CN113093333B - 模斑转换器和光子器件 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种模斑转换器和光子器件。模斑转换器包括相平行的第一端面和第二端面，且包括衬底及位于衬底的一侧且沿远离衬底的方向依次设置的隔离层、第一波导和覆盖层，第一波导包括平板层和脊棱层，平板层包括延伸至第一端面的第一宽端、以及延伸至第二端面或者与第二端面具有间距的第一窄端，平板层的宽度从第一宽端向第一窄端呈梯度减小且包括与第一窄端邻接的第一等宽部分；脊棱层包括延伸至第一端面的第二宽端、以及与第一窄端之间具有间距的第二窄端，脊棱层的宽度从第二宽端向第二窄端呈梯度减小且包括与第二窄端邻接的第二等宽部分，覆盖层延伸至第二端面、且延伸至至少覆盖第二等宽部分的远离第二端面的一端。
Description
技术领域
本公开涉及光子技术领域，特别是涉及一种模斑转换器和光子器件。
背景技术
光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导主要包括两大类：一类是集成光波导，包括平面介质光波导和条形介质光波导，它们通常作为光电集成器件中的一部分，因此被称为集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常被称为光纤。
集成光波导与光纤的耦合技术在光通信、微波光电子、激光束偏转、波前调制等领域都有着非常广泛和重要的应用，其中，端面耦合是集成光波导与光纤耦合较常采用的一种方式。
然而，由于集成光波导与光纤的模斑差异较大，如何提高两者耦合的效率，一直是本领域技术人员研究的重要课题。
发明内容
本公开提供了一种模斑转换器和光子器件，以提高集成光波导与光纤之间的耦合效率。
根据本公开的一方面，提供了一种模斑转换器，包括配置为与集成光波导耦合的第一端面，以及与所述第一端面相平行的、配置为与光纤耦合的第二端面，所述模斑转换器包括：
衬底；
隔离层，位于所述衬底的一侧并且在所述衬底上的正投影与所述衬底基本重合；
第一波导，位于所述隔离层的远离所述衬底的一侧，包括：
平板层，包括延伸至所述第一端面的第一宽端、以及延伸至所述第二端面或者与所述第二端面之间具有间距的第一窄端，所述平板层的宽度从所述第一宽端向所述第一窄端呈梯度减小并且包括与所述第一窄端邻接的第一等宽部分，其中，宽度方向平行于所述衬底且平行于所述第一端面；和
脊棱层，层叠设置于所述平板层的远离所述衬底的一侧，所述脊棱层包括延伸至所述第一端面的第二宽端、以及与所述第一窄端之间具有间距的第二窄端，所述脊棱层的宽度从所述第二宽端向所述第二窄端呈梯度减小并且包括与所述第二窄端邻接的第二等宽部分；
覆盖层，位于所述第一波导的远离所述衬底的一侧，延伸至所述第二端面、且延伸至至少覆盖所述第二等宽部分的远离所述第二端面的一端，所述覆盖层的靠近所述第二端面的一部分和所述隔离层的靠近所述第二端面的一部分构成第二波导。
在一些实施例中，所述平板层包括沿远离所述第一窄端的方向依次设置的所述第一等宽部分、第一渐宽部分、第三等宽部分、第二渐宽部分和第四等宽部分，所述脊棱层包括沿远离所述第二窄端的方向依次设置的所述第二等宽部分、第三渐宽部分和第五等宽部分，其中，所述第一渐宽部分、所述第二渐宽部分和所述第三渐宽部分中的任意一个的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变增大。
在一些实施例中，所述覆盖层延伸至至少覆盖所述第三渐宽部分的远离所述第二端面的一端。
在一些实施例中，所述覆盖层在所述衬底上的正投影呈矩形，并且所述覆盖层的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。
在一些实施例中，所述覆盖层覆盖整个所述第一波导，所述覆盖层的宽度沿远离所述第二端面的方向呈梯度增大；
