CN114217380B - 一种端面耦合器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种端面耦合器及其制备方法，所述端面耦合器包括：形成于波导覆盖层内的光波导和准直透镜组；所述波导覆盖层远离所述光波导的一侧形成有端面透镜；所述准直透镜组位于所述光波导和所述端面透镜之间；所述准直透镜组包括多个中心轴线对齐的准直透镜；其中，所述准直透镜组和所述端面透镜用于将所述光波导输出的光信号进行准直后输出，或者所述端面透镜和所述准直透镜组用于将所述光信号进行聚焦后输入至所述光波导。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光通信技术领域，尤其涉及一种端面耦合器及其制备方法。
背景技术
在光子集成器件领域中，耦合器作为器件之间以及器件与外界之间传递光路信息的窗口，是重要的光子集成无源器件。当光波通过端面耦合器与耦合光纤或其他片上端面耦合器耦合时，存在较大的模式失配损耗，耦合效率不高。因此，目前的端面耦合器有待进一步的改进。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个技术问题而提供一种端面耦合器及其制备方法。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种端面耦合器，所述端面耦合器包括：形成于波导覆盖层内的光波导和准直透镜组；所述波导覆盖层远离所述光波导的一侧形成有端面透镜；所述准直透镜组位于所述光波导和所述端面透镜之间；
所述准直透镜组包括多个中心轴线对齐的准直透镜；
其中，所述准直透镜组和所述端面透镜用于将所述光波导输出的光信号进行准直后输出，或者所述端面透镜和所述准直透镜组用于将所述光信号进行聚焦后输入至所述光波导。
在本申请的一些实施例中，所述准直透镜组内每个所述准直透镜包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面，所述第一耦合面和所述第二耦合面的形状均包括平面、凸面或凹面。
在本申请的一些实施例中，所述第一耦合面和所述第二耦合面的形状相同。
在本申请的一些实施例中，所述端面透镜包括第三耦合面，所述第三耦合面的形状包括平面、凸面或凹面；其中，所述第三耦合面作为所述端面耦合器的光输入端或者光输出端。
在本申请的一些实施例中，所述光波导的中心轴线与所述准直透镜组内每个所述准直透镜的中心轴线对齐；和/或
所述端面透镜的中心轴线与所述准直透镜组内每个所述准直透镜的中心轴线对齐。
在本申请的一些实施例中，所述波导覆盖层的材料包括二氧化硅。
在本申请的一些实施例中，所述光波导包括相互平行的第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面均垂直于所述光信号的传输方向，且所述第一端面的面积大于所述第二端面的面积；所述第一端面用于接收/输出所述光信号，对应的所述第二端面用于输出/接收所述光信号。
在本申请的一些实施例中，所述光波导的材料包括以下至少之一：硅、氮化硅和三五族材料。
第二方面，本申请实施例提供一种端面耦合器的制备方法，所述方法包括：
提供位于波导覆盖层内的光波导；
刻蚀贯穿所述波导覆盖层以形成多个凹槽和端面透镜，且所述多个凹槽位于所述光波导和所述端面透镜之间；
对多个所述凹槽内进行填充，以在各个所述凹槽内形成准直透镜；所述多个准直透镜构成准直透镜组。
在本申请的一些实施例中，对多个所述凹槽内进行填充之前，所述方法还包括：
获取待形成准直透镜的折射率需求；
根据所述折射率需求，确定各个所述凹槽的填充材料。
本申请实施例提供一种端面耦合器及其制备方法，所述端面耦合器包括：形成于波导覆盖层内的光波导和准直透镜组；所述波导覆盖层远离所述光波导的一侧形成有端面透镜；所述准直透镜组位于所述光波导和所述端面透镜之间；所述准直透镜组包括多个中心轴线对齐的准直透镜；其中，所述准直透镜组和所述端面透镜用于将所述光波导输出的光信号进行准直后输出，或者所述端面透镜和所述准直透镜组用于将所述光信号进行聚焦后输入至所述光波导。本申请实施例中端面耦合器包括形成于波导覆盖层内的准直透镜组，以及形成于波导覆盖层远离光波导一侧的端面透镜，通过设置准直透镜组和端面透镜以共同提高端面耦合器输出光束的准直度、减小光束的发散角，从而减小模式失配损耗进而提高耦合效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种端面耦合器的俯视图；
