CN111239895A - 一种波导耦合结构及光发射器系统 - Google Patents

一种波导耦合结构及光发射器系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种波导耦合结构及光发射器系统，该波导耦合结构波导芯结构和第一包层，波导芯结构的耦合结构呈矩形面的第一纵截面面积沿着所述耦合结构在长度方向呈由小到大变化；耦合结构的横截面呈第一对边平行、且呈曲线变化的第二对边沿着横截面的中垂线对称的四边形；且传导结构的一端面与耦合结构的连接面共面，波导芯结构嵌入在第一包层内，且耦合结构的小端面与第一包层的一端面共面，传导结构的另一端面与第一包层的另一端面共面。可见，应用本实施例提供的技术方案，能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。

Description

一种波导耦合结构及光发射器系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种波导耦合结构及光发射器系统。
背景技术
平面光波导技术是通过一个平面衬底，将光波导制作于其中，并在波导中传输光信号的一种技术。利用平面光波导技术生产出的器件具有体积小、损耗低、集成度高、便于规模生产等优点，因此，平面光波导技术被广泛应用于光通信系统中。如何利用硅光集成技术研制出高带宽、低成本和高集成度的高速光模块已成为迫切需求。
目前，在硅光芯片上已经实现了高速率硅光调制器、高速率探测器、低损耗传输波导和波分复用等无源硅光器件的制作。并且实现了通过同一个硅光芯片上集成各个功能器件实现单路40Gbit/s或者100Gbit/s的信息传输。
激光器是硅光芯片的光源，由于硅材料本身不能发光，因此如何将激光器与硅光芯片集成是研究收发光模块的关键。基于此，现有技术通过透镜耦合系统来提高耦合效率，即在光源与硅光芯片之间插入一种透镜耦合系统，从而对光源发出的光束进行变换，然而若要实现波分复用，还要将透镜耦合系统所包括的光输入端口、多个透镜组、波分复用器件以及探测器之间的光路进行耦合封装，可见，将上述多个器件进行光路耦合，是一个难度极大的任务，进而导致激光器和硅光芯片的光耦合效率较低，同时还违背了光器件向小型化、集成化发展的目标。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种波导耦合结构及光发射器系统，以能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。
具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了第一种波导耦合结构，所述波导耦合结构包括：波导芯结构和折射率低于所述波导芯结构的折射率的第一包层；
其中，所述波导芯结构包括：耦合结构和传导结构；
所述耦合结构为呈六面体的条状结构，且所述耦合结构呈矩形面的第一纵截面面积沿着所述耦合结构在长度方向呈由小到大变化；所述耦合结构的横截面呈第一对边平行、且呈曲线变化的第二对边沿着所述横截面的中垂线对称的四边形；
所述传导结构为长方体结构；
所述传导结构的一端面与所述耦合结构的连接面共面，其中，所述连接面为与所述第一纵截面平行的大端面；
所述波导芯结构嵌入在所述第一包层内，且所述耦合结构的小端面与所述包层的一端面共面，所述传导结构的另一端面与所述第一包层的另一端面共面。
本发明的一个实施例中，所述横截面的第二对边为符合呈抛物线型变化的边。
本发明的一个实施例中，所述横截面的第二对边符合呈指数型变化的边。
本发明的一个实施例中，所述横截面的第二对边符合呈预设曲线型变化的边，所述曲线型为第一预设长度的抛物线型或指数线型的与第二预设长度的直线型过渡连接构成的线型。
本发明的一个实施例中，所述耦合结构和传导结构1-2的制作材料均为二氧化硅。
第二方面，本发明实施例提供了第二种波导耦合结构，所述波导耦合结构包括：主波导芯结构、至少一个副波导芯结构和折射率均低于所述主波导芯结构的折射率和所述副波导芯结构的折射率的第二包层；
其中，所述主波导芯结构为长方体结构；
所述副波导芯结构为与上述任一实施例所述的波导芯结构相同的结构；
所述主波导芯结构和所述副波导芯结构均固定嵌在所述第二包层内，且所述副波导芯结构的大端面、所述主波导芯结构的一端面均与所述第二包层的一端面共面，所述主波导芯结构的另一端面与所述第二包层的另一端面共面，其中，所述副波导芯结构按照预设的放置方式置于所述主波导芯结构的同侧，且所述副波导芯结构的长度小于所述主波导芯结构的长度，所述放置方式为各个所述副波导芯结构的长度方向与所述主波导芯结构的长度方向均呈同一方向、且相邻所述副波导芯结构间隔第一预设距离并沿着所述主波导芯结构的宽度方向排成一排。
