CN116413856B - 端面耦合器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种端面耦合器及其制备方法。该端面耦合器包括超透镜、微反射镜及端面耦合器波导，超透镜用于对从光纤中传输的入射光进行相位调控以将入射光汇聚到微反射镜的表面，微反射镜用于将汇聚到表面的光进行转向并反射至端面耦合器波导的入射端面以实现模斑转换。本申请能够解决光芯片中光纤和芯片波导的模场失配问题。
Description
技术领域
本申请涉及硅基光电子芯片技术领域，尤其涉及一种端面耦合器及其制备方法。
背景技术
类似于电子器件的大规模化和集成化，光电子器件目前也在朝着集成化方向发展，可以在单个衬底上制备多种光电子器件，比如光调制器，光开关等等，然后再对这些器件进行封装，而封装的重要一步是实现芯片和光纤中光信号的低损耗传输。因此，实现芯片波导和光纤的低损耗耦合是光电子及其集成器件应用的极为关键的一步。而多数光纤的尺寸和芯片波导尺寸存在较大差异，从而导致了严重的模场失配，端面耦合器则是能够有效减小模场失配，从而减少耦合损耗的一种关键无源器件。
目前的各种端面耦合器结构仅仅通过调整器件的波导尺寸和线型来改变芯片输入输出的模场半径，其半径和光纤相比仍然有较大差距，依然严重影响了耦合效率的提高，因此，需要进一步扩大芯片波导的模场直径，减小失配。目前有采用微透镜进行进一步扩束，这类微透镜分为两种，一种是在光纤或者芯片片外添加微结构，但无法在芯片上集成，不利于芯片的集成化和规模化。另外一种是在片内集成微透镜结构，但该结构中加工出具有汇聚作用的透镜结构需要极高的工艺水平且良率低，不利于大规模加工，成本高。
此外，传统结构的端面耦合器多为水平耦合，其优点是具有较大的带宽和较低的偏振依赖性等，但这种结构的对准容差小且无法像光栅耦合器那样在片外进行耦合，因此，无法适用于晶圆级检测。
发明内容
本申请的目的在于提供一种端面耦合器及其制备方法，能够解决光芯片中光纤和芯片波导的模场失配问题。
本申请的一个方面提供一种端面耦合器。所述端面耦合器包括超透镜、微反射镜及端面耦合器波导，所述超透镜用于对从光纤中传输的入射光进行相位调控以将所述入射光汇聚到所述微反射镜的表面，所述微反射镜用于将汇聚到表面的光进行转向并反射至所述端面耦合器波导的入射端面以实现模斑转换。
进一步地，所述光纤中传输的入射光以垂直于所述端面耦合器波导的表面的方向入射至所述超透镜上，所述微反射镜包括45度金属反射镜。
进一步地，所述微反射镜的表面沉积有高反射金属材料，所述高反射金属材料包括金或银。
进一步地，所述微反射镜的表面沉积的高反射金属材料由磁控溅射或者电子束蒸发制备而成。
进一步地，所述超透镜包括由不同亚波长结构单元在平面空间上排布而形成的二维结构阵列。
进一步地，所述亚波长结构单元包括硅柱单元。
进一步地，通过改变所述二维结构阵列中所述硅柱单元的周期、高度和/或直径来调控所述入射光的波前相位。
进一步地，所述端面耦合器波导包括第一波导和第二波导，所述微反射镜反射的光进入所述第一波导的入射端面，由所述第一波导对入射光进行模场转换并经由第一波导耦合到所述第二波导。
进一步地，所述第一波导包括倒锥型波导，所述第二波导包括直波导。
进一步地，所述端面耦合器波导包括单层硅波导、多层硅波导或者氮化硅波导。
进一步地，所述端面耦合器波导、所述微反射镜及所述超透镜在片上集成。
本申请的另一个方面提供一种端面耦合器。所述端面耦合器包括晶圆衬底、氧化硅下埋层、带有预定图案的波导材料层、氧化硅上包层、金属反射层、氧化硅掩埋层及单元结构阵列。所述氧化硅下埋层位于所述晶圆衬底上。所述带有预定图案的波导材料层位于所述氧化硅下埋层上，用于作为端面耦合器波导。所述氧化硅上包层位于所述波导材料层上，其中，在所述氧化硅上包层上形成有窗口，并且，所述窗口的一侧面具有坡度结构。所述金属反射层位于所述坡度结构上，用于作为微反射镜以将光线反射至所述端面耦合器波导的入射端面。所述氧化硅掩埋层，位于所述金属反射层上。所述单元结构阵列设置在对应于所述金属反射层上方的所述氧化硅掩埋层上，用于作为超透镜以将光线汇聚至所述微反射镜的表面上。
