的形状为等腰梯形，所述第四波导的形状为等腰三角形，所述第一波导和所述第二波导的形状为S形，

所述第四波导的长度等于所述第三波导的长度，所述第四波导与所述第三波导在所述第三波导的第二端对齐，所述第四波导在所述等腰三角形的底边所在的一端的宽度等于所述第三波导的第二端的宽度。

结合第一方面的第二种可能的实现方式或者第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述波导的长度为L1，所述第三波导和所述第四波导的长度为L2，所述第一波导、所述第二波导和所述第三波导的厚度为H1，所述第四波导的厚度为H2，所述第一波导和所述第二波导的宽度为W1，所述第三波导的第二端的宽度为W2，所述波导与所述隔离层的底面之间的距离为H3，其中，

0＜L1≤500μm，0＜L2≤200μm，0＜H1≤H1+H2≤400nm，H3＞5μm，0＜W1≤300nm，200nm≤W2≤600nm。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，L1＝300μm，L2＝100μm，H1＝120nm，H2＝100nm，W1＝180nm，W2＝500nm。

结合第一方面或者上述第一方面的任一可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述第一波导的第二端和所述第二波导的第二端之间的距离大于1μm且小于10μm。

结合第一方面或者上述第一方面的任一可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述波导还包括N支分叉波导，

所述N支分叉波导与所述第三波导的第一端连接，所述N支分叉波导与所述第一波导对齐，其中，N为正整数。

结合第一方面或者上述第一方面的任一可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述衬底层采用的材料为硅，所述第一材料为二氧化硅，所述第二材料为机油，所述第三材料为硅或氮化硅。

第二方面，提供了一种用于光传导的装置，所述装置包括：如第一方面或者第一方面的任一可能的实现方式所述的模斑转换器和光波导，所述模斑转换器用于将从光纤输入的光信号耦合至所述光波导中。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述模斑转换器通过所述第三波导的第二端与所述光波导连接，并且所述第三波导的第二端的宽度等于所述光波导的宽度。

结合第二方面或者第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，前述包括第四波导的模斑转换器的第三波导的厚度与第四波导的厚度之和等于所述光波导的厚度。

本发明实施例，提供了一种模斑转换器，该模斑转换器包括形成Y形的第一波导、第二波导和第三波导。该模斑转换器能够用于实现光纤与光波导之间的模斑的大小的转换，并且使用该模斑转换器，能够减小光纤与光波导之间的耦合损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的模斑转换器的示意图。

图2是本发明一个实施例的模斑转换器中的波导的平面图。

图3是本发明另一个实施例的模斑转换器的示意图。

图4是本发明另一个实施例的模斑转换器的波导的平面图。

图5是本发明另一个实施例的模斑转换器的a-a’所在横截面的端面图。

图6是本发明另一个实施例的模斑转换器的b-b’所在横截面的端面图。

图7是本发明另一个实施例的模斑转换器的c-c’所在横截面的端面图。

图8是本发明一个实施例的光场分布的示意图。

图9是本发明一个实施例的耦合损耗与波长的关系曲线图。

图10是本发明一个实施例的TE模式的耦合损耗与对准容差的关系曲线图。

图11是本发明一个实施例的TM模式的耦合损耗与对准容差的关系曲线图。

图12是本发明另一个实施例的模斑转换器中的波导的平面图。

图13是本发明一个实施例的用于光传导的装置的示意图。

图14是本发明一个实施例的用于光传导的装置中的波导的平面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一个实施例的模斑转换器的示意图。图1所示的模斑转换器200包括：

衬底层201；

设置在衬底层201上方的第一覆盖层202，第一覆盖层采用第一材料；

设置在衬底层201与第一覆盖层202之间的隔离层203，隔离层采用第二材料；

设置在第一覆盖层内的波导204，波导204沿中心轴线对称，波导204采用第三材料。

其中，波导204可如图2所示，中心轴线以点画线表示。具体地，波导204包括等宽度的第一波导301、等宽度的第二波导302和第三波导303，第三波导303的第一端与第一波导301的第一端和第二波导302的第一端连接，第一波导301、第二波导302和第三波导303构成的形状为Y形。并且沿着所述中心轴线的第一方向，第三波导303的宽度逐渐增加，第一波导301和第二波导302在第二方向之间的距离逐渐减小，第二方向与第一方向垂直；第二材料的折射率与第一材料的折射率之差的绝对值小于第一阈值，第三材料的折射率与第一材料的折射率之差大于第二阈值。