本发明的一个实施例中，所述主波导芯结构与所述副波导芯结构间隔第二预设距离。
本发明的一个实施例中，所述主波导芯结构的制作材料为二氧化硅，或/和，所述副波导芯结构的制作材料为氮化硅。
第三方面，本发明实施例提供一种光发射器系统，所述系统包括：包括第一种波导耦合结构的任一实施例所述的波导耦合结构、至少一个有源器件和平面光波导器件；
其中，每一所述有源器件置于所述平面光波导器件的输入侧，其中，每一所述有源器件以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件的输入波导端直接耦合；所述对应方式为所述有源器件、所述波导耦合结构和所述输入波导端均呈一一对应方式。
第四方面，本发明实施例提供一种光发射器系统，所述系统包括：包括第二种波导耦合结构的任一实施例所述的波导耦合结构、至少一个有源器件和平面光波导器件；
其中，每一所述有源器件置于所述平面光波导器件的输入侧，其中，每一所述有源器件以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件的输入波导端直接耦合；所述对应方式为所述有源器件、所述波导耦合结构和所述输入波导端均呈一一对应方式。
本发明实施例提供一种波导耦合结构及光发射器系统，该波导耦合结构波导芯结构和第一包层，传导结构的一端面与耦合结构的连接面共面，波导芯结构嵌入在第一包层内，且耦合结构的小端面与第一包层的一端面共面，传导结构的另一端面与第一包层的另一端面共面。相对于现有技术而言，本发明实施例不再使用透镜耦合系统，也就无须对透镜耦合系统所包括的各个器件间的光路进行耦合封装，而在本发明的实施例中，光信号进入本实施例的耦合结构时，能够使得光信号进入由小到大变化的第一纵截面，与，呈曲线变化的第二对边构成的横截面所构成的耦合结构后的有效折射率变化地相对缓慢，并通过传导结构输出，进而使得光信号损耗小，从而能够提高光耦合效率。可见，应用本实施例提供的技术方案，能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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。
图1a为本发明实施例提供的第一种波导耦合结构的俯视剖面示意图；
图1b为本发明实施例提供的第一种波导耦合结构的主视剖面示意图；
图1c为本发明实施例提供的第一种波导耦合结构的左视剖面示意图；
图2为本发明实施例提供的耦合结构的第一种横截面所在截面的示意图；
图3为本发明实施例提供的耦合结构的第二种横截面所在截面的示意图；
图4为本发明实施例提供的耦合结构的第三种横截面所在截面的示意图；
图5a为本发明实施例提供的第二种波导耦合结构在第一种情况下的俯视剖面示意图；
图5b为本发明实施例提供的第二种波导耦合结构在第一种情况下的主视剖面示意图；
图5c为本发明实施例提供的第二种波导耦合结构在第一种情况下的左视剖面示意图；
图6a为本发明实施例提供的第二种波导耦合结构在第二种情况下的主视剖面示意图；
图6b为本发明实施例提供的第二种波导耦合结构在第二种情况下的左视剖面示意图；
图7为本发明实施例提供的多通道发射器系统的结构示意图。
其中，1-波导芯结构；2-第一包层；3-主波导芯结构；4-副波导芯结构；5-第二包层；6-有源器件；7-平面光波导器件；8-第一波导耦合结构；1-1-耦合结构；1-2-传导结构；1-1-1-第一纵截面；1-1-2-横截面；1-1-2-1-第一对边；1-1-2-2-第二对边；7-1-阵列波导光栅器；7-2-光纤输出接口；7-1-1-输入信道波导；7-1-2-输入平板波导；7-1-3-阵列波导；7-1-4-输出平板波导；7-1-5-输出信道波导。
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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动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。
参见图1a～1c，图1a～1c分别为本发明实施例提供的第一种波导耦合结构8的三视剖面结构示意图，该波导耦合结构包括：波导芯结构1和折射率低于所述波导芯结构1的折射率的第一包层2；
