CN115903140A - 光栅耦合器及光学设备 - Google Patents
光栅耦合器及光学设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115903140A CN115903140A CN202110993245.9A CN202110993245A CN115903140A CN 115903140 A CN115903140 A CN 115903140A CN 202110993245 A CN202110993245 A CN 202110993245A CN 115903140 A CN115903140 A CN 115903140A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating
- grating coupler
- light
- waveguide
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000003644 lens cell Anatomy 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 101700004678 SLIT3 Proteins 0.000 description 1
- 102100027339 Slit homolog 3 protein Human genes 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本申请公开一种光栅耦合器及光学设备。该光栅耦合器包括：衬底、光波导、光栅和超透镜，光波导和光栅设置在同一平面内，且光波导的出光侧贴合光栅的入光侧；超透镜设置于衬底内且远离光栅的一侧，而且超透镜位于光栅的下方。本申请的技术方案，其可提高光栅耦合器的耦合效率和耐磨性，降低损坏率和组装难度，而且，可以降低超透镜的工艺复杂度。
Description
技术领域
本申请涉及集成光电子技术，尤其涉及一种光栅耦合器及光学设备。
背景技术
硅基光电子器件由于具有低功耗、高带宽、高密度集成等优势，使得硅基光电子器件的应用越来越广。硅基光电子芯片与光纤的相互耦合随之成为一个主要的研究方向。常用的耦合方式包括采用倒锥形波导的端面耦合和采用光栅耦合器的垂直耦合。由于光栅耦合器的垂直耦合面积更小，使用更加灵活，可以设计在芯片的任意部位。
目前的光栅耦合器可以将硅基光电子芯片的正面朝上粘合在封装衬底，使得波导中的光束从硅衬底方向与光纤进行耦合。但被光栅衍射后的光束在硅衬底中传播一定距离之后，光斑会变大，导致硅衬底中的光束与光纤的耦合效率降低。为此，本领域技术人员在硅衬底的表面设置微透镜，利用微透镜对光斑进行聚焦。然而，由于微透镜突出于硅衬底的表面，导致光栅耦合器的表面易耐磨，易损坏，不易组装；而且，由于对微透镜的焦点位置要求严格，生产工艺复杂。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提出一种光栅耦合器及光学设备，旨在获得高耦合效率的同时，提高光栅耦合器的耐磨性，降低损坏概率、组装难度和工艺复杂度。
第一方面，本申请实施例提供一种光栅耦合器，包括衬底、光波导、光栅、包裹层和超透镜，所述光波导和所述光栅设置在同一平面内，且所述光波导的出光侧贴合所述光栅的入光侧；
所述包裹层设置在所述衬底的上表面，并包裹所述光波导和所述光栅；
所述超透镜设置于所述衬底内且远离所述光栅的一侧，而且所述超透镜位于所述光栅的下方。
其中，所述超透镜包括在所述衬底所在平面上阵列设置的多个透镜单元。
其中，所述多个透镜单元在所述衬底所在平面上的直径从所述超透镜的对称中心向边缘逐渐增大。
其中，所述超透镜的厚度为1-2微米。
其中，所述透镜单元为圆孔或圆柱。
其中，所述光波导包括设置在同一平面且相连的单模波导和锥形波导，所述单模波导设置在所述光波导的入光侧，所述锥形波导设置在所述光波导的出光侧。
其中，所述锥形波导的宽度由入光侧到出光侧逐渐增大，而且，所述锥形波导的入光侧的宽度与所述单模波导的宽度相同，所述锥形波导的出光侧的宽度与所述光栅的入光侧的宽度相同。
其中，所述光栅包括光栅本体和间隔设置在所述光栅本体上的光栅柱。
其中，所述光栅柱的厚度相同或不同。
其中，所述光波导和所述光栅的材料包括硅、氮化硅、铌酸锂或磷化铟。
其中，所述光栅耦合器还包括包裹层，所述包裹层设置在所述衬底的上表面，并包裹所述光波导和所述光栅。
其中，在所述包裹层的上表面设置有反射层，用于使光朝向所述光栅一侧反射。
其中，所述反射层包括反增层和基底层，所述反增层设置在所述包裹层的上表面，所述基底层设置在所述反增层的上表面。
其中，所述基底层的材料包括铝，所述反增层的材料包括钛。