进一步地，所述金属反射层形成45度的微反射镜。
进一步地，所述单元结构阵列包括多个具有不同高度和/或直径的硅柱单元。
进一步地，所述超透镜的焦点位置取决于所述单元结构阵列中所述硅柱单元的周期、高度和/或直径。
进一步地，所述端面耦合器波导包括倒锥形波导及与所述倒锥形波导耦合的直波导，其中，所述微反射镜反射的光入射至所述倒锥形波导的端面。
本申请的另一个方面提供一种端面耦合器的制备方法。所述制备方法包括：在晶圆衬底上沉积一层氧化硅下埋层；在所述氧化硅下埋层上沉积一层波导材料层；在所述波导材料层上进行匀胶和图案曝光、显影及刻蚀以形成具有预定图案的波导材料层，用于作为端面耦合器波导；去胶并在所述波导材料层上沉积一层氧化硅上包层；在所述氧化硅上包层的表面匀胶并进行套刻和灰度曝光；刻蚀氧化硅上包层，以在所述氧化硅上包层上形成一窗口，并且，所述窗口的一侧面具有坡度结构；在所述窗口的坡度结构上制备一层金属反射层，用于作为微反射镜以将光线反射至所述端面耦合器波导的入射端面；去胶并在所述金属反射层上沉积一层氧化硅掩埋层；对所述氧化硅掩埋层进行研磨；以及在对应于所述金属反射层上方的所述氧化硅掩埋层的表面上制备单元结构阵列，用于作为超透镜以将光线汇聚至所述微反射镜的表面上。
进一步地，在所述窗口的坡度结构上通过磁控溅射或者电子束蒸发来制备所述金属反射层。
进一步地，通过化学机械抛光来对所述氧化硅掩埋层进行研磨。
本申请的端面耦合器及其制备方法至少具备以下的有益技术效果：
本申请一个或多个实施例的端面耦合器及通过本申请的方法制备出来的端面耦合器至少能够取得以下有益技术效果：
一、本申请将超透镜结构应用到端面耦合器中，通过超透镜的相位调控使得光纤中的模场进一步压缩，汇聚到指定焦点处，使得光纤模场和波导中的模场失配显著减小，有效提高了耦合效率；
二、与传统端面耦合器水平耦合不同，本申请结合微反射镜来改变光线传输路径，使得光纤和端面耦合器可以垂直进行耦合，保留了水平端面耦合器大带宽、偏振不敏感优势的同时也提高了对准容差，片外耦合的结构也便于进行晶圆级测试；
三、本申请的端面耦合器波导、微反射镜和超透镜可以进行片上集成，提高了整体设计的集成度，并且与CMOS工艺兼容，可以低成本大规模制备。
附图说明
图1为本申请一个实施例的端面耦合器的结构示意图。
图2为本申请一个实施例的端面耦合器波导的线型设计示意图。
图3为本申请一个实施例的超透镜的硅柱单元的结构示意图。
图4为本申请一个实施例的超透镜的二维结构阵列的分布示意图。
图5为本申请一个实施例的端面耦合器的制备方法的流程图。
图6为本申请一个实施例的端面耦合器的制备方法的具体工艺步骤。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本申请实施例提供了一种端面耦合器20。图1揭示了本申请一个实施例的端面耦合器20的结构示意图。如图1所示，本申请一个实施例的端面耦合器20包括超透镜27、微反射镜25及端面耦合器波导23。超透镜27可以对从光纤30中传输的入射光进行相位调控，从而可以将入射光汇聚到微反射镜25的表面。微反射镜25可以将汇聚到表面的光进行转向并反射至端面耦合器波导23的入射端面，从而可以实现模斑转换。
在一些实施例中，光纤30中传输的入射光以垂直于端面耦合器波导23的表面的方向入射至超透镜27上。本申请的微反射镜25包括45度金属反射镜，即金属反射镜的镜面方向与水平方向夹角为45度，从而可以将超透镜27汇聚后的光进行90度转向，使得光束传播到端面耦合器波导23中。
本申请的端面耦合器20可以实现光纤30和波导的垂直耦合，光纤30中具有大模场直径的光垂直于端面耦合器20的表面入射，经过表面的超透镜27聚焦后，光的模场直径减小，模场直径减小后的光汇聚到下方的微反射镜25的表面，经过镜面反射，小模场直径的光和端面耦合器20进行耦合，再经由端面耦合器20耦合到波导中。通过超透镜27的设计可以控制模场直径、匹配不同的工作波长和焦距需求，实现最佳匹配。微反射镜25实现光束转向，可以实现垂直耦合，增大对准容差。
