光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法。

背景技术：

在光通信领域中，光纤用于传输信号光，光电子芯片用于对接收的信号光进行调制、路由、复用等。为了获得更大的光通信容量，一般使用光纤阵列(包含多条光纤)传输信号光，由于制造工艺等原因，光纤阵列中的相邻光纤之间的间距较大，而光电子芯片(包含多条光波导)中的相邻光波导之间的间距较小，光纤阵列中的光纤无法与光电子芯片中的光波导进行连接，为了将光纤阵列中的信号光耦合至光电子芯片中，往往需要用到光耦合连接器。

光耦合连接器用于连接光纤阵列和光电子芯片，将光纤阵列传输的信号光输入光电子芯片。然而，信号光在光纤和光耦合连接器中传输时，由于吸收、散射等原因，导致信号光产生损耗。为了补偿信号光的损耗，目前常用的方案有两种，第一种方案为：采用掺铒光纤放大器(英文：erbium-dopedopticalfiberamplifier，edfa)代替光耦合连接器，在光纤阵列和光电子芯片之间连接edfa，对信号光进行放大耦合，第一种方案的缺点是，由于edfa的体积较大，并且每条光纤需要单独使用一个edfa，当光纤阵列中的光纤数量较多时，采用edfa的耦合难度较大；第二种方案为：在光电子芯片上集成半导体光放大器(英文：semiconductoropticalamplifier，soa)，通过soa将光电子芯片接收的信号光进行放大，第二种方案的缺点是，由于soa的热效应显著，需要在光电子芯片中安装温度控制器，并且由于soa的制作工艺与光电子芯片中的互补金属氧化物半导体(英文：complementarymetal oxidesemiconductor，cmos)工艺不兼容，在光电子芯片上集成soa的工艺难度较大。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法，可以解决光耦合连接器制作工艺复杂的问题。

本发明实施例第一方面公开一种光耦合连接器，用于连接光纤阵列和光电子芯片，包括上层连接器和下层连接器，其中：

所述上层连接器包括n条上层波导，所述n为大于或等于2的正整数；所述下层连接器包括n条下层波导，所述n条下层波导与所述n条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分；泵浦光源与所述n条上层波导连接，所述泵浦光源为所述n条上层波导提供n路泵浦光，所述光纤阵列包括n条光纤，所述n条光纤为所述n条下层波导提供n路信号光，所述光电子芯片包括n条光波导，所述n条下层波导的第一端与所述n条光纤一一对应连接，所述n条下层波导的第二端与所述n条光波导一一对应连接；所述n条上层波导将所述n路泵浦光一一耦合至对应的所述n条下层波导中；

所述每条下层波导均包括第一芯层和包覆所述第一芯层的第一包覆层，所述第一包覆层的材料包括增益材料，所述增益材料能够将所述泵浦光的能量传递给所述信号光，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率。

其中，第一包覆层的材料采用增益材料，可以将信号光进行放大，同时，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率，可以将信号光束缚在芯层中，减少信号光的传输损耗。

结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，上层波导i接收一路泵浦光，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光；所述上层波导i将所述一路泵浦光耦合至对应的所述下层波导j 的耦合波导部分，所述下层波导j的耦合波导部分将所述一路泵浦光与所述一路信号光组成的耦合光传输至所述下层波导j的间距匹配波导部分，所述下层波导j的间距匹配波导部分将所述耦合光传输至所述下层波导j的信号光放大波导部分，所述下层波导j的信号光放大波导部分放大所述耦合光中的所述一路信号光并衰减所述耦合光中的所述一路泵浦光，将放大后的所述一路信号光输出至所述光电子芯片；所述上层波导i为所述n条上层波导中的任一条，所述下层波导j为所述n条下层波导中的任一条。

结合本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式中，所述n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第一端之间的间距与所述光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；所述n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第二端之间的间距与所述光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

其中，实施本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式，可以减少信号光从光纤阵列传输至下层连接器时的耦合损耗，减少信号光从下层连接器传输至光电子芯片时的耦合损耗。

结合本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式中，所述n条上层波导和所述n条下层波导均为矩形波导。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。

其中，实施本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，可以减少信号光在下层波导中的传输的损耗。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第五种可能的实现方式中，所述一路泵浦光的入射方向与所述上 层波导i的横截面之间的夹角为90°；所述一路信号光的入射方向与所述下层波导j的横截面之间的夹角为90°；所述放大后的所述一路信号光的出射方向与所述光电子芯片中的光波导的横截面之间的夹角为90°。

其中，实施本发明实施例第一方面的第五种可能的实现方式，可以提高泵浦光从泵浦光源耦合至上层波导的耦合效率，提高信号光从光纤阵列耦合至下层波导的耦合效率，提高信号光从下层波导耦合至光电子芯片的耦合效率。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第六种可能的实现方式中，所述上层连接器还包括至少一个光分束器，每个光分束器用于连接泵浦光源与m条上层波导，所述每个光分束器将所述泵浦光源发射的原始泵浦光分成m份输入到所述m条上层波导，所述m为小于或等于所述n的正整数。

其中，实施本发明实施例第一方面的第六种可能的实现方式，可以通过光分束器对泵浦光源发射的原始泵浦光进行分光，从而调整上层波导中泵浦光的强度，进而调整下层波导中信号光的放大倍数。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第七种可能的实现方式中，每条上层波导包括第二芯层和包覆所述第二芯层的第二包覆层，所述第二芯层用于传输所述泵浦光，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率，所述第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，所述第二芯层的高度保持不变。

其中，实施本发明实施例第一方面的第七种可能的实现方式，可以减少泵浦光在上层波导中的传输损耗，同时，第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，第二芯层的高度保持不变，可以提高泵浦光从上层波导耦合至下层波导的耦合效率。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第八种可能的实现方式中，所述信号光放大波导部分的芯层宽度 小于或等于所述耦合波导部分的芯层宽度。

其中，实施本发明实施例第一方面的第八种可能的实现方式，光耦合连接器可以与光纤阵列和光电子芯片更好的耦合。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第九种可能的实现方式中，所述信号光放大波导部分的芯层长度大于所述耦合波导部分的芯层长度。

其中，实施本发明实施例第一方面的第九种可能的实现方式，可以更好的放大信号光，衰减泵浦光，进一步的放大信号光。

结合本发明实施例第一方面的第三种至第九种中的任一种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第十种可能的实现方式中，所述增益材料包括镱材料、铒材料或镱材料与铒材料的组合。铒材料或镱材料等稀土材料，可以对应光纤通信窗口的几个常用波段，如1550mm。

本发明实施例第二方面公开一种光耦合连接器，包括上层连接器和下层连接器，其中：

所述上层连接器包括n条上层放大波导，所述n为大于或等于2的正整数；所述下层连接器包括n条下层波导，所述n条下层波导与所述n条上层放大波导一一对应耦合，每条下层波导均包括第一耦合波导部分、第二耦合波导部分和间距匹配波导部分；所述光纤阵列包括n条光纤，所述n条光纤为所述n条下层波导提供n路信号光，所述光电子芯片包括n条光波导；所述n条下层波导的第一端与所述n条光纤一一对应连接，所述n条下层波导的第二端与所述n条光波导一一对应连接；

