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光芯片的模场转换器设计与制造技术.docx

更新时间：2026-08-13 10:41:18 大小：37K 上传用户：江岚查看TA发布的资源 标签：光芯片模场转换器倒锥形波导端面耦合硅光芯片 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

光芯片的模场转换器设计与制造技术

引言

模场转换器是光芯片耦合中实现模场匹配的关键器件，通过在芯片上设计锥形波导或光斑转换结构，将光芯片的微小模场（约0.5μm）扩展至与光纤模场（约10μm）匹配。2026年，模场转换器在硅光芯片和InP光芯片的耦合中已广泛应用，是端面耦合实现高效率耦合的核心器件。模场转换器的设计需在转换效率、制造精度和带宽之间取得平衡，倒锥形转换器是最常用的结构。

模场转换原理

模场扩展

模场转换器通过波导宽度或高度的渐变，使光模场在转换器中逐渐扩展。波导宽度从亚微米级逐渐增加到数微米，模场直径从0.5μm扩展至10μm以上，实现与光纤模场的匹配。

模场转换器是端面耦合实现高效率耦合的关键，通过倒锥形转换器可将硅光波导的模场从0.5μm扩展至10μm，与光纤模场匹配，耦合效率可达90%以上。模场转换器的制造精度直接影响转换效率，锥形尖端的宽度需控制在100nm以下。

转换器类型

1. 倒锥形转换器：波导宽度从窄到宽渐变，制造简单，是应用最广的结构

2. 双波导转换器：通过上下两层波导的耦合实现模场转换，转换效率更高

3. 光栅辅助转换器：通过光栅结构实现模场的逐步扩展

设计参数

关键参数

1. 尖端宽度：锥形起点的波导宽度，需小于100nm

2. 锥形长度：锥形区域的长度，影响转换效率和带宽

3. 输出宽度：锥形终点的波导宽度，需与光纤模场匹配

制造工艺

电子束光刻

模场转换器的尖端宽度需控制在100nm以下，需要电子束光刻或高精度深紫外光刻实现。

转换效率

效率优化

模场转换器的转换效率已提升至95%以上，通过优化锥形形状和层间耦合，可进一步降低转换损耗。


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