本申请的端面耦合器20能够解决光纤30和波导的模场失配问题，实现光纤30和光芯片波导的高效垂直耦合。
光纤30可以是单模光纤，也可以是小模场直径的光纤，种类并不限定，均能适用于本申请所设计的端面耦合器20的结构。光纤30的耦合方向垂直于端面耦合器20的表面，与普通水平端面耦合器相比有效地增大了对准容差，而且便于实现晶圆级测试。
在一些实施例中，本申请的端面耦合器波导23、微反射镜25及超透镜27可以在片上集成。本申请的端面耦合器20在工艺上可以采用CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺兼容的刻蚀方法直接在晶圆衬底21上制备，波导上下两侧例如均可以被二氧化硅包裹，其波导材料例如可以为硅或者氮化硅的一种，采用特殊的线型设计以实现绝热传输，进一步减少光场的耦合和传输损耗，并且支持TE（Transverse-Electric Mode，横电波）和TM（Transverse-Magnetic，横磁波）两种传输模式。
本申请的端面耦合器20的所有结构均可以集成在同一块晶圆衬底21上，便于大规模制备。
本申请的端面耦合器20的结构既能实现光场从光纤30耦合到芯片波导中，也能通过改变各个结构参数实现光场从芯片波导耦合到光纤30中。
微反射镜25的尺寸为微米量级，可以通过灰度刻蚀工艺在硅晶圆上直接制备而成。在一些实施例中，微反射镜25的表面沉积有高反射金属材料，高反射金属材料例如可以包括但不限于金或银。高反射金属材料例如可以由磁控溅射或者电子束蒸发制备而成。
在一些实施例中，本申请的微反射镜25和超透镜27之间的介质例如可以为二氧化硅材料，其制备成本低，能够和传统的CMOS工艺兼容，可以用来大规模低成本制备。
端面耦合器波导23可以包括第一波导和第二波导，微反射镜25反射的光进入第一波导的入射端面，由第一波导对入射光进行模场转换及绝热传输，最后耦合到第二波导中。端面耦合器波导23可以为任意线型的波导。图2揭示了本申请一个实施例的端面耦合器波导23的线型设计示意图。如图2所示，在一些实施例中，本申请的第一波导可以包括倒锥型波导231，第二波导可以包括直波导232。例如，前端的倒锥型波导231的线宽可以由200 nm渐变到500 nm，使得光场满足绝热传输，进一步减小传输损耗。后端的直波导232的线宽可以为500 nm。
在一些实施例中，本申请的端面耦合器波导23例如可以包括但不限于单层硅波导、多层硅波导或者氮化硅波导等。
本申请的端面耦合器20通过采用超透镜27，可以给光场调控提高更好的自由度，利用超透镜27的结构界面上的相位突变来调控入射波的波前相位，形成汇聚的球面波，达到聚光的目的，并且，超透镜27能够方便地进行片上集成，从而可以一种更高效的片上集成结构来对芯片波导的模场进行进一步扩束。
图3揭示了本申请一个实施例的超透镜27的硅柱单元270的结构示意图。如图3所示，在一些实施例中，亚波长结构单元例如可以包括但不限于硅柱单元270。
图4揭示了本申请一个实施例的超透镜27的二维结构阵列的分布示意图。如图4所示，超透镜27包括由不同亚波长结构单元（例如硅柱单元270）在平面空间上排布而形成的二维结构阵列。需要说明的是，图4仅作为本申请的超透镜27的二维结构阵列分布的一个示例，然而，本申请的超透镜27的二维结构阵列的排布方式及其硅柱单元270的直径大小的分布规律并不局限于图4所示。在本申请的由二维结构阵列所构成的超透镜27中，通过改变二维结构阵列中硅柱单元270的周期、高度和/或直径来改变入射光经过超透镜27表面的光程，使得入射光产生光程差和相位差，从而可以起到调控入射波的波前相位的作用。
例如，硅柱单元270的直径范围可以为150-280 nm，高度范围为1-2 um，通过固定硅柱单元270的直径，改变二维结构阵列中硅柱单元270的周期和高度，从而调控入射波的波前在端面耦合器20表面的相位，在特定的焦点处将光纤30入射的光场进行汇聚，并形成一定大小的焦斑。在本实施例中，在1550 nm工作波长下，焦点范围可以在5-15um之间调控。超透镜27的焦点位置可以根据实际需求由超透镜27的二维结构阵列中硅柱单元270的周期、高度和/或直径等进行调节，以满足不同波长和焦距的需求。