本发明实施例，提供了一种模斑转换器，该模斑转换器包括形成Y形的第一波导、第二波导和第三波导。该模斑转换器能够用于实现光纤与光波导之间的模斑的大小的转换，并且使用该模斑转换器，能够减小光纤与光波导之间的耦合损耗。

本发明实施例中，模斑转换器可加接在光波导的一端。具体地，模斑转换器可通过第三波导的第二端与光波导连接。本发明实施例对模斑转换器与光波导之间的连接方式不作限定。例如，可以将第三波导的第二端与光波导直接连接，或者也可以通过一个长方形波导将第三波导的第二端与光波导连接，本发明对此不作限定。

本发明实施例中，假设光波导的横截面为长方形，且光波导的宽度为W4，高度为H4。

应注意，本发明实施例中，横截面是指与长度方向垂直的截面。也可理解横截面是与第一方向垂直的截面。

可选地，本发明实施例中，如图1所示，衬底层201的横截面形状为凹形，隔离层203的横截面形状为凹形，第一覆盖层202的横截面形状为长方形，模斑转换器200还可包括设置在衬底层201的上方的第二覆盖层205，第二覆盖层205设置在隔离层203的外侧，且第二覆盖层205采用第一材料。

可理解，隔离层203可以是深刻蚀一个U形槽，并在该U形槽填充第二材料所形成的。其中隔离层203的长度可以小于或者等于衬底层201的长度，本发明对此不作限定。

当隔离层203的长度小于衬底层201的长度时，可理解第一覆盖层202第二覆盖层205可共同构成U形和悬臂部分。

具体地，图1中所示的斑模转换器200中，隔离层203的长度等于衬底层201的长度。

为描述方便，图2中同时示出了Oxz坐标系，可理解第一方向为z轴的正方向。并且第三波导303沿着z轴正方向的宽度逐渐增加。

可选地，第一波导301和第二波导302的形状可以是直线，也可以是曲线，本发明对此不作限定。例如，可以是C形或S形。

可选地，如图2所示，第三波导303的形状为等腰梯形。或者，可选地，第三波导303沿z轴方向的轮廓也可以是弧线，本发明对此不作限定。

另外，假设波导204的长度为L1，第三波导303的长度为L2。假设第一波导301和第二波导302的宽度为W1，第三波导303的第二端的宽度为W2。假设第一波导301、第二波导302和第三波导303的厚度均为H1。假设波导204距离隔离层的底面之间的距离为H3。可理解，本发明实施例中，长度是在坐标轴的z轴方向上的尺寸，宽度是在坐标轴的x轴方向上的尺寸，相应地，厚度是在坐标轴的y轴方向(即图2的出面方向)上的尺寸。

那么，可理解，对图1和图2中的波导204，第三波导303的第二端的宽度W2可等于光波导的宽度W4，即W2＝W4。第三波导303的厚度H1可等于光波导的厚度H4，即H1＝H4。

其中，上述各个参数的范围可以为：H3＞5μm，0＜H1≤400nm，0＜L1≤500μm，0＜L2≤200μm，且L2＜L1，0＜W1≤300nm，200nm≤W2≤600nm。

另外，第一波导301的第二端和第二波导302的第二端之间的距离可以为几微米或十几微米，本发明对此不作限定。可选地，该距离可以大于0.5μm且小于10μm。例如，该距离可以为1.2μm。

可选地，波导204还可包括N支分叉波导，该N支分叉波导与第三波导的第一端连接，并且该N支分叉波导与第一波导301对齐。其中，N为正整数。可理解，该N支分叉波导的长度等于第一波导301的长度。可选地，该N支分叉波导是等宽度的，且该N支分叉波导的宽度可等于第一波导301的宽度。