所述覆盖层包括沿远离所述第二端面的方向依次设置的第六等宽部分、第四渐宽部分和第七等宽部分，其中，所述第四渐宽部分的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变增大，所述第六等宽部分的宽度大于所述第三等宽部分的宽度；或者
所述覆盖层包括沿远离所述第二端面的方向依次设置的第六等宽部分和第七等宽部分，所述第六等宽部分的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。
在一些实施例中，所述覆盖层包括沿远离所述第二端面的方向依次设置的第八等宽部分、渐窄部分和第九等宽部分，其中，所述渐窄部分的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变减小，所述第九等宽部分的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。
在一些实施例中，所述覆盖层覆盖整个所述第一波导，所述覆盖层还包括位于所述第九等宽部分的远离所述第二端面的一侧的第十部分，所述第十部分的宽度大于所述第九等宽部分的宽度。
在一些实施例中，所述模斑转换器还包括平行设置、且与所述第一端面和所述第二端面相交的第一侧面和第二侧面；所述第四等宽部分延伸至所述第一侧面和所述第二侧面。
在一些实施例中，所述第一窄端的顶边宽度不大于400纳米；和/或，所述覆盖层在所述第二端面的宽度不小于1微米，且不大于20微米。
在一些实施例中，沿远离所述第二端面的方向，所述第一渐宽部分和所述第三渐宽部分的宽度呈线性渐变增大，所述第二渐宽部分的宽度呈非线性渐变增大。
在一些实施例中，所述第一等宽部分呈棱柱状并且平行于所述第一端面的截面呈三角形或梯形，和/或，所述第二等宽部分呈棱柱状并且平行于所述第一端面的截面呈三角形或梯形。
在一些实施例中，所述第一端面为所述模斑转换器的输入端，所述第二端面为所述模斑转换器的输出端；或者
所述第二端面为所述模斑转换器的输入端，所述第一端面为所述模斑转换器的输出端。
根据本公开的另一方面，提供了一种光子器件，包括前述任一技术方案所述的模斑转换器。
根据本公开一个或多个实施例的模斑转换器，沿远离第一端面的方向，第一波导的平板层的宽度呈梯度减小，脊棱层的宽度也呈梯度减小，平板层和脊棱层的梯度结构特点，可以对第一波导中传输的光进行较为缓和的模斑调制，从而尽量减少光传输损失，提高模斑转换器的耦合效率。覆盖层的靠近第二端面的一部分和隔离层的靠近第二端面的一部分共同构成第二波导，该第二波导的尺寸大于第一窄端的尺寸，能够与光纤的模斑相匹配，从而能够提高在第二端面与光纤的耦合性。此外，第一波导的脊棱层的第二窄端与平板层的第一窄端之间间隔了一定距离，第一等宽部分可以对第一波导输出或输入的光进行一段模斑的稳态调制，有利于提高光传输的稳定性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
图1A是根据本公开一些示例性实施例的模斑转换器的立体结构示意图；
图1B是根据本公开一些示例性实施例的模斑转换器的第一端面的示意图；
图1C是根据本公开一些示例性实施例的模斑转换器的第二端面的示意图；
图2A是根据本公开一些示例性实施例中的第一波导的立体结构示意图；
图2B是根据本公开一些示例性实施例中的第一波导的俯视结构示意图；
图3是根据本公开另一些示例性实施例的模斑转换器的俯视结构示意图；
图4是根据本公开又一些示例性实施例的模斑转换器的俯视结构示意图；
图5是根据本公开再一些示例性实施例的模斑转换器的俯视结构示意图；
图6是根据本公开再一些示例性实施例的模斑转换器的俯视结构示意图；
图7是根据本公开一些示例性实施例的光子器件的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