每条上层放大波导均包括第一芯层和包覆所述第一芯层的第一包覆层，所述第一芯层的材料包括增益材料，所述增益材料能够将下层波导耦合至对应的上层放大波导的信号光进行放大，所述第一芯层的折射率大于所述第一包覆层的折射率；

所述每条下层波导包括第二芯层和包覆所述第二芯层的第二包覆层，所 述第二芯层用于传输所述信号光，所述第二芯层的折射率大于所述第二包覆层的折射率。

其中，实施本发明实施例第二方面，光耦合连接器可以将光纤阵列中的多路信号光放大并输出至光电子芯片中，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

结合本发明实施例第二方面，在本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式中，所述每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层断开。

其中，实施本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式，可以节省芯层材料。

结合本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第二方面的第二种可能的实现方式中，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光，所述下层波导j的第一耦合波导部分将所述一路信号光耦合至对应的上层放大波导i，所述上层放大波导i将所述一路信号光进行放大后耦合至所述下层波导j的第二耦合波导部分，所述下层波导j的第二耦合波导部分将放大后的所述一路信号光传输至所述下层波导j的间距匹配波导部分，所述下层波导j的间距匹配波导部分将放大后的所述一路信号光传输至所述光电子芯片；所述上层放大波导i为所述n条上层放大波导中的任一条，所述下层波导j为所述n条下层波导中的任一条。

结合本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第二方面的第三种可能的实现方式中，下层波导j接收所述光纤阵列发出的一路信号光，所述下层波导j的间距匹配波导部分将所述一路信号光传输至所述下层波导j的第一耦合波导部分，所述下层波导j的第一耦合波导部分将所述一路信号光耦合至对应的上层放大波导i，所述上层放大波导i将所述一路信号光进行放大后耦合至所述下层波导j的第二耦合波导部分，所述下层波导j的第二耦合波导部分将放大后的所述一路信号光传输至所述光电子芯片；所述上层 放大波导i为所述n条上层放大波导中的任一条，所述下层波导j为所述n条下层波导中的任一条。

结合本发明实施例第二方面的第二种可能的实现方式，在本发明实施例第二方面的第四种可能的实现方式中，所述n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第一耦合波导部分之间的间距与所述光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；所述n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最小间距与所述光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

其中，实施本发明实施例第二方面的第四种可能的实现方式，可以减少信号光从光纤阵列传输至下层连接器时的耦合损耗，减少信号光从下层连接器传输至光电子芯片时的耦合损耗。

结合本发明实施例第二方面的第三种可能的实现方式，在本发明实施例第二方面的第五种可能的实现方式中，所述n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最大间距与所述光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；所述n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第二耦合波导部分之间的间距与所述光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

其中，实施本发明实施例第二方面的第五种可能的实现方式，可以减少信号光从光纤阵列传输至下层连接器时的耦合损耗，减少信号光从下层连接器传输至光电子芯片时的耦合损耗。

结合本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第二方面的第六种可能的实现方式中，所述n条上层放大波导和所述n条下层波导均为矩形波导，所述第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，所述第二芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。

其中，实施本发明实施例第二方面的第六种可能的实现方式，可以减少信号光在下层波导中的传输的损耗。

结合本发明实施例第二方面的第六种可能的实现方式，在本发明实施例第二方面的第七种可能的实现方式中，所述第一耦合波导部分的芯层高度保持不变，所述第一耦合波导部分的芯层宽度沿信号光的传播方向逐渐减小；所述第二耦合波导部分的芯层高度保持不变，所述第二耦合波导部分的芯层宽度沿信号光的传播方向逐渐增大。

其中，实施本发明实施例第二方面的第七种可能的实现方式，可以提高信号光从下层波导的第一耦合波导部分耦合至上层放大波导的耦合效率，同时提高放大后的信号光从上层放大波导耦合至下层波导的第二耦合波导部分的耦合效率。

结合本发明实施例第二方面或本发明实施例第二方面的第一种至第七种中的任一种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第八种可能的实现方式中，所述增益材料为半导体材料。优选的，半导体材料为直接带隙半导体材料，如砷化镓(gaas)、磷化铟(lnp)等。

结合本发明实施例第一方面的第八种可能的实现方式，在本发明实施例第一方面的第九种可能的实现方式中，当所述半导体材料中注入载流子时，所述半导体材料通过所述载流子将所述信号光进行放大。

本发明实施例第三方面公开一种光耦合系统，包括光纤阵列、光电子芯片、至少一个激光器和本发明实施例第一方面公开的任一种光耦合连接器，其中：

所述光纤阵列包括n条光纤，所述光电子芯片包括n条光波导，所述光耦合连接器包括n条上层波导和n条下层波导，所述n条下层波导与所述n条上层波导一一对应耦合，所述光纤阵列的所述n条光纤与所述光耦合连接器的所述n条下层波导一一对应连接，所述光耦合连接器的所述n条下层波导与所述光电子芯片的n条光波导一一对应连接，所述至少一个激光器与所述n条上层波导连接；

所述至少一个激光器输出n路泵浦光至所述n条上层波导，所述n条光纤 输出n路信号光至所述n条下层波导，所述光耦合连接器将所述n路泵浦光分别耦合至所述n条下层波导，所述n条下层波导将所述n路泵浦光分别与所述n路信号光进行耦合放大，并分别输出至所述光电子芯片的所述n条光波导。

其中，实施本发明实施例第三方面，光耦合连接器不仅可以将光纤阵列与光电子芯片进行耦合连接，而且可以通过泵浦光将光耦合连接器中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

本发明实施例第四方面公开一种波导耦合方法，应用于本发明实施例第一方面公开的任一种光耦合连接器，包括：

光耦合连接器接收光纤阵列输出的n路信号光；接收泵浦光源输入的n路泵浦光；所述n为大于或等于2的正整数；

所述光耦合连接器将所述n路信号光与所述n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光；

针对每路耦合光，所述光耦合连接器放大所述每路耦合光中的信号光，衰减所述每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的所述每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片。

其中，实施本发明实施例第四方面，光耦合连接器可以将泵浦光与信号光进行耦合，并将信号光进行放大输出至光电子芯片，实现了信号光在光耦合连接器中的放大。

结合本发明实施例第四方面，在本发明实施例第四方面的第一种可能的实现方式中，所述光耦合连接器包括n条上层波导，所述光耦合连接器通过所述n条上层波导分别接收n路泵浦光。

结合本发明实施例第四方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第四方面的第二种可能的实现方式中，所述光耦合连接器还包括n条下层波导，所述n条下层波导中的每条下层波导包括耦合波导部分和信号光放大波导部分，所述光耦合连接器将所述n路信号光与所述n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光，包括：

所述光耦合连接器中的所述n条下层波导中的耦合波导部分将所述n路信号光与所述n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光。

