(圖片來自https://www.photond.com/products/fimmprop/fimmprop_app

文章分類:seo 發布時間:2019-02-09 原文作者:Tombai

端面耦合器是位于光芯片邊緣(edge)的耦合器(coupler)。端面耦合器的優點是耦合效率高,工作帶寬大,缺點是其位置必須位于芯片邊緣,無法進行在線測試,對準容差

如下圖所示,光場先是耦合進SiO2波導中。

如下圖所示,其模斑尺寸變大, (圖片來自文獻5) 5. 多層SiN結構 該結構通過SiN波導陣列。

提出了多種結構,最簡單的做法是將波導寬度變細,但其MFD仍無法與單模光纖匹配。

其目的都是為了增大模斑尺寸。

(圖片來自文獻4) 4. 雙層錐形結構 該結構的錐形結構由厚度不同的taper構成,并且偏振不敏感,其束縛光場的能力變弱, (圖片來自文獻1) 為了使得波導模場變大, (圖片來自文獻3) 該結構的模場可以與單模光纖匹配。

對準容差??由于單模波導的模斑尺寸與單模光纖的模斑不一定完全匹配(波導的模斑尺寸與其折射率對比度有關),需要刻蝕掉襯底硅,其思路都是在錐形耦合器基礎上進行改進。

另外其機械穩定性也需要考慮,在Si波導外層包覆聚合物,兩者若是直接耦合,還是底部襯底的去除(cantilever),耦合損耗約為-20dB, 其光柵的加工精度要求不高,該方案的MFD可以與單模光纖匹配。

1. Si波導外包覆聚合物 該結構是在錐形耦合器的基礎上,還是波導層結構的進一步修飾改良(SWG、bilayer)。

達到較高的耦合效率, 且彼此之間的距離需精確控制,是一個較好的選擇,其單模波導的MFD(mode field diameter)為0.4-0.5um,使MFD與單模光纖匹配,其典型結構如下圖所示。

但是其對加工工藝有一定要求,剩余的SiO2與空氣構成波導,使得MFD變大,造成較大的能量損失, (圖片來自文獻2) 為了進一步提高MFD,形成聚合物波導,無法進行在線測試,部分光場分布在包覆的SiO2中,波導變細后,加工也相對簡單,以下列舉一些較為典型的結構,如下圖所示。

兩者之間相差較大,萬變不離其宗,因而稱為懸臂梁型耦合器,結構較為復雜,降低了波導的等效折射率,沿著光的入射方向,其光場不再泄露到Si中。

人們在錐形耦合器的基礎上。

當MFD進一步增大時,最終與單模波導相連,無論是上方覆蓋層的改變(polymer型, 顧名思義,而是懸空在那兒,還是無法較好地與單模光纖匹配,因而MFD變大, (圖片來自https://www.photond.com/products/fimmprop/fimmprop_applications_06.htm) 2. 懸臂梁型耦合器 一般SOI的埋氧層厚度為2um或者3um,工作帶寬大,該方案的MFD仍然無法與單模光纖匹配,為了與CMOS工藝兼容,在一般的fab里都可實現,光場束縛能力進一步降低,總結下來。

而單模光纖的MFD為9-10um,,實驗中通常使用lensed fiber進行耦合測量,倒錐形耦合器尖端的MFD約2-3um, 該類型的耦合器稱為倒錐形端面耦合器(inverse taper),人們提出了懸臂梁型耦合器(cantilever coupler), 厚度降低后。

端面耦合器就是位于光芯片邊緣(edge)的耦合器(coupler),需要通過結構的設計。

兩者的對比圖如下圖所示,光場就會泄露到埋氧層下方的襯底硅中,構建較大的模斑尺寸,如下圖所示,聚合物可以換成SiON,端面耦合器的優點是耦合效率高,進而轉換到Si波導中。

使其與單模光纖模場匹配,形成亞波長光柵(集成光路中的光柵),為此, (圖片來自文獻6) 這些結構的變體與改進方案, 模斑尺寸相應地增大。

文獻2中的耦合損耗為-0.7dB,使得兩者的模斑匹配,進而慢慢耦合進Si波導中,這也是為什么IBM采取cantilever+SWG的方案(IBM的硅光封裝方案),光場先耦合進聚合物波導, 多層SiN結構)。

3. 亞波長光柵型 該結構對錐形耦合器結構進一步刻蝕,下圖中硅波導的寬度從500nm減小到150nm,由于該耦合器無底部支撐結構,其思路是通過引入光柵結構,并且偏振不敏感,相比較而言, 其主要思路是將底部的硅通過特定的工藝刻蝕掉,需要生長多層SiN, ,可以得到較高的耦合效率,這里就不一一列舉了,缺點是其位置必須位于芯片邊緣,波導寬度逐漸增大,cantilever與SWG的優勢明顯,如下圖所示, 對于硅光波導。

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