其中，所述包裹层包括上包裹层和下包裹层，所述光波导和所述光栅设置在所述上包裹层和所述下包裹层之间，所述下包裹层设置在所述衬底的上表面。
其中，所述上包裹层的厚度为：光束经过所述光栅之后向所述反射层传播的光被所述反射层反射之后，与经过所述光栅之后向所述超透镜传播的光能够实现增强相干。
其中，所述包裹层的材料包括二氧化硅。
第二方面，本申请实施例提供一种光学设备，包括光纤和光栅耦合器，所述光纤设置在所述光栅耦合器的出光侧，且与所述光栅耦合器的超透镜相对，所述光栅耦合器采用本申请实施例提供的所述光栅耦合器。
本申请实施例提供的光栅耦合器，将光波导和光栅设置在同一平面内，且光波导的出光侧贴合光栅的入光侧；超透镜设置于衬底内且远离光栅的一侧，而且超透镜位于光栅的下方，利用超透镜可以提高光栅耦合器的耦合效率，将超透镜设置在衬底内，使光栅耦合器的表面平整，提高了光栅耦合器的耐磨性，降低了损坏率和组装难度，而且，由于超透镜可以在衬底内制作，降低了超透镜的工艺复杂度。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种光栅耦合器的侧视图；
图2为本申请实施例提供的一种光栅耦合器的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的超透镜对平行光的聚焦效果仿真图；
图4为本申请实施例中超透镜中通过透镜单元的光的相位随着透镜单元的半径的变化关系仿真图；
图5为本申请实施例中超透镜中的位置与相位的关系仿真图；
图6为本申请实施例中超透镜中的位置与透镜单元的半径的关系仿真图；
图7为本申请实施例提供的超透镜的俯视图；
图8为本申请实施例提供的光栅耦合器的仿真效果图；
图9为本申请实施例提供的光栅耦合器的仿真结果的局部放大图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请提供的服务器进行详细描述。
在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本申请透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本申请的范围。
如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本申请。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
本文所述实施例可借助本申请的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。因此，实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不旨在是限制性的。
除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本申请的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。
第一方面，本申请实施例提供一种光栅耦合器，该光栅耦合器可以对衍射到衬底的光束聚焦，减小光斑直径，从而提高衬底与光纤的耦合效率，而且可以降低光栅耦合器的磨损和组装的复杂度。
需要说明的是，为了便于描述，以下实施例以读者面向纸面为基准，纸面的左右方向为X轴方向，垂直于纸面的方向为Y轴方向，纸面的上下方向为Z轴方向，光栅耦合器的长度为X轴上的尺寸，光栅耦合器的宽度为Y轴上的尺寸，光栅耦合器的厚度为Z轴上的尺寸。
图1为本申请实施例提供的一种光栅耦合器的侧视图，图2为本申请实施例提供的一种光栅耦合器的结构示意图。参照图1和图2所示，光栅耦合器包括：衬底1、光波导2、光栅3和超透镜5，其中，光波导2是光传播的介质，光栅3用于产生干涉和衍射光，超透镜5用于使光线聚焦，减小光斑的直径。
在一些实施例中，光波导2和光栅3设置在同一平面内，且光波导的出光侧贴合光栅的入光侧。光束从光波导2的入光侧(左侧)进入光波导2，并从光波导2的出光侧进入光栅3，进入光栅3的光束一部分向下传播，另一部分向上传播。超透镜5设置于衬底1内且远离光栅3的一侧，而且超透镜5位于光栅3的下方。
图3为本申请实施例提供的超透镜对平行光的聚焦效果仿真图。其中，横坐标表示X轴，且X轴穿过超透镜对称中心，单位为米；纵坐标表示Z轴，Z轴的0点表示超透镜的上表面，单位为米；颜色表示电场强度。如图3所示，距离超透镜对称中心越近，电场强度越强；与超透镜的上表面的距离7×10-6米左右时，电场强度最强。
在一些实施例中，超透镜5包括在衬底1所在平面上阵列设置的多个透镜单元51。例如，透镜单元51的阵列方式是以超透镜5的对称中心为圆心，不同半径的同心圆方式排布阵列，在每个同心圆上间隔设置多个透镜单元51。再如，透镜单元51的阵列方式是以超透镜5的对称中心为坐标原点，在X轴和Y轴方向排布多个阵列，每个行和每个列均设置有多个透镜单元51。
