CN115903135A - 一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其截面结构从下至上包括了衬底层，埋氧层，第一层全刻蚀铌酸锂波导层，第二层浅刻蚀铌酸锂波导层以及包层。整体结构包括输入悬臂梁结构，偏振旋转结构，偏振分束结构，两个输入双层锥形波导结构。该发明结构首次同时将端面耦合器与偏振分束旋转器二者相结合，首次在铌酸锂X切Z传波导中实现高效的耦合效率以及超低的偏振相关损耗。该发明有利于在未来光通信，光传感，光集成等领域实现高效的光纤和铌酸锂薄膜超低损耗，以及偏振不敏感的耦合效果。

Description

一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器

技术领域

本发明设计光通信，光传感及光集成技术领域的一种端面耦合器结构，具体为一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器。

背景技术

在过去的几十年里，光通信系统已经广泛地应用于高速互联网络中。而随着近几年来互联网行业的快速发展，已经逐渐衍生出了许多潜在的应用领域，其中包括云计算，数据中心互联，大数据处理以及人工智能等等。这些产业的发展，逐步推动光通信，光互联等技术向着集成度更高，传输速度更快，成本优势更明显的光电子集成平台上发展。

而在最近的几年里，基于硅基光电子集成平台的硅光技术已经得到了快速的发展，凭借着其CMOS工艺兼容，成本低廉，集成度更高的优势，已经被应用于数据中心光互联等领域。但由于硅材料本身天然的劣势，无法实现高性能的有源特性，包括光源，调制，探测等等，限制了其进一步地发展。而有着纯线性电光调制特性的薄膜铌酸锂平台也得到了众多的关注。然而，有关薄膜铌酸锂平台的无源结构目前仍然没有得到太多的关注和研究，其中包括波分复用器件，模式复用器件，光纤-芯片耦合器件等等。目前有两种典型的光纤-芯片耦合器件，其中垂直光栅耦合器件因其制备简单，不受限于芯片位置的优势而得到广泛使用，但其高的耦合损耗以及偏振相关的性能还是进一步阻碍了其在特定应用领域的发展。而另一代表性光纤-芯片耦合器——端面耦合器件作为连接光纤和芯片的桥梁，有着超低耦合损耗以及超低的偏振相关性的出色性能。由于薄膜铌酸锂晶体存在各向异性的特点，因此对于相同的薄膜铌酸锂晶圆(X切)，沿Z传与沿Y传的波导有着完全不同的模式分布，因此端面耦合器的设计也是完全不同的。本发明目的在于实现高耦合效率，无偏振相关损耗的X切Z传的端面耦合结构。

因此现有技术的技术问题如下：

薄膜铌酸锂晶体是一种各向异性的材料，在相同的薄膜铌酸锂晶圆中(X切)，沿着Y传的波导与沿着Z传的波导有着完全不同的模式分布。目前，由于基于X切Z传的端面耦合器存在不可避免的双层铌酸锂波导的模式杂化问题，因此基于薄膜铌酸锂平台的端面耦合器结构，均基于X切Y传的波导结构来实现，高性能的X切Z传的薄膜铌酸锂端面耦合器结构未被提出。本发明的目的在于，通过引入基于第一层全刻蚀铌酸锂波导的偏振旋转结构和偏振分束结构，同样能够在X切Z传的波导结构中实现高耦合效率，无偏振相关损耗的端面耦合器结构，为未来实现大规模的铌酸锂光子集成回路的应用提供了另一高效的耦合方案。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，耦合器包括从下到上的衬底、埋氧层、包层、位于埋氧层上且设置于包层内的第一层全刻蚀铌酸锂波导、及位于第一层全刻蚀铌酸锂波导上且设置于包层内的第二层浅刻蚀铌酸锂波导。

作为进一步地改进，本发明所述的耦合器整体结构从左到右依次为输入悬臂梁结构，偏振旋转结构，偏振分束结构和双层铌酸锂波导结构，双层铌酸锂波导结构包括零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构，输入悬臂梁结构的输入端与光纤相连接，输出端与偏振旋转结构的输入端相连接，偏振旋转结构的输出端与偏振分束结构的输入端相连接，偏振分束结构的两个输出端分别与零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构相连。