其中，上述波导芯结构1包括：耦合结构1-1和传导结构1-2；
上述耦合结构1-1为呈六面体的条状结构，且上述耦合结构1-1呈矩形面的第一纵截面1-1-1面积沿着上述耦合结构1-1在长度方向呈由小到大变化；该耦合结构1-1的横截面1-1-2呈第一对边1-1-2-1平行、且呈曲线变化的第二对边1-1-2-2沿着该横截面1-1-2的中垂线对称的四边形；
该传导结构1-2为长方体结构；
该传导结构1-2的一端面与所述耦合结构1-1的连接面共面，其中，该连接面为与该第一纵截面1-1-1平行的大端面；
该波导芯结构1嵌入在上述第一包层2内，且该耦合结构1-1的小端面与上述第一包层2的一端面共面，上述传导结构1-2的另一端面与上述第一包层2的另一端面共面。
其中，上述第一纵截面1-1-1可以理解为在耦合结构1-1的纵向方向的一个切面；
上述横截面1-1-2可以理解为在耦合结构1-1的横向方向的一个切面，且纵向方向和横向方向相互垂直。
上述该耦合结构1-1沿着长度方向是平行于横截面1-1-2的方向。
上述耦合结构1-1的第一纵截面1-1-1面积沿着该耦合结构1-1的长度方向由小到大变化，且又因第一纵截面1-1-1是矩形，由此可见，横截面1-1-2的第二对边1-1-2-2沿着上述长度方向呈递增变化。
基于上述对第一纵截面1-1-1和横截面1-1-2的分析，且鉴于耦合结构1-1为呈六面体的条状结构，因此，该耦合结构1-1有两个纵截面和一个横截面1-1-2，则这两个纵截面分别记为第一纵截面1-1-1和第二纵截面，其中，第一纵截面1-1-1如图1c所示，第二纵截面如图1b所示，上述横截面1-1-2如图1a所示的面。
在耦合结构1-1中，与第一纵截面1-1-1平行的端面分别为大端面和小端面，则上述连接面就是大端面。
上述传导结构1-2的一端面与所述耦合结构1-1的连接面共面，可以理解为，上述连接面既属于传导结构1-2的端面，也属于耦合结构1-1的大端面，也就是说，传导结构的端面与耦合机构的连接面贴面固连。
有效折射率能够表征光信号进入波导耦合结构后的损耗，从而能够表征该波导耦合结构的耦合效率，也就是说，波导耦合结构中对光信号的有效折射率是光波导中的一个重要参数，其数值与光信号进入该波导耦合结构的截面形状和波导材料的折射率均有关，一旦波导的截面形状和材料确定，波导的有效折射率也就确定了。
可见，若要确定一个波导耦合结构的有效折射率，需要确定出波导耦合结构的材料以及该波导耦合结构中光信号所传播的截面形状。
基于上述分析，鉴于平面光波导器件7可在硅基二氧化硅(Silica-On-Silicon)材料上制作，即以硅片为衬底，以不同掺杂的二氧化硅材料为芯层和包层。本发明的一个实施例中，上述耦合结构1-1的材料和传导结构1-2的材料均可选用二氧化硅，以提高本实施例中波导耦合结构的有效折射率，进而降低集成了波导耦合结构后的器件的损耗，从而提高耦合效率。
另外，光信号在波导耦合结构的耦合结构的第一纵截面1-1-1传播，由于耦合结构1-1的各个第一纵截面1-1-1面积是呈现由小到大的变化，因此，光信号在该耦合结构1-1的第一纵截面1-1-1中传播的有效折射率高。
如果面积较小的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占比整个耦合结构1-1的整体长度低时，这些小面积构成的耦合段对应的有效折射率变化会较剧烈，进而会增大波导耦合结构后的器件的插入损耗。但是如果面积较大的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占比整个耦合结构1-1的整体长度高时，这些较大面积构成的耦合段对应的有效折射率变化不明显，其对于降低损耗作用也不明显，且这些较大面积构成的耦合段的长度较长，增大了整个耦合结构1-1的长度，不利于与其他器件的集成。
直线型的斜率均是随着斜率直线变化，若斜率大，则符合直线型变化的第二边构成的耦合结构1-1，会使有效折射率变化大，进而增大波导耦合结构后的器件的插入损耗。若斜率小，则符合直线型变化的第二对边1-1-2-2构成的耦合结构1-1，会使有效折射率变化不大，单用增大了整个耦合结构1-1的长度。可见，符合直线型变化的第二边构成的耦合结构1-1，不容受控，难以找到既能够减小波导耦合结构后的器件的插入损耗，又能够缩小整个耦合结构1-1的长度。基于此，本实施例选用的第二对边1-1-2-2呈曲线型变化，以使在容易可控范围内找到既符合减小波导耦合结构后的器件的插入损耗，又能够缩小整个耦合结构1-1的长度的第二对边1-1-2-2。