在一些实施例中，多个透镜单元51在衬底1所在平面上的直径从超透镜51的对称中心向边缘逐渐增大，即透镜单元51的直径与其距离超透镜51的对称中心相关，与超透镜51的对称中心的距离越小，透镜单元51的直径越小；与超透镜51的对称中心的距离越大，透镜单元51的直径越大。
例如，当透镜单元51是以同心圆方式阵列设置时，在不同圆上的透镜单元51的直径不同，而且，随着同心圆直径越大，透镜单元51的直径越大。当透镜单元51是以横纵坐标阵列设置时，透镜单元51与超透镜51的对称中心的距离越小直径越小；透镜单元51与超透镜51的对称中心的距离越大直径越大。
如图1和2所示，为了降低生产成本，透镜单元51为圆孔或圆柱。在衬底1上制作透镜单元51时，可以通过蚀刻方式从衬底1的下表面形成圆孔。或者，先通过蚀刻方式在衬底1的下表面形成圆孔，再通过沉积方式在圆孔内填充填充物，形成圆柱。其中，填充物的材料包括二氧化硅等。可以理解，圆柱嵌置于衬底1内，从而使衬底1表面平整。
在一些实施例中，超透镜5的厚度为1-2微米，即透镜单元的厚度为1-2微米，如透镜单元的厚度为10μm。超透镜5的厚度与透镜单元51的厚度一致。在一些实施例中，超透镜5的厚度也可以设置为纳米级。
在一些实施例中，透镜单元51的直径与超透镜的相位相关，可以通过公式(1)计算透镜单元51的半径，从而获得超透镜5的厚度。
假设超透镜5位于X-Y平面内，光束的波长为1.55μm，焦距为10μm，透镜单元的厚度为1.5μm，通过仿真计算可以获得透镜单元的半径与超透镜的相位的关系图。图4为本申请实施例中超透镜中通过透镜单元的光的相位随着透镜单元的半径的变化关系仿真图。在图4中横坐标表示透镜单元的半径，单位为微米；纵坐标表示超透镜的相位，单位为弧度(rad)。如图4所示，透镜单元51的半径r随超透镜5的相位
的增大而增大。
通过公式(1)可以获得超透镜5上不同位置所需要的目标相位。
其中，
为超透镜的相位，λ为光束的波长，x为与超透镜对称中心的距离，n为超透镜的折射率，f为超透镜的焦距。
图5为本申请实施例中超透镜中的位置与相位的关系仿真图。在图5中，横坐标表示位置，即与超透镜对称中心的距离，单位为微米；纵坐标表示超透镜的相位，单位为弧度(rad)。从图5可知，在超透镜5中位置与超透镜对称中心的距离越大，超透镜5的相位
的越大。
基于图3和图4的结果，按照目标相位和通过孔的光束的相位相等的原则，获得超透镜5中不同位置与透镜单元的半径的关系图。图6为本申请实施例中超透镜中的位置与透镜单元的半径的关系仿真图。在图6中，横坐标表示超透镜中的位置，即与超透镜对称中心的距离，单位为微米；纵坐标表示透镜单元的半径，单位为微米。
基于图5所示的超透镜中的位置与透镜单元的半径的关系图获得超透镜5中透镜单元51的阵列图。图7为本申请实施例提供的超透镜的俯视图。从图7可知，透镜单元51的半径从超透镜的对称中心至边缘逐渐增大。
如图1和2所示，光波导2包括设置在同一平面且相连的单模波导21和锥形波导22，单模波导21设置在光波导2的入光侧，锥形波导22设置在光波导2的出光侧。换言之，单模波导21和锥形波导22构成了光波导2，单模波导21和锥形波导22可以是一体结构，也可以采用分体结构。当单模波导21和锥形波导22采用分体结构时，单模波导21的出光侧与锥形波导22的入光侧紧密贴合，以尽量避免光束从单模波导21和锥形波导22的结合面散射。
在一些实施例中，在光栅耦合器的长度方向上，单模波导21的厚度和宽度不变，而锥形波导22的厚度不变，但宽度不同。在一些实施例中，锥形波导22的宽度由入光侧到出光侧逐渐增大，而且，锥形波导22的入光侧的宽度与单模波导21的宽度相同，锥形波导22的出光侧的宽度与光栅3的入光侧的宽度相同。
在一些实施例中，单模波导21的厚度为220-500nm，单模波导21的长度可以任意选择，单模波导21的宽度0.45-0.7μm。锥形波导22的长度为80-150μm，锥形波导22的入光侧的宽度为0.45-0.7μm，锥形波导22的出光侧的宽度为10-16μm，而且，锥形波导22的宽度从入光侧到出光侧平滑过渡，锥形波导22的入光侧的宽度与单模波导21的宽度一致。
例如，单模波导21的厚度为220nm，单模波导21的长度为30μm，单模波导21的宽度0.5μm。锥形波导22的长度为90μm，锥形波导22的入光侧的宽度为0.5μm，锥形波导22的出光侧的宽度为15μm。
在一些实施例中，光栅3包括光栅本体31和间隔设置在光栅本体31上的光栅柱32，在相邻的光栅柱32之间设置有夹缝33，光束从夹缝3穿过可以产生干涉和衍射。
在一些实施例中，光栅耦合器还包括包裹层4，包裹层4设置在衬底1的上表面，并包裹光波导2和光栅3，如光波导2和光栅3被包裹层4上下包裹。