作为进一步地改进，本发明所述的输入悬臂梁结构其截面结构包括衬底，埋氧层，第一层全刻蚀铌酸锂波导，包层，位于第一层全刻蚀铌酸锂波导两侧且连通埋氧层和包层的若干空气小孔，衬底上开设有贯穿悬臂梁结构的两个半圆形镂空隔离结构，空气小孔与镂空隔离结构连通，两个半圆形镂空隔离结构的中心正好对应两侧空气小孔的中心。

作为进一步地改进，本发明所述的包层和埋氧层构成的二氧化硅波导，二氧化硅波导的宽度为埋氧层的宽度或包层的宽度，埋氧层的宽度与包层宽度相等；埋氧层厚度h₁₂为1-5μm，包层厚度h₁₄为1-10μm，二氧化硅波导宽度W₁₁为1-10μm，二氧化硅波导总长度L₁₁为1-50μm，第一层全刻蚀铌酸锂波导为宽度渐变的锥形波导，第一层全刻蚀铌酸锂波导厚度h₁₃为50-400nm，渐变总长度L₁₂为1-500μm，渐变初始宽度W₁₂为10-300nm，渐变结束宽度W₁₃为0.8-3μm，第一层全刻蚀铌酸锂波导两侧的空气小孔形成了若干二氧化硅支撑波导结构，二氧化硅支撑波导结构的支撑宽度L₁₃为1-10μm，支撑长度W₁₄为2-20μm，两个相邻的二氧化硅支撑波导间距L₁₄为2-100μm。

作为进一步地改进，本发明所述的偏振旋转结构的第一层全刻蚀铌酸锂波导结构为宽度渐变的锥形波导，渐变初始宽度W₂₁为0.6-3μm，渐变结束宽度W₂₂为0.8-3.5μm，渐变长度L₂₁为0.5-5mm。

作为进一步地改进，本发明所述的偏振分束结构包括两段有间距的第一层全刻蚀铌酸锂波导，第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导为宽度渐变的结构，初始宽度为W₂₃为1.5-4μm，结束宽度为W₂₄为0.8-2μm，第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导包括耦合区，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导依次包括第一段S型弯曲波导、与第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导对应的耦合区和第二段S型弯曲波导，耦合区的长度L₂₂为10-500μm，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导的初始宽度W₂₅为0.1-0.8μm，结束宽度为W₂₆为0.2-1.5μm，第一段S型弯曲波导长度L₂₃为10-500μm，宽度G₁为0.5-3μm，第二段S型弯曲波导长度L₂₄为10-500μm，宽度G₃为1-10μm；两段第一层全刻蚀铌酸锂波导的耦合区的间距G₂为0.1-1μm；第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导与零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构相连，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导与零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构相连。

作为进一步地改进，本发明所述的零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构均由第一层全刻蚀铌酸锂波导和第二层浅刻蚀铌酸锂波导构成，第二层浅刻蚀铌酸锂波导是在第一层全刻蚀铌酸锂波导之上的浅刻蚀脊型波导，第二层浅刻蚀铌酸锂波导厚度h₁₇为100-500nm，第一层全刻蚀铌酸锂波导的渐变初始宽度W₃₁为0.6-3μm，渐变结束宽度W₃₂为2-10μm，第二层浅刻蚀铌酸锂波导的渐变初始宽度W₃₃为50-300nm，渐变结束宽度W₃₄为0.8-3μm，第一层全刻蚀铌酸锂波导和第二层浅刻蚀铌酸锂波导的渐变长度相等，渐变总长度L₃₁为50-500μm。

作为进一步地改进，本发明所述的零阶横电场模式通过光纤输入到输入悬臂梁结构的二氧化硅波导中，进而再通过输入悬臂梁结构的二氧化硅波导转换到第一层全刻蚀铌酸锂波导中，零阶横电场模式将几乎无损地通过偏振旋转结构以及偏振分束结构，并且通过输入零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构。

作为进一步地改进，本发明所述的零阶横磁场模式通过光纤输入到输入悬臂梁结构的二氧化硅波导中，进而再通过输入悬臂梁结构的二氧化硅波导转换到第一层全刻蚀铌酸锂波导中，零阶横磁场模式经过偏振旋转结构转换为一阶横电场模式，接着再通过偏振分束结构，将一阶横电场模式转换为零阶横电场模式，并且通过输入零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构。

本发明的有益效果如下：

(1)通过采用二氧化硅悬臂梁结构，实现光纤与铌酸锂波导高效的耦合效果，同时采用这种二氧化硅悬臂梁结构，不需要对端面进行复杂的研磨，抛光等工艺，只需要一步刻蚀即可实现高效耦合，简化工艺流程。

