專(zhuān)利名稱(chēng)：用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光子器件領(lǐng)域，涉及一類(lèi)新型的光纖與納米光子集成芯片的 高效耦合裝置，具體地說(shuō)是一種用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合 裝置。
背景技術(shù)：
光纖與光波導(dǎo)芯片的耦合問(wèn)題一直是光波導(dǎo)芯片走向?qū)嵱没碾y點(diǎn)，隨著光 波導(dǎo)芯片的集成度越來(lái)越高，波導(dǎo)芯片的尺寸越來(lái)越小，納米級(jí)的波導(dǎo)芯片己研 制出來(lái)，普通單模光纖出射光的模斑與納米波導(dǎo)芯片的失配將進(jìn)一步加劇。單模 光纖的模斑一般為圓型，模場(chǎng)直徑為8 10ym左右，而納米波導(dǎo)模斑尺寸量級(jí) 一般為幾十到幾百納米兩者相差近千倍，模斑尺寸失配的增加將進(jìn)一步加大提高 耦合效率難度。此外普通單模光纖與波導(dǎo)芯片的耦合，常常由于光纖與波導(dǎo)芯片 間的空氣間隙，使得光分別在光纖端面和波導(dǎo)芯片端面發(fā)生兩次端面菲涅爾反 射，從而大大降低了光纖與芯片的耦合效率。本專(zhuān)利提出的布喇格光纖有望解決 這一難題，該光纖基于光子帶隙導(dǎo)光的機(jī)理能夠?qū)崿F(xiàn)在空氣中導(dǎo)光，因此可以避 免光纖與空氣的端面菲涅爾反射，為實(shí)現(xiàn)光纖與納米光子集成芯片的高效耦合帶 來(lái)了可能。
但布喇格光纖包層的輻射損耗與纖芯半徑的立方成反比，為了降低包層損 耗，纖芯半徑必須很大。但另一方面，大纖芯半徑又會(huì)增加與納米光子集成芯片 模場(chǎng)尺寸的失配導(dǎo)致耦合效率的降低。本實(shí)用新型基于此在布喇格光纖中引入小 角度拉錐和楔形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基于特種布喇格光纖的納米光子集成芯片高效耦合裝 置。拉錐和楔形結(jié)構(gòu)可以減小與納米光子集成芯片模場(chǎng)尺寸和形狀上的失配，這 兩方面的措施大大提高了光纖與芯片的耦合效率，耦合損耗低于1.2dB。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置。
本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案
一種用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置，包括布喇格光 纖及納米光子集成芯片，在布喇格光纖的與納米光子集成芯片相對(duì)的一端連接有 布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)。
3與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)用新型斜切打磨的方法使布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)的末端成為扁平形狀，融 合了光纖拉錐、斜切打磨加工簡(jiǎn)便、布喇格光纖與納米光子集成芯片耦合能夠消 除光纖端面菲涅爾反射的特點(diǎn)，提出了一種基于布喇格光纖的納米光子集成芯片 耦合裝置。該結(jié)構(gòu)通過(guò)拉錐結(jié)構(gòu)將布喇格光纖出射的模斑尺寸縮小迸而減少與納 米光子集成芯片端面的尺寸失配，提高了耦合效率；此外，為進(jìn)一步提高耦合效 率，本實(shí)用新型將布喇格光纖拉錐末端的形狀限定為扁平形狀，即在布喇格光 纖拉錐末端引入斜切結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變布喇格光纖的出射模斑形狀使之迸一步與納 米光子集成芯片端面的形狀匹配，從而進(jìn)一歩提高了耦合效率。
圖1是拉錐布喇格光纖與納米光波導(dǎo)芯片耦合裝置示意圖。
圖2是拉錐-斜切布喇格光纖與納米光波導(dǎo)芯片耦合裝置示意圖。-
圖3是布喇格光纖A-A'平面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是布喇格光纖B-B'平面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是納米光子集成芯片D-D'平面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是布喇格光纖E-E'平面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是納米光子集成芯片C-C'平面橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是光在拉錐布喇格光纖以及納米光子集成芯片中傳輸?shù)哪?chǎng)圖，其中， (a)-(h)分另ij是光在傳播距離為0vim， 5um, IOum， 20um， 30ym， 40ym， 220 nm， 390ixm處的模場(chǎng)圖。