尽管已有的模斑转换器能够在功能上实现集成光波导与光纤的耦合，但由于集成光波导与光纤的模斑差异较大，所以两者的耦合效率并不高，光能损失较大。例如，集成光波导的模斑通常在百纳米级别，而光纤、比如平头光纤的模斑却在十微米级别，损耗的光能量会导致耦合端面发热严重，从而影响到器件的可靠性和使用寿命。其中，耦合效率可以理解为是集成光波导发出的光功率与光纤接受的光功率的比值，或者，光纤发出的光功率与集成光波导接受的光功率的比值。
本公开实施例提供了一种模斑转换器和光子器件，其不但能够进行模斑转换，而且模斑转换的光损耗较小，因此可以提高集成光波导与光纤之间的耦合效率。
如图1A、图1B、图1C及图2A和图2B所示，本公开一些实施例提供的模斑转换器100，包括配置为与集成光波导(图中未示出)耦合的第一端面100a，以及与第一端面100a相平行的、配置为与光纤(图中未示出)耦合的第二端面100b。模斑转换器100的结构包括衬底101，以及位于衬底101的一侧且沿远离衬底101的方向依次设置的隔离层102、第一波导103和覆盖层104。
其中，隔离层102在衬底101上的正投影与衬底101基本重合。第一波导103包括平板层31和层叠设置于平板层31的远离衬底101的一侧的脊棱层32。平板层31包括延伸至第一端面100a的第一宽端31a、以及延伸至第二端面100b的第一窄端31b。平板层31的宽度从第一宽端31a向第一窄端31b呈梯度减小并且包括与第一窄端31b邻接的第一等宽部分311。脊棱层32包括延伸至第一端面100a的第二宽端32a、以及与第一窄端31b之间具有间距的第二窄端32b。脊棱层32的宽度从第二宽端32a向第二窄端32b呈梯度减小并且包括与第二窄端32b邻接的第二等宽部分321。覆盖层104延伸至第二端面100b、且延伸至至少覆盖第二等宽部分321的远离第二端面100b的一端。覆盖层104的靠近第二端面100b的一部分和隔离层102的靠近第二端面100b的一部分共同构成一第二波导42。
如图1A所示，除第一端面100a和第二端面100b外，模斑转换器100还包括平行设置、且与第一端面100a和第二端面100b正交的第一侧面100c和第二侧面100d。第一端面100a用于耦合集成光波导，第二端面100b用于耦合光纤。第一端面100a可以作为模斑转换器100的光输入端面，第二端面100b作为模斑转换器100的光输出端面，具体的，光从第一波导103的第一宽端31a和第二宽端32a输入，从第二波导42输出。第一端面100a还可以作为模斑转换器100的光输出端面，第二端面100b作为模斑转换器100的光输入端面，具体的，光从第二波导42输入，从第一波导103的第一宽端31a和第二宽端32a输出。
在本公开实施例中，定义宽度方向平行于衬底101且平行于第一端面100a，长度方向平行于衬底101且垂直于第一端面100a，高度方向和厚度方向垂直于衬底101。对于具有一定厚度或高度的立体结构，以第一等宽部分311为例，其宽度可以理解为其在衬底101上的正投影的宽度，其长度可以理解为其在衬底101上的正投影的长度。隔离层102在衬底101上的正投影与衬底101基本重合，可以理解为，从垂直于衬底101的方向(例如俯视方向)观看，在忽略工艺误差后，认为两者轮廓形状一致并且是相重合的。
在本公开实施例中，第一波导103的折射率n1、覆盖层104的折射率n2、隔离层102的折射率n3和衬底101的折射率n4，满足：n1＞n2＞n3，。
如图1A所示，第一波导103为脊波导，具有低主模截止频率、宽频带和低阻抗等一系列优异特性。隔离层102和覆盖层104的折射率小于第一波导103的折射率，从而可以将光主要限制在脊波导中传输，发挥脊波导的上述优势。覆盖层104的靠近第二端面100b的一部分和隔离层102的靠近第二端面100b的一部分共同构成第二波导42，该第二波导42的尺寸大于第一窄端31b的尺寸，能够与光纤的模斑相匹配，从而提高在第二端面100b与光纤的耦合性。
