CN114910996B - 端面耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种端面耦合器，包括硅衬底、埋氧层和二氧化硅包层，二氧化硅包层内设有：输入段波导，其包括至少四条条形波导，各条形波导的第一端端面与端面耦合器的第一端端面之间均具有第一距离，各条形波导的几何中心线与垂直于条形波导延伸方向的截面的交点围成正多边形，各条形波导的垂直于其几何中心线的横截面面积沿延伸方向逐渐增大；转换波导，自输入段波导的第二端朝向端面耦合器的第二端延伸，转换波导的端部与各条形波导的第二端均相接；输出段波导，其自转换波导的远离输入段波导的一端朝向与端面耦合器的第二端延伸，且输出段波导的端部与转换波导的端部相接。该端面耦合器对准容差大、耦合损耗小，从而具有较高的耦合效率。

Description

端面耦合器
技术领域
本发明涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种端面耦合器。
背景技术
硅基光子器件具有与CMOS(互补金属氧化物半导体，英文全称ComplementaryMetalOxide Semiconductor)工艺兼容、大带宽、低延迟、低能耗、低串扰等显著的优点，可以实现高性能、低成本、小尺寸、高集成的片上光互联。硅和二氧化硅或者空气具有较大的折射率差，这使得以硅为材料的波导对光场具有很强的限制能力，可以实现高度集成。光纤通信的飞速发展极大推动了光电器件的发展，在光网络中光的传输是通过低损耗光纤完成，而光信号的处理则由光器件完成，各种光器件必须插入到光网络中才能实现相应功能，因此光耦合器在整个光电集成电路中起到了桥梁式关键作用，其负责将光从光纤传输到集成芯片的波导中。
但在光的传输过程中，由于光纤与波导的对准能力的不确定性，必定会产生一定程度的对准损耗；并且由于光纤模场与波导直径的不一致性，使得光纤与波导之间存在较大的模场匹配损耗。目前普遍采用的端面耦合器对于上述问题难以解决，因此使得端面耦合器的对准容差小、耦合效率低。因此，如何提高端面耦合器的耦合效率以及对准容差是亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种端面耦合器，以提高端面耦合器的耦合效率以及对准容差。
根据本发明的一个方面，本发明公开了一种端面耦合器，所述端面耦合器包括硅衬底、设置在硅衬底上的埋氧层和位于所述埋氧层的远离所述硅衬底的一侧的二氧化硅包层，所述二氧化硅包层内设有：
输入段波导，所述输入段波导包括至少四条条形波导，各所述条形波导自所述端面耦合器的第一端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，各所述条形波导的第一端端面与所述端面耦合器的第一端端面之间均具有第一距离，各所述条形波导的第二端端面与所述端面耦合器的第二端端面之间均具有第二距离，其中，各所述条形波导的第一端端面均位于所述端面耦合器的第一端端面内侧，各所述条形波导的几何中心线与垂直于所述条形波导延伸方向的截面的交点围成正多边形，各所述条形波导的垂直于其几何中心线的横截面面积沿延伸方向逐渐增大；
转换波导，其自所述输入段波导的第二端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，所述转换波导的端部与各所述条形波导的第二端均相接，以使所述输入段波导与所述转换波导之间可进行光耦合；
输出段波导，其自转换波导的远离所述输入段波导的一端朝向与所述端面耦合器的第二端延伸，且所述输出段波导的端部与所述转换波导的端部相接，以使所述转换波导与所述输出段波导之间可进行光耦合，所述输出段波导的远离所述转换波导的一端的端面与所述端面耦合器的第二端端面平齐；
其中，所述端面耦合器的第一端为光纤接入端。
在本发明的一些实施例中，所述条形波导的数量为四条，且四条条形波导的几何中心线与垂直于所述条形波导延伸方向的截面的交点围成正方形。
在本发明的一些实施例中，各所述条形波导的几何中心线互相平行。
在本发明的一些实施例中，所述输出段波导的垂直于其延伸方向的横截面面积随着远离所述光纤接入端的距离的增大而逐渐减小。