可选地，图1中所示的模斑转换器200中，衬底层201采用的材料可以第一材料可以为二氧化硅，第二材料可以为机油，第三材料可以为硅或者氮化硅。

或者，第二材料也可以为其他的润滑油等。

应注意，本发明实施例对第一阈值和第二阈值的大小不作限定，一般地，第一阈值小于第二阈值。例如第一阈值可以为0.3，第二阈值可以为1.8。本发明对此不作限定。

本发明实施例中，衬底层201用于支撑波导204。第一覆盖层202用于限制波导204中的光模式。隔离层203用于保证波导204中的光模式远离衬底层201。

应注意，本发明实施例对衬底层201的厚度、第一覆盖层202的厚度、第二覆盖层205的厚度和隔离层203的厚度不作具体限定。

可选地，本发明实施例中，衬底层201的长度等于覆盖层202的长度，且衬底层201的长度可以等于波导204的长度。

可理解，本发明实施例中，波导204可以是对一块材料进行加工形成的，例如，波导204可以是对第三材料通过光刻工艺成型加工而成的。

这样，对于如图1所示的模斑转换器200，当光纤的输出光信号从悬臂部分输入该模斑转换器200时，光能量可分布在第一波导301和第二波导302之间，随后光能量可缓慢地耦合进入第三波导303，并进一步将光信号输出至后方的光波导中。

同样地，对于如图1所示的模斑转换器200，当光波导的输出光信号从第三波导303输入该模斑转换器200时，可通过第一波导301和第二波导302之间的光场，将光信号输出至光纤中。

在图1所示的模斑转换器200的基础上，其中的波导204还可进一步包括第四波导。如图3所示，是本发明另一个实施例的模斑转换器的示意图。图3所示的模斑转换器300包括衬底层201；设置在衬底层201上方的第一覆盖层202，第一覆盖层采用第一材料；设置在衬底层201与第一覆盖层202之间的隔离层203，隔离层采用第二材料；设置在第一覆盖层内的波导204’，波导204’沿中心轴线对称，波导204’采用第三材料。

其中，波导204’可如图4所示，中心轴线以点画线表示。具体地，波导204’包括等宽度的第一波导301、等宽度的第二波导302和第三波导303，第三波导303的第一端与第一波导301的第一端和第二波导302的第一端连接，第一波导301、第二波导302和第三波导303构成的形状为Y形。并且沿着所述中心轴线的第一方向，第三波导303的宽度逐渐增加，第一波导301和第二波导302在第二方向之间的距离逐渐减小，第二方向与第一方向垂直；第二材料的折射率与第一材料的折射率之差的绝对值小于第一阈值，第三材料的折射率与第一材料的折射率之差大于第二阈值。

波导204’还包括设置在第三波导303上方的第四波导304。沿着所述第一方向，第四波导304的宽度逐渐增加，并且在第三波导303的第一端至第三波导303的第二端之间的任一横截面上，第四波导304的宽度小于第三波导303的宽度。

这样，本发明实施例中，斑模转换器300可通过第三波导303的第二端以及第四波导304的第二端与光波导连接。本发明实施例对模斑转换器与光波导之间的连接方式不作限定。

应注意，本发明实施例中，为避免重复，与图1和图2中具有相同标号的部分，这里不再赘述。

可选地，本发明实施例中，第四波导304的形状可以为等腰三角形。该第四波导304的长度可以小于或等于第三波导303的长度。第四波导304的等腰三角形的底边所在的一端与第三波导303的第二端对齐，并且第四波导304在等腰三角形的底边所在的一端的宽度可以等于第三波导303的第二端的宽度。

另外，假设光波导的横截面为长方形，且光波导的宽度为W4，高度为H4。

假设波导204’的长度为L1，第三波导303的长度为L2。假设第一波导301和第二波导302的宽度为W1，第三波导303的第二端的宽度为W2。假设第一波导301、第二波导302和第三波导303的厚度均为H1。假设第四波导的厚度为H2。假设波导204’距离隔离层的底面之间的距离为H3。可理解，本发明实施例中，长度是在坐标轴的z轴方向上的尺寸，宽度是在坐标轴的x轴方向上的尺寸，相应地，厚度是在坐标轴的y轴方向(即图2的出面方向)上的尺寸。