光栅3的周期按照光栅方程，即公式(2)确定。
其中，其中λ为光束的波长，m为正整数，neff为光波导的有效折射率，nclad为包裹层的折射率。θ为偏折的光束与垂直于光栅方向的夹角。其中，光栅方向为图1中的X轴方向。
在一些实施例中，光束的波长为1290-1610nm，光栅3的周期为450-700nm，光栅的占空比为0.1-0.9，光栅3的宽度为8-16um，光栅3的长度为30-50um。例如，光束的波长为1550nm，光栅的周期为500nm，占空比为0.5，光栅3的宽度为12μm，光栅3的长度为36μm。
在一些实施例中，如图1所示，光栅柱32的厚度h设置为相同或不同，即光栅3中的所有光栅柱32的厚度可以是相同的，或者光栅3中的所有光栅柱32的厚度可以是不同的。
在一些实施例中，光波导2和光栅3的材料包括硅、氮化硅、铌酸锂或磷化铟。
如图1和图2所示，在包裹层4的上表面设置有反射层6，即，在光栅耦合器的顶部设置反射层6，用于使光朝向光栅3一侧反射。当光在光栅3中传播时，有一部分光向上传播，这部分光会被反射层6反射，即朝上传播的光被再次反射至光栅3。
在一些实施例中，反射层6包括反增层61和基底层62，反增层61设置在包裹层4的上表面，基底层62设置在反增层61的上表面，即反增层61位于基底层62的下方，反增层61更接近于光栅3。反增层61用于提高光线的反射率，基底层62用于保护和支撑反增层61。
在一些实施例中，基底层62的材料包括铝，反增层61的材料包括钛。在一些实施例中，反增层61的厚度为5nm，基底层62的厚度为200nm。
如图1和图2所示，包裹层4包括上包裹层41和下包裹层42，光波导2和光栅3设置在上包裹层41和下包裹层42之间，下包裹层42设置在衬底1的上表面，换言之，光栅耦合器从上至下依次包括叠置的基底层62、反增层61、上包裹层41、光栅3(光波导2和光栅3属于同一层)、下包裹层42和衬底1。
在一些实施例中，上包裹层41的厚度满足以下规则，经过光栅3之后向反射层6传播的光被反射层6反射之后，与经过光栅3之后向超透镜5传播的光能够实现强度增加相干。
在一些实施例中，上包裹层41的厚度可以通过公式(3)确定。
其中，toc表示上包裹层的厚度，θox表示光束在上包裹层中的衍射角，nox表示上包裹层的折射率，m表示正整数，λ表示光束的波长，tsi表示光栅本体中除光栅柱外剩余的厚度，navg表示光栅的平均折射率，θavg表示衍射光束在平均折射率材料中的衍射角。
在一些实施例中，在基底层62的厚度为200nm，反增层61的厚度为5nm，光束的波长为1550nm，光栅的周期为500nm，占空比为0.5，光栅3的宽度为12μm，光栅3的长度为36μm，上包裹层41的厚度为3.25μm。
在一些实施例中，包裹层4的材料包括二氧化硅或其他适用的半导体材料。
在本实施例中，利用超透镜5将经光栅3衍射之后的光束进行聚焦，减小了光斑的直径，从而提高光栅耦合器的耦合效率。采用lumerical公司的FDTD仿真软件对本申请实施例提供的光栅耦合器进行仿真模拟，获得光栅耦合器的电场强度分布，依据电场强度可以直观地了解光束的聚焦程度，从而确定光栅耦合器的耦合效率。
图8为本申请实施例提供的光栅耦合器的仿真效果图。图9为本申请实施例提供的光栅耦合器的仿真结果的局部放大图。图8和图9中，横坐标表示光栅耦合器在X轴上的位置，纵坐标表示光栅耦合器在Z轴方向的位置，而且，横坐标的0表示光栅的入射面，即光栅与光波导的结合面的位置，纵坐标的0表示光波导和光栅上表面的位置。不同的颜色表示光线的强度。
从图8和图9可知，光束经光波导2进入光栅3后，有一部分光线向上传播，经反射层发射后再向下传播，另一部分光线向下传播，反射光线和向下传播的光线经超透镜聚焦后，形成密度较高的光束。
本申请实施例提供的光栅耦合器，将光波导和光栅设置在同一平面内，且光波导的出光侧贴合光栅的入光侧；包裹层设置在衬底的上表面，并包裹光波导和光栅；超透镜设置于衬底内且远离光栅的一侧，而且超透镜位于光栅的下方，利用超透镜可以提高光栅耦合器的耦合效率，将超透镜设置在衬底内，使光栅耦合器的表面平整，提高了光栅耦合器的耐磨性，降低了损坏率和组装难度，而且，由于超透镜可以在衬底内制作，利用现有的刻蚀和沉积工艺即能实现，降低了光栅耦合器的工艺复杂度。另外，本实施例提供的光栅耦合器适用于倒装焊技术的芯片和光纤的耦合。
第二方面，本申请实施例提供一种光学设备，包括光纤和光栅耦合器，光纤设置在光栅耦合器的出光侧，并与光栅耦合器中的超透镜的位置相对，以使光栅耦合器发出的光束可以进入光纤中，光栅耦合器采用本申请实施例提供的光栅耦合器。