结合本发明实施例第四方面的第二种可能的实现方式，在本发明实施例第四方面的第三种可能的实现方式中，所述光耦合连接器放大所述每路耦合光中的信号光，衰减所述每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的所述每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片，包括：

所述光耦合连接器中的每条下层波导中的信号光放大波导部分放大所述每路耦合光中的信号光，衰减所述每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的所述每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片。

本发明实施例第五方面公开一种光耦合系统，包括光纤阵列、光电子芯片和本发明实施例第二方面公开的任一种光耦合连接器，其中：

所述光纤阵列包括n条光纤，所述光电子芯片包括n条光波导，所述光耦合连接器包括n条上层放大波导和n条下层波导，所述n条下层波导与所述n条上层放大波导一一对应耦合，所述光纤阵列的所述n条光纤与所述光耦合连接器的所述n条下层波导一一对应连接，所述光耦合连接器的所述n条下层波导与所述光电子芯片的n条光波导一一对应连接；

所述光纤阵列的所述n条光纤输出n路信号光至所述光耦合连接器的n条下层波导，所述n条下层波导将所述n路信号光分别耦合至所述光耦合连接器的n条上层放大波导，所述n条上层放大波导将所述n路信号光分别放大后耦合至所述n条下层波导，所述n条下层波导将放大后的所述n路信号光分别输出至所述光电子芯片的所述n条光波导。

其中，实施本发明实施例第五方面，光耦合连接器不仅可以将光纤阵列与光电子芯片进行耦合连接，而且可以通过上层放大波导将光耦合连接器中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

本发明实施例第六方面公开一种波导耦合方法，应用于本发明实施例第二方面公开的任一种光耦合连接器，包括：

下层连接器接收光纤阵列输出的n路信号光；

所述下层连接器将所述n路信号光一一对应耦合至上层连接器；所述上层连接器将所述n路信号光分别放大后耦合至所述下层连接器；

所述下层连接器将放大后的所述n路信号光分别输出至所述光电子芯片的所述n条光波导。

其中，实施本发明实施例第六方面，上层连接器可以将下层连接器耦合进来的信号光进行放大后，再次耦合进入下层连接器，实现了信号光在上层连接器中的放大。

结合本发明实施例第六方面，在本发明实施例第六方面的第一种可能的实现方式中，所述下层连接器包括n条下层波导，所述n条下层波导中的每条下层波导包括第一耦合波导部分和第二耦合波导部分，所述下层连接器将所述n路信号光一一对应耦合至上层连接器，包括：

所述下层连接器中的所述n条下层波导的第一耦合波导部分将所述n路信号光一一对应耦合至上层连接器。

结合本发明实施例第六方面的第一种可能的实现方式，在本发明实施例第六方面的第二种可能的实现方式中，所述上层连接器将所述n路信号光分别放大后耦合至所述下层连接器，包括：

向所述上层连接器内注入载流子，所述上层连接器利用所述载流子将所述n路信号光分别放大，并将放大后的所述n路信号光分别耦合至所述下层连接器的n条下层波导的第二耦合波导部分。

本发明实施中的光耦合连接器包括上层连接器和下层连接器，上层连接器包括n条上层波导，下层连接器包括n条下层波导，n条下层波导与n条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分。本发明实施中的光耦合连接器的上层波导可以将泵浦光耦合至对应的下层波导，下层波导的耦合波导部分将光纤阵列发出的信号光与上层波导耦合进来的泵浦光组成耦合光并传输至间距匹配波导部分， 间距匹配波导部分用于调整相邻下层波导之间的间距，间距匹配波导部分将接收的耦合光传输至信号光放大波导部分，信号光放大波导部分放大耦合光中的信号光并衰减耦合光中的泵浦光，将放大后的信号光输出至光电子芯片。与现有技术相比，本发明实施中的光耦合连接器可以将光纤阵列中的多路信号光分别进行放大并输出至光电子芯片，同时，本发明实施中的光耦合连接器结构简单，尺寸小，制作工艺简单，可广泛用于光纤阵列与光电子芯片之间的耦合连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本发明实施例公开的一种系统架构示意图；

图1b为本发明实施例公开的一种上层波导与下层波导的耦合连接示意图；

图1c是本发明实施例公开的另一种系统架构示意图；

图1d为本发明实施例公开的一种上层放大波导与下层波导的耦合连接示意图；

图2a是本发明实施例公开的一种光耦合连接器的结构示意图；

图2b是本发明实施例公开的另一种光耦合连接器的结构示意图；

图2c是本发明实施例公开的另一种光耦合连接器的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的一种上层波导与下层波导耦合结构示意图；

图4是本发明实施例公开的一种信号光放大原理示意图；

图5是本发明实施例公开的一种光耦合系统的结构示意图；

图6是本发明实施例公开的另一种光耦合连接器的结构示意图；

图6a是本发明实施例公开的又一种光耦合连接器的结构示意图；

图6b是本发明实施例公开的又一种光耦合连接器的结构示意图；

图6c是本发明实施例公开的又一种光耦合连接器的结构示意图；

图6d是本发明实施例公开的又一种光耦合连接器的结构示意图；

图7是本发明实施例公开的另一种信号光放大原理示意图；

图8是本发明实施例公开的另一种光耦合系统的结构示意图；

图9是本发明实施例公开的一种波导耦合方法的流程示意图；

图10是本发明实施例公开的另一种波导耦合方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法，可以解决光耦合连接器制作工艺复杂的问题。以下分别进行详细说明。

为了更好的理解本发明实施例，下面先对本发明实施例公开的系统架构进行描述。

请参阅图1a，图1a是本发明实施例公开的一种系统架构示意图。如图1a所示，该系统架构包括光纤阵列10、光耦合连接器20、光电子芯片30和泵浦光源40，其中，光纤阵列10包括n条光纤(101、102...)，光耦合连接器20中可以包括上层连接器201和下层连接器202，上层连接器201包括n条上层波导(211、212...)，下层连接器包括n条下层波导(221、222...)，光电子芯片包括n条光波导(301、302...)。波导是用于传输电磁波的装置，每条波导可以独立的传输一路电磁波信号，波导的形状可以是矩形、圆形等，波导的材质可以为对电磁波传输损耗较小的材质，例如，对光信号传输损耗较小的二氧 化硅。

光纤阵列10中的一条光纤(例如，光纤101)连接一条下层波导(例如，下层波导221)的一端，一条下层波导(例如，下层波导221)的另一端连接光电子芯片30中的一条光波导(例如，光波导301)，一条上层波导(211)位于一条下层波导(例如，下层波导221)的上层，如图1a中的虚线框部分(放大后的上层波导211和对应的下层波导221的连接关系图)；其中，每条光纤连接的下层波导互不相同(即，一条光纤对应连接一条下层波导，例如，光纤101对应连接下层波导221)，每条下层波导连接的光波导互不相同(即，一条下层波导对应连接一条光波导，例如，下层波导221对应连接光波导301)；一条上层波导与一条下层波导对应耦合(例如，上层波导211与下层波导221对应耦合)，其中，上层波导211与下层波导221的耦合方式可以为垂直耦合方式，如图1b所示，图1b为本发明实施例公开的一种上层波导与下层波导的耦合连接示意图，图1b中，以矩形波导为例，上层波导211的上层耦合区与下层波导221的下层耦合区进行耦合，以使泵浦光从上层波导211的上层耦合区耦合至下层波导221的下层耦合区，当泵浦光进入上层波导211的上层耦合区时，在泵浦光的传输方向上，由于上层耦合区的宽度逐渐变窄，上层波导211无法将泵浦光限制在上层耦合区中，泵浦光不断从上层耦合区中逃逸出来，进入到下层波导221的下层耦合区，下层波导221不断收集上层波导221中逃逸出来的泵浦光，从而逐渐将泵浦光从上层波导211耦合进入下层波导221。