图2为本申请实施例提供的一种端面耦合器沿图1中虚线A-A方向的侧面剖视图；
图3为图1示出的端面耦合器的光路图；
图4为本申请实施例提供的端面耦合器的一种可选流程示意图；
图5为本申请实施例提供的不同形状的准直透镜的俯视图；
图6为本申请实施例提供的另一种端面耦合器的俯视图；
图7为本申请实施例提供的另一种端面耦合器沿图6中虚线B-B方向的侧面剖视图；
图8为图6示出的面耦合器的光路图；
图9为本申请实施例提供的又一种端面耦合器的俯视图；
图10为本申请实施例提供的又一种端面耦合器沿图9中虚线C-C方向的侧面剖视图；
图11为图9示出的端面耦合器的光路图；
图中包括：10-波导覆盖层；20-光波导；21-第一端面；22-第二端面；30-准直透镜组；31、51、61-第一准直透镜；311、511、611-第一准直透镜的第一耦合面；312、512、612-第一准直透镜的第二耦合面；32、52、62-第二准直透镜；321、521、621-第二准直透镜的第一耦合面；322、522、622-第二准直透镜的第二耦合面；40-端面透镜；401-第三耦合面；n1-波导覆盖层的折射率；n2-第一准直透镜31的折射率、第二准直透镜62的折射率；n3-第二准直透镜32的折射率；n4-第一准直透镜51的折射率、第一准直透镜61的折射率；n5-第二准直透镜52的折射率。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式及附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。
参考图1和图2，图1为本申请实施例提供的一种端面耦合器的俯视图，图2为本申请实施例提供的一种端面耦合器沿图1中虚线A-A方向的侧面剖视图。如图1和图2所示，本申请实施例提供的端面耦合器包括：形成于波导覆盖层10内的光波导20和准直透镜组30；波导覆盖层10远离光波导20的一侧形成有端面透镜40，准直透镜组30位于光波导20和端面透镜40之间；所述准直透镜组30包括多个中心轴线对齐的准直透镜；其中，准直透镜组30和端面透镜40用于将光波导20输出的光信号进行准直后输出，或者端面透镜40和准直透镜组30用于将所述光信号进行聚焦后输入至光波导20。
为了更清楚地阐述准直透镜组中各准直透镜的结构特征，本申请实施例以准直透镜组包括两个准直透镜为例进行说明，其不构成对本申请保护范围的限定。本申请实施例对于准直透镜组内准直透镜的数量并无特殊限制，本领域技术人员可以根据实际需求，选择设置准直透镜组内准直透镜的数量。可以举例的是，本申请实施例中准直透镜组可以包括一个、两个、三个、四个、五个甚至更多个准直透镜。
这里，定义光信号的传输方向为X方向。在垂直于光信号传输方向的端面中定义彼此相互垂直的Y方向和Z方向。本申请提供的俯视图示出了与光信号传输方向相互垂直的Y方向，即，本申请提供的俯视图示出了与X方向相互垂直的Y方向；本申请提供的侧面剖视图示出了与光信号传输方向相互垂直的Z方向，即，本申请提供的侧面剖视图示出了与X方向相互垂直的Z方向。本申请实施例中X方向、Y方向和Z方向彼此相互垂直。
这里，定义光波导沿X方向上的尺寸为光波导的长度；定义光波导沿Y方向上的尺寸为光波导的宽度；定义光波导沿Z方向上的尺寸为光波导的厚度。
仍参考图1和图2，准直透镜组30包括两个准直透镜，分别为第一准直透镜31和第二准直透镜32；第一准直透镜31和第二准直透镜32沿光信号传输方向依次设置，且第一准直透镜31和第二准直透镜32均位于光波导20和端面透镜40之间。第一准直透镜31和第二准直透镜32均包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面，图1示出的第一准直透镜31包括相对设置的第一准直透镜的第一耦合面311和第一准直透镜的第二耦合面312，且图1示出的第二准直透镜32包括相对设置的第二准直透镜的第一耦合面321和第二准直透镜的第二耦合面322。