在本发明的一些实施例中，所述输出段波导和各条形波导均为棱台形波导，且所述输出段波导和各条形波导的横截面形状均为正方形。
在本发明的一些实施例中，各条形波导和/或输出段波导为锥形波导。
在本发明的一些实施例中，在所述转换波导的与所述条形波导相接的端面上，转换波导的宽度尺寸大于或等于所述输入段波导的宽度尺寸，所述转换波导的高度尺寸大于或等于所述输入段波导的高度尺寸。
在本发明的一些实施例中，所述输入段波导在延伸方向上的长度尺寸与所述输出段波导在延伸方向上的长度尺寸的比值范围为1.2：1～3:1。
在本发明的一些实施例中，所述第一距离范围为2μm～3μm，任意两条条形波导的几何中心线之间的距离范围为2～4μm，各所述条形波导的第一端端面的边长范围为100nm～140nm，各所述条形波导的第二端端面的边长范围为2～4μm，所述转换波导的长度范围为4μm～6μm，所述输出段波导的第一端端面边长范围为4～8.5μm，所述输出段波导的第二端端面边长范围为400nm～450nm。
在本发明的一些实施例中，所述输出段波导的第一端端面与所述转换波导的第二端端面完全对接且尺寸相等。
本发明实施例中的端面耦合器，输入段波导采用至少四条条形波导，且各条形波导的几何中心线与垂直于该条形波导延伸方向的截面的交点围成正多边形，上述结构大大增加了波导对光场的捕获传输能力。条形波导的横截面面积沿延伸方向逐渐增大，且各个条形波导的第一端端面尺寸较小，来自光纤的光以倏逝波的形式从条形波导的第一端进入到整个耦合器中，提高了耦合器端面光场与光纤模场的匹配度，进而提高了端面耦合器的对准容差，降低了耦合损耗，提高了耦合效率。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
图1为本发明一实施例的端面耦合器的结构示意图。
图2为图1所示的端面耦合器的正视图。
图3为图1所示的端面耦合器的侧视图。
图4为图1所示的端面耦合器的俯视图。
图5为图1所示的端面耦合器的波导的结构示意图。
图6为本发明一实施例的端面耦合器的光纤接入端端面的光场分布仿真图。
图7为本发明一实施例的端面耦合器的输入段波导的第一端端面的光场分布仿真图。
图8为本发明一实施例的端面耦合器的输入段波导的第一横截面的光场分布仿真图。
图9为本发明一实施例的端面耦合器的输入段波导的第二横截面的光场分布仿真图。
图10为本发明一实施例端面耦合器的输入段波导的第二端端面的光场分布仿真图。
图11为本发明一实施例的端面耦合器的转换波导的第一端端面的光场分布仿真图。
图12为本发明一实施例端面耦合器的输出段波导的第一端端面的光场分布仿真图。
图13为本发明一实施例端面耦合器的输出段波导的第一横截面的光场分布仿真图。
图14为本发明一实施例端面耦合器的输出段波导的第二横截面的光场分布仿真图。
图15为本发明一实施例的端面耦合器的第二端端面上的光场分布仿真图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。
发明人在实验过程中发现，端面耦合器的输入端采用四条或四条以上的条形波导，并且当各条形波导的几何中心线与垂直于所述条形波导延伸方向的截面的交点围成对称状态的正多边形时，可有效的提高端面耦合器的对准容差，以及降低光纤与波导的模场匹配损耗，从而可提高端面耦合器的耦合效率。
具体的，本发明所公开的端面耦合器基于SOI平台，结合由输入段波导、转换波导以及输出段波导共同形成的中心波导，使该端面耦合器具有较高的耦合效率。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
图1为本发明一实施例的端面耦合器的结构示意图，如图1所示，该端面耦合器包括硅衬底100、埋氧层200、二氧化硅包层300以及设置在二氧化硅包层300内的波导。埋氧层200位于硅衬底100上，而二氧化硅包层300位于埋氧层200的远离硅衬底100的一侧；具体的，硅衬底100、埋氧层200以及二氧化硅包层300的长度以及宽度尺寸可一致。而上述中的长度尺寸为图2或图4中所示的端面耦合器的前视图或俯视图中的横向尺寸，宽度尺寸指图4中的纵向尺寸。