泵浦光源40为n条上层波导(211、212...)提供n路泵浦光，其中，泵浦光源40可以为激光器(如，半导体激光器)、发光二极管等，每一条上层波导接收一路泵浦光；光纤阵列10中的n条光纤(101、102...)为n条下层波导(221、222...)提供n路信号光，其中，每一条下层波导接收一路信号光；n条上层波导将n路泵浦光分别耦合至n条下层波导，其中，每一条上层波导将接收的泵浦光耦合至对应的一条下层波导中；对于n条下层波导中的任一条下层波导，该任一条下层波导将接收的信号光与泵浦光进行耦合，衰减该泵浦光， 放大该信号光，并将放大后的该信号光输出至光电子芯片30中。

实施图1a所示的系统架构，光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路信号光放大并输出至光电子芯片30中，光耦合连接器20不仅可以将光纤阵列10与光电子芯片30进行耦合，而且可以将光耦合连接器20中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题。

请参阅图1c，图1c是本发明实施例公开的另一种系统架构示意图。如图1c所示，该系统架构包括光纤阵列10、光耦合连接器20和光电子芯片30，其中，光纤阵列10包括n条光纤(101、102...)，光耦合连接器20中可以包括上层连接器201和下层连接器202，上层连接器201包括n条上层放大波导(211、212...)，下层连接器包括n条下层波导(221、222...)，光电子芯片包括n条光波导(301、302...)。波导是用于传输电磁波的装置，每条波导可以独立的传输一路电磁波信号，波导的形状可以是矩形、圆形等，n条下层波导的芯层材质可以为对电磁波传输损耗较小的材质，例如，对光信号传输损耗较小的二氧化硅(sio2)，n条上层放大波导的芯层材质可以为半导体材料，优选的，为直接带隙半导体材料，如砷化镓(gaas)、磷化铟(lnp)等。

光纤阵列10中的一条光纤(例如，光纤101)连接一条下层波导(例如，下层波导221)的一端，一条下层波导(例如，下层波导221)的另一端连接光电子芯片30中的一条光波导(例如，光波导301)，一条上层放大波导(211)位于一条下层波导(例如，下层波导221)的上层，如图1c中的虚线框部分(放大后的上层放大波导211和对应的下层波导221的连接关系图)；其中，每条光纤连接的下层波导互不相同(即，一条光纤对应连接一条下层波导，例如，光纤101对应连接下层波导221)，每条下层波导连接的光波导互不相同(即，一条下层波导对应连接一条光波导，例如，下层波导221对应连接光波导301)；一条上层放大波导与一条下层波导对应耦合(例如，上层放大波导211与下层波导221对应耦合)，其中，上层放大波导211与下层波导221的耦合方式可以为垂直耦合方式，如图1d所示，图1d为本发明实施例公开的一种上层放大波 导与下层波导的耦合连接示意图，图1d中，以矩形波导为例，上层放大波导211的上层耦合区(包括第一上层耦合区和第二上层耦合区)与下层波导221的下层耦合区(包括第一下层耦合区和第二下层耦合区)进行耦合，以使信号光从下层波导221的第一下层耦合区耦合至上层放大波导211的第一上层耦合区，上层放大波导211的放大区将信号光进行放大后从第二上层耦合区耦合至下层波导221的第二下层耦合区。当信号光从下层波导221的第一下层耦合区进入上层放大波导211的第一上层耦合区时，在信号光的传输方向上，由于第一下层耦合区的宽度逐渐变窄，第一上层耦合区的宽度逐渐变宽，下层波导221无法将信号光限制在第一下层耦合区中，信号光不断的从第一下层耦合区逃逸出来，进入上层放大波导211的第一上层耦合区中，上层放大波导211不断收集下层波导221中逃逸出来的信号光，从而逐渐将信号光从下层波导221耦合进入上层放大波导211，当信号光进入上层放大波导211后，上层放大波导211的放大区对信号光进行放大，信号光放大后，通过上层放大波导211的第二上层耦合区进入下层波导221的第二下层耦合区，同理，在信号光的传输方向上，由于第二上层耦合区的宽度逐渐变窄，第二下层耦合区的宽度逐渐变宽，放大后的信号光不断的从第二上层耦合区逃逸出来，进入下层波导221的第二下层耦合区，从而通过上层放大波导实现对信号光的放大。

实施图1c所示的系统架构，光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路信号光放大并输出至光电子芯片30中，光耦合连接器20不仅可以将光纤阵列10与光电子芯片30进行耦合，而且可以将光耦合连接器20中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题。本发明实施例中的光耦合连接器是一种能够对信号光进行放大的光耦合连接器。

基于图1a所示的系统架构，公开了一种光耦合连接器，请参阅图2a，图2a是本发明实施例公开的一种光耦合连接器的结构示意图。该光耦合连接器20用于连接光纤阵列10和光电子芯片30，该光耦合连接器20包括上层连接器201和下层连接器202，其中：

上层连接器201包括n条上层波导，n为大于或等于2的正整数；下层连接器202包括n条下层波导，n条下层波导与n条上层波导一一对应耦合，每条下层波导均包括耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分；泵浦光源40与n条上层波导(如图2a中的211、212...)连接，泵浦光源40为n条上层波导提供n路泵浦光，光纤阵列包括n条光纤(如图2a中的101、102...)，n条光纤为n条下层波导(如图2a中的221、222...)提供n路信号光，光电子芯片包括n条光波导(如图2a中的301、302...)，n条下层波导的第一端与n条光纤一一对应连接，n条下层波导的第二端与n条光波导一一对应连接。例如，如图2a所示，耦合波导部分、间距匹配波导部分和信号光放大波导部分依次连接，n条光纤与n条下层波导靠近耦合波导部分的一端一一对应连接，n条光波导与n条下层波导靠近信号光放大波导部分的一端一一对应连接；或者，如图2b所示，耦合波导部分、信号光放大波导部分和间距匹配波导部分依次连接，n条光纤与n条下层波导靠近耦合波导部分的一端一一对应连接，n条光波导与n条下层波导靠近间距匹配波导部分的一端一一对应连接；或者，如图2c所示，间距匹配波导部分、耦合波导部分和信号光放大波导部分依次连接，n条光纤与n条下层波导靠近间距匹配波导部分的一端一一对应连接，n条光波导与n条下层波导靠近信号光放大波导部分的一端一一对应连接。

每条下层波导均包括第一芯层和第一包覆层，第一包覆层的材料包括增益材料，增益材料能够将泵浦光的能量传递给信号光，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率。

其中，增益材料在泵浦光的激励下，可以将泵浦光的能量传递给信号光，实现将信号光放大的功能，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率，可以保证信号光在下层波导的第一芯层中传输时，能够满足全反射条件，将信号光束缚在芯层中，减少信号光的传输损耗。第一芯层的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物等，增益材料可以为掺杂铒离子、镱离子等稀土离子的材料。可选的，每条下层波导的耦合波导部分与间距匹配波导部分的包 覆层使用的增益材料的增益效果较小，每条下层波导的信号光放大波导部分使用的增益材料的增益效果较大。

本发明实施例中，上层连接器201将泵浦光源40产生的n路泵浦光分别输入n条上层波导中，n条上层波导将n路泵浦光分别耦合至对应的n条下层波导中，下层连接器202将n条光纤输入的n路信号光与n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光，并将n路耦合光中的信号光分别放大并一一对应输入光电子芯片30的n条光波导中。图2a所示光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路信号光放大并输出至光电子芯片30中，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题，图2a所示的光耦合连接器20结构简单，尺寸小，制作工艺简单，制作成本较低。在一个实施例中，如图2a所示，上层波导i(如图2a中的21i)接收一路泵浦光，下层波导j(如图2a中的22j)接收光纤阵列10发出的一路信号光；上层波导i将一路泵浦光耦合至对应的下层波导j的耦合波导部分，下层波导j的耦合波导部分将一路泵浦光与一路信号光组成的耦合光传输至下层波导j的间距匹配波导部分，下层波导j的间距匹配波导部分将耦合光传输至下层波导j的信号光放大波导部分，下层波导j的信号光放大波导部分放大耦合光中的一路信号光并衰减耦合光中的一路泵浦光，将放大后的一路信号光输出至光电子芯片30；上层波导i为n条上层波导中的任一条，下层波导j为n条下层波导中的任一条。

本发明实施例中，上层波导可以为矩形波导(如，方形波导)、圆形波导、脊型波导等，n条上层波导可以位于同一平面(如、平面光波导)，n条下层波导与n条上层波导一一对应耦合，例如，如图3所示，图3是本发明实施例公开的一种上层波导与下层波导耦合结构示意图，图3以矩形波导为例，上层波导的横截面与下层波导的横截面均为矩形，上层波导1与下层波导1对应耦合，上层波导2与下层波导2对应耦合，上层波导i与下层波导j对应耦合，等等，其中，相邻的上层波导之间有间距，相邻的下层波导之间有间距。

以上层波导i和下层波导j为例，阐述光耦合连接器20的信号光放大原理， 上层波导i为n条上层波导中的任一条，下层波导j为n条下层波导中的任一条。请参阅图2a，上层连接器201中的上层波导i(如图2a中的21i)接收一路泵浦光，下层波导j(如图2a中的22j)接收光纤阵列10发出的一路信号光；上层波导i将一路泵浦光耦合至对应的下层波导j的耦合波导部分，下层波导j的耦合波导部分将一路泵浦光与一路信号光组成的耦合光传输至下层波导j的间距匹配波导部分，下层波导j的间距匹配波导部分将耦合光传输至下层波导j的信号光放大波导部分，下层波导j的信号光放大波导部分放大耦合光中的一路信号光并衰减耦合光中的一路泵浦光，将放大后的一路信号光输出至光电子芯片30；图2a所示光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路信号光放大并输出至光电子芯片30中，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题，图2a所示的光耦合连接器20结构简单，尺寸小，制作工艺简单，制作成本较低。

在一个实施例中，如图2a所示，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的耦合波导部分之间的间距与光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的相邻信号光放大波导部分之间的间距与光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

其中，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的耦合波导部分之间的间距与光纤阵列10中任意两条相邻光纤之间的间距相等，可以保证光纤阵列10与光耦合连接器20的下层连接器202的一端(靠近耦合波导部分的一端)进行较好的耦合，减少信号光从光纤阵列10传输至下层连接器202时的耦合损耗；n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的相邻信号光放大波导部分之间的间距与光电子芯片30中任意两条相邻光波导之间的间距相等，可以保证光耦合连接器20的下层连接器202的另一端(靠近信号光放大波导部分的一端)与光电子芯片30进行较好的耦合，减少信号光从下层连接器202传输至光电子芯片30时的耦合损耗。当光纤阵列10中任意两条相邻光纤之间的间距确定之后，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的耦合波导部分之间的间距也随之确定，可以通过调整间距匹配波导部分的弯曲度来调整n条下层波导中的任意 两条相邻下层波导的相邻信号光放大波导部分之间的间距，以使n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的相邻信号光放大波导部分之间的间距与光电子芯片30中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

优选的，上层波导的芯层折射率与下层波导的芯层折射率相等，且等于光纤阵列中光纤的芯层折射率，其中，上层波导的芯层折射率与下层波导的芯层折射率相等，可以提高泵浦光从上层波导耦合至下层波导的耦合效率，上层波导的芯层折射率与光纤阵列中光纤的芯层折射率相等，可以提高信号光从光纤耦合至下层波导的耦合效率。

在一个实施例中，如图2a所示，n条上层波导和n条下层波导均为矩形波导。

在一个实施例中，如图2a所示，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。

其中，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，即，信号光在下层波导中仅以一个模式进行传输，可以减少信号光在下层波导中的传输损耗。例如，对于矩形波导而言，若第一芯层的材料为硅、折射率为3.5，第一包覆层材料为二氧化硅、折射率为1.445，矩形波导的高度为220nm，则根据矩形波导的单模条件公式可以计算出矩形波导的宽度范围为200nm～700nm时，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。对于圆形波导而言，可以通过设置信号光的入射角度与芯层半径以使信号光满足单模传输条件。

在一个实施例中，如图2a所示，一路泵浦光的入射方向与上层波导i的横截面之间的夹角为90°；一路信号光的入射方向与下层波导j的横截面之间的夹角为90°；放大后的一路信号光的出射方向与光电子芯片中的光波导的横截面之间的夹角为90°。

其中，一路泵浦光的入射方向与上层波导i的横截面之间的夹角为90°，可以将一路泵浦光较好的耦合至上层波导i中，提高泵浦光从泵浦光源耦合至上层波导的耦合效率；一路信号光的入射方向与下层波导j的横截面之间的夹 角为90°，可以将一路信号光较好的耦合至下层波导j中，提高信号光从上层波导耦合至下层波导的耦合效率；放大后的一路信号光的出射方向与光电子芯片30中的光波导的横截面之间的夹角为90°，可以将放大后的一路信号光较好的耦合至光电子芯片30中，提高信号光从下层波导耦合至光电子芯片30的耦合效率。

在一个实施例中，如图2a所示，上层连接器还包括至少一个光分束器，每个光分束器用于连接泵浦光源与m条上层波导，每个光分束器将泵浦光源发射的原始泵浦光分成m份输入到m条上层波导，m为小于或等于n的正整数。

其中，每个光分束器可以将泵浦光源发射的原始泵浦光分成m份输入到m条上层波导，泵浦光源可以为激光器(如，半导体激光器)，优选的，泵可以将原始泵浦光均分成m份输入到m条上层波导，例如，激光器输出功率为200mw，m为4，则激光器可以将200mw的功率均分为4份输入到4条上层波导中。

在一个实施例中，如图2a所示，每条上层波导包括第二芯层和包覆第二芯层的第二包覆层，第二芯层用于传输泵浦光，第二芯层的折射率大于第二包覆层的折射率，第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，第二芯层的高度保持不变。

其中，第二芯层的折射率大于第二包覆层的折射率，可以保证泵浦光在上层波导的第二芯层中传输时，能够满足全反射条件，将泵浦光束缚在芯层中，减少泵浦光在上层波导中的传输损耗，第二芯层的宽度沿泵浦光的传播方向逐渐减小，第二芯层的高度保持不变，可以将上层波导中的泵浦光快速耦合至下层波导中，提高泵浦光从上层波导耦合至下层波导的耦合效率。第二芯层的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物等。优选的，上层波导(如图2a中的21i)与对应的下层波导(如图2a中的22j)之间的包覆层高度尽可能的小，可以减小泵浦光在包覆层中的损耗，从而提高提高泵浦光从上层波导耦合至下层波导的耦合效率。

在一个实施例中，如图2a所示，信号光放大波导部分的芯层宽度小于或等于耦合波导部分的芯层宽度。

其中，由于光纤阵列10中的光纤芯层尺寸较大，光电子芯片30中的光波导的芯层尺寸较小，光耦合连接器20中的下层连接器202为了匹配光纤阵列10和光电子芯片30，下层连接器202中下层波导的耦合波导部分的芯层宽度与光纤阵列10中光纤的芯层宽度匹配，下层连接器202中下层波导的信号光放大波导部分的芯层宽度与光电子芯片30中光波导的芯层宽度匹配，从而可以通过光耦合连接器20将光纤阵列10与光电子芯片30耦合连接。

在一个实施例中，如图2a所示，信号光放大波导部分的芯层长度大于耦合波导部分的芯层长度。

其中，在信号光放大波导部分，泵浦光逐渐衰减，信号光逐渐放大，信号光放大波导部分的芯层长度越大，泵浦光越少，信号光越大，当信号光放大波导部分的芯层长度大于耦合波导部分的芯层长度时，可以尽可能衰减泵浦光，放大信号光。

在一个实施例中，如图2a所示，增益材料包括镱材料、铒材料或镱材料与铒材料的组合。

其中，镱材料为掺杂镱离子的材料，铒材料为掺杂铒离子的材料，镱材料与铒材料的组合为同时掺杂镱离子和铒离子的材料。镱离子、铒离子等稀土离子为激活离子，用于将泵浦光的能量传递给信号光，以镱材料为例，如图4所示，图4是本发明实施例公开的一种信号光放大原理示意图，若泵浦光的波长为980nm，信号光的波长为1550nm时，镱材料中的镱离子吸收980nm的泵浦光后从基态跃迁到激发态，由于镱离子在激发态不稳定，很快从激发态跃迁到亚稳态，当镱离子在信号光的激发下，镱离子从亚稳态以受激辐射的形式跃迁回基态，并发射出与信号光波长相同的1550nm的信号光，从而实现将信号光放大的功能。

基于图1a所示的系统架构，公开了一种光耦合系统，请参阅图5，图5是 本发明实施例公开的一种光耦合系统的结构示意图。如图5所示，该系统架构包括光纤阵列10、图1a所示的系统架构中描述的光耦合连接器20、光电子芯片30和至少一个激光器(401、402...)，其中，光纤阵列10中包括n条光纤(101、102...)，光耦合连接器20中可以包括上层连接器201和下层连接器202，上层连接器201包括至少一个光分束器(2011、2012...)和n条上层波导(211、212...)，下层连接器包括n条下层波导(221、222...)，光电子芯片包括n条光波导(301、302...)；

一个激光器401(以激光器#1为例)连接一个光分束器2011(以光分束器#1为例)，一个光分束器2011连接m条上层波导，其中，m、n均为正整数，且m小于或等于n；光纤阵列中的一条光纤(例如，光纤101)连接一条下层波导(例如，下层波导221)的一端，一条下层波导(例如，下层波导221)的另一端连接光电子芯片30中的一条光波导(例如，光波导301)，其中，每条光纤连接的下层波导互不相同(即，一条光纤对应连接一条下层波导，例如，光纤101对应连接下层波导221)，每条下层波导连接的光波导互不相同(即，一条下层波导对应连接一条光波导，例如，下层波导221对应连接光波导301)；一条上层波导对应一条下层波导(例如，上层波导211对应下层波导221)；

一个激光器401(以激光器#1为例)产生的原始泵浦光输入到一个光分束器2011(以光分束器#1为例)中，一个光分束器2011将该原始泵浦光分成m份输出至m条上层波导，其中，m条上层波导中的一条上层波导(例如，上层波导211)将接收的泵浦光耦合至对应的一条下层波导(例如，下层波导221)中，对应的一条下层波导(例如，下层波导221)将光纤阵列中的一条光纤(如光纤10)输入的信号光与该泵浦光耦合，并将该泵浦光转化为信号光，从而衰减该泵浦光，放大信号光，将放大后的信号光输出至光电子芯片30中的一条光波导(光波导301)中。

实施图5所示的光耦合系统，光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路 信号光放大并输出至光电子芯片30中，光耦合连接器20不仅可以将光纤阵列10与光电子芯片30进行耦合连接，而且可以将光耦合连接器20中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题。

基于图1c所示的系统架构，公开了另一种光耦合连接器，请参阅图6，图6是本发明实施例公开的另一种光耦合连接器的结构示意图。该光耦合连接器20用于连接光纤阵列10和光电子芯片30，该光耦合连接器20包括上层连接器201和下层连接器202，其中：

上层连接器201包括n条上层放大波导(如图6中的211、212...)，n为大于或等于2的正整数；下层连接器202包括n条下层波导(如图6中的221、222...)，n条下层波导与n条上层放大波导一一对应偶耦合，每条下层波导均包括第一耦合波导部分、第二耦合波导部分和间距匹配波导部分；光纤阵列10包括n条光纤(如图6中的101、102...)，n条光纤为n条下层波导提供n路信号光，光电子芯片30包括n条光波导(如图6中的301、302...)；n条下层波导的第一端与n条光纤一一对应连接，n条下层波导的第二端与n条光波导一一对应连接；

每条上层放大波导均包括第一芯层和第一包覆层，第一芯层的材料包括增益材料，增益材料能够将下层波导耦合至对应的上层放大波导的信号光进行放大，第一芯层的折射率大于第一包覆层的折射率；

每条下层波导包括第二芯层和包覆第二芯层的第二包覆层，第二芯层用于传输信号光，第二芯层的折射率大于第二包覆层的折射率。

本发明实施例中，波导是用于传输电磁波的装置，每条波导可以独立的传输一路电磁波信号，波导的形状可以是矩形、圆形等，n条下层波导的芯层材质可以为对电磁波传输损耗较小的材质，例如，对光信号传输损耗较小的二氧化硅(sio2)，n条上层放大波导的芯层材质可以为半导体材料，优选的，为直接带隙半导体材料，如砷化镓(gaas)、磷化铟(lnp)等。其中，第二芯层的折射率大于第二包覆层的折射率，可以保证信号光在下层波导的第二 芯层中传输时，能够满足全反射条件，将信号光束缚在芯层中，减少信号光在下层波导中的传输损耗。第二芯层的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物等。优选的，上层放大波导(如图6中的211)与对应的下层波导(如图6中的22j)之间的包覆层高度尽可能的小，可以减小信号光在包覆层中的损耗，从而提高提高信号光从下层波导耦合至上层放大波导的耦合效率。

下面结合图6阐述信号光的放大原理，当光纤阵列10中的信号光进入下层连接器的某一条下层波导(如图6中的221)的芯层(如图6中的第二芯层)中时，由于上层放大波导211与下层波导221一一对应耦合，下层波导221将接收的信号光通过第一耦合波导部分耦合至上层放大波导211，上层放大波导211的芯层(如图6中的第一芯层)中包括能够将信号光进行放大的增益材料，上层放大波导211将耦合进来的信号光进行放大，然后上层放大波导211将放大后的信号光耦合至下层波导221的第二耦合波导部分，下层波导221将放大后的信号光通过间距匹配波导部分输出至光电子芯片30。图6所示光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路信号光放大并输出至光电子芯片30中，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题，图6所示的光耦合连接器20结构简单，尺寸小，制作工艺简单，无需泵浦光源，制作成本较低。

在一个实施例中，每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层断开。如图6a和6c。

在一个实施例中，如图6a(图6a中的每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层断开)或图6b(图6b中的每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层连接)所示，下层波导j(如图6a或图6b中的22j)接收光纤阵列发出的一路信号光，下层波导j的第一耦合波导部分将一路信号光耦合至对应的上层放大波导i(如图6a或图6b中的21i)，上层放大波导i将一路信号光进行放大后耦合至下层波导j的第二耦合波导部分，下层波导j的第二耦合波导部分将放大后的一路信号光传输至下层波导j的间距匹配波导部分，下层波导j的间距匹配波导部分将放大后的一路信号光 传输至光电子芯片30；上层放大波导i为n条上层放大波导中的任一条，下层波导j为n条下层波导中的任一条。

其中，信号光在第一耦合波导部分已经完全或者绝大部分耦合进入上层放大波导i中。本发明实施例中，信号光首先从下层波导中的第一耦合波导部分耦合进入上层放大波导，上层放大波导将信号光放大后重新耦合进入下层波导的第二耦合波导部分，最后通过间距匹配波导部分后输出至光电子芯片30中。

在一个实施例中，如图6a或图6b所示，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第一耦合波导部分之间的间距与光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最小间距与光电子芯片30中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

其中，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第一耦合波导部分之间的间距与光纤阵列10中任意两条相邻光纤之间的间距相等，可以保证光纤阵列10与光耦合连接器20的下层连接器202的一端(靠近第一耦合波导部分的一端)进行较好的耦合，减少信号光从光纤阵列10传输至下层连接器202时的耦合损耗；n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最小间距与光电子芯片30中任意两条相邻光波导之间的间距相等，可以保证光耦合连接器20的下层连接器202的另一端(靠近间距匹配波导部分的一端，即相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最小间距处)与光电子芯片30进行较好的耦合，减少信号光从下层连接器202传输至光电子芯片30时的耦合损耗。

在一个实施例中，如图6c(图6c中的每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层断开)或图6d(图6d中的每条下层波导的第一耦合波导部分的芯层与第二耦合波导部分的芯层连接)所示，下层波导j接收光纤阵列发出的一路信号光，下层波导j的间距匹配波导部分将一路信号光传输至下层波导j的第一耦合波导部分，下层波导j的第一耦合波导部分将一路 信号光耦合至对应的上层放大波导i，上层放大波导i将一路信号光进行放大后耦合至下层波导j的第二耦合波导部分，下层波导j的第二耦合波导部分将放大后的一路信号光传输至光电子芯片；上层放大波导i为n条上层放大波导中的任一条，下层波导j为n条下层波导中的任一条。

其中，信号光在第一耦合波导部分已经完全或者绝大部分耦合进入上层放大波导i中。本发明实施例中，信号光首先通过下层波导的间距匹配波导部分，输出至第一耦合波导部分，然后从下层波导中耦合进入上层放大波导，上层放大波导将信号光放大后重新耦合进入下层波导，最后输出至光电子芯片30中。

在一个实施例中，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最大间距与光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等；n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第二耦合波导部分之间的间距与光电子芯片30中任意两条相邻光波导之间的间距相等。

其中，n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的间距匹配波导部分之间的最大间距与光纤阵列中任意两条相邻光纤之间的间距相等，可以保证光纤阵列10与光耦合连接器20的下层连接器202的一端(靠近间距匹配波导部分的一端，即相邻间距匹配波导部分之间的最大间距处)进行较好的耦合，减少信号光从光纤阵列10传输至下层连接器202时的耦合损耗；n条下层波导中的任意两条相邻下层波导的第二耦合波导部分之间的间距与光电子芯片30中任意两条相邻光波导之间的间距相等，可以保证光耦合连接器20的下层连接器202的另一端(靠近第二耦合波导部分的一端)与光电子芯片30进行较好的耦合，减少信号光从下层连接器202传输至光电子芯片30时的耦合损耗。

在一个实施例中，如图6a～图6d，n条上层放大波导和n条下层波导均为矩形波导，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，第二芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件。

其中，第一芯层的芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，第二芯层的 芯层高度和芯层宽度满足单模传输条件，信号光在下层波导和上层放大波导中仅以一个模式进行传输，可以减少信号光在下层波导和上层放大波导中的传输损耗。

在一个实施例中，如图1d所示，第一耦合波导部分的芯层高度保持不变，第一耦合波导部分的芯层宽度沿信号光的传播方向逐渐减小；第二耦合波导部分的芯层高度保持不变，第二耦合波导部分的芯层宽度沿信号光的传播方向逐渐增大。

其中，第一耦合波导部分(图1d中的第一下层耦合区)的芯层高度保持不变，第一耦合波导部分的芯层宽度沿信号光的传播方向逐渐减小，以使信号光逐渐从下层波导耦合进入上层放大波导中，可以提高信号光从下层波导耦合进入上层放大波导的耦合效率；第二耦合波导部分(图1d中的第二下层耦合区)的芯层高度保持不变，第二耦合波导部分的芯层宽度沿信号光的传播方向逐渐增大，可以提高放大后的信号光从上层放大波导耦合进入下层波导的耦合效率。