当该波导耦合结构应用在平面光波导技术时，该波导耦合结构的耦合结构的小端面用于与单模有源件以间隔第三预设距离耦合，以使单模有源件发射的光信号直接进入波导耦合结构中进行耦合；该波导耦合结构的传导结构1-2与PLC或其他硅基光集成芯片耦合，以使耦合后的光传输到PLC或其他硅基光集成芯片中后传输出。
上述单模有源件可以为激光器、探测器、光放大器、光调制器等。例如，当单模有源件为激光器时，则激光器的输出端与波导耦合结构中耦合结构1-1的小端面以间隔预设距离耦合，
由此可见，在本发明实施例的技术方案中，该波导耦合结构包括波导芯结构1和第一包层2，传导结构1-2的一端面与耦合结构1-1的连接面共面，波导芯结构1嵌入在第一包层2内，且耦合结构1-1的小端面与第一包层2的一端面共面，传导结构1-2的另一端面与第一包层2的另一端面共面。相对于现有技术而言，本发明实施例不再使用透镜耦合系统，也就无须对透镜耦合系统所包括的各个器件间的光路进行耦合封装，而在本发明的实施例中，光信号进入本实施例的耦合结构1-1时，能够使得光信号进入由小到大变化的第一纵截面1-1-1，与，呈曲线变化的第二对边1-1-2-2构成的横截面1-1-2所构成的耦合结构1-1后的有效折射率变化地相对缓慢，并通过传导结构1-2输出，进而使得光信号损耗小，从而能够提高光耦合效率。可见，应用本实施例提供的技术方案，能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。
本发明的一个实施例中，如图2所示，所述横截面1-1-2的第二对边1-1-2-2为符合呈抛物线型变化的边。
基于上述对直线型的分析，抛物线型相对于直线型而言，本实施例的面积较小的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占该耦合结构1-1的整个长度的比例较高，则有效折射率变化相对缓慢，可以有效降低波导耦合结构后的器件的插入损耗；而面积较大的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占该耦合结构1-1的整个长度的比例较小，可见，符合抛物线型变化的第二对边1-1-2-2，可以有效减小耦合结构1-1的长度，并且有效折射率变化也不大，同时也不会大幅度增加耦合结构1-1的插入损耗。
可见，在本发明实施例提供的技术方案中，相对于第二对边1-1-2-2符合直线型变化的第二对边1-1-2-2，本实施例符合呈抛物线型变化的第二对边1-1-2-2，能够使得在减小插入损耗的基础上，还能够缩小整个耦合结构1-1的长度。
本发明的一个实施例中，如图3所示，所述横截面1-1-2的第二对边1-1-2-2符合呈指数型变化的边。
基于上述对抛物线型的分析，指数线型相对于抛物线型而言，本实施例的面积较小的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占该耦合结构1-1的整个长度的比例更高，则有效折射率变化相对更加缓慢，进而更加可以有效降低波导耦合结构后的器件的插入损耗；而面积较大的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占该耦合结构1-1的整个长度的比例更加较小，可见，符合指数线型变化的第二对边1-1-2-2，更加能够有效减小耦合结构1-1的长度，同样，有效折射率变化也不大，同时也不会大幅度增加耦合结构1-1的插入损耗。
可见，在本发明实施例提供的技术方案中，相对于第二对边1-1-2-2符合直线型变化的第二对边1-1-2-2，本实施例符合呈指数线型变化的第二对边1-1-2-2，能够使得在减小插入损耗的基础上，还能够缩小整个耦合结构1-1的长度。
本发明的一个实施例中，如图4所示，所述横截面1-1-2的第二对边1-1-2-2符合呈预设的曲线型变化的边，所述曲线型为第一预设长度的抛物线型或指数线型的与第二预设长度的直线型过渡连接构成的线型。
其中，第一预设长度是指从耦合结构1-1的小端面边缘点开始到直线型的过渡端点的长度，第二预设长度是指从直线型的过渡端点到大端面边缘点的长度。
第一预设长度和第二预测长度的和是整个耦合结构1-1长度。
第一预设长度和第二预设长度可以在既能保证减小插入损耗又能缩小整个耦合结构1-1长度的优化条件下进行设定。