(2)通过引入单层铌酸锂波导的偏振旋转结构和偏振分束结构，实现零阶横电场模式无损地输出的同时，零阶横磁场模式转化为一阶横电场模式再转化为零阶横电场模式输出，因此可以有效地避免在双层铌酸锂波导上引起的零阶横磁场模式与一阶横电场模式的模式杂化，首次在X切Z传的铌酸锂波导中实现超高耦合效率，无偏振相关损耗的端面耦合器结构。

(3)采用双层宽度渐变的锥形铌酸锂波导结构，可以实现模式分布由单层铌酸锂波导无损地转换到双层铌酸锂波导上。

(4)该双偏振端面耦合结构的工艺与目前基于衬底掏空的高速硅基薄膜铌酸锂慢波行波电极调制器相兼容，可以同时实现超高耦合效率，超低偏振相关损耗，超低驱动电压，超大电光调制带宽的高性能电光调制器，有利于广泛应用于大规模铌酸锂光子回路中。

附图说明

图1是本发明结构的二维俯视图；

图2(a)是本发明图1中1-2方向的截面结构示意图；

图2(b)是本发明结构的悬臂梁结构的俯视图；

图2(c)是本发明结构的宽度渐变的双层锥形波导俯视图；

图2(d)是本发明图1中1-3方向的截面结构示意图；

图2(e)是本发明结构的偏振旋转结构和偏振分束结构的俯视图；

图3是本发明结构的悬臂梁结构的仿真模拟光场分布图；

图4(a)是本发明结构的偏振旋转结构的零阶横电场模式输入仿真模拟光场分布图；

图4(b)是本发明结构的偏振旋转结构的零阶横磁场模式输入仿真模拟光场分布图；

图5(a)是本发明结构的偏振分束结构的零阶横电场模式输入仿真模拟光场分布图；

图5(b)是本发明结构的偏振分束结构的一阶横电场模式输入仿真模拟光场分布图；

图6(a)是双层铌酸锂波导结构的波导宽度与模式有效折射率的关系图，该图展示了零阶横电场模式，零阶横磁场模式以及一阶横电场模式；

图6(b)是单层铌酸锂波导结构的波导宽度与模式有效折射率的关系图，该图展示了零阶横电场模式，零阶横磁场模式以及一阶横电场模式；

图6(c)是采用双层偏振旋转结构与单层偏振旋转结构在X切Z传铌酸锂波导中的偏振相关损耗；

图7是本发明图1中1-1方向的截面结构示意图。

图中，1是输入悬臂梁结构，2是偏振旋转结构，3是偏振分束结构，4是零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构，5是零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构，11是衬底硅，12是埋氧层，13是第一层全刻蚀铌酸锂波导，14是包层，15是空气小孔，16是镂空隔离结构，17是第二层浅刻蚀铌酸锂波导，18是偏振分束结构的第一段S型弯曲波导，19是偏振分束结构的耦合区，20是偏振分束结构的第二段S型弯曲波导。

具体实施方式

下面对本发明具体的实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互连接关系、各部分的作用及工作原理、制作工艺及操作使用方法等，做进一步详细的说明。以便于对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

为了实现高效的光纤-芯片的耦合效果，提出了利用输入悬臂梁结构，通过模斑尺寸较大的二氧化硅波导来实现与光纤模斑进行匹配。图7是本发明图1中1-1方向的截面结构示意图，本发明公开了一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：耦合器包括从下到上的衬底11、埋氧层12、包层14、位于埋氧层12上且设置于包层14内的第一层全刻蚀铌酸锂波导13、及位于第一层全刻蚀铌酸锂波导13上且设置于包层14内的第二层浅刻蚀铌酸锂波导17。

图1是本发明结构的二维俯视图；耦合器整体结构从左到右依次为输入悬臂梁结构1，偏振旋转结构2，偏振分束结构3和双层铌酸锂波导结构，双层铌酸锂波导结构包括零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构4和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构5，输入悬臂梁结构1的输入端与光纤相连接，输出端与偏振旋转结构2的输入端相连接，偏振旋转结构2的输出端与偏振分束结构3的输入端相连接，偏振分束结构3的两个输出端分别与零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构4和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构5相连。

