CN110045464B - 基于椭圆多模干涉的垂直水平双功能耦合器 - Google Patents

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Abstract

一种基于椭圆多模干涉的垂直水平双功能耦合器，包括：椭圆多模干涉仪和分别与之相连的用来进行垂直耦合的光栅耦合器、用来进行端面耦合的端面耦合器，其中：光栅耦合器和端面耦合器分时使用，椭圆多模干涉仪针对一条主输入波导进行优化或者针对两条通道平衡。本发明既可以满足硅晶圆加工过程中的测试，又不会影响最后封装时的效果。

Description

基于椭圆多模干涉的垂直水平双功能耦合器
技术领域
本发明涉及的是一种光通信领域的技术，具体涉及一种用于硅基光电子芯片的无源式端面/垂直耦合的系统。
背景技术
目前主流的光纤-硅芯片波导耦合方案包括利用硅基的模斑转换器或利用绝热耦合条件来实现的端面耦合方案，以及利用光栅的衍射性质来实现的垂直耦合方案。其中端面耦合方案具有封装尺寸要求小，耦合效率高等优点，有利于大规模生产。而垂直耦合方案则具有摆放位置灵活，能够在硅晶圆加工时就进行测试的优点，多在实验室环境下使用，便于研发与测试。但目前尚无将两种耦合方式在同一个光芯片上进行组合使用于同一套光学系统的技术。
发明内容
本发明针对现有耦合技术存在的上述不足，提出了一种基于椭圆多模干涉(Multi-Mode Interference，MMI)的垂直水平双功能耦合器，既可以满足硅晶圆加工过程中的测试，又不会影响最后封装时的效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：椭圆多模干涉仪和分别与之相连的用来进行垂直耦合的光栅耦合器、用来进行端面耦合的端面耦合器，其中：光栅耦合器和端面耦合器分时使用，椭圆多模干涉仪针对一条主输入波导进行优化或者针对两条通道平衡。
技术效果
与现有技术相比，本发明可以为非对称型MMI与对称型MMI两种实现，其中非对称MMI的实现可以让端面耦合的时候光能量经过MMI后的损耗低于4％，垂直耦合的时通过MMI的光能量损耗低于25％；对称型MMI的实现可以让两个通道都能够以光能量损耗低于5％的水平进行传导。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：a为针对一条主要输入波导进行优化，b为两条通道平衡的类型，1光栅耦合器、2端面耦合器、3椭圆多模干涉仪、4光学系统；
图2为本发明的非对称椭圆多模干涉仪示意图，其中针对主要输入波导的插入损耗做了优化；
图中：301主输入波导、302次输入波导、303输出波导；
图3为本发明的对称椭圆多模干涉仪示意图；
图中：304第一输入波导、305第二输入波导、306输出波导；
图4为本发明的非对称椭圆多模干涉仪的插入损耗曲线；
图5为本发明的对称椭圆多模干涉仪的插入损耗曲线。
具体实施方式
如图1a和图1b所示，本实施例包括：椭圆多模干涉仪3和分别与之相连的用来进行垂直耦合的光栅耦合器1、用来进行端面耦合的端面耦合器2以及设置于硅基芯片上的光学系统4，其中：光栅耦合器1和端面耦合器2分时使用，椭圆多模干涉仪针对一条主输入波导301进行优化或者针对两条通道304、305平衡。
如图2、图3所示，该椭圆多模干涉仪3的设计参数包括：主输入波导的宽度、主输入波导插入椭圆区域的角度与位置、次输入波导的宽度、次输入波导插入椭圆区域的角度与位置、输出波导的宽度、输出波导插入椭圆区域的角度与位置以及椭圆区域的长轴长度与短轴长度。
如图1a和图2所示，当所述椭圆多模干涉仪3针对一条主要输入波导优化的类型采用使端面耦合方案以不足4％的损耗通过，或可以使垂直耦合方案以不足25％的损耗通过，本实施例椭圆多模干涉仪包括主输入波导301、次输入波导302、椭圆形多模干涉仪3以及输出波导303，椭圆多模干涉仪3的长轴长15.82微米，短轴长2.26微米，主输入波导301的宽度为0.45微米，在Y方向上负偏置0.125微米，次输入波导302宽度为0.45微米，与主输入波导301呈11.50°角，波导边缘距离椭圆多模干涉仪3中心点7.86微米，输出波导303宽度为0.6微米，在Y方向上正偏置0.2微米。
如图1b和图3所示，当所述椭圆多模干涉仪3为两条通道平衡的类型采用每条波导同路通过椭圆形多模干涉仪之后的损耗小于等于5％，椭圆多模干涉仪3的长轴长10.4微米，短轴长0.95微米，输入波导304、305宽度为0.45微米，对称相互呈9°角，输出波导306宽度为0.6微米，在Y方向上没有偏置。
本实施例的椭圆多模干涉仪可以通过结构设计来针对其中一条波导的损耗，亦可以设计为椭圆长轴对称的结构来让每一条通道拥有相等的损耗。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种基于椭圆多模干涉的垂直水平双功能耦合器，其特征在于，包括：椭圆多模干涉仪和分别与之相连的用来进行垂直耦合的光栅耦合器、用来进行端面耦合的端面耦合器，其中：光栅耦合器和端面耦合器分时使用，椭圆多模干涉仪针对一条主输入波导进行优化或者针对两条通道平衡；
所述的垂直水平双功能耦合器进一步包括：主输入波导、次输入波导，其中：光栅耦合器和端面耦合器分别通过主输入波导和次输入波导与椭圆多模干涉仪相连。
2.根据权利要求1所述的垂直水平双功能耦合器，其特征是，所述的优化是指：使端面耦合方案以不足4％的损耗通过，或使垂直耦合方案以不足25％的损耗通过。
3.根据权利要求1或2所述的垂直水平双功能耦合器，其特征是，具体包括：主输入波导、次输入波导、椭圆形多模干涉仪以及输出波导，椭圆多模干涉仪的长轴长15.82微米，短轴长2.26微米，主输入波导的宽度为0.45微米，在Y方向上负偏置0.125微米，次输入波导宽度为0.45微米并与主输入波导呈11.50°角，次输入波导的波导边缘距离椭圆多模干涉仪中心点7.86微米，输出波导宽度为0.6微米，在Y方向上正偏置0.2微米。
4.根据权利要求1所述的垂直水平双功能耦合器，其特征是，所述的平衡是指：每条波导同路通过椭圆形多模干涉仪之后的损耗小于等于5％。
5.根据权利要求1或4所述的垂直水平双功能耦合器，其特征是，具体包括：所述的椭圆多模干涉仪的长轴长10.4微米，短轴长0.95微米，主输入波导和次输入波导宽度均为0.45微米，对称设置且相互呈9°角，输出波导宽度为0.6微米，在Y方向上没有偏置。
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