如果假设第四波导304在宽度较小的一端为第四波导304的第一端，假设第四波导304在宽度较大的一端为第四波导304的第二端，那么，第四波导304的第二端的宽度可以为W2。

那么，可理解，对图3和图4中的波导204’，第三波导303的第二端的宽度W2可等于光波导的宽度W4，即W2＝W4。第三波导303的厚度H1与第四波导304的厚度H2之后可等于光波导的厚度H4，即H1+H2＝H4。

其中，上述各个参数的范围可以为：H3＞5μm，0＜H1＜H1+H2≤400nm，0＜L1≤500μm，0＜L2≤200μm，且L2＜L1，0＜W1≤300nm，200nm≤W2≤600nm。

另外，第一波导301的第二端和第二波导302的第二端之间的距离可以为几微米或十几微米，本发明对此不作限定。可选地，该距离可以大于0.5μm且小于10μm。例如，该距离可以为1.2μm。

可选地，图4所示的波导204’可以是对第三材料进行多次光刻形成的。

为了进一步清楚地描述本发明实施例中的模斑转换器300，图5至图7模斑转换器300的横截面的端面图。

图5所示的端面图是沿图3中的a-a’所在横截面的端面图。其中，示出了第一波导301和第二波导302的厚度为H1，宽度为W1，与隔离层的底面的距离为H3。并且，假设a-a’所在横截面的平面为x-y平面，图5中还示出了Oxy坐标系，其中第一波导301和第二波导302相对于y轴对称，并且x轴为第一波导的对称轴，x轴为第二波导的对称轴。

图6所示的端面图是沿图3中的b-b’所在横截面的端面图。其中，示出了第三波导303的厚度为H1，与隔离层的底面的距离为H3。第四波导304的厚度为H2。

图7所示的端面图是沿图3中的c-c’所在横截面的端面图。其中，示出了波导204’的厚度为H4，与隔离层的底面的距离为H3，宽度为W2。并且H4＝H1+H2。可理解，c-c’所在横截面为第三波导303的第二端和第四波导304的第二端所在的横截面。

可选地，作为一个实施例，当光波导的宽度W4＝500nm且光波导的厚度H4＝220nm时，图3至图7中的模斑转换器300的各个参数可以取值如表一所示。

表一

参数	H1	H2	H3	G
					取值	120nm	100nm	10μm	1.2μm
参数	L1	L2	W1	W2
					取值	300μm	100μm	180nm	500nm

这样，本发明实施例提供了一种模斑转换器，该模斑转换器包括形成Y形的第一波导、第二波导和第三波导，以及设置在第三波导上方的第四波导。该模斑转换器能够用于实现光纤与光波导之间的模斑的大小的转换，并且使用该模斑转换器，能够减小光纤与光波导之间的耦合损耗。

举例来说，若将图3所示的模斑转换器300置于光纤与光波导之间，那么从光纤输出的光信号可耦合至模斑转换器300中，在第一波导和第二波导之间有光场分布，随后光信号可耦合至第三波导和第四波导中，进一步再耦合至后方的光波导中。

可选地，作为一例，模斑转换器的各个参数采用如表一所示的值，图8所示为采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain，FDTD)方法得到的光场分布的示意图。其中光纤501为SMF-28单模光纤，该SMF-28单模光纤的外径大小为125μm，内径大小为8.2μm。

从光纤501输出的光信号的模场如图8(a)所示，也可理解是模斑转换器300的输入光信号的模场，其模斑的直径约为10μm。应注意，图8(a)所示的为光纤501的横截面的光场分布。

图8(b)为模斑转换器300的波导204’中的光场分布。其中，第一波导和第二波导之间的光场强度比第三波导和第四波导中的光场强度弱。应注意，图8(b)所示的为波导204’的纵截面的光场分布。

图8(c)为与模斑转换器300连接的后方光波导502的输入光信号的模场，也可理解是模斑转换器300的输出光信号的模场，其模斑的尺寸约为500nm×220nm。应注意，图8(c)所示的为光波导502的横截面的光场分布。