在一些实施例中，超透镜27可以制备在端面耦合器20表面的二氧化硅层上，可以和端面耦合器20进行集成。超透镜27提供的相移可以补偿从该点发出的折射光线与中心光线在传播相位上的差异，使得所有光线汇聚到焦点上，构成超透镜27的结构需满足以下公式：
（1）
其中，表示表面坐标为（x，y）处和超透镜27中心处的相位差，/>表示聚焦波长，f代表超透镜27的焦距，n表示超透镜27像空间的有效折射率。
只要能使得表面相位分布能够满足上述公式（1）的亚波长结构阵列都可以作为本申请所述的超透镜27。
本申请的端面耦合器20创新性地将超透镜27、微反射镜25和端面耦合器波导23在片上集成，提出一种基于超透镜27的片上垂直耦合的端面耦合器20设计，解决了光芯片中光纤30和芯片波导的模场失配问题。
本申请的端面耦合器20利用超透镜27实现光斑尺寸的压缩，并结合微反射镜25实现光束转向，克服了传统端面耦合器20无法实现片外耦合和小容差的问题，也克服了传统透镜无法和芯片集成的问题，并且整个工艺可以和CMOS工艺兼容，可以实现大规模低成本的制备，在光芯片的集成封装中有着广阔的应用空间。
本申请的端面耦合器20的工作原理如下所述：
光束经光纤30垂直入射到端面耦合器20表面后，经过设计的超透镜27，超透镜27表面不同位置有着不同直径和高度的硅柱单元270，该分布在指定波长下满足上述公式（1）所述的超透镜27相位分布公式。入射光在经过这些硅柱单元270时，由于传输距离的不同，产生了相位差，达到对入射光进行相位调控的目的，从而将入射光准确汇聚到下方的45度微反射镜25的表面，再由微反射镜25将入射光进行转向，将入射光由垂直方向转为水平方向，最后到达端面耦合器波导23的倒锥型波导231的表面，倒锥型波导231对入射光进行模场转换和绝热传输，并经由直波导232最终耦合到芯片波导中。整个过程实现了光场通过模斑转换，由光纤30高效耦合到芯片波导的目的。
本申请实施例还提供了一种端面耦合器20。如图1并配合参照图6所示，本申请一个实施例的端面耦合器20可以包括晶圆衬底21、氧化硅下埋层22、带有预定图案的波导材料层、氧化硅上包层24、金属反射层、氧化硅掩埋层26以及单元结构阵列。氧化硅下埋层22位于晶圆衬底21上。
带有预定图案的波导材料层位于氧化硅下埋层22上，可以用作为端面耦合器波导23。
氧化硅上包层24位于波导材料层上，其中，在氧化硅上包层24上形成有一窗口241，并且，窗口241的一侧面具有坡度结构242。
金属反射层位于坡度结构242上，可以用作为微反射镜25，从而可以将光线反射至端面耦合器波导23的入射端面。
氧化硅掩埋层26位于金属反射层上。
单元结构阵列设置在对应于金属反射层上方的氧化硅掩埋层26上，可以用作为超透镜27，从而可以将光线汇聚至微反射镜25的表面上。
在一些实施例中，金属反射层可以形成45度的微反射镜25。
如图3所示，超透镜27的单元结构阵列包括多个具有不同高度和/或直径的硅柱单元270。
超透镜27的焦点位置取决于单元结构阵列中硅柱单元270的周期、高度和/或直径。
如图2所示，在一些实施例中，端面耦合器波导23包括倒锥形波导231及与倒锥形波导231耦合的直波导232，其中，微反射镜25反射的光入射至倒锥形波导231的端面。
本申请一个或多个实施例的端面耦合器20至少能够取得以下有益技术效果：
一、本申请将超透镜27结构应用到端面耦合器20中，通过超透镜27的相位调控使得光纤30中的模场进一步压缩，汇聚到指定焦点处，使得光纤30模场和波导中的模场失配显著减小，有效提高了耦合效率；
二、与传统端面耦合器水平耦合不同，本申请结合微反射镜25来改变光线传输路径，使得光纤30和端面耦合器20可以垂直进行耦合，保留了水平端面耦合器大带宽、偏振不敏感优势的同时也提高了对准容差，片外耦合的结构也便于进行晶圆级测试；