零阶横电场模式和零阶横磁场模式同时通过输入悬臂梁结构1由光纤模式转换到二氧化硅波导中，进而再转换到第一层全刻蚀铌酸锂波导中，模拟的光场传输图如图3所示。紧接着，零阶横电场模式几乎无损地通过偏振旋转结构2和偏振分束结构3，并通过零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构4转换为双层铌酸锂波导模式分布输出。零阶横电场模式通过偏振旋转结构2和偏振分束结构3的模拟的光场传输图如图4(a)和图5(a)所示。而零阶横磁场模式通过偏振旋转结构2完全转化为一阶横电场模式，再通过偏振分束结构3后完全转化为零阶横电场模式，最后通过零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构转换为双层铌酸锂波导模式分布输出。零阶横磁场模式通过偏振旋转结构2和偏振分束结构3的模拟光场传输图如图4(b)和图5(b)所示。图6(a)和图6(b)分别展示了双层铌酸锂波导结构和单层铌酸锂波导结构的模式演化曲线。利用该发明结构，采用单层铌酸锂波导的模式耦合(图6(b)所示)，可以有效地避免在双层铌酸锂波导结构中的模式杂化问题(图6(a)所示)，因此在铌酸锂X切Z传的波导中首次实现高耦合效率，无偏振相关损耗的端面耦合效果(如图6(c)所示)。如图6(a)所示，零阶横磁场模式会不可避免地转换为一阶横电场模式，导致偏振相关损耗急剧增大，如图6(c)所示。因此，本发明的重点在于，通过结合基于单层铌酸锂波导的偏振旋转结构以及偏振分束结构，利用第一层全刻蚀铌酸锂波导的零阶横磁场模式与一阶横电场模式的模式杂化特性，如图6(b)所示，实现零阶横电场模式无损传输并从双层铌酸锂波导结构输入的同时，零阶横磁场模式转化为一阶横电场模式再转化为零阶横电场模式并从双层铌酸锂波导结构输入。因此可以有效地避免了零阶横磁场模式在双层波导结构出现不必要的模式杂化，大大地降低偏振相关损耗，如图6(c)所示，从而实现高耦合效率，无偏振相关损耗的X切Z传的薄膜铌酸锂端面耦合结构。

图2(a)是本发明图1中1-2方向的截面结构示意图；图2(b)是本发明结构的悬臂梁结构的俯视图；输入悬臂梁结构1其截面结构包括衬底11，埋氧层12，第一层全刻蚀铌酸锂波导13，包层14，位于第一层全刻蚀铌酸锂波导13两侧且连通埋氧层12和包层14的若干空气小孔15，衬底11上开设有贯穿悬臂梁结构1的两个半圆形镂空隔离结构16，空气小孔15与镂空隔离结构16连通，两个半圆形镂空隔离结构16的中心正好对应两侧空气小孔15的中心。包层14和埋氧层12构成的二氧化硅波导，二氧化硅波导的宽度为埋氧层12的宽度或包层14的宽度，埋氧层12的宽度与包层14宽度相等；埋氧层12厚度h₁₂为3μm，包层14厚度h₁₄为0.9μm，二氧化硅波导宽度W₁₁为4.9μm，二氧化硅波导总长度L₁₁为2μm，第一层全刻蚀铌酸锂波导13为宽度渐变的锥形波导，第一层全刻蚀铌酸锂波导13厚度h₁₃为200nm，渐变总长度L₁₂为300μm，渐变初始宽度W₁₂为100nm，渐变结束宽度W₁₃为1.2μm，第一层全刻蚀铌酸锂波导13两侧的空气小孔15形成了若干二氧化硅支撑波导结构，二氧化硅支撑波导结构的支撑宽度L₁₃为2μm，支撑长度W₁₄为5μm，两个相邻的二氧化硅支撑波导间距L₁₄为40μm。

图2(e)是本发明结构的偏振旋转结构和偏振分束结构的俯视图；偏振旋转结构2由宽度渐变的第一层全刻蚀铌酸锂波导13构成，渐变初始宽度W₂₁＝1.2μm，渐变结束宽度W₂₂＝1.6μm，渐变长度L₂₁＝2.5mm。

偏振分束结构3包括两段有间距的第一层全刻蚀铌酸锂波导13，第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导13为宽度渐变的结构，第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导13包括耦合区19，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导13依次包括第一段S型弯曲波导18、与第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导13对应的耦合区19和第二段S型弯曲波导20，耦合区19的长度L₂₂为100μm，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导13的初始宽度W₂₅为0.2μm，结束宽度为W₂₆为0.6μm，第一段S型弯曲波导18长度L₂₃为100μm，宽度G₁为1.5μm，第二段S型弯曲波导20长度L₂₄为100μm，宽度G₃为7μm；两段第一层全刻蚀铌酸锂波导13的耦合区19的间距G₂为0.26μm；第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导13与阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构4相连，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导13与零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构5相连。