基于上述对抛物线型和指数线型的分析，可知，对于抛物线型和指数线型而言，面积较大的第一纵截面1-1-1构成的耦合段的长度占该耦合结构1-1的整个长度的比例均较小，因此，为了使光能以较低的损耗进入传导结构1-2，在靠近传导结构1-2的部分耦合结构1-1，也就是，第二预设长度的第二对边1-1-2-2对应的耦合结构1-1，本实施例使用直线型过渡，这样，相对于仅呈抛物线型和指数线型的第二对边1-1-2-2构成的耦合结构1-1而言，更加能够增大耦合结构1-1与传导结构1-2相连的进光端面积。这样的结合也使得抛物线型或指数线型对应的面积较小的第一纵截面1-1-1构成的耦合段，也能够保证有效折射率的缓慢变化，进而能够降低器件的插入损耗；同时，在直线型对应的面积较大的横截面1-1-2构成的耦合段，增大了耦合结构1-1与传导结构1-2相连的进光端面积，且有效折射率也不会产生较大的变化，同时还能减小耦合结构1-1的长度。
可见，在本发明实施例提供的技术方案中，第二对边1-1-2-2为符合呈预设曲线型变化的边，所述曲线型为第一预设长度的抛物线型或指数线型的与第二预设长度的直线型过渡连接构成的线型。可见，本实施例采用抛物线型或指数线型与直线线型相结合的第二对边1-1-2-2，使得相对于单用抛物线型或指数线型变化的第二对边1-1-2-2而言，不但更能够减小插入损耗，还更能够缩小整个耦合结构1-1的长度。
参加图5a～5c，图5a～5c分别为本发明实施例提供的第二种波导耦合结构的三视剖面示意图，所述波导耦合结构包括：主波导芯结构3、至少一个副波导芯结构4和折射率均低于所述主波导芯结构3的折射率和所述副波导芯结构4的折射率的第二包层5；
其中，所述主波导芯结构3为长方体结构；
所述副波导芯结构4为与上述发明实施例中任一所述的波导芯结构1相同的结构；
所述主波导芯结构3和所述副波导芯结构4均固定嵌在所述第二包层5内，且所述副波导芯结构4的大端面、所述主波导芯结构3的一端面均与所述第二包层5的一端面共面，所述主波导芯结构3的另一端面与所述第二包层5的另一端面共面，其中，所述副波导芯结构4按照预设的放置方式置于所述主波导芯结构3的同侧，且所述副波导芯结构4的长度小于所述主波导芯结构3的长度，所述放置方式为各个所述副波导芯结构4的长度方向与所述主波导芯结构3的长度方向均呈同一方向、且相邻所述副波导芯结构4间隔第一预设距离并沿着所述主波导芯结构3的宽度方向排成一排。
其中，上述副波导芯结构4的结构与上述发明实施例提供的任一所述的波导芯结构相同，可以为图2～图4中所示的波导芯结构。
本实施例中波导耦合结构的芯层是由主波导芯结构3和副波导芯结构4构成的多芯波导。
如果上述副波导芯结构4为多个时，则各个副波导芯结构4可以相同，也可以不同，也可以部分相同，部分不相同，本实施例对此并不限定。
示例性的，假设有三个副波导芯结构4，可以是一个呈图3所示的结构，另外两个呈图4所示的结构，也可以是一个呈图2所示的结构，另外两个分别呈图3和4所示的结构。
本实施例的主波导芯结构3是光信号进入的主要波导，副波导芯结构4是辅助光信号进入的辅助波导。且本实施例的副波导芯结构4的大端面和主波导芯结构的一端面作为光信号的进光端，主波导芯结构中与进光端相对的另一端面作为光信号的出光端。
上述第二包层5的折射率既低于主波导芯结构的折射率，又低于副波导芯结构4的折射率。
氮化硅是一种具有适中折射率差的材料，其优点体现为氮化硅光波导在通信波长范围内几乎不会存在自由载流子吸收；并且其最低阶非线性极化率比硅大约小20倍，这意味着氮化硅光波导可以承受比绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator,简写为SOI)光波导更高的光功率。基于此，本实施例的副波导芯结构4的制作材料也可以为氮化硅。
在第二包层5是二氧化硅的情况下，氮化硅构成的副波导芯结构4由于具有较小的折射率差，这样，在工艺制作时，就降低了波导粗糙侧壁对传输损耗的影响。并且由于氮化硅波导的数值孔径(Numerical Aperture，简写为NA)较高，所以收光能力比二氧化硅波导强。因此，本实施例中的波导耦合结构设有的多芯波导的作用就是相当于附加了收光更强的进光端，且在经过一段过渡后该波导耦合结构中的所有的副波导芯结构4消失，从而使得从附加进光端进入的光，通过波导平行耦合的方式汇入到主波导芯结构中，达到改善耦合效率的目的。基于上述分析，本发明的一个实施例中，所述主波导芯结构的制作材料可以为二氧化硅，或/和，所述副波导芯结构4的制作材料也可以为氮化硅。也就是，第一种情况，主波导芯结构的制作材料可以为二氧化硅。第二种情况，副波导芯结构4的制作材料也可以为氮化硅。第三种情况，主波导芯结构的制作材料可以为二氧化硅，且副波导芯结构4的制作材料也可以为氮化硅。