这里，图1示出的第一准直透镜和第二准直透镜的形状相同，均为椭圆柱体。以第一准直透镜的形状为例进行说明，第一准直透镜包括相互平行的上底面和下底面，上底面和下底面均为椭圆形，第一准直透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第一耦合面和第二耦合面，且第一耦合面和第二耦合面均为凸形曲面。结合图1和图2所示，如前所述，第一准直透镜的上底面和下底面均平行于XY平面，第一准直透镜的侧面则垂直于XY平面。因此，图1示出的第一准直透镜和第二准直透镜的上底面为椭圆形，图2示出的第一准直透镜和第二准直透镜的侧面剖视图为矩形。
这里，图1示出的端面透镜包括相互平行的上底面和下底面，端面透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第三耦合面，且第三耦合面为凸形曲面。结合图1和图2所示，如前所述，端面透镜的上底面和下底面均平行于XY平面，端面透镜的侧面则垂直于XY平面。因此，图1示出的端面透镜的上底面为半椭圆形，图2示出的端面透镜的侧面剖视图为矩形。
参考图3，图3为图1示出的端面耦合器的光路图。如图3所示，第一准直透镜31、第二准直透镜32和端面透镜40用于将光波导20输出的光信号进行准直后输出，或者端面透镜40、第二准直透镜32和第一准直透镜31用于将所述光信号进行聚焦后输入至光波导20。图3仅示出了光波导输出的光信号依次经过第一准直透镜、第二准直透镜和端面透镜准直后输出的情况。
本申请实施例提供的端面耦合器中，通过设置准直透镜组以调整光束传播路径、提高光束的准直度、减小光束的发散角，并且通过设置端面透镜进一步束缚光束的扩散、提高光束的准直度，从而减小模式失配损耗进而提高端面耦合器的耦合效率。
本申请实施例提供的端面耦合器中，光波导与准直透镜组之间、准直透镜组内的各准直透镜之间以及准直透镜组与端面透镜之间均填充有波导覆盖层，因此，端面耦合器内的各器件之间能够实现无隙对接，从而能够进一步提高端面耦合器的耦合效率。此外，通过波导覆盖层将光波导和准直透镜组集成，并且将光波导和准直透镜组之间的相对位置固定；波导覆盖层还可以约束光信号，由此可以进一步提高端面耦合器输出光束的准直度、减小光束的发散角，从而减小模式失配损耗进而提高端面耦合器的耦合效率。
下面对本申请实施例提供的端面耦合器的制备方法进行详细的说明。
参考图4，图4为本申请实施例提供的端面耦合器的一种可选流程示意图。
如图4所示，本申请实施例提供一种端面耦合器的制备方法，所述方法包括：
步骤S401、提供位于波导覆盖层内的光波导；
步骤S402、刻蚀贯穿所述波导覆盖层以形成多个凹槽和端面透镜，且所述多个凹槽位于所述光波导和所述端面透镜之间；
步骤S403、对多个所述凹槽内进行填充，以在各个所述凹槽内形成准直透镜；所述多个准直透镜构成准直透镜组。
具体地，可以在波导覆盖层上形成光波导材料层，在光波导材料层上形成图案化的掩膜层，利用所述图案化的掩膜层对所述光波导材料层进行刻蚀，以形成光波导。其中，可以使用图案化的光刻胶层作为图案化的掩膜层。接着，去除所述图案化的掩膜层，还可以在所述光波导上形成波导覆盖层，所述波导覆盖层完全覆盖所述光波导。
在本申请实施例中，可以使用干法刻蚀、湿法刻蚀或其组合对波导覆盖层进行刻蚀。
在本申请实施例中，所述波导覆盖层的材料包括二氧化硅。
这里，光波导的材料可以为硅，波导覆盖层的材料可以为二氧化硅，二氧化硅材料的折射率小于硅材料的折射率，因此，光信号的传输被限制在光波导内，从而能够对端面耦合器内传输的光信号进行约束。
在本申请实施例中，所述光波导的材料包括以下至少之一：硅、氮化硅和三五族材料。
这里，三族元素包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和钛(Ti)；五族元素包括氮(N)、硼(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)。三五族材料可以例如为砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)和磷化铟(InP)。
在本申请实施例中，所述波导覆盖层和所述波导材料层可以使用包括但不限于物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或者其任何组合而形成。
结合图2所示，提供位于波导覆盖层10内的光波导20，刻蚀贯穿波导覆盖层10以形成两个凹槽和端面透镜40，且所述凹槽位于光波导20和端面透镜40之间。