本申请实施例利用本申请实施例提供的光栅耦合器可以提高光学设备的耦合效率，降低光学设备的损坏率和组装难度。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所申请方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其它的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其它传输机制之类的调制数据信号中的其它数据，并且可包括任何信息递送介质。
本文已经申请了示例实施例，并且虽然采用了具体术语，但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素，或可与其它实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附的权利要求阐明的本申请的范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。
Claims (18)
1.一种光栅耦合器，其特征在于，包括：衬底、光波导、光栅和超透镜，所述光波导和所述光栅设置在同一平面内，且所述光波导的出光侧贴合所述光栅的入光侧；
所述超透镜设置于所述衬底内且远离所述光栅的一侧，而且所述超透镜位于所述光栅的下方。
2.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述超透镜包括在所述衬底所在平面上阵列设置的多个透镜单元。
3.根据权利要求2所述的光栅耦合器，其特征在于，所述多个透镜单元在所述衬底所在平面上的直径从所述超透镜的对称中心向边缘逐渐增大。
4.根据权利要求2所述的光栅耦合器，其特征在于，所述超透镜的厚度为1-2微米。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的光栅耦合器，其特征在于，所述透镜单元为圆孔或圆柱。
6.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光波导包括设置在同一平面且相连的单模波导和锥形波导，所述单模波导设置在所述光波导的入光侧，所述锥形波导设置在所述光波导的出光侧。
7.根据权利要求6所述的光栅耦合器，其特征在于，所述锥形波导的宽度由入光侧到出光侧逐渐增大，而且，所述锥形波导的入光侧的宽度与所述单模波导的宽度相同，所述锥形波导的出光侧的宽度与所述光栅的入光侧的宽度相同。
8.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光栅包括光栅本体和间隔设置在所述光栅本体上的光栅柱。
9.根据权利要求8所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光栅柱的厚度相同或不同。
10.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光波导和所述光栅的材料包括硅、氮化硅、铌酸锂或磷化铟。
11.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于，所述光栅耦合器还包括包裹层，所述包裹层设置在所述衬底的上表面，并包裹所述光波导和所述光栅。
12.根据权利要求11所述的光栅耦合器，其特征在于，在所述包裹层的上表面设置有反射层，用于使光朝向所述光栅一侧反射。
13.根据权利要求12所述的光栅耦合器，其特征在于，所述反射层包括反增层和基底层，所述反增层设置在所述包裹层的上表面，所述基底层设置在所述反增层的上表面。
14.根据权利要求13所述的光栅耦合器，其特征在于，所述基底层的材料包括铝，所述反增层的材料包括钛。
15.根据权利要求13所述的光栅耦合器，其特征在于，所述包裹层包括上包裹层和下包裹层，所述光波导和所述光栅设置在所述上包裹层和所述下包裹层之间，所述下包裹层设置在所述衬底的上表面。
16.根据权利要求15所述的光栅耦合器，其特征在于，所述上包裹层的厚度为：光束经过所述光栅之后向所述反射层传播的光被所述反射层反射之后，与经过所述光栅之后向所述超透镜传播的光能够实现增强相干。
17.根据权利要求11-16任意一项所述的光栅耦合器，其特征在于，所述包裹层的材料包括二氧化硅。
18.一种光学设备，包括光纤和光栅耦合器，所述光纤设置在所述光栅耦合器的出光侧，且与所述光栅耦合器的超透镜相对，其特征在于，所述光栅耦合器采用权利要求1-17中任意一项所述光栅耦合器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110993245.9A CN115903140A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 光栅耦合器及光学设备 |