基于对上述实施例描述的第二种波导耦合结构进行仿真实验，通过仿真实验获知，当选用二氧化硅制作的主波导芯结构的折射率为大于或等于1.46、选用氮化硅制作的副波导芯结构4的折射率为大于或等于1.95、选用二氧化硅制作的第二包层的折射率小于1.45时，该波导耦合结构的光信号的损耗小，且耦合效率高。
如图5a～5c所示，通过仿真实验获知，当氮化硅制作的副波导芯结构4的传导结构1-2长度Ltaper取400μm，氮化硅制作的副波导芯结构4的耦合结构1-1长度Ltip取150μm，二氧化硅制成的主波导的宽度W主取5μm，氮化硅制成的副波导芯结构4的传导结构1-2的端面宽度Win取0.5μm，氮化硅制成的副波导芯结构4中耦合结构1-1大端面的宽度Wmid取0.5μm，氮化硅制成的副波导芯结构的耦合结构1-1对应的小端面的宽度Wtip取0.1μm，第一预设距离Sep＝1.3μm，氮化硅制成的副波导芯结构4的高度H副取0.15μm，二氧化硅制成的主波导芯结构的高度H主取3.5μm，且氮化硅制成的副波导芯结构4与二氧化硅制成的主波导芯结构的高度间隔Hsep约在2μm时，该波导耦合结构的光信号的损耗小，且耦合效率高。
由此可见，在本发明实施例提供的技术方案中，该波导耦合结构包的副波导芯结构4为与上述发明实施例中任一所述的波导耦合结构相同的结构；且主波导芯结构3和副波导芯结构4均固定嵌在所述第二包层5内，副波导芯结构4按照预设的放置方式置于所述主波导芯结构3的同侧，且副波导芯结构4的长度小于所述主波导芯结构3的长度。相对于现有技术而言，本发明实施例不再使用透镜耦合系统，也就无须对透镜耦合系统所包括的各个器件间的光路进行耦合封装，在本发明的实施例中，光信号进入本实施例的波导耦合结构时，副波导芯结构4增强了收光能力，能够使得光信号进入各个副波导芯结构4中面积由小到大变化的第一纵截面1-1-1，与，呈曲线变化的第二对边1-1-2-2构成的横截面1-1-2所构成的耦合结构1-1后的有效折射率变化地相对缓慢，当光在副波导芯结构4传导完成后，光通过波导平行耦合的方式汇入主波导芯结构3，进而使得光信号损耗小，从而能够达到改善耦合效率，进而达到提高耦合效率的作用。可见，应用本实施例提供的技术方案，能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。
本发明的一个实施例中，所述主波导芯结构3与所述副波导芯结构4间隔第二预设距离。
上述第二预设距离可以分为两种情况，第一种情况：第二预设距离为零，也就是，主波导芯结构3的面与副波导芯结构4的面处于贴合状态，如图6a～6b所示。第二种情况：上述第二预设距离不为零，也就是，主波导芯结构3的面与副波导芯结构4的面间隔一定距离，如图5a～5c所示。
可见，本实施例的主波导芯结构3与所述副波导芯结构4间隔第二预设距离，能够根据不同的激光器、不同的工作波长、不同的工艺条件等被加工成各种预设距离的特定结构，大大增加波导耦合结构的灵活性。
参见图7，图7为本发明实施例提供的第一种光发射器系统的结构示意图，所述系统包括：上述包括第一种波导耦合结构8的任一实施例所述的波导耦合结构、至少一个有源器件6和平面光波导器件7；
其中，每一所述有源器件6置于所述平面光波导器件7的输入侧，其中，每一所述有源器件6以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件7的输入波导端直接耦合；所述对应方式为所述有源器件6、所述波导耦合结构和所述输入波导端均呈一一对应方式。
上述包括第一种波导耦合结构实施例的波导耦合结构至少包括指前面第一个实施例到第四个实施例。
上述有源器件6与波导耦合结构呈一一对应关系，且上述有源器件6又和输入波导端呈一一对应关系，也就是，上述有源器件6一一对应一个波导耦合结构和一个输入波导端。
由此可见，本发明实施例提供的技术方案中，该系统包括：包括第一种波导耦合结构的任一实施例所述的波导耦合结构、至少一个有源器件6和平面光波导器件7；且每一有源器件6置于所述平面光波导器件7的输入侧，其中，每一所述有源器件6以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件7的输入波导端直接耦合。相对于现有技术而言，本发明实施例不再使用透镜耦合系统，也就无须对透镜耦合系统所包括的各个器件间的光路进行耦合封装，在本发明的实施例中，有源器件6发射的光信号进入耦合结构1-1时，能够使得光信号进入面积由小到大变化的第一纵截面1-1-1，与，呈曲线变化的第二对边1-1-2-2构成的横截面1-1-2所构成的耦合结构1-1后的有效折射率变化地相对缓慢，并通过传导结构1-2输出到平面光波导器件7，使得光信号损耗小，从而能够提高耦合效率。可见，应用本实施例提供的技术方案，能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。