三、本申请的端面耦合器波导23、微反射镜25和超透镜27可以进行片上集成，提高了整体设计的集成度，并且与CMOS工艺兼容，可以低成本大规模制备。
本申请实施例还提供了一种端面耦合器的制备方法。图5揭示了本申请一个实施例的端面耦合器的制备方法的流程图，图6揭示了本申请一个实施例的端面耦合器的制备方法的具体工艺步骤。结合参照图5和图6所示，本申请一个实施例的端面耦合器的制备方法可以包括步骤S1至步骤S10。
在步骤S1中，如图6中的（1）所示，在晶圆衬底21上沉积一层氧化硅下埋层22。
在步骤S2中，如图6中的（2）所示，在氧化硅下埋层22上沉积一层波导材料层。
例如，在步骤S1沉积了氧化硅下埋层22的基础上再沉积一层SiN（氮化硅）薄膜，来作为波导材料层，SiN薄膜的厚度为300 -500 nm。波导材料层除了SiN，也可以选用Si或者其他波导材料。
在步骤S3中，如图6中的（3）和（4）所示，在波导材料层上进行匀胶和图案曝光、显影及刻蚀，以形成具有预定图案的波导材料层，用于作为端面耦合器波导23。
在步骤S4中，如图6中的（5）和（6）所示，去胶并在波导材料层上沉积一层氧化硅上包层24。
在步骤S5中，如图6中的（7）所示，在氧化硅上包层24的表面匀胶并进行套刻和灰度曝光。
在步骤S6中，如图6中的（8）所示，刻蚀氧化硅上包层24，以在氧化硅上包层24上形成一窗口241，并且，窗口241的一侧面具有坡度结构242。
在步骤S7中，如图6中的（9）所示，在氧化硅上包层24的窗口241的坡度结构242上制备一层金属反射层，用于作为微反射镜25以将光线反射至端面耦合器波导23的入射端面。
金属反射层例如可以采用但不限于金或银的高反射金属材料制成。
在一些实施例中，在坡度结构242上制备的金属反射层形成45度的微反射镜25。
在一些实施例中，在氧化硅上包层24的窗口241的坡度结构242上例如可以通过磁控溅射或者电子束蒸发来制备一层金属反射层。
在步骤S8中，如图6中的（10）所示，去胶并在金属反射层上沉积一层氧化硅掩埋层26。
在步骤S9中，如图6中的（11）所示，对氧化硅掩埋层26进行研磨。
在一些实施例中，例如可以通过化学机械抛光（CMP，Chemical MechanicalPolishing）来对氧化硅掩埋层26进行研磨。
在步骤S10中，如图6中的（12）所示，在对应于金属反射层上方的氧化硅掩埋层26的表面上制备单元结构阵列，用于作为超透镜27以将光线汇聚至微反射镜25的表面上。
只要能使得超透镜27的表面相位分布能够满足上述公式（1）的亚波长结构阵列都可以作为本申请所述的超透镜27。在本申请的一个实施例中，采用硅柱单元270来作为亚波长结构阵列的基本单元。
以上对本申请实施例所提供的端面耦合器及其制备方法进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本申请实施例的端面耦合器及其制备方法进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想，并不用以限制本申请。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的精神和原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (18)
1.一种端面耦合器，其特征在于：包括超透镜、微反射镜及端面耦合器波导，光纤中传输的入射光以垂直于所述端面耦合器波导的表面的方向入射至所述超透镜上，所述超透镜用于对从所述光纤中传输的入射光进行相位调控以将所述入射光通过介质层汇聚到所述微反射镜的表面，所述微反射镜用于将汇聚到表面的光进行转向并通过所述介质层反射至所述端面耦合器波导的入射端面以实现模斑转换，其中，所述端面耦合器波导、所述微反射镜及所述超透镜在片上集成。
2.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于：所述微反射镜包括45度金属反射镜。