图2(c)是本发明结构的宽度渐变的双层锥形波导俯视图；图2(d)是本发明图1中1-3方向的截面结构示意图；零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构4和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构5均由第一层全刻蚀铌酸锂波导13和第二层浅刻蚀铌酸锂波导17构成，第二层浅刻蚀铌酸锂波导17是在第一层全刻蚀铌酸锂波导13之上的浅刻蚀脊型波导，第一层全刻蚀铌酸锂波导13的渐变初始宽度W₃₁＝1.2μm，渐变结束宽度W₃₂＝6μm，第二层浅刻蚀铌酸锂波导17渐变初始宽度W₃₃＝0.1μm，渐变结束宽度W₃₄＝1.5μm，第二层浅刻蚀铌酸锂波导厚度h₁₇＝0.2μm，总渐变长度为L₃₁＝200μm。

二、一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器的制备方法包括以下步骤：

步骤1、准备绝缘体上的铌酸锂晶圆芯片。

步骤2、利用电子束曝光的方式，在光刻胶上制备波导的微纳图案。接着将光刻胶的微纳图案转移到芯片上，通过电感耦合等离子干法刻蚀的方式在铌酸锂层上制备两层波导结构，包括输入悬臂梁结构1的第一层全刻蚀铌酸锂波导13，偏振旋转结构2和偏振分束结构3的第一层全刻蚀铌酸锂波导13，两个输入双层铌酸锂波导结构，零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构4和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构5。

步骤3、利用等离子体增强化学气相沉积方式在铌酸锂层上沉积一层二氧化硅包层14。

步骤4、利用光刻曝光的方式，在光刻胶上制备小孔的微纳图案。接着将光刻胶的微纳图案转移到芯片上，通过电感耦合等离子干法刻蚀方式依次将包层二氧化硅，铌酸锂层，埋氧层二氧化硅刻蚀形成空气小孔15，将衬底11硅裸露出来。

步骤5、利用光刻曝光的方式，在光刻胶上制备小孔的微纳图案。接着通过电感耦合等离子各向同性刻蚀方式，在硅衬底11下形成镂空隔离结构16，完成器件的制备。

本发明结构创新性地通过采用单层铌酸锂波导偏振旋转分束结构，可以有效地解决双层铌酸锂波导在波导宽度渐变时导致零阶横磁场模式与一阶横电场模式形成模式杂化的问题，因此大大地降低铌酸锂X切Z传的端面耦合器偏振相关损耗，如图6(c)所示，首次实现高耦合效率，无偏振相关损耗的X切Z传的薄膜铌酸锂端面耦合结构。

同时本发明结构还有效地与目前基于衬底掏空的高速硅基薄膜铌酸锂慢波行波电极电光调制器工艺相兼容，可以同时实现超低耦合损耗，超低偏振相关损耗，超低驱动电压，超大电光调制带宽的出色性能，为未来的光通信，光互联，光传感等领域提供了又一高效的解决方案。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何其它的结构若符合结构上材料，厚度等变化的情况以及其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的耦合器包括从下到上的衬底(11)、埋氧层(12)、包层(14)、位于埋氧层(12)上且设置于包层(14)内的第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)、及位于第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)上且设置于包层(14)内的第二层浅刻蚀铌酸锂波导(17)。

2.根据权利要求1所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的耦合器整体结构从左到右依次为输入悬臂梁结构(1)，偏振旋转结构(2)，偏振分束结构(3)和双层铌酸锂波导结构，所述的双层铌酸锂波导结构包括零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构(4)和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构(5)，所述的输入悬臂梁结构(1)的输入端与光纤相连接，输出端与偏振旋转结构(2)的输入端相连接，偏振旋转结构(2)的输出端与偏振分束结构(3)的输入端相连接，偏振分束结构(3)的两个输出端分别与零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构(4)和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构(5)相连。