本发明实施例提供的第二种光发射器系统，所述系统包括：上任一述包括第二种波导耦合结构的实施例所述的波导耦合结构、至少一个有源器件6和平面光波导器件7；
其中，每一所述有源器件6置于所述平面光波导器件7的输入侧，其中，每一所述有源器件6以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件7的输入波导端直接耦合；所述对应方式为所述有源器件6、所述波导耦合结构和所述输入波导端均呈一一对应方式。
上述包括第二种波导耦合结构实施例的波导耦合结构至少包括指前面第五个实施例到第八个实施例。
上述有源器件6与波导耦合结构呈一一对应关系，且上述有源器件6又和输入波导端呈一一对应关系，也就是，上述有源器件6一一对应一个波导耦合结构和一个输入波导端。
由此可见，在本发明实施例提供的技术方案中，包括第二种波导耦合结构的任一实施例所述的波导耦合结构、至少一个有源器件6和平面光波导器件7；且每一有源器件6置于所述平面光波导器件7的输入侧，其中，每一所述有源器件6以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件7的输入波导端直接耦合。相对于现有技术而言，本发明实施例不再使用透镜耦合系统，也就无须对透镜耦合系统所包括的各个器件间的光路进行耦合封装，在本发明的实施例中，有源器件6发射的光信号进入本实施例的波导耦合结构时，副波导芯结构4增强了收光能力，能够使得光信号进入各个副波导芯结构4中面积由小到大变化的第一纵截面1-1-1，与，呈曲线变化的第二对边1-1-2-2构成的横截面1-1-2所构成的耦合结构1-1后的有效折射率变化地相对缓慢，当光在副波导芯结构4传导完成后，光通过波导平行耦合的方式汇入主波导芯结构3，进而使得光信号损耗小，从而能够达到改善耦合效率，进而达到提高耦合效率的作用。可见，应用本实施例提供的技术方案，能够在保证结构小型化、集成化的基础上，还能够提高光耦合效率。
本发明针对单模有源器件6与单模波导直接耦合存在较大损耗的问题，通过改变锥形波导的过渡结构、主波导与辅助波导的整合方式，提出了多种单模有源器件6和单模波导耦合的低损耗高效集成耦合结构1-1。
基于上述实施例，一个示例中，如图7所示，假设本发明实施例的多通道光发射器系统可以发送使用4个不同的信道波长的四个信道，并且能够实现每一个通道至少25Gb或更高的传输速率。这四个信道波长分别为1270nm、1290nm、1310nm和1330nm。
上述有源件可以是单模有源器件6，单模有源器件6包括但不限于法布里-珀罗激光器(Fabry-Perot,简写为FP)、分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser,简写为DFB)、电吸收调制激光器(Electlro-absorption Modulated Laser,简写为EML)、基于半导体光放大器(semiconductor optical amplifier,简写为SOA)等。
上述面光波导器件包括如图1*4中的阵列波导光栅(Arrayed WaveguideGrating,简写为AWG)结构，并还设有1个光纤输出接口7-2，该阵列波导光栅AWG结构可将4路不同特定波长的信号光合为一路，即实现复用功能，并到达光纤进行耦合，将光信号发射出去。该阵列波导光栅AWG结构包括4路输入信道波导7-1-1、1个输入平板波导7-1-2、阵列波导7-1-3、1个输出平板波导7-1-4和1个输出信道波导7-1-5。其中，4路输入信道波导7-1-1的输入端分别以一一对应方式与4个第一波导耦合结构8的输出端耦合，4路输入信道波导7-1-1的输入端均与1个输入平板波导7-1-2的输入端耦合，1个输入平板波导7-1-2的输出端分别与阵列波导7-1-3的输入耦合，阵列波导7-1-3的输出端与输出平面波导的输入端耦合，平面波导的输出端与输出信道波导7-1-5的输入端耦合，输出信道波导7-1-5输出的光信号通过光纤输出接口7-2输出。