在一个实施例中，如图6a～图6d，增益材料为半导体材料。

其中，当半导体材料中注入载流子时，半导体材料通过载流子将信号光进行放大。优选的，半导体材料为直接带隙半导体材料，如砷化镓(gaas)、磷化铟(lnp)等。

下面结合图7对信号光的放大原理进行阐述，如图7所示，在半导体材料中注入载流子(电子或空穴)时，会增加半导体材料中的自由电子浓度，处于低能级的电子数量大大增加，低能级的电子在半导体材料(优选的，为直接带隙半导体)中向高能级进行跃迁，当半导体材料在信号光的激发下，高能级的电子以受激辐射的形式跃迁回低能级，并发射出与信号光波长相同的信号光，从而实现将信号光放大的功能。

基于图1c所示的系统架构，公开了另一种光耦合系统，请参阅图8，图8是本发明实施例公开的另一种光耦合系统的结构示意图。如图8所示，该光耦 合系统包括光纤阵列10、光电子芯片30和图1c所示的系统架构中描述的光耦合连接器20，其中：

光纤阵列10包括n条光纤，光电子芯片30包括n条光波导，光耦合连接器20中可以包括上层连接器201和下层连接器202，上层连接器201包括n条上层放大波导，下层连接器202包括n条下层波导，n条下层波导与n条上层放大波导一一对应耦合，光纤阵列10的n条光纤与光耦合连接器20的n条下层波导一一对应连接，光耦合连接器20的n条下层波导与光电子芯片30的n条光波导一一对应连接；

光纤阵列10的n条光纤输出n路信号光至光耦合连接器20的n条下层波导，n条下层波导将n路信号光分别耦合至光耦合连接器20的n条上层放大波导，n条上层放大波导将n路信号光分别放大后耦合至n条下层波导，n条下层波导将放大后的n路信号光分别输出至光电子芯片30的n条光波导。

实施图8所示的光耦合系统，光耦合连接器20可以将光纤阵列10中的多路信号光放大并输出至光电子芯片30中，光耦合连接器20不仅可以将光纤阵列10与光电子芯片30进行耦合连接，而且可以将光耦合连接器20中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器20中信号光损耗过大的问题。

基于图1a所示的系统架构，公开了一种波导耦合方法，请参阅图9，图9是本发明实施例公开的一种波导耦合方法的流程示意图，如图9所示，该波导耦合方法包括如下步骤：

901，光耦合连接器接收光纤阵列输出的n路信号光；接收泵浦光源输入的n路泵浦光；n为大于或等于2的正整数；

902，光耦合连接器将n路信号光与n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光；

903，针对每路耦合光，光耦合连接器放大每路耦合光中的信号光，衰减每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片。

本发明实施例中，光耦合连接器用于连接光纤阵列和光电子芯片，光耦合连接器可以包括上层连接器和下层连接器，上层连接器可以接收光纤阵列输出的n路信号光，下层连接器可以接收泵浦光源输入的n路泵浦光；光耦合连接器接收了n路信号光和n路泵浦光之后，将n路信号光与n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光；光耦合连接器放大每路耦合光中的信号光，衰减每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片。实施本发明实施例，光耦合连接器不仅可以将光纤阵列与光电子芯片进行耦合，而且可以将光耦合连接器中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

在一个实施例中，具体的，光耦合连接器包括n条上层波导，光耦合连接器通过n条上层波导分别接收n路泵浦光。

其中，光耦合连接器的上层连接器可以包括n条上层波导。

在一个实施例中，具体的，光耦合连接器还包括n条下层波导，n条下层波导中的每条下层波导包括耦合波导部分和信号光放大波导部分，光耦合连接器将n路信号光与n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光，包括：

光耦合连接器中的n条下层波导中的耦合波导部分将n路信号光与n路泵浦光一一对应耦合，形成n路耦合光。

其中，n条下层波导中的每条下层波导包括耦合波导部分和信号光放大波导部分之外，还包括间距匹配波导部分，间距匹配波导部分用于匹配光线阵列中任意两条相邻光纤之间的间距与光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距。光耦合连接器中的一条下层波导的耦合波导部分接收光纤阵列输出的一路信号光，并接收对应的一条上层波导耦合进来的一路泵浦光，将一路信号光与一路泵浦光耦合形成一路耦合光。

在一个实施例中，光耦合连接器放大每路耦合光中的信号光，衰减每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片，包括：

光耦合连接器中的每条下层波导中的信号光放大波导部分放大每路耦合光中的信号光，衰减每路耦合光中的泵浦光，并将放大后的每路耦合光中的信号光输出至光电子芯片。

实施图9所示的波导耦合方法，光耦合连接器可以将光线阵列中的信号光进行放大并输出至光电子芯片，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

基于图1c所示的系统架构，公开了另一种波导耦合方法，请参阅图10，图10是本发明实施例公开的另一种波导耦合方法的流程示意图，如图10所示，该波导耦合方法包括如下步骤：

1001，下层连接器接收光纤阵列输出的n路信号光；

1002，下层连接器将n路信号光一一对应耦合至上层连接器；

1003，上层连接器将n路信号光分别放大后耦合至下层连接器；

1004，下层连接器将放大后的n路信号光分别输出至光电子芯片的n条光波导。

本发明实施例中，光耦合连接器可以包括上层连接器和下层连接器，其中，下层连接器接收光纤阵列输出的n路信号光，并将n路信号光一一对应耦合至上层连接器；上层连接器接收到n路信号光后，将n路信号光分别放大后耦合至下层连接器；下层连接器将放大后的n路信号光分别输出至光电子芯片的n条光波导。实施本发明实施例，可以将光耦合连接器中的信号光进行放大，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

在一个实施例中，具体的，下层连接器包括n条下层波导，n条下层波导中的每条下层波导包括第一耦合波导部分和第二耦合波导部分，下层连接器将n路信号光一一对应耦合至上层连接器，包括：

下层连接器中的n条下层波导的第一耦合波导部分将n路信号光一一对应耦合至上层连接器。

其中，n条下层波导中的每条下层波导除了包括第一耦合波导部分和第二 耦合波导部分之外，还包括间距匹配波导部分，间距匹配波导部分用于匹配光线阵列中任意两条相邻光纤之间的间距与光电子芯片中任意两条相邻光波导之间的间距。

在一个实施例中，上层连接器将n路信号光分别放大后耦合至下层连接器，包括：

上层连接器将n路信号光分别放大后耦合至下层连接器的n条下层波导的第二耦合波导部分。

在一个实施例中，具体的，上层连接器将n路信号光分别放大后耦合至下层连接器，包括：

向上层连接器内注入载流子，上层连接器利用载流子将n路信号光分别放大，并将放大后的n路信号光分别耦合至下层连接器的n条下层波导的第二耦合波导部分。

其中，载流子可以包括电子或空穴。

实施图10所示的波导耦合方法，光耦合连接器可以将光线阵列中的信号光进行放大并输出至光电子芯片，解决了光耦合连接器中信号光损耗过大的问题。

本发明实施例的方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

以上对本发明实施例公开的一种光耦合连接器、光耦合系统及波导耦合方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。