专利名称：用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光子器件领域，涉及一类新型的光纤与纳米光子集成芯片的 高效耦合装置，具体地说是一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合 装置。
背景技术：
光纤与光波导芯片的耦合问题一直是光波导芯片走向实用化的难点，随着光 波导芯片的集成度越来越高，波导芯片的尺寸越来越小，纳米级的波导芯片己研 制出来，普通单模光纤出射光的模斑与纳米波导芯片的失配将进一步加剧。单模 光纤的模斑一般为圆型，模场直径为8 10ym左右，而纳米波导模斑尺寸量级 一般为几十到几百纳米两者相差近千倍，模斑尺寸失配的增加将进一步加大提高 耦合效率难度。此外普通单模光纤与波导芯片的耦合，常常由于光纤与波导芯片 间的空气间隙，使得光分别在光纤端面和波导芯片端面发生两次端面菲涅尔反 射，从而大大降低了光纤与芯片的耦合效率。本专利提出的布喇格光纤有望解决 这一难题，该光纤基于光子带隙导光的机理能够实现在空气中导光，因此可以避 免光纤与空气的端面菲涅尔反射，为实现光纤与纳米光子集成芯片的高效耦合带 来了可能。
但布喇格光纤包层的辐射损耗与纤芯半径的立方成反比，为了降低包层损 耗，纤芯半径必须很大。但另一方面，大纤芯半径又会增加与纳米光子集成芯片 模场尺寸的失配导致耦合效率的降低。本实用新型基于此在布喇格光纤中引入小 角度拉锥和楔形结构实现基于特种布喇格光纤的纳米光子集成芯片高效耦合装 置。拉锥和楔形结构可以减小与纳米光子集成芯片模场尺寸和形状上的失配，这 两方面的措施大大提高了光纤与芯片的耦合效率，耦合损耗低于1.2dB。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置。
本实用新型采用如下技术方案
一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，包括布喇格光 纤及纳米光子集成芯片，在布喇格光纤的与纳米光子集成芯片相对的一端连接有 布喇格光纤拉锥结构。
3与现有技术相比，本实用新型具有如下优点
本实用新型斜切打磨的方法使布喇格光纤拉锥结构的末端成为扁平形状，融 合了光纤拉锥、斜切打磨加工简便、布喇格光纤与纳米光子集成芯片耦合能够消 除光纤端面菲涅尔反射的特点，提出了一种基于布喇格光纤的纳米光子集成芯片 耦合装置。该结构通过拉锥结构将布喇格光纤出射的模斑尺寸缩小迸而减少与纳 米光子集成芯片端面的尺寸失配，提高了耦合效率；此外，为进一步提高耦合效 率，本实用新型将布喇格光纤拉锥末端的形状限定为扁平形状，即在布喇格光 纤拉锥末端引入斜切结构，通过改变布喇格光纤的出射模斑形状使之迸一步与纳 米光子集成芯片端面的形状匹配，从而进一歩提高了耦合效率。
图1是拉锥布喇格光纤与纳米光波导芯片耦合装置示意图。
图2是拉锥-斜切布喇格光纤与纳米光波导芯片耦合装置示意图。-
图3是布喇格光纤A-A'平面横截面结构示意图。
图4是布喇格光纤B-B'平面横截面结构示意图。
图5是纳米光子集成芯片D-D'平面横截面结构示意图。
图6是布喇格光纤E-E'平面横截面结构示意图。
图7是纳米光子集成芯片C-C'平面横截面结构示意图。
图8是光在拉锥布喇格光纤以及纳米光子集成芯片中传输的模场图，其中， (a)-(h)分另ij是光在传播距离为0vim， 5um, IOum， 20um， 30ym， 40ym， 220 nm， 390ixm处的模场图。
图9是光在拉锥-斜切布喇格光纤以及纳米光子集成芯片中传输的模场图， 其中(a)-(h)分别是光在传播距离为0"m， 3.6 um， 12.6 um， 13.6 um， M.6utn， 23.7 um， 223.7 ixm， 392.7 y m处的模场图。
图io是光纤与纳米光子集成芯片耦合损耗与拉锥角度的关系曲线图。
图U是光纤与纳米光子集成芯片耦合损耗与斜切角度的关系曲线图。
具体实施方式
参照图i， 一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，包括
布喇格光纤1及纳米光子集成芯片4，在布喇格光纤1的与纳米光子集成芯片4 相对的一端连接有布喇格光纤拉锥结构2。本实施例还在布喇格光纤拉锥结构2 的末端为扁平形状(参照图7),这种扁平形状可以采用对布喇格光纤拉锥结构2 的末端进行斜切打磨来实现，所述的布喇格光纤可以是空气芯型介质布喇格光 纤、或空气芯型聚合物布喇格光纤。光波从图1的特种布喇格光纤1左侧入射，通过布喇格光纤拉锥结构2，缩 小光纤的出射光场模斑尺寸，进而减少与纳米光子集成芯片模斑尺寸的失配；为 进一步提高耦合效率，光再进入具有布喇格光纤的楔形结构3 (见图2)，由于引 入了楔形的光纤端面结构可以降低与纳米光子集成芯片模斑形状上的失配，最后 再耦合进入纳米光子集成芯片4。
在整个光纤与芯片的耦合中，影响耦合效率的主要参数有拉锥角度e，楔角
a ，这两个角度与耦合损耗间的关系曲线图分别如图10、 11所示。由图IO可知， 当拉锥角度在7度时耦合损耗最低为1.2dB，当拉锥角度超过15度后损耗急剧 增加。由图11可知，斜切角度在67度时，此时的拉锥角度为7度，耦合损耗最 低为UdB，斜切角度在63度到68度之间耦合损耗变化不大，且均小于只拉锥 结构的耦合损耗。
权利要求1、一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，其特征在于包括布喇格光纤(1)及纳米光子集成芯片(4)，在布喇格光纤(1)的与纳米光子集成芯片(4)相对的一端连接有布喇格光纤拉锥结构(2)。
2、 根据权利要求1所述的用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，其特征在于布喇格光纤拉锥结构(2)的末端为扁平形状。
专利摘要一种用于纳米光子集成芯片的布喇格光纤-芯片耦合装置，包括布喇格光纤及纳米光子集成芯片，在布喇格光纤的与纳米光子集成芯片相对的一端连接有布喇格光纤拉锥结构。本实用新型斜切打磨的方法使布喇格光纤拉锥结构的末端成为扁平形状，融合了光纤拉锥、斜切打磨加工简便、布喇格光纤与纳米光子集成芯片耦合能够消除光纤端面菲涅尔反射的特点，提出了一种基于布喇格光纤的纳米光子集成芯片耦合装置。该结构通过拉锥结构将布喇格光纤出射的模斑尺寸缩小进而减少与纳米光子集成芯片端面的尺寸失配，提高了耦合效率；此外，为进一步提高耦合效率，本实用新型将布喇格光纤拉锥末端的形状限定为扁平形状。
文档编号G02B6/30GK201413407SQ20092004405
公开日2010年2月24日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者兵 于, 孙小菡 申请人:东南大学