这样，通过模斑转换器300，将光纤501中微米量级的模斑转换为光波导中亚微米量级的模斑。

应注意，图8中的模斑转换器300只示意性地以波导204’表示。

并且，使用该模斑转换器能够减小光纤与光波导之间的耦合损耗。图9示出了耦合损耗与波长的关系曲线图。其中波长范围为C波段，即1.53μm-1.565μm。对电场横波(Transverse Electric，TE)的耦合损耗小于1.2dB，对磁场横波(Transverse Magnetic，TM)的耦合损耗小于1.5dB。

同时，使用该模斑转换器的对准容差较大。具体地，对准容差是光纤的轴线与图5所示的坐标轴之间的偏移。其中，对准容差也可称为光纤对准容差。

具体地，图10示出了波长为1.547μm时，针对TE模式的耦合损耗与对准容差的关系曲线图。图11示出了波长为1.547μm时，针对TM模式的耦合损耗与对准容差的关系曲线图。

从图10和图11可以看出，耦合损耗小于3dB时的对准容差范围如表二所示。其中，对准容差均大于3μm。

表二

	x轴	y轴
			TE模	+/-3.4μm	+/-3.2μm
TM模	+/-3.0μm	+/-3.5μm

可见，采用本发明实施例提供的模斑转换器，具有较大的对准容差。也就是说，采用本发明实施例提供的模斑转换器，能够减小光纤与斑模转换器之间的对准要求。

可理解，在上述实施例中，模斑转换器中的波导204或波导204’为对称结构，对称面为与宽度方向垂直的平面，也可理解对称面为y-z平面。可选地，上述实施例中的204’还可包括与第三波导303的第一端连接的N支分叉波导，该N支分叉波导与第一波导301对齐。其中，N为正整数。可理解，该N支分叉波导的长度等于第一波导301的长度。可选地，该N支分叉波导是等宽度的，且该N支分叉波导的宽度可等于第一波导301的宽度。

例如，图12示出了另一实施例的波导的纵截面示意图。包括N＝2支分叉波导：第五波导305和第六波导306。其中，第五波导305和第六波导306相对于y轴对称。其中y轴为图12的出面方向，与图5中的y轴一致。

图13是本发明一个实施例的用于光传导的装置，图13所示的装置包括模斑转换器1401和光波导1402。

模斑转换器1401用于将从光纤输入的光信号耦合至光波导1402中。其中模斑转换器1401可以是前述任一实施例模斑转换器，例如可以是模斑转换器200或者模斑转换器300。

这样，本发明实施例提供了一种用于光传导的装置，该装置包括模斑转换器和光波导，其中模斑转换器将从外部光纤输入的光信号耦合至光波导中，并且耦合损耗较小。

并且，该装置与光纤的对准容差比较大，具体描述可参见前述实施例，为避免重复，这里不再赘述。

参见前述实施例，模斑转换器1401包括波导，该波导至少包括第一波导、第二波导和第三波导。模斑转换器1401可通过所述第三波导的第二端与光波导1402连接，并且所述第三波导的第二端的宽度等于光波导1402的宽度。

可选地，作为一个实施例，模斑转换器1401的波导的厚度可等于光波导1402的厚度，例如，模斑转换器1401为前述实施例中的模斑转换器200。

可选地，作为另一个实施例，模斑转换器1401还包括设置在第三波导上方的第四波导，此时模斑转换器1401的第三波导的厚度与第四波导的厚度之和可等于光波导1402的厚度，例如，模斑转换器1401为前述实施例中的模斑转换器300。

假设模斑转换器1401为前述实施例中的模斑转换器300，图14示出了本发明一个实施例的用于光传导的装置中的波导的平面图。可理解，图14包括模斑转换器300中的波导204’以及光波导1402。

本发明实施例中，光波导1402与模斑转换器1401中的波导采用的材料相同，均为第三材料。例如，第三材料可以为硅或者氮化硅。

应注意，本发明只给出了模斑转换器的部分实施例，本领域普通技术人员在上述实施例的基础上，所获得的其他实施例，也应在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种模斑转换器，其特征在于，所述模斑转换器包括：