当光从模斑转换器100的第一端面100a向第二端面100b传输时，一部分光会从第一等宽部分311外溢进入第二波导42，在第二波导42中继续被传输直至第二端面100b，并在第二端面100b形成与光纤相匹配的模斑。反之，当光从模斑转换器100的第二端面100b向第一端面100a传输时，光会从第二波导42进入第一等宽部分311，也就是经第二波导42进入第一波导103。衬底101的折射率一般选择大于隔离层102的折射率，衬底101例如为硅衬底。
第一波导103的具体结构形式不限。如图2A和图2B所示，在一些实施例中，第一波导103具有轴对称结构，第一波导103的对称轴垂直于第二端面100b。平板层31包括沿远离第一窄端31b的方向依次设置的第一等宽部分311、第一渐宽部分312、第三等宽部分313、第二渐宽部分314和第四等宽部分315。脊棱层32包括沿远离第二窄端32b的方向依次设置的第二等宽部分321、第三渐宽部分322和第五等宽部分323。其中，第一渐宽部分312、第二渐宽部分314和第三渐宽部分322中的任意一个的宽度沿远离第二端面100b的方向渐变增大。
值得一提的是，本公开实施例不限于将第一波导设计为轴对称结构，其还可以呈现非对称结构，例如，第一波导的平板层和/或脊棱层也可以仅在单侧呈现梯度变化。
第一波导103的平板层31和脊棱层32可以分别通过一次构图工艺形成。例如，先通过一次构图工艺形成平板层31，再通过一次构图工艺形成脊棱层32。每次构图工艺可以包括成膜、光刻胶涂敷、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等工序，其中，曝光工序需要使用掩模版对非刻蚀区域进行遮挡。
第一波导103的平板层31和脊棱层32也可以通过包含了两次曝光的一次构图工艺形成。例如，在成膜与光刻胶涂敷之后，先通过一次曝光及后续工序形成第一波导103所在区域的膜层图案，再通过一次曝光及后续工序形成平板层31和脊棱层32的最终结构。
在本公开实施例中，沿远离第一端面100a的方向，第一波导103的平板层31的宽度呈梯度减小，脊棱层32的宽度也呈梯度减小，平板层31和脊棱层32的梯度结构特点，可以对第一波导103中传输的光进行较为缓和的模斑调制，从而尽量减少光传输损失，提高模斑转换器100的耦合效率。
此外，第一波导103的脊棱层32的第二窄端32b与平板层31的第一窄端31b之间间隔了一定距离，该设计使得，一方面，第一等宽部分311可以对第一波导103输出的光(或者进入第一波导103的光)进行一段模斑的稳态调制，有利于提高光传输的稳定性；另一方面，由于上述距离的存在，在通过两次构图工艺或包含了两次曝光的一次构图工艺制作平板层31和脊棱层32时，对掩膜版的对准精度要求可以有所降低，从而有利于降低工艺管控的难度和成本。
在本公开的一些实施例中，第一等宽部分311呈棱柱状，并且平行于第一端面100a的截面呈三角形或梯形，例如，呈等腰三角形或等腰梯形。当光从模斑转换器100的第一端面100a向第二端面100b传输时，该设计可以使更多的光从第一等宽部分311溢出并进入第二波导42。当光从模斑转换器100的第二端面100b向第一端面100a传输时，该设计可以使光更容易从第二波导42进入第一等宽部分311，也就是使更多的光经第二波导42进入第一波导103。因此，第一等宽部分311的上述截面形状设计可以进一步提高集成光波导与光纤之间的耦合效率。此外，第二等宽部分321也可以呈棱柱状，其平行于第一端面100a的截面也可以呈三角形或梯形，例如，呈等腰三角形或等腰梯形，以使光更容易从第二等宽部分321进入到平板层31。
在本公开实施例中，沿远离第二端面100b的方向，第一渐宽部分312的宽度变化趋势域可以呈线性或非线性，第二渐宽部分314的宽度变化趋势可以呈线性或非线性，第三渐宽部分322的宽度变化趋势域可以呈线性或非线性。如图2B所示，在该实施例中，沿远离第二端面100b的方向，第一渐宽部分312和第三渐宽部分322的宽度呈线性渐变增大，第二渐宽部分314的宽度呈非线性渐变增大。
宽度变化趋势呈线性可以实现更短距离下对模斑的平稳调制。宽度变化趋势呈非线性可以实现对模斑更加缓和、平稳地调制，并且，渐变部分的形状曲线可以根据具体需求灵活调整，以获得更佳的调整效果。
如图1A和图1C所示，在本公开的一些实施例中，平板层31的第一窄端31b延伸至第二端面100b。这样，第一窄端31b也作为向光纤输出或者接受光纤输入的一部分端口。如图3所示，在本公开的另一些实施例中，平板层31的第一窄端31b与第二端面100b之间也可以具有间距g，这样，由隔离层102和覆盖层104的延伸至第二端面100b的一端作为向光纤输出或者接受光纤输入的端口。
如图1A和图2A所示，平板层31的第四等宽部分315也可以延伸至第一侧面100c和第二侧面100d，也即，将第四等宽部分315的宽度最大化。这样，可以使模斑转换器100适配更大模斑的集成光波导，提高了模斑转换器100的适用性。
在本公开的一些实施例中，第一窄端31b的顶边宽度w6不大于400纳米；和/或，覆盖层104在第二端面的宽度w4不小于1微米，且不大于20微米。模斑转换器100的具体结构尺寸可以根据器件的性能需求结合经验进行具体设计，本公开不做具体限定。
由覆盖层104和隔离层102的靠近第二端面100b的部分共同构成具有较低折射率的第二波导42，覆盖层104的一端需要延伸至第二端面100b，另一端需要延伸至至少覆盖第二等宽部分321，即，至少延伸至第二等宽部分321的远离第二端面100b的一端。覆盖层104的具体形状设计不限，调整覆盖层104的形状尺寸，也就是调整了第二波导42的结构尺寸，继而也就是调整了第二端面100b模斑的尺寸，因此，可以根据需求灵活调制覆盖层104的形状尺寸，使之与光纤模斑的匹配性达到最佳。
在本公开的一些实施例中，覆盖层104相对于对称轴呈现轴对称结构，并且覆盖层104延伸至至少覆盖第三渐宽部分322的远离第二端面100b的一端，以充分发挥其在第二波导42中的作用，减少光的外溢损失。本公开实施例不限于将覆盖层设计为轴对称结构，其还可以呈现非对称结构。
如图3所示，在一些实施例中，覆盖层104相对于对称轴呈现轴对称结构，并且覆盖层104延伸至至少覆盖第三渐宽部分322的远离第二端面100b的一端，覆盖层104在衬底101上的正投影呈矩形，并且覆盖层104的宽度(等于覆盖层104在第二端面的宽度w4)大于第三等宽部分313的宽度w3。类似的，在这些实施例中，覆盖层也可以呈现非对称结构。覆盖层104在衬底101上的正投影呈矩形，是指其在衬底101上的正投影的轮廓边缘呈矩形，覆盖层104的侧壁与衬底101之间可以垂直或呈其它夹角。
如图4所示，在另一些实施例中，覆盖层104相对于对称轴呈现轴对称结构，并且覆盖层104延伸至至少覆盖第三渐宽部分322的远离第二端面100b的一端，覆盖层104包括沿远离第二端面100b的方向依次设置的第八等宽部分411、渐窄部分412和第九等宽部分413，其中，渐窄部分412的宽度沿远离第二端面100b的方向渐变减小，第九等宽部分413的宽度w5大于第三等宽部分313的宽度w3。显然，第八等宽部分411的宽度(等于覆盖层104在第二端面的宽度w4)也大于第三等宽部分313的宽度w3。类似的，在这些实施例中，覆盖层也可以呈现非对称结构，例如，仅在单侧呈现梯度变化。
此外，也可以将覆盖层设计为覆盖整个第一波导，例如，覆盖层还包括位于第九等宽部分的远离第二端面的一侧的第十部分，该第十部分的宽度大于第九等宽部分的宽度。在一个具体实施例中，在第九等宽部分远离第二端面的一侧，覆盖层的宽度又呈梯度增大，从而覆盖整个第一波导。