3.如权利要求2所述的端面耦合器，其特征在于：所述微反射镜的表面沉积有高反射金属材料，所述高反射金属材料包括金或银。
4.如权利要求3所述的端面耦合器，其特征在于：所述微反射镜的表面沉积的高反射金属材料由磁控溅射或者电子束蒸发制备而成。
5.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于：所述超透镜包括由不同亚波长结构单元在平面空间上排布而形成的二维结构阵列。
6.如权利要求5所述的端面耦合器，其特征在于：所述亚波长结构单元包括硅柱单元。
7.如权利要求6所述的端面耦合器，其特征在于：通过改变所述二维结构阵列中所述硅柱单元的周期、高度和/或直径来调控所述入射光的波前相位。
8.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于：所述端面耦合器波导包括第一波导和第二波导，所述微反射镜反射的光进入所述第一波导的入射端面，由所述第一波导对入射光进行模场转换并经由第一波导耦合到所述第二波导。
9.如权利要求8所述的端面耦合器，其特征在于：所述第一波导包括倒锥型波导，所述第二波导包括直波导。
10.如权利要求1所述的端面耦合器，其特征在于：所述端面耦合器波导包括单层硅波导、多层硅波导或者氮化硅波导。
11.一种端面耦合器，其特征在于：包括：
晶圆衬底；
氧化硅下埋层，位于所述晶圆衬底上；
带有预定图案的波导材料层，位于所述氧化硅下埋层上，用于作为端面耦合器波导；
氧化硅上包层，位于所述波导材料层上，其中，在所述氧化硅上包层上形成有窗口，并且，所述窗口的一侧面具有坡度结构；
金属反射层，位于所述坡度结构上，用于作为微反射镜以将光线反射至所述端面耦合器波导的入射端面；
氧化硅掩埋层，位于所述金属反射层上；以及
单元结构阵列，设置在对应于所述金属反射层上方的所述氧化硅掩埋层上，用于作为超透镜以将垂直于所述端面耦合器波导的表面的方向入射的光线汇聚至所述微反射镜的表面上。
12.如权利要求11所述的端面耦合器，其特征在于：所述金属反射层形成45度的微反射镜。
13.如权利要求11所述的端面耦合器，其特征在于：所述单元结构阵列包括多个具有不同高度和/或直径的硅柱单元。
14.如权利要求13所述的端面耦合器，其特征在于：所述超透镜的焦点位置取决于所述单元结构阵列中所述硅柱单元的周期、高度和/或直径。
15.如权利要求11所述的端面耦合器，其特征在于：所述端面耦合器波导包括倒锥形波导及与所述倒锥形波导耦合的直波导，其中，所述微反射镜反射的光入射至所述倒锥形波导的端面。
16.一种端面耦合器的制备方法，其特征在于：包括：
在晶圆衬底上沉积一层氧化硅下埋层；
在所述氧化硅下埋层上沉积一层波导材料层；
在所述波导材料层上进行匀胶和图案曝光、显影及刻蚀以形成具有预定图案的波导材料层，用于作为端面耦合器波导；
去胶并在所述波导材料层上沉积一层氧化硅上包层；
在所述氧化硅上包层的表面匀胶并进行套刻和灰度曝光；
刻蚀氧化硅上包层，以在所述氧化硅上包层上形成一窗口，并且，所述窗口的一侧面具有坡度结构；
在所述窗口的坡度结构上制备一层金属反射层，用于作为微反射镜以将光线反射至所述端面耦合器波导的入射端面；
去胶并在所述金属反射层上沉积一层氧化硅掩埋层；
对所述氧化硅掩埋层进行研磨；以及
在对应于所述金属反射层上方的所述氧化硅掩埋层的表面上制备单元结构阵列，用于作为超透镜以将垂直于所述端面耦合器波导的表面的方向入射的光线汇聚至所述微反射镜的表面上。
17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于：在所述窗口的坡度结构上通过磁控溅射或者电子束蒸发来制备所述金属反射层。
18.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于：通过化学机械抛光来对所述氧化硅掩埋层进行研磨。
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