| PCT/CN2022/114675 WO2023025223A1 (zh) | 2021-08-26 | 2022-08-25 | 光栅耦合器及光学设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110993245.9A CN115903140A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 光栅耦合器及光学设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115903140A true CN115903140A (zh) | 2023-04-04 |
Family
ID=85322517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110993245.9A Pending CN115903140A (zh) | 2021-08-26 | 2021-08-26 | 光栅耦合器及光学设备 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115903140A (zh) |
| WO (1) | WO2023025223A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116413856A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-11 | 之江实验室 | 端面耦合器及其制备方法 |
| CN116594125A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-08-15 | 中天通信技术有限公司 | 硅光芯片耦合器、光模块及硅光芯片耦合器的加工方法 |
| CN116859522A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-10-10 | 之江实验室 | 光栅耦合器、光芯片系统及光栅耦合器的制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7783140B2 (en) * | 2005-06-09 | 2010-08-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Optically coupled integrated circuit layers |
| DE102014219663A1 (de) * | 2014-09-29 | 2016-03-31 | Ihp Gmbh - Innovations For High Performance Microelectronics / Leibniz-Institut Für Innovative Mikroelektronik | Photonisch integrierter Chip, optisches Bauelement mit photonisch integriertem Chip und Verfahren zu deren Herstellung |
| US11391866B2 (en) * | 2019-11-04 | 2022-07-19 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | High quality factor non-uniform metasurfaces |
| CN113257986A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于超表面结构的超导纳米线单光子探测器及其制备方法 |
| CN113835155B (zh) * | 2021-09-16 | 2024-01-16 | 中国科学院微电子研究所 | 自由空间光与光子芯片光栅耦合方法 |
-
2021
- 2021-08-26 CN CN202110993245.9A patent/CN115903140A/zh active Pending
-
2022
- 2022-08-25 WO PCT/CN2022/114675 patent/WO2023025223A1/zh unknown
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116413856A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-11 | 之江实验室 | 端面耦合器及其制备方法 |
| CN116413856B (zh) * | 2023-06-12 | 2024-01-09 | 之江实验室 | 端面耦合器及其制备方法 |