该设计中，沿远离第一端面100a的方向，覆盖层104的宽度呈梯度增大，这与第一波导103的平板层31和脊棱层32的宽度变化趋势相反。该设计相当于增大了第二波导42的尺寸，当光从模斑转换器100的第一端面100a向第二端面100b传输时，可以使从第一波导103溢出的光更多的进入第二波导42并被第二波导42的梯度结构进行模斑的缓和调制，以减少光损失。当光从模斑转换器100的第二端面100b向第一端面100a传输时，可以使更多的光进入第二波导42并被第二波导42的梯度结构进行模斑的缓和调制，然后进入第一波导103。因此，覆盖层104的形状设计可以进一步提高集成光波导与光纤之间的耦合效率。
如图5所示，在又一些实施例中，覆盖层104覆盖整个第一波导103并且相对于对称轴呈现轴对称结构，覆盖层104的宽度沿远离第二端面100b的方向呈梯度增大。覆盖层104包括沿远离第二端面100b的方向依次设置的第六等宽部分421、第四渐宽部分422和第七等宽部分423，其中，第六等宽部分421的宽度(等于覆盖层104在第二端面的宽度w4)大于第三等宽部分313的宽度w3，第四渐宽部分422的宽度沿远离第二端面100b的方向渐变增大。类似的，在这些实施例中，覆盖层也可以呈现非对称结构，例如，仅在单侧呈现梯度变化。
如图6所示，在再一些实施例中，覆盖层104覆盖整个第一波导103并且相对于对称轴呈现轴对称结构，覆盖层104的宽度沿远离第二端面100b的方向呈梯度增大。覆盖层104包括沿远离第二端面100b的方向依次设置的第六等宽部分431和第七等宽部分433，其中，第六等宽部分431的宽度(等于覆盖层104在第二端面的宽度w4)大于第三等宽部分313的宽度w3。类似的，在这些实施例中，覆盖层也可以呈现非对称结构，例如，仅在单侧呈现梯度变化。
如图7所示，本公开实施例还提供一种光子器件1，包括前述任一实施例的模斑转换器100。光子器件1的具体产品类型不限，例如可以为电光调制器、分路器(Splitter)、星形耦合器(Star coupler)、可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)、光开关(Optical switch)、光梳(Interleaver)和阵列波导光栅(Array Waveguide Grating,AWG)等。
模斑转换器100集成设置在光子器件1中，由于模斑转换器100的耦合效率较高，因此，光子器件1的光损耗较小，性能得到提升。
如本文使用的，术语“衬底”可以表示经切割的晶圆的衬底，或者可以指示未经切割的晶圆的衬底。类似地，术语芯片和裸片可以互换使用，除非这种互换会引起冲突。应当理解，术语“层”包括薄膜，除非另有说明，否则不应当解释为指示垂直或水平厚度。
应当理解的是，在本说明书中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，并且因此不能理解为对本公开的保护范围的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种模斑转换器，包括配置为与集成光波导耦合的第一端面，以及与所述第一端面相平行的、配置为与光纤耦合的第二端面，所述模斑转换器包括：
衬底；
隔离层，位于所述衬底的一侧并且在所述衬底上的正投影与所述衬底基本重合；
第一波导，位于所述隔离层的远离所述衬底的一侧，包括：
平板层，包括延伸至所述第一端面的第一宽端、以及延伸至所述第二端面或者与所述第二端面之间具有间距的第一窄端，所述平板层的宽度从所述第一宽端向所述第一窄端呈梯度减小并且包括与所述第一窄端邻接的第一等宽部分，其中，宽度方向平行于所述衬底且平行于所述第一端面；和