3.根据权利要求2所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的输入悬臂梁结构(1)其截面结构包括衬底(11)，埋氧层(12)，第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)，包层(14)，位于第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)两侧且连通埋氧层(12)和包层(14)的若干空气小孔(15)，所述的衬底(11)上开设有贯穿悬臂梁结构(1)的两个半圆形镂空隔离结构(16)，所述的空气小孔(15)与镂空隔离结构(16)连通，两个半圆形镂空隔离结构(16)的中心正好对应两侧空气小孔(15)的中心。

4.根据权利要求2所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的包层(14)和埋氧层(12)构成的二氧化硅波导，所述的二氧化硅波导的宽度为埋氧层(12)的宽度或包层(14)的宽度，埋氧层(12)的宽度与包层(14)的宽度相等；埋氧层(12)厚度h₁₂为1-5μm，包层(14)厚度h₁₄为1-10μm，二氧化硅波导宽度W₁₁为1-10μm，二氧化硅波导总长度L₁₁为1-50μm，所述的第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)为宽度渐变的锥形波导，所述的第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)厚度h₁₃为50-400nm，渐变总长度L₁₂为1-500μm，渐变初始宽度W₁₂为10-300nm，渐变结束宽度W₁₃为0.8-3μm，所述的第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)两侧的空气小孔(15)形成了若干二氧化硅支撑波导结构，所述的二氧化硅支撑波导结构的支撑宽度L₁₃为1-10μm，支撑长度W₁₄为2-20μm，两个相邻的二氧化硅支撑波导间距L₁₄为2-100μm。

5.根据权利要求2所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的偏振旋转结构(2)的第一层全刻蚀铌酸锂波导结构(13)为宽度渐变的锥形波导，渐变初始宽度W₂₁为0.6-3μm，渐变结束宽度W₂₂为0.8-3.5μm，渐变长度L₂₁为0.5-5mm。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的偏振分束结构(3)包括两段有间距的第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)，第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)为宽度渐变的结构，初始宽度为W₂₃为1.5-4μm，结束宽度为W₂₄为0.8-2μm，第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)包括耦合区(19)，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)依次包括第一段S型弯曲波导(18)、与第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)对应的耦合区(19)和第二段S型弯曲波导(20)，所述的耦合区(19)的长度L₂₂为10-500μm，第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)的初始宽度W₂₅为0.1-0.8μm，结束宽度为W₂₆为0.2-1.5μm，第一段S型弯曲波导(18)长度L₂₃为10-500μm，宽度G₁为0.5-3μm，第二段S型弯曲波导(20)长度L₂₄为10-500μm，宽度G₃为1-10μm；两段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)的耦合区(19)的间距G₂为0.1-1μm；所述的第一段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)与零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构(4)相连，所述的第二段第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)与零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构(5)相连。

7.根据权利要求6所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：所述的零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构(4)和零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构(5)均由第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)和第二层浅刻蚀铌酸锂波导(17)构成，第二层浅刻蚀铌酸锂波导(17)是在第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)之上的浅刻蚀脊型波导，第二层浅刻蚀铌酸锂波导(17)厚度h₁₇为100-500nm，第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)的渐变初始宽度W₃₁为0.6-3μm，渐变结束宽度W₃₂为2-10μm，第二层浅刻蚀铌酸锂波导(17)的渐变初始宽度W₃₃为50-300nm，渐变结束宽度W₃₄为0.8-3μm，第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)和第二层浅刻蚀铌酸锂波导(17)的渐变长度相等，渐变总长度L₃₁为50-500μm。

8.根据权利要求2或3或4或5或7所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：零阶横电场模式通过光纤输入到输入悬臂梁结构(1)的二氧化硅波导中，进而再通过输入悬臂梁结构(1)的二氧化硅波导转换到第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)中，零阶横电场模式将几乎无损地通过偏振旋转结构(2)以及偏振分束结构(3)，并且通过输入零阶横电场模式输入双层铌酸锂波导结构(4)。

9.根据权利要求2或3或4或5或7所述的基于薄膜铌酸锂悬臂梁结构的双偏振端面耦合器，其特征在于：零阶横磁场模式通过光纤输入到输入悬臂梁结构(1)的二氧化硅波导中，进而再通过输入悬臂梁结构(1)的二氧化硅波导转换到第一层全刻蚀铌酸锂波导(13)中，零阶横磁场模式经过偏振旋转结构(2)转换为一阶横电场模式，接着再通过偏振分束结构(3)，将一阶横电场模式转换为零阶横电场模式，并且通过输入零阶横磁场模式输入双层铌酸锂波导结构(5)。

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