具体地，可以在所述波导覆盖层上形成图案化的掩膜层，利用所述图案化的掩膜层对所述波导覆盖层进行刻蚀，以形成多个凹槽、以及形成位于波导覆盖层远离光波导一侧的端面透镜。这里，形成多个凹槽的位置即为后续形成多个准直透镜的位置。
在本申请实施例中，对多个所述凹槽内进行填充之前，所述方法还包括：
获取待形成准直透镜的折射率需求；
根据所述折射率需求，确定各个所述凹槽的填充材料。
具体地，预先获取待形成准直透镜的折射率需求，根据所述折射率需求，确定各个所述凹槽的填充材料后，对多个所述凹槽内进行填充，以在各所述凹槽内形成准直透镜；所述多个准直透镜构成准直透镜组。这里，形成的准直透镜组能够满足预先确定的折射率需求。
结合图2所示，确定两个凹槽的填充材料后，对两个凹槽内进行填充，以分别形成第一准直透镜31和第二准直透镜32。
本申请实施例提供的端面耦合器的制备方法中，在刻蚀贯穿波导覆盖层以形成凹槽和端面透镜时，通过调整刻蚀工艺参数，以形成不同形状的凹槽，并且选择不同折射率的材料对凹槽进行填充，以形成具有不同折射率的准直透镜。上述制备方法中，制备工艺简单、制备难度不高、准直透镜的结构参数灵活可调整(例如，调整准直透镜的形状，调整准直透镜的材料)，从而能够有效缩小出射光束的发散角，增加出射光束的准直度，提高端面耦合器与耦合光纤之间、端面耦合器与其他片上端面耦合器之间模式匹配程度，减小模式失配损耗，提升端面耦合器空间光耦合能力，实现高耦合效率高准直出射。
下面将对本申请实施例提供的端面耦合器中的准直透镜组内每个准直透镜的不同形状进行举例说明。
在本申请实施例中，准直透镜组内每个准直透镜的形状可以相同，也可以不同。本领域技术人员可以根据实际需求，选择设置准直透镜组内每个准直透镜的形状。
在本申请实施例中，准直透镜组内每个准直透镜的材料可以相同，也可以不同。本领域技术人员可以根据实际需求，选择形成准直透镜组内每个准直透镜的材料，以满足对准直透镜组的折射率需求。
在本申请实施例中，所述准直透镜组内每个所述准直透镜包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面，所述第一耦合面和所述第二耦合面的形状均包括平面、凸面或凹面。对于每个所述准直透镜而言，第一耦合面和第二耦合面可以相同，也可以不同。更具体而言，每个所述准直透镜的第一耦合面和第二耦合面的形状可以任意组合。可以举例的是，每个所述准直透镜的第一耦合面的形状可以选自平面、凸面或凹面中的任意一种，对应的该准直透镜的第二耦合面的形状也可以选择平面、凸面或凹面中的任意一种。
参考图5，图5为本申请实施例提供的不同形状的准直透镜的俯视图。如图5(a)所示，准直透镜包括凸面的第一耦合面和凸面的第二耦合面，准直透镜的第一耦合面的形状和第二耦合面的形状相同，均为凸面。如图5(b)所示，准直透镜包括凹面的第一耦合面和凹面的第二耦合面，准直透镜的第一耦合面的形状和第二耦合面的形状相同，均为凹面。参考图5(c)至图5(h)，准直透镜的第一耦合面的形状和第二耦合面的形状可以不同，具体地，如图5(c)所示，准直透镜包括平面的第一耦合面和凸面的第二耦合面，如图5(d)所示，准直透镜包括凸面的第一耦合面和平面的第二耦合面，如图5(e)所示，准直透镜包括凹面的第一耦合面和平面的第二耦合面，如图5(f)所示，准直透镜包括凸面的第一耦合面和凹面的第二耦合面，如图5(g)所示，准直透镜包括凹面的第一耦合面和凸面的第二耦合面，如图5(h)所示，准直透镜包括平面的第一耦合面和凹面的第二耦合面。如图5(i)所示，准直透镜包括平面的第一耦合面和平面的第二耦合面，准直透镜的第一耦合面的形状和第二耦合面的形状相同，均为平面。
在本申请实施例中，所述端面透镜包括第三耦合面，所述第三耦合面的形状包括平面、凸面或凹面；其中，所述第三耦合面作为所述端面耦合器的光输入端或者光输出端。
仍参考图1，第一准直透镜包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面，第二准直透镜也包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面；端面透镜40则包括第三耦合面401。