衬底层；

设置在所述衬底层上方的第一覆盖层，所述第一覆盖层采用第一材料；

设置在所述衬底层与所述第一覆盖层之间的隔离层，所述隔离层采用第二材料；

设置在所述第一覆盖层内的波导，所述波导沿中心轴线对称，所述波导采用第三材料；

其中，所述波导包括等宽度的第一波导、等宽度的第二波导和第三波导，所述第三波导的第一端与所述第一波导的第一端连接，并且所述第三波导的第一端与所述第二波导的第一端连接，所述第一波导、所述第二波导和所述第三波导构成的形状为Y形；

并且沿着所述中心轴线的第一方向，从所述第三波导的第一端至所述第三波导的第二端，所述第三波导的宽度逐渐增加，从所述第一波导的第二端至所述第一波导的第一端，所述第一波导和所述第二波导在第二方向之间的距离逐渐减小，所述第二方向位于所述波导所在的平面内且所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第二材料的折射率与所述第一材料的折射率之差的绝对值小于第一阈值，所述第三材料的折射率与所述第一材料的折射率之差大于第二阈值。

2.根据权利要求1所述的模斑转换器，其特征在于，所述衬底层的横截面形状为凹形，所述隔离层的横截面形状为凹形，所述第一覆盖层的横截面形状为长方形，所述模斑转换器还包括：

设置在所述衬底层的上方的第二覆盖层，所述第二覆盖层设置在所述隔离层的外侧，且所述第二覆盖层采用第一材料。

3.根据权利要求2所述的模斑转换器，其特征在于，所述波导还包括设置在所述第三波导上方的第四波导，

沿着所述第一方向，所述第四波导的宽度逐渐增加，并且在所述第三波导的第一端至所述第三波导的第二端之间的任一横截面上，所述第四波导的宽度小于所述第三波导的宽度。

4.根据权利要求3所述的模斑转换器，其特征在于，所述第三波导的形状为等腰梯形，所述第四波导的形状为等腰三角形，所述第一波导和所述第二波导的形状为S形，

所述第四波导的长度等于所述第三波导的长度，所述第四波导与所述第三波导在所述第三波导的第二端对齐，所述第四波导在所述等腰三角形的底边所在的一端的宽度等于所述第三波导的第二端的宽度。

5.根据权利要求3或4所述的模斑转换器，其特征在于，所述波导的长度为L1，所述第三波导和所述第四波导的长度为L2，所述第一波导、所述第二波导和所述第三波导的厚度为H1，所述第四波导的厚度为H2，所述第一波导和所述第二波导的宽度为W1，所述第三波导的第二端的宽度为W2，所述波导与所述隔离层的底面之间的距离为H3，其中，

0<L1≤500μm，0<L2≤200μm，0<H1≤H1+H2≤400nm，H3>5μm，0<W1≤300nm，200nm≤W2≤600nm。

6.根据权利要求5所述的模斑转换器，其特征在于，

L1＝300μm，L2＝100μm，H1＝120nm，H2＝100nm，W1＝180nm，W2＝500nm。

7.根据权利要求1至4任一项所述的模斑转换器，其特征在于，所述第一波导的第二端和所述第二波导的第二端之间的距离大于1μm且小于10μm。

8.根据权利要求1至4任一项所述的模斑转换器，其特征在于，所述波导还包括N支分叉波导，

所述N支分叉波导与所述第三波导的第一端连接，所述N支分叉波导与所述第一波导对齐，其中，N为正整数。

9.根据权利要求1至4任一项所述的模斑转换器，其特征在于，所述衬底层采用的材料为硅，所述第一材料为二氧化硅，所述第二材料为机油，所述第三材料为硅或氮化硅。

10.一种用于光传导的装置，其特征在于，所述装置包括：如权利要求1至9任一项所述的模斑转换器和光波导，

所述模斑转换器用于将从光纤输入的光信号耦合至所述光波导中。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述模斑转换器通过所述第三波导的第二端与所述光波导连接，并且所述第三波导的第二端的宽度等于所述光波导的宽度。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，权利要求3至6任一项所述的第三波导的厚度与第四波导的厚度之和等于所述光波导的厚度。