硅波導與氧化硅波導模式轉換器及其制備方法涉及光通信和光傳感技術領域，該轉換器包括：硅基底、二氧化硅底包層、單模硅波導芯、楔形波導芯、單模二氧化硅波導芯和二氧化硅上包層；二氧化硅底包層設置在硅基底上，在二氧化硅底包層上從一端到另一端依次設置單模硅波導芯、楔形波導芯和單模二氧化硅波導芯；單模硅波導芯、楔形波導芯和單模二氧化硅波導芯為一體化結構，單模二氧化硅波導芯為條型結構；楔形波導芯靠近單模硅波導芯的部分為硅波導芯，靠近單模二氧化硅波導芯的部分為二氧化硅波導芯。通過此方法使其達到從單模到單模的轉化效果，即實現了硅單模波導與氧化硅單模波導之間的波導內模式轉化，最終滿足波導與光纖之間的能量轉化效率。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域和光傳感技術領域，具體涉及一種硅波導與氧化硅波導模式轉換器及其制備方法。

背景技術

當前，光通信網絡容量與速度都在快速增長，因而要求超大信息量數據傳輸與處理，云計算對計算機的容量和速度也提出了越來越高的要求，因此計算機的數據傳輸和存儲使電子線路芯片承載超大信息量而引起的熱能耗和電磁干擾是下一代計算機所面臨的主要壓力。在現代光纖通信系統中，無論是基于氧化硅在硅上(silica-on-silicon,SOS)波導的平面光波線路(planar lightwave circuit,PLC)技術，還是基于絕緣體上硅(silicon-on-insulator,SOI) 的光子集成線路(photonic integrated circuit,PIC)技術，已經在光發射系統與 WDM光傳輸ROADM中發揮越來越重要的作用。由光互連和光學功能器件實現的數據存儲與傳輸，是光學數據中心(Optical Datacenter)和數據通信(Datacom)的主要功能。另外，基于硅光波導技術的生物醫學傳感器件也正在迅速發展。

自二十一世紀以來，基于微納米SOI波導的光子集成線路(PIC)和光電集成線路(opto-electronic integrated circuit,OEIC)也逐漸在光功分器、光開關、光偏振分束器件、可調光衰減器、光調制器和波分復用器件以及光生物傳感器等方面的產品上得到了成功應用，而且其加工技術與微電子CMOS工藝相兼容性，所以是被普遍接受的技術平臺。

然而，基于SOI技術的產品研發表明，該技術也存在其固有的缺點。芯層與包層之間較大的折射率差值造成波導芯片與光纖之間的端面耦合模式失配，從而造成了光子集成線路芯片與光纖之間很低的耦合效率問題；波導芯層與光纖芯層過大的折射率差也形成菲涅耳反射損耗，因此在過去二十多年一直是本領域所研究的關鍵技術問題。目前被普遍應用的是基于物理上的導波模式轉化，代表性的有兩種技術：一、在波導輸出端部分設計加工縱向耦合光柵結構實現更有效的波導-光纖端面耦合，但是這種工藝技術難度較大，且迄今仍未有＜1.0dB/facet耦合損耗的研究報道；二、將波導輸出端部分設計成梯形并制作出端面耦合光柵，然后光纖端面從芯片上面與光柵形成耦合，該技術使光纖與波導在不同平面上，適用于實驗室檢測，不適用于批量封裝，況且迄今尚未見到＜1.0dB/facet耦合損耗的研究報道。所以，波導芯片與光纖耦合損耗問題一直是限制硅波導集成器件從實驗室走向工業化的‘瓶頸’問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種硅波導與氧化硅波導模式轉換器的其制備方法，以減小硅光波導-光纖耦合的模式失配，進而解決光纖-硅波導耦合損耗問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

硅波導與氧化硅波導模式轉換器，該轉換器包括：硅基底、二氧化硅底包層、單模硅波導芯、楔形波導芯、單模二氧化硅波導芯和二氧化硅上包層；所述二氧化硅底包層設置在硅基底上，在所述二氧化硅底包層上從一端到另一端依次設置單模硅波導芯、楔形波導芯和單模二氧化硅波導芯；所述單模硅波導芯、楔形波導芯和單模二氧化硅波導芯為一體化結構，所述單模二氧化硅波導芯為條形結構；所述楔形波導芯靠近所述單模硅波導芯的部分為硅波導芯，靠近單模二氧化硅波導芯的部分為二氧化硅波導芯。

優選的，所述單模硅波導芯的截面積小于所述單模二氧化硅波導芯的截面積。