图5为二氧化硅包层300内的波导的结构示意图，如图5所示，波导具体的包括输入段波导310、转换波导320以及输出段波导330，输入段波导310、转换波导320以及输出段波导330依次对接，以实现光传输。输入段波导310包括至少四条条形波导311，各条形波导311自所述端面耦合器的第一端朝向所述端面耦合器的第二端延伸。端面耦合器的第一端是指图2中所示的端面耦合器前视图中的左端，而端面耦合器的第二端指图2中的端面耦合器的右端。各条形波导311的第一端端面均位于端面耦合器的第一端端面内侧，且各条形波导311的第一端端面均与端面耦合器的第一端端面之间具有第一距离。类似的，条形波导311的第一端也是指图2中示出的端面耦合器前视图中的左端，而条形波导311的第二端也指图2中示出的端面耦合器的右端。并且各条形波导311的第二端端面均位于端面耦合器的第二端端面内侧，且各条形波导311的第二端端面均与端面耦合器的第二端端面之间具有第二距离。
为了提高耦合器第一端的端面光场与光纤模场的匹配度，以及提高端面耦合器与光纤之间的对准容差，各条形波导311的几何中心线与垂直于所述条形波导311延伸方向的截面的交点围成正多边形。正多边形例如：正四边形、正五边形、正六边形等。上述的具体形状不做具体限制，经过实验发现，只要在保证各条形波导311的几何中心线与横截面的交点所围成的图形为正多边形的情况下，该结构的端面耦合器相比于现有技术中的采用单根中心波导的端面耦合器，均能提高耦合效率。
示例性的，条形波导311的具体数量可设为四条，此时四条条形波导311的几何中心线与垂直于所述条形波导311延伸方向的截面的交点连线为正方形。如图2和图3所示，四条条形波导311位于二氧化硅包层300的中心位置，且四条条形波导311相对于二氧化硅包层300的中线互相对称设置。应当理解的是，输入段波导310中的条形波导311的数量除了四条之外，也可以为五条、六条等，此时各条形波导311的几何中心线与垂直于所述条形波导311延伸方向的截面的交点连线分别为正五边形、正六边形等。
转换波导320位于输入段波导310与输出段波导330的中间，用于将多个条形波导311内的光进行合束，从而使合束后的光从输出段波导330的第二端输出至元器件。转换波导320具体的自输入段波导310的第二端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，且转换波导320的端部与输入段波导310的第二端相接，以使输入段波导310与所述转换波导320之间可进行光耦合。
另外，为了实现转换波导320与输出端波导之间的光耦合，输出段波导330的端部还与转换波导320的远离输入段波导310的一端相接。具体的，输出段波导330自转换波导320的远离输入段波导310的一端朝向与所述端面耦合器的第二端延伸，且输出段波导330的远离所述转换波导320的一端的端面与所述端面耦合器的第二端端面还平齐设置。其中，上述的端面耦合器的第一端是指光纤接入端，则端面耦合器的第二端是指元器件接入端。
在本实施例中，二氧化硅包层300内的波导不仅分为输入段波导310、转换波导320以及输出段波导330三部分，还对输入段波导310的结构进一步的进行改进；从而不仅提高了端面耦合器的输入端对光场的捕获能力，还使得该端面耦合器具有较大的对准容差、较小的耦合损耗等优点。
进一步的，输入段波导310中的至少四条条形波导311的几何中心线可为互相平行的结构。如图1所示，当条形波导311的数量具体的为四条时，此时四条条形波导311的几何中心线与垂直于其延伸方向的截面的交点之间的连线不仅为正方形，且四条条形波导311的几何中心线互相平行。此时，四条条形波导311的各个横截面与其几何中心线的交点之间的连线均为正方形，且各个横截面上的交点所围成的正方形尺寸均相等。应当理解的是，四条条形波导311除了平行设置之外，也可以为相邻的两个条形波导311的几何中心线呈不平行且对称状态；例如，各相邻的两个条形波导311的几何中心线呈“八”字状态，且呈“八”字状态的两条几何中心线的第一端之间的间距小于第二端之间的间距，也可理解为，相邻的两条几何中心线之间的间距随远离光纤输入端的距离的增大而增大。当条形波导311的数量为五条、六条或更多条，与四条条形波导311类似的，各相邻两条的条形波导311的几何中心线可互相平行或互相对称；并且当互相平行时，在延伸方向上的各个截面上的交点所围成的正多边形的尺寸均相等；而当互相对称且不平行时，在延伸方向上的各个截面上的交点所围成的正多边形的尺寸可逐渐增大。