脊棱层，层叠设置于所述平板层的远离所述衬底的一侧，所述脊棱层包括延伸至所述第一端面的第二宽端、以及与所述第一窄端之间具有间距的第二窄端，所述脊棱层的宽度从所述第二宽端向所述第二窄端呈梯度减小并且包括与所述第二窄端邻接的第二等宽部分；
覆盖层，位于所述第一波导的远离所述衬底的一侧，延伸至所述第二端面、且延伸至至少覆盖所述第二等宽部分的远离所述第二端面的一端，所述覆盖层的靠近所述第二端面的一部分和所述隔离层的靠近所述第二端面的一部分构成第二波导；
其中，所述平板层包括沿远离所述第一窄端的方向依次设置的所述第一等宽部分、第一渐宽部分、第三等宽部分、第二渐宽部分和第四等宽部分，所述脊棱层包括沿远离所述第二窄端的方向依次设置的所述第二等宽部分、第三渐宽部分和第五等宽部分，其中，所述第一渐宽部分、所述第二渐宽部分和所述第三渐宽部分中的任意一个的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变增大。
2.根据权利要求1所述的模斑转换器，其中，
所述覆盖层延伸至至少覆盖所述第三渐宽部分的远离所述第二端面的一端。
3.根据权利要求2所述的模斑转换器，其中，
所述覆盖层在所述衬底上的正投影呈矩形，并且所述覆盖层的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。
4.根据权利要求2所述的模斑转换器，其中，
所述覆盖层覆盖整个所述第一波导，所述覆盖层的宽度沿远离所述第二端面的方向呈梯度增大；
所述覆盖层包括沿远离所述第二端面的方向依次设置的第六等宽部分、第四渐宽部分和第七等宽部分，其中，所述第四渐宽部分的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变增大，所述第六等宽部分的宽度大于所述第三等宽部分的宽度；或者
所述覆盖层包括沿远离所述第二端面的方向依次设置的第六等宽部分和第七等宽部分，所述第六等宽部分的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。
5.根据权利要求2所述的模斑转换器，其中，
所述覆盖层包括沿远离所述第二端面的方向依次设置的第八等宽部分、渐窄部分和第九等宽部分，其中，所述渐窄部分的宽度沿远离所述第二端面的方向渐变减小，所述第九等宽部分的宽度大于所述第三等宽部分的宽度。
6.根据权利要求5所述的模斑转换器，其中，
所述覆盖层覆盖整个所述第一波导，所述覆盖层还包括位于所述第九等宽部分的远离所述第二端面的一侧的第十部分，所述第十部分的宽度大于所述第九等宽部分的宽度。
7.根据权利要求1所述的模斑转换器，其中，
所述模斑转换器还包括平行设置、且与所述第一端面和所述第二端面相交的第一侧面和第二侧面；
所述第四等宽部分延伸至所述第一侧面和所述第二侧面。
8.根据权利要求1所述的模斑转换器，其中，
所述第一窄端的顶边宽度不大于400纳米；和/或
所述覆盖层在所述第二端面的宽度不小于1微米，且不大于20微米。
9.根据权利要求1所述的模斑转换器，其中，
沿远离所述第二端面的方向，所述第一渐宽部分和所述第三渐宽部分的宽度呈线性渐变增大，所述第二渐宽部分的宽度呈非线性渐变增大。
10.根据权利要求1所述的模斑转换器，其中，
所述第一等宽部分呈棱柱状并且平行于所述第一端面的截面呈三角形或梯形，和/或，所述第二等宽部分呈棱柱状并且平行于所述第一端面的截面呈三角形或梯形。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的模斑转换器，其中，
所述第一端面为所述模斑转换器的输入端，所述第二端面为所述模斑转换器的输出端；或者
所述第二端面为所述模斑转换器的输入端，所述第一端面为所述模斑转换器的输出端。
12.一种光子器件，包括根据权利要求1至11中任一项所述的模斑转换器。
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