结合本发明实施例，本申请所使用的术语“耦合”是指任意连接、耦合、链接等，以及“光耦合”是指使得光线从一个元件被传递至另一元件的耦合。这种“耦合”装置并非必须直接连接至另一个，可通过操纵或修改这种信号的中间部件或装置被分离。同样，本申请使用的术语“直接耦合”或“直接光耦合”是指没有中间装置比如光纤而允许光线从一个元件被传递至另一元件的任意光连接。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波导耦合结构，其特征在于，所述波导耦合结构包括：波导芯结构(1)和折射率低于所述波导芯结构(1)的折射率的第一包层(2)；
其中，所述波导芯结构(1)包括：耦合结构(1-1)和传导结构(1-2)；
所述耦合结构(1-1)为呈六面体的条状结构，且所述耦合结构(1-1)呈矩形面的第一纵截面(1-1-1)面积沿着所述耦合结构(1-1)在长度方向呈由小到大变化；所述耦合结构(1-1)的横截面(1-1-2)呈第一对边(1-1-2-1)平行、且呈曲线变化的第二对边(1-1-2-2)沿着所述横截面(1-1-2)的中垂线对称的四边形；
所述传导结构(1-2)为长方体结构；
所述传导结构(1-2)的一端面与所述耦合结构(1-1)的连接面共面，其中，所述连接面为与所述第一纵截面(1-1-1)平行的大端面；
所述波导芯结构(1)嵌入在所述第一包层(2)内，且所述耦合结构(1-1)的小端面与所述第一包层(2)的一端面共面，所述传导结构(1-2)的另一端面与所述第一包层(2)的另一端面共面。
2.根据权利要求1所述的波导耦合结构，其特征在于，所述横截面(1-1-2)的第二对边(1-1-2-2)为符合呈抛物线型变化的边。
3.根据权利要求1所述的波导耦合结构，其特征在于，所述横截面(1-1-2)的第二对边(1-1-2-2)符合呈指数型变化的边。
4.根据权利要求1所述的波导耦合结构，其特征在于，所述横截面(1-1-2)的第二对边(1-1-2-2)符合呈预设的曲线型变化的边，所述曲线型为第一预设长度的抛物线型或指数线型与第二预设长度的直线型过渡连接构成的线型。
5.根据权利要求1～4中所一项所述的波导耦合结构，其特征在于，所述耦合结构(1-1)和传导结构(1-2)的制作材料均为二氧化硅。
6.一种波导耦合结构，其特征在于，所述波导耦合结构包括：主波导芯结构(3)、至少一个副波导芯结构(4)和折射率均低于所述主波导芯结构(3)的折射率和所述副波导芯结构(4)的折射率的第二包层(5)；
其中，所述主波导芯结构为长方体结构；
所述副波导芯结构(4)为与权利要求1～5中任一所述波导芯结构(1)相同的结构；
所述主波导芯结构(3)和所述副波导芯结构(4)均固定嵌在所述第二包层(5)内，且所述副波导芯结构(4)的大端面、所述主波导芯结构(3)的一端面均与所述第二包层(5)的一端面共面，所述主波导芯结构(3)的另一端面与所述第二包层(5)的另一端面共面，其中，所述副波导芯结构(4)按照预设的放置方式置于所述主波导芯结构(3)的同侧，且所述副波导芯结构(4)的长度小于所述主波导芯结构(3)的长度，所述放置方式为各个所述副波导芯结构(4)的长度方向与所述主波导芯结构(3)的长度方向均呈同一方向、且相邻所述副波导芯结构(4)间隔第一预设距离并沿着所述主波导芯结构(3)的宽度方向排成一排。
7.根据权利要求6所述的波导耦合结构，其特征在于，所述主波导芯结构(3)与所述副波导芯结构(4)间隔第二预设距离。
8.根据权利要求6或7所述的波导耦合结构，其特征在于，所述主波导芯结构的制作材料为二氧化硅，或/和，所述副波导芯结构(4)的制作材料为氮化硅。
9.一种光发射器系统，其特征在于，所述系统包括：权利要求1～5中任一所述的波导耦合结构、至少一个有源器件(6)和平面光波导器件(7)；
其中，每一所述有源器件(6)置于所述平面光波导器件(7)的输入侧，其中，每一所述有源器件(6)以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件(7)的输入波导端直接耦合；所述对应方式为所述有源器件(6)、所述波导耦合结构和所述输入波导端均呈一一对应方式。
10.一种光发射器系统，其特征在于，所述系统包括：权利要求6～8中任一所述的波导耦合结构、至少一个有源器件(6)和平面光波导器件(7)；
其中，每一所述有源器件(6)置于所述平面光波导器件(7)的输入侧，其中，每一所述有源器件(6)以预设的对应方式通过所述波导耦合结构与所述平面光波导器件(7)的输入波导端直接耦合；所述对应方式为所述有源器件(6)、所述波导耦合结构和所述输入波导端均呈一一对应方式。
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