9/23/2019，近年來(lái)，光通信網(wǎng)絡(luò)在容量更大、速率更高的方向上不斷發(fā)展，以及大型數(shù)據(jù)中心的規(guī)模建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有的光設(shè)備或者器件來(lái)說(shuō)，性能和成本已經(jīng)不能應(yīng)對(duì)更高速率、更大容量的數(shù)據(jù)處理。硅光子器件在低成本、高集成度、更高互聯(lián)密度等方面，比現(xiàn)有通信技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)，能夠滿足未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心的新需求。因此，越來(lái)越多的公司已經(jīng)進(jìn)入硅光領(lǐng)域。 

    本文主要探討光纖與硅光波導(dǎo)耦合中模場(chǎng)匹配。最常用的單模光纖纖芯直徑約9um，大多數(shù)無(wú)源器件中主要使用光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行耦合，通常準(zhǔn)直器輸出的高斯光束束腰直徑約300um~400um，只要兩個(gè)準(zhǔn)直器能夠互相匹配，就可以很容易進(jìn)行耦合調(diào)試。但是在硅光子器件中寬度只有0.3~0.5um，如圖1所示的脊形光波導(dǎo)，波導(dǎo)寬度只有0.5um。


    從物理尺寸上對(duì)比,單模的光纖的9um纖芯與寬度為0.5um的波導(dǎo)在幾何尺寸上巨大差別造成了模場(chǎng)的嚴(yán)重失配，也就是說(shuō)單模光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)難以耦合進(jìn)波導(dǎo)中。但是可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)、不同材質(zhì)的光耦合器件，使片上硅波導(dǎo)的光模場(chǎng)同單模光纖的光模場(chǎng)耦合相匹配，達(dá)到最優(yōu)的光耦合效率。通常使用SSC（spot size converter）耦合以及光柵耦合兩種方式。本文我們使用SSC模斑變換器作為波導(dǎo)端面耦合器。端面耦合是應(yīng)用端面耦合器，使光信號(hào)直接在硅基波導(dǎo)的橫截面和光纖的橫截面直接相耦合。端面耦合器的優(yōu)點(diǎn)在于耦合效率較高，而且能夠在不改變光路的情況下進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。如圖3所示，使用SSC可以將硅光波導(dǎo)0.5um的光模場(chǎng)擴(kuò)束到3um左右，但是與單模光纖9um的纖芯直徑還是存在較大的差距，仍然存在很大的模場(chǎng)失配，耦合損耗大，無(wú)法滿足要求。

圖3 SSC模斑變換器與單模光纖耦合
    再者，我們進(jìn)一步對(duì)光纖進(jìn)行處理，將單模光纖的輸出模場(chǎng)收縮，使之與SSC模場(chǎng)相匹配。如何實(shí)現(xiàn)將單模光纖模場(chǎng)收束？一種是將單模光纖進(jìn)行拉錐處理，將光纖纖芯拉細(xì)，或者通過(guò)精密研磨，將光纖加工成錐形透鏡光纖；還有一種就是在單模光纖后面續(xù)接一段細(xì)芯光纖。


     若不考慮制作工藝難度及加工效率，錐形透鏡光纖的耦合效率會(huì)比單模光纖熔接細(xì)纖芯光纖的耦合效率高。制作錐形透鏡光纖需要精密的設(shè)備，嚴(yán)格的工藝控制，制作效率不高，通常還需要對(duì)錐尖進(jìn)行曲率加工，才能形成類(lèi)似聚焦透鏡的作用，綜合制作工藝難度、效率、人工成本，對(duì)于光器件廠商來(lái)說(shuō)可能不是很好的選擇。因此，直接使用單模光纖熔接小模場(chǎng)直徑的光纖，雖然也會(huì)存在熔接損耗，但是通過(guò)一些特殊的工藝處理，也可以將熔接損耗降到極低，這樣的的處理方式，穩(wěn)定性好，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，或許可以成為器件廠商更好的選擇。

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    光越科技是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售光無(wú)源器件的高科技公司，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于光纖通信、量子通信、激光傳感、激光醫(yī)療、激光加工、激光雷達(dá)等光電子及先進(jìn)制造領(lǐng)域。光越科技在基礎(chǔ)光纖處理、微光學(xué)器件、保偏光纖器件、集成光學(xué)器件、高功率光器件、功能模塊的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用上累積的豐富經(jīng)驗(yàn)，具備產(chǎn)品自主創(chuàng)新能力，目前已申請(qǐng)五十幾項(xiàng)專(zhuān)利，同時(shí)可以為客戶提供特殊定制化產(chǎn)品及產(chǎn)品應(yīng)用方案。光越科技研發(fā)及生產(chǎn)的保偏器件光學(xué)性能優(yōu)異，尤其是行業(yè)領(lǐng)先的偏振消光比達(dá)到30dB以上，成為量子通信、相干通信、光纖傳感、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等高端應(yīng)用領(lǐng)域的重要元件；中高功率激光輸出頭能承受峰值功率達(dá)到百兆瓦的量級(jí)、連續(xù)功率達(dá)到萬(wàn)瓦級(jí)別，產(chǎn)品高耐用性及技術(shù)先進(jìn)性深受客戶歡迎；高功率隔離器提供承受500W功率的產(chǎn)品，在工業(yè)激光加工中可以更好的保護(hù)大功率激光源；專(zhuān)業(yè)光纖處理技術(shù)，如透鏡光纖、光纖擴(kuò)束、光纖收束等為5G光通信、數(shù)據(jù)中心、硅光子等領(lǐng)域應(yīng)用蓄力；耦合器產(chǎn)品系列已覆蓋單模光纖、保偏光纖、多模光纖多種類(lèi)型，具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性、低附加損耗及優(yōu)良的偏振特性；新開(kāi)發(fā)的隔離器、環(huán)形器豐富了產(chǎn)品線，從標(biāo)準(zhǔn)封裝到緊湊封裝、從單模、多模到保偏及其他特種光纖、從可見(jiàn)光波段到2100nm，成為國(guó)內(nèi)磁光產(chǎn)品最齊全的廠家，滿足多樣化的市場(chǎng)需求。光越科技通過(guò)不斷精研創(chuàng)新，注重市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)研發(fā)更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。