圖9是光在拉錐-斜切布喇格光纖以及納米光子集成芯片中傳輸?shù)哪?chǎng)圖， 其中(a)-(h)分別是光在傳播距離為0"m， 3.6 um， 12.6 um， 13.6 um， M.6utn， 23.7 um， 223.7 ixm， 392.7 y m處的模場(chǎng)圖。
圖io是光纖與納米光子集成芯片耦合損耗與拉錐角度的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
圖U是光纖與納米光子集成芯片耦合損耗與斜切角度的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)Di， 一種用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置，包括
布喇格光纖1及納米光子集成芯片4，在布喇格光纖1的與納米光子集成芯片4 相對(duì)的一端連接有布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)2。本實(shí)施例還在布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)2 的末端為扁平形狀(參照?qǐng)D7),這種扁平形狀可以采用對(duì)布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)2 的末端進(jìn)行斜切打磨來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述的布喇格光纖可以是空氣芯型介質(zhì)布喇格光 纖、或空氣芯型聚合物布喇格光纖。光波從圖1的特種布喇格光纖1左側(cè)入射，通過(guò)布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)2，縮 小光纖的出射光場(chǎng)模斑尺寸，進(jìn)而減少與納米光子集成芯片模斑尺寸的失配；為 進(jìn)一步提高耦合效率，光再進(jìn)入具有布喇格光纖的楔形結(jié)構(gòu)3 (見(jiàn)圖2)，由于引 入了楔形的光纖端面結(jié)構(gòu)可以降低與納米光子集成芯片模斑形狀上的失配，最后 再耦合進(jìn)入納米光子集成芯片4。
在整個(gè)光纖與芯片的耦合中，影響耦合效率的主要參數(shù)有拉錐角度e，楔角
a ，這兩個(gè)角度與耦合損耗間的關(guān)系曲線(xiàn)圖分別如圖10、 11所示。由圖IO可知， 當(dāng)拉錐角度在7度時(shí)耦合損耗最低為1.2dB，當(dāng)拉錐角度超過(guò)15度后損耗急劇 增加。由圖11可知，斜切角度在67度時(shí)，此時(shí)的拉錐角度為7度，耦合損耗最 低為UdB，斜切角度在63度到68度之間耦合損耗變化不大，且均小于只拉錐 結(jié)構(gòu)的耦合損耗。
權(quán)利要求1、一種用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置，其特征在于包括布喇格光纖(1)及納米光子集成芯片(4)，在布喇格光纖(1)的與納米光子集成芯片(4)相對(duì)的一端連接有布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置，其特征在于布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)(2)的末端為扁平形狀。
專(zhuān)利摘要一種用于納米光子集成芯片的布喇格光纖-芯片耦合裝置，包括布喇格光纖及納米光子集成芯片，在布喇格光纖的與納米光子集成芯片相對(duì)的一端連接有布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型斜切打磨的方法使布喇格光纖拉錐結(jié)構(gòu)的末端成為扁平形狀，融合了光纖拉錐、斜切打磨加工簡(jiǎn)便、布喇格光纖與納米光子集成芯片耦合能夠消除光纖端面菲涅爾反射的特點(diǎn)，提出了一種基于布喇格光纖的納米光子集成芯片耦合裝置。該結(jié)構(gòu)通過(guò)拉錐結(jié)構(gòu)將布喇格光纖出射的模斑尺寸縮小進(jìn)而減少與納米光子集成芯片端面的尺寸失配，提高了耦合效率；此外，為進(jìn)一步提高耦合效率，本實(shí)用新型將布喇格光纖拉錐末端的形狀限定為扁平形狀。
文檔編號(hào)G02B6/30GK201413407SQ20092004405
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者兵 于, 孫小菡 申請(qǐng)人:東南大學(xué)