在本发明一实施例中，各条形波导311均可为正棱台形波导，此时各条形波导311的垂直于其延伸方向上的横截面形状均为正方形，且各条形波导311的各个横截面的面积随着远离光纤输入端的增大而逐渐增大。如图3所示，当输入段波导310具有四个结构相同且尺寸相同的正棱台形波导时，四个条形波导311的第二端端面尺寸均相等且均大于第一端端面尺寸，另外四个条形波导311的第二端端面还均互相平齐设置；且相邻两个条形波导311的几何中心线在第二端的距离等于条形波导311的第二端端面的边长，因此四个条形波导311的第二端端面组合成一个正方形；此时转换波导320的与输入段波导310的第二端相对接的端面也可为与上述的四个条形波导311的第二端端面组合成的正方形类似的正方形端面。另外，各条形波导311以及输出段波导330的垂直于其延伸方向上横截面形状也可均为长方形，此时各条形波导311以及输出段波导330的各个横截面上的长方形面积从左至右逐渐增大；但应当注意的是，为了进一步的提高提高端面耦合器的对准容差，此时对于四个条形波导311的几何中心线在各个横截面上的交点围成的图形也可为正方形。
应当理解的是，各条形波导311除了为棱台形波导之外，也可为锥形波导。且锥形的条形波导311的横截面面积随着远离光纤输入端距离的增大而逐渐增大。锥形的条形波导311的各个横截面形状均可为长方形。另外，条形波导311除了为棱台形波导或锥形波导之外，也可以为其他形状的条形波导311；只要保证各条形波导311的输入端端面尺寸较小，且使来自光纤的光以倏逝波的形式从输入段波导310的第一端进入端面耦合器，从而保证耦合端端面光场与光纤模场的匹配度即可。
在本发明一实施例中，输出段波导330的垂直于其延伸方向的横截面面积随着远离所述光纤接入端的距离的增大而逐渐减小。如图1所示，输出段波导330具体的可为棱台形波导，且其各个横截面的形状均为正方形，也即输出段波导330的从左至右的各个横截面的正方形面积逐渐减小。与条形波导311类似的，输出段波导330除了为正四棱台形状之外，各个横截面的形状也可均为长方形；此时输出段波导330的从左至右的各个横截面的长方形面积逐渐减小。另外，输出段波导330除了为棱台形波导之外，也可为锥形波导。
进一步的，在输入段波导310与转换波导320相对接的端面上，为了防止输入段波导310内的光泄露至转换波导320周围的包层内，转换波导320的宽度尺寸还应大于或等于所述输入段波导310的宽度尺寸，所述转换波导320的高度尺寸还应大于或等于所述输入段波导310的高度尺寸。当输入段波导310由四条结构相同且尺寸相同的四条正四棱台条形波导311组成时，转换波导320的端面形状也可为正方形，且转换波导320的正方形端面的边长大于或等于相邻两个条形波导311的第二端端面的总宽度或总高度。在图3中所示的端面耦合器中，转换波导320的与输入段波导310相对接的端面形状为正方形，且此时转换波导320的第一端与输出段波导330的第二端均完全对接；另外该正方形端面的边长等于相邻两个正棱台形条形波导311的第二端的两个正方形端面的总宽度和总高度。
在本发明一实施例中，输入段波导310的长度可分别大于转换波导320以及输出段波导330的长度，而输出段波导330的长度可大于转换波导320的长度。其中，输入段波导310的长度、转换波导320的长度以及输出段波导330的长度是指各段波导在延伸方向上的尺寸。示例性的，输入段波导310在延伸方向上的长度尺寸与所述输出段波导330在延伸方向上的长度尺寸的比值范围为1.2：1～4:1。例如，当输入段波导310的各个条形波导311长度均为150μm时，输出段波导330的长度可为80μm、50μm等。但应当理解的是，输入段波导310以及输出段波导330的具体长度不做具体限制，其可根据端面耦合器的尺寸要求进行设置。