这里，第一准直透镜和第二准直透镜的形状相同。第一准直透镜包括凸面的第一耦合面和凸面的第二耦合面，第二准直透镜包括凸面的第一耦合面和凸面的第二耦合面。端面透镜则包括凸面的第三耦合面。
在本申请实施例中，所述第三耦合面的形状可以选自平面、凸面或凹面中的任意一种。此外，在本申请实施例提供的端面耦合器中，每个所述准直透镜的第一耦合面和第二耦合面的形状与所述第三耦合面的形状也可以任意组合。
仍参考图3，如果波导覆盖层的折射率为n1，第一准直透镜31的折射率为n2，第二准直透镜32的折射率为n3；那么波导覆盖层的折射率可以小于第一准直透镜31的折射率，且波导覆盖层的折射率可以小于第二准直透镜32的折射率，即，n1<n2且n1<n3。此时，第一准直透镜31和第二准直透镜32均为凸透镜，光信号由光波导输出后，依次经过第一准直透镜31、第二准直透镜32和端面透镜40进行准直后输出。
在本申请实施例中，所述光波导的中心轴线与所述准直透镜组内每个所述准直透镜的中心轴线对齐；和/或
所述端面透镜的中心轴线与所述准直透镜组内每个所述准直透镜的中心轴线对齐。
本申请实施例提供的端面耦合器中，通过设置光波导的中心轴线与准直透镜组的中心轴线对齐，以及端面透镜的中心轴线与准直透镜组的中心轴线对齐，能够有利于通过准直透镜组和端面透镜以调整光束传播路径、减小光束的发散角、提高光束的准直度，从而减小模式失配损耗进而提高端面耦合器的耦合效率。
仍参考图3，光波导20包括相互平行的第一端面21和第二端面22，第一端面21和第二端面22均垂直于所述光信号的传输方向，且第一端面21的面积大于第二端面22的面积；第一端面21用于接收/输出所述光信号，对应的第二端面22用于输出/接收所述光信号。
第一准直透镜31、第二准直透镜32和端面透镜40可用于将光波导20输出的光信号进行准直后输出，此时，光信号由光波导的第一端面输入光波导，且光信号由光波导的第二端面输出后，光信号依次经过第一准直透镜31、第二准直透镜32和端面透镜40后输出。其中，第一端面用于接收光信号，对应的第二端面用于输出光信号。这里，光波导的第二端面的尺寸远小于单模条件，因此，光波导无法完全限制传输模场，模场将扩散到波导覆盖层中。
由于光路可逆，端面透镜40、第二准直透镜32和第一准直透镜31可用于将所述光信号进行聚焦后输入至光波导20，此时，光信号依次经过端面透镜40、第二准直透镜32和第一准直透镜31后，光信号由光波导的第二端面输入光波导，且光信号由光波导的第一端面输出。其中，第一端面用于输出光信号，对应的第二端面用于接收光信号。
结合图2和图3所示，当所述光信号由光波导输出，依次经过第一准直透镜、第二准直透镜和端面透镜后输出，此时，光波导的宽度沿光信号传输方向减小；当所述光信号依次经过端面透镜、第二准直透镜和第一准直透镜后输入至光波导，此时，光波导的宽度沿光信号传输方向增大。这里，光波导的厚度不变。
在本申请实施例中，光波导位于光信号经过第一端面传输至第二端面后，与准直透镜组入射光束模场和数值孔径匹配的位置。
在本申请实施例中，光波导的材料包括以下至少之一：硅、氮化硅、硅的衍生物和三五族材料。
下面图6、图7和图8示出了本申请实施例提供的另一种端面耦合器。参考图6和图7，图6为本申请实施例提供的另一种端面耦合器的俯视图，图7为本申请实施例提供的另一种端面耦合器沿图6中虚线B-B方向的侧面剖视图。如图6所示，准直透镜组50包括第一准直透镜51和第二准直透镜52，第一准直透镜51和第二准直透镜52均包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面。图6示出的第一准直透镜51包括相对设置的第一准直透镜的第一耦合面511和第一准直透镜的第二耦合面512，且图6示出的第二准直透镜52包括相对设置的第二准直透镜的第一耦合面521和第二准直透镜的第二耦合面522。
这里，图6示出的第一准直透镜和第二准直透镜的形状相同，第一准直透镜包括凹面的第一耦合面和凹面的第二耦合面，第二准直透镜包括凹面的第一耦合面和凹面的第二耦合面；端面透镜则包括凸面的第三耦合面。以第一准直透镜的形状为例进行说明，第一准直透镜包括相互平行的上底面和下底面，第一准直透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第一耦合面和第二耦合面，且第一耦合面和第二耦合面均为凹形曲面。结合图6和图7所示，如前所述，第一准直透镜的上底面和下底面均平行于XY平面，第一准直透镜的侧面则垂直于XY平面。因此，图7示出的第一准直透镜和第二准直透镜的侧面剖视图为矩形。
这里，图6示出的端面透镜包括相互平行的上底面和下底面，端面透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第三耦合面，且第三耦合面为凸形曲面。结合图6和图7所示，如前所述，端面透镜的上底面和下底面均平行于XY平面，端面透镜的侧面则垂直于XY平面。因此，图6示出的端面透镜的上底面为半椭圆形，图7示出的端面透镜的侧面剖视图为矩形。
参考图8，图8为图6示出的端面耦合器的光路图。如图8所示，第一准直透镜51、第二准直透镜52和端面透镜40用于将光波导20输出的光信号进行准直后输出，或者端面透镜40、第二准直透镜52和第一准直透镜51用于将所述光信号进行聚焦后输入至光波导20。图8仅示出了光波导输出的光信号经过第一准直透镜、第二准直透镜和端面透镜准直后输出的情况。
仍参考图8，如果波导覆盖层的折射率为n1，第一准直透镜51的折射率为n4，第二准直透镜52的折射率为n5；那么波导覆盖层的折射率可以小于第一准直透镜51的折射率，且波导覆盖层的折射率可以大于第二准直透镜52的折射率，即，n1<n4且n1>n5。其中，第二准直透镜52的折射率小于波导覆盖层的折射率，因此，第二准直透镜52的第一耦合面521和第二耦合面522可以看作两个凸透镜。此时，第一准直透镜51为凹透镜，第二准直透镜52可以看作两个凸透镜，光信号由光波导输入后，依次经过第一准直透镜51、第二准直透镜52和端面透镜40进行准直后输出。
下面图9、图10和图11示出了本申请实施例提供的又一种端面耦合器。参考图9和图10，图9为本申请实施例提供的又一种端面耦合器的俯视图，图10为本申请实施例提供的又一种端面耦合器沿图9中虚线C-C方向的侧面剖视图。如图9所示，准直透镜组60包括第一准直透镜61和第二准直透镜62，第一准直透镜61和第二准直透镜62均包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面。图9示出的第一准直透镜61包括相对设置的第一准直透镜的第一耦合面611和第一准直透镜的第二耦合面612，且图9示出的第二准直透镜62包括相对设置的第二准直透镜的第一耦合面621和第二准直透镜的第二耦合面622。
这里，图9示出的第一准直透镜和第二准直透镜的形状不同，第一准直透镜包括凹面的第一耦合面和凹面的第二耦合面，第二准直透镜包括凸面的第一耦合面和凸面的第二耦合面；端面透镜则包括凸面的第三耦合面。第一准直透镜包括相互平行的上底面和下底面，第一准直透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第一耦合面和第二耦合面，且第一耦合面和第二耦合面均为凹形曲面；第二准直透镜包括相互平行的上底面和下底面，第二准直透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第一耦合面和第二耦合面，且第一耦合面和第二耦合面均为凸形曲面。结合图9和图10所示，如前所述，第一准直透镜的上底面和下底面均平行于XY平面，第一准直透镜的侧面则垂直于XY平面。因此，图10示出的第一准直透镜和第二准直透镜的侧面剖视图为矩形。
这里，图9示出的端面透镜包括相互平行的上底面和下底面，端面透镜还包括垂直于上底面和下底面的侧面，该侧面包括第三耦合面，且第三耦合面为凸形曲面。结合图9和图10所示，如前所述，端面透镜的上底面和下底面均平行于XY平面，端面透镜的侧面则垂直于XY平面。因此，图9示出的端面透镜的上底面为半椭圆形，图10示出的端面透镜的侧面剖视图为矩形。
参考图11，图11为图9示出的端面耦合器的光路图。如图11所示，第一准直透镜61、第二准直透镜62和端面透镜40用于将光波导20输出的光信号进行准直后输出，或者端面透镜40、第二准直透镜62和第一准直透镜61用于将所述光信号进行聚焦后输入至光波导20。图11仅示出了光波导输出的光信号经过第一准直透镜、第二准直透镜和端面透镜准直后输出的情况。
仍参考图11，如果波导覆盖层的折射率为n1，第一准直透镜61的折射率为n4，第二准直透镜62的折射率为n2；那么波导覆盖层的折射率小于第一准直透镜的折射率，且波导覆盖层的折射率小于第二准直透镜的折射率，即，n1<n4且n1<n2。此时，第一准直透镜61为凹透镜，第二准直透镜62为凸透镜，光信号由光波导输出后，依次经过第一准直透镜61、第二准直透镜62和端面透镜40进行准直后输出。
本申请实施例提供一种端面耦合器及其制备方法，所述端面耦合器包括：形成于波导覆盖层内的光波导和准直透镜组；所述波导覆盖层远离所述光波导的一侧形成有端面透镜；所述准直透镜组位于所述光波导和所述端面透镜之间；所述准直透镜组包括多个中心轴线对齐的准直透镜；其中，所述准直透镜组和所述端面透镜用于将所述光波导输出的光信号进行准直后输出，或者所述端面透镜和所述准直透镜组用于将所述光信号进行聚焦后输入至所述光波导。本申请实施例中端面耦合器包括形成于波导覆盖层内的准直透镜组，以及形成于波导覆盖层远离光波导一侧的端面透镜，通过设置准直透镜组和端面透镜以共同提高端面耦合器输出光束的准直度、减小光束的发散角，从而减小模式失配损耗进而提高耦合效率。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本申请的优选实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种端面耦合器，其特征在于，所述端面耦合器包括：形成于波导覆盖层内的光波导和准直透镜组；所述波导覆盖层远离所述光波导的一侧形成有端面透镜；所述准直透镜组位于所述光波导和所述端面透镜之间；
所述准直透镜组包括多个中心轴线对齐的准直透镜；所述光波导和所述准直透镜组之间的相对位置固定；
其中，所述准直透镜组和所述端面透镜用于将所述光波导输出的光信号进行准直后输出，或者所述端面透镜和所述准直透镜组用于将所述光信号进行聚焦后输入至所述光波导；多个所述准直透镜具有不同的折射率。
2.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，所述准直透镜组内每个所述准直透镜包括相对设置的第一耦合面和第二耦合面，所述第一耦合面和所述第二耦合面的形状均包括平面、凸面或凹面。
3.如权利要求2所述的端面耦合器，其特征在于，所述第一耦合面和所述第二耦合面的形状相同。
4.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，所述端面透镜包括第三耦合面，所述第三耦合面的形状包括平面、凸面或凹面；其中，所述第三耦合面作为所述端面耦合器的光输入端或者光输出端。
5.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，
所述光波导的中心轴线与所述准直透镜组内每个所述准直透镜的中心轴线对齐；和/或
所述端面透镜的中心轴线与所述准直透镜组内每个所述准直透镜的中心轴线对齐。
6.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，所述波导覆盖层的材料包括二氧化硅。
7.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，所述光波导包括相互平行的第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面均垂直于所述光信号的传输方向，且所述第一端面的面积大于所述第二端面的面积；所述第一端面用于接收/输出所述光信号，对应的所述第二端面用于输出/接收所述光信号。
8.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，所述光波导的材料包括以下至少之一：硅、氮化硅和三五族材料。
9.一种端面耦合器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供位于波导覆盖层内的光波导；
刻蚀贯穿所述波导覆盖层以形成多个凹槽和端面透镜，且所述多个凹槽位于所述光波导和所述端面透镜之间；
获取待形成准直透镜的折射率需求；
根据所述折射率需求，确定各个所述凹槽的填充材料；
对多个所述凹槽内进行填充，以在各个所述凹槽内形成准直透镜；多个准直透镜构成准直透镜组；所述光波导和所述准直透镜组之间的相对位置固定。
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