| CN116594125A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-08-15 | 中天通信技术有限公司 | 硅光芯片耦合器、光模块及硅光芯片耦合器的加工方法 |
| CN116594125B (zh) * | 2023-07-18 | 2023-10-31 | 中天通信技术有限公司 | 硅光芯片耦合器、光模块及硅光芯片耦合器的加工方法 |
| CN116859522A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-10-10 | 之江实验室 | 光栅耦合器、光芯片系统及光栅耦合器的制备方法 |
| CN116859522B (zh) * | 2023-08-30 | 2024-01-09 | 之江实验室 | 光栅耦合器、光芯片系统及光栅耦合器的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023025223A1 (zh) | 2023-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115903140A (zh) | 光栅耦合器及光学设备 | |
| JP7148747B2 (ja) | Ｌｅｄからの発光をコリメートするためのナノ構造化されたメタマテリアルおよびメタサーフェス | |
| US8929693B2 (en) | Semiconductor package and semiconductor device including the same | |
| US8358892B2 (en) | Connection structure of two-dimensional array optical element and optical circuit | |
| JP4022498B2 (ja) | 光リンク・モジュール、光接続方法、該光リンク・モジュールを含む情報処理装置、信号転送方法、プリズム、およびその製造方法 | |
| JP6238203B2 (ja) | 光取り込みシートおよびロッド、ならびに、それらを用いた受光装置および発光装置 | |
| US20110134679A1 (en) | Memory module having optical beam path, apparatus including the module, and method of fabricating the module | |
| JP5646748B2 (ja) | 光取り込みシートおよびロッド、ならびに、それらを用いた受光装置および発光装置 | |
| TW201721205A (zh) | 具有光線偏轉元件之光學構件，其製造方法及適合於光學構件之線偏轉元件 | |
| US9581772B2 (en) | Optical electrical module used for optical communication | |
| CN104422990B (zh) | 利用多芯光纤进行波分解复用的方法和光学系统 | |
| CN104350403A (zh) | 光学中介件 | |
| KR20180123504A (ko) | 입사 전자기파로부터, 근거리 구역에서 적어도 하나의 집속된 빔을 형성하는 디바이스 | |
| JPWO2012046414A1 (ja) | 光取り込みシートおよびロッド、ならびに、それらを用いた受光装置および発光装置 | |
| JP2017134282A (ja) | 光コネクタ及び光伝送モジュール | |
| JP2015087756A (ja) | ポリマー導波路を用いた波長分割多重のためのダブルミラー構造 | |
| CN110325888A (zh) | 光模块 | |
| KR100871252B1 (ko) | 광섬유를 이용한 광/전기 배선을 갖는 연성 인쇄회로기판 | |
| JPH06273639A (ja) | 光チャンネル導波管において入／出力ノ−ドを製造する方法 | |
| JP2006330697A (ja) | 光結合構造並びに光伝送機能内蔵基板およびその製造方法 | |
| JPH0973041A (ja) | 自由空間光配線用のマイクロ光学系およびそのセッティング方法 | |
| JP4609311B2 (ja) | 光送受信器 | |
| CN216133225U (zh) | 亚微米级波导耦合结构 | |
| JP4518987B2 (ja) | 光導波路素子 | |
| JP2022189814A (ja) | 拡大された光ビームを有する集積光学素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |