【光电通信】硅光波导与光纤的耦合技术介绍

在集成光子学领域中，光波导之间或芯片与光纤之间的光能传输一直是一个关键问题。而对于高速硅光模块来说，激光器发出的光信号需要进入到其他光路器件中（如WDM或调制器），最终光路信号也需要进入探测器进行光电转换。这一发一收的过程中均会涉及到光信号在不同介质间的传递。随着光模块密度和速率越来越高，提升光路耦合效率也是各大厂商面临的问题。在本篇文章中，我们将对目前发展成熟的一些光路对接，波导光纤耦合方案作简单整理和介绍。

端面耦合又称为对接耦合或边缘耦合。顾名思义，即光纤端面和波导（芯片）端面直接对接，或者在其中间加入某些其他材料，以增加耦合效率的耦合方式。对于边缘耦合来说，提到最多的即是模斑转换器的设计。我们知道光在光纤中传输和在特殊材料的波导中传输时的光斑大小是不一样的，为了提高传输效率，可在其间加入一些特殊结构，利用光路变化达到最佳模场匹配，实现最大功率传输。

模斑转换器（SSC）最常见的结构为平面直波导结构，其在1.55μm的输入波长下可获得零点几dB的净传输损耗。但是随着模块内封装体积减小，密度变大，此种方式波导耦合器会被挤到芯片边缘，不利于芯片上的光子集成。为此，有人也开发了另一种弯曲悬挂波导结构，充分利用Z轴的三维空间，实现高密度多器件封装 [1]。

另一种使用较多的耦合方式为光栅耦合。端面耦合尽管可以做到极低的损耗，但其天生的模场难匹配和复杂的端面处理，对生产和制造的工艺有很高的要求。而使用光栅结构垂直耦合可以较好解决模场匹配问题，同时可减小尺寸，不需要特别精准的端口对接。

除了以上两种耦合方案，也有人提出了使用空间光路进行耦合。通过微纳光学对光信号传输结构进行精细设计和控制，以达到高效的耦合效率和较小体积。

随着耦合技术的不断发展，各种高效率、且具备各种参数测量优势（损耗、色散、偏振等）的耦合技术层出不穷。针对耦合端面质量分析、耦合传输损耗、芯片内部反射异常等各种光链路检测，我司OCI设备均可实现内部分布式检测和各种光参量分析，非常适合产品研发分析或生产出货测试。