对于上述实施例中的端面耦合器，所采用的SOI平台，其硅衬底100的厚度可大于7μm，硅衬底100的宽度范围为20μm～50μm；位于硅衬底100上的埋氧层200的宽度与硅衬底100的宽度可一致，其宽度范围也可为20μm～50μm，而其高度可设为3μm；而对于位于埋氧层200的远离硅衬底100的一侧的二氧化硅包层300的宽度与硅衬底100和埋氧层200的宽度也一致，具体的为20μm～50μm，并且二氧化硅包层300的厚度可设为20μm。其中，二氧化硅包层300的具体厚度可基于二氧化硅包层300内的输入段波导310以及转换波导320的尺寸进行限定，例如在输入段波导310的第二端端面尺寸以及转换波导320的尺寸固定的前提下，二氧化硅包层300的宽度可稍大于或等于转换波导320的宽度，而二氧化硅包层300的厚度可稍大于或等于转换波导320的厚度。另外，对于硅衬底100、埋氧层200以及二氧化硅包层300的长度可设为相等，并且其具体数值可根据端面耦合器的尺寸要求进行设定；示例性的，端面耦合器的长度尺寸可设为200μm。
另外，对于输入段波导310的第一端端面与端面耦合器的第一端端面之间的第一距离，其具体数值可为2μm～3μm。在输入段波导310的第一端端面与端面耦合器的第一端端面之间预留间距，是为了使光纤内的模场与端面耦合器输入端的光场更好的匹配；另外，输入段波导的端部位于二氧化硅包层的内部，进一步的也起到了保护输入段波导的作用。示例性的，输入段波导310的第一端端面与端面耦合器的第一端端面之间预留的间距可为2μm、2.5μm或3μm等。
当各条形波导311均为截面形状为正方形的正棱台形波导时，各条形波导311的第一端端面的正方形的边长范围可为100nm～140nm，而各条形波导311的第二端端面的正方形的边长范围可为2μm～4μm。另外，当四条条形波导311的几何中心线均互相平行的情况下，相邻两条条形波导311的几何中心线之间的距离可为与条形波导311的第二端端面边长的尺寸相等，也为2μm～4μm；即当条形波导311的第二端端面边长为2μm时，相邻两条条形波导311的几何中心线之间的距离也为2μm；而当条形波导311的第二端端面边长为4μm时，相邻两条条形波导311的几何中心线之间的距离也为4μm。
进一步的，在转换波导320的与输入段波导310相对接的端面上，转换波导320的宽度范围为4μm～8μm，高度范围也可为4μm～8μm。示例性的，当输入段波导310的第二端端面边长为2μm时，转换波导320的端面边长可为4μm；而当输入段波导310的第二端端面边长为4μm时，转换波导320的端面边长可为8μm。另外。转换波导320具体的可为长方体形状，则其长度可为3μm～8μm，示例性的为5μm。对于输出段波导330，其与转换波导320的第二端相对接的第一端端面边长范围可为4～8.5μm，而输出段波导330的第二端端面边长范围可为400nm～450nm。
在本发明一实施例中，条形波导311的第一端端面的边长具体的为120nm，而第二端端面的边长可为3μm；转换波导320的各个截面上的边长均为6μm，且转换波导320的长度可设为5μm；输出段波导330的与转换波导320相接的第一端端面的边长为5μm，而输出段波导330的第二端端面边长为420nm。
对于上述实施例的端面耦合器，硅衬底100、输入段波导310、转换波导320以及输出段波导330的材料均为硅，且其折射率为3.48；而埋氧层200以及二氧化硅包层300的材料均可选用二氧化硅，且二氧化硅的折射率为1.44。
另外，图6至图15为耦合试验过程中的仿真示意图。图6中示出的为端面耦合器的靠近与光纤一端(光纤接入端端面)的光场分布仿真图；图7为端面耦合器的输入段波导的第一端端面的光场分布仿真图；图8和图9为输入段波导30的逐渐远离光纤接入端的两个横截面上(第一横截面和第二横截面)的光场分布仿真图；图10为输入段波导310的第二端端面所属横截面的光场分布仿真图；图11为端面耦合器的转换波导320的第一端端面的光场分布仿真图；图12为端面耦合器的输出段波导的第一端端面上的光场分布仿真图；图13和图14为输出段波导330的逐渐远离光纤接入端的两个横截面(第一横截面和第二横截面)上的光场分布仿真图；图15为本发明一实施例的端面耦合器的输出段波导的第二端端面上的光场分布仿真图。从上述的光场分布仿真图可以看出，本发明实施例中的端面耦合器极大的降低了光场在传输过程中的泄露，从而提高了耦合效率。
