4/29/2024，光纖在線訊，昨天提到光柵耦合因為支持晶圓級測試以及方便加工而成為硅光設(shè)計中光纖到芯片耦合的主流方案。但是這一方案相對較高的損耗和較窄的帶寬也推動對解決辦法的尋找。意大利Pavia大學(xué)Riccardo Marchetti和英國南安普敦大學(xué)Cosimo Lacave等人2017年一篇文章正是圍繞這一點。

還是先看文章的結(jié)論。在這篇文章里，作者團(tuán)隊通過對衍射光柵光學(xué)切趾（apodize）的做法實現(xiàn)了SOI波導(dǎo)到單模光纖的的高效耦合。在220nm硅厚度的SOI平臺下實現(xiàn)耦合效率70%（-1.6dB），260nm硅厚度下耦合效率更可以達(dá)到83%（-0.8dB），平均耦合損耗-1.1dB，-1dB帶寬38.8nm。這一成績是當(dāng)時不采用嵌入式后反射器時的最佳結(jié)果。

切趾的意思，根據(jù)知乎上的介紹，切趾也稱變跡，有關(guān)光學(xué)系統(tǒng)入射光瞳（物方孔徑角）的均勻照明。有切趾的時候，可以實現(xiàn)中心光強比邊緣強，這一點更像光纖出口處的光。下圖給出了光學(xué)設(shè)計軟件Zemax的切趾效果圖（左圖為切趾前，右圖為切趾后）。

為什么要引入這個辦法？作者在開篇提到，應(yīng)對光柵型耦合方案的短處，人們提出了Poly-Silicon over layers，或者襯底嵌入式后反射器（DBR或者金屬鏡）方案，但這些方案通常會引入非CMOS的制造工藝因此并不可取。另外，改變光柵蝕刻結(jié)構(gòu)也是減少耦合損耗的辦法，但是也需要復(fù)雜的制造流程。為此，切趾的方案脫穎而出。切趾需要引入遺傳算法等數(shù)值計算，但物理意義通常并不清楚。這篇文章的意義在于給出切趾改善耦合效率的物理解釋，并給出了制造工藝。

在接下來的分析中作者通過引入一個線性切趾因子R來進(jìn)行數(shù)值分析，得出的結(jié)論大概是光柵耦合器中的反射在切趾后大幅度減少了。深入理解這篇文章需要更多的光學(xué)和波導(dǎo)知識，且留到以后再去研究。我能理解的就是通過在光波導(dǎo)設(shè)計中引入切趾（類似一種信號變換），在不用大的結(jié)構(gòu)改變下，提高了光柵耦合器的耦合效率。

從2017年至今已經(jīng)七年，相信這方面的技術(shù)又有很多進(jìn)展。正因為如此，硅光才可以加快走向我們。