通过上述实施例可以发现，本发明所公开的端面耦合器，输入端采用四条结构尺寸均相同的棱台形条形波导，且每个条形波导的第一端端面尺寸较小，使得来自光纤的光以倏逝波的形式从条形波导的第一端进入端面耦合器。由于光场大多数以倏逝波的形式存在，因此提高了耦合器端面光场与光纤模场的匹配度。由于各条形波导的几何中心线与垂直于该条形波导延伸方向的截面的交点围成正多边形，大大增加了波导对光场的捕获传输能力，因而提高了端面耦合器的对准容差，降低了耦合损耗，提高了耦合效率。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
上述所列实施例，显示和描述了本发明的基本原理与主要特征，但本发明不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本发明做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种端面耦合器，其特征在于，所述端面耦合器包括硅衬底、设置在硅衬底上的埋氧层和位于所述埋氧层的远离所述硅衬底的一侧的二氧化硅包层，所述二氧化硅包层内设有：
输入段波导，所述输入段波导包括至少四条条形波导，各所述条形波导自所述端面耦合器的第一端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，各所述条形波导的第一端端面与所述端面耦合器的第一端端面之间均具有第一距离，各所述条形波导的第二端端面与所述端面耦合器的第二端端面之间均具有第二距离，其中，各所述条形波导的第一端端面均位于所述端面耦合器的第一端端面内侧，各所述条形波导的几何中心线与垂直于所述条形波导延伸方向的截面的交点围成正多边形，各所述条形波导的垂直于其几何中心线的横截面面积沿延伸方向逐渐增大；
转换波导，其自所述输入段波导的第二端朝向所述端面耦合器的第二端延伸，所述转换波导的端部与各所述条形波导的第二端均相接，以使所述输入段波导与所述转换波导之间可进行光耦合；
输出段波导，其自转换波导的远离所述输入段波导的一端朝向与所述端面耦合器的第二端延伸，且所述输出段波导的端部与所述转换波导的端部相接，以使所述转换波导与所述输出段波导之间可进行光耦合，所述输出段波导的远离所述转换波导的一端的端面与所述端面耦合器的第二端端面平齐；
其中，所述端面耦合器的第一端为光纤接入端；所述条形波导的数量为四条，且四条条形波导的几何中心线与垂直于所述条形波导延伸方向的截面的交点围成正方形；各所述条形波导的几何中心线互相平行；
所述输出段波导的垂直于其延伸方向的横截面面积随着远离所述光纤接入端的距离的增大而逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，所述输出段波导和各条形波导均为棱台形波导，且所述输出段波导和各条形波导的横截面形状均为正方形。
3.根据权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于，各条形波导和/或输出段波导为锥形波导。
4.根据权利要求2所述的端面耦合器，其特征在于，在所述转换波导的与所述条形波导相接的端面上，转换波导的宽度尺寸大于或等于所述输入段波导的宽度尺寸，所述转换波导的高度尺寸大于或等于所述输入段波导的高度尺寸。
5.根据权利要求4所述的端面耦合器，其特征在于，所述输入段波导在延伸方向上的长度尺寸与所述输出段波导在延伸方向上的长度尺寸的比值范围为1.2：1～4:1。
6.根据权利要求4所述的端面耦合器，其特征在于，所述第一距离范围为2μm～3μm，任意两条条形波导的几何中心线之间的距离范围为2μm～4μm，各所述条形波导的第一端端面的边长范围为100nm～140nm，各所述条形波导的第二端端面的边长范围为2μm～4μm，所述转换波导的长度范围为4μm～6μm，所述输出段波导的第一端端面边长范围为4μm～8.5μm，所述输出段波导的第二端端面边长范围为400nm～450nm。
7.根据权利要求6所述的端面耦合器，其特征在于，所述输出段波导的第一端端面与所述转换波导的第二端端面完全对接且尺寸相等。
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