无源器件与耦合

光栅耦合器

Grating Coupler
图解

定义

通过光栅结构把芯片表面的垂直入射光耦合进波导的器件。

图解

把光纤里的光送进芯片,两条路 · 一个从上面进,一个从侧面进光栅耦合(垂直)硅光芯片 · 波导层光栅结构光纤垂直贴近优点:可在晶圆上任意位置布点便于整片晶圆级测试(不必切割)缺点:带宽窄、偏振敏感端面耦合(水平 / 倒锥)硅光芯片 · 波导层倒锥结构光纤水平对接优点:带宽宽、偏振不敏感、损耗低高性能模块与 CPO 的主流选择缺点:只能布在芯片边缘,对切割与对准要求高
光栅耦合与端面耦合 光栅耦合从芯片表面垂直进光,位置自由、便于晶圆级测试;端面耦合从芯片侧面水平进光,带宽与偏振表现更好,但只能布在边缘。高带宽场景(如 1.6T 与 CPO)通常选端面耦合,这也是光纤阵列 FAU 精度要求越来越高的原因。

说明

光栅耦合器通过周期性的光栅结构,把垂直入射(或出射)的光耦合进芯片平面内的波导。它是硅光芯片最常用的耦合方式之一。

最大的优势是位置自由:光栅可以布置在芯片表面的任意位置,不局限于边缘,因此支持整片晶圆级测试——测试时不需要切割芯片,这大幅降低了开发与筛选成本。

代价是带宽较窄、对偏振敏感(通常需要额外的偏振处理),且耦合效率一般低于端面耦合。因此高性能、高带宽场景(如 1.6T 与 CPO)更多转向端面耦合。

关键数字

垂直耦合光从芯片表面进出
晶圆级测试位置自由带来的关键好处
偏振敏感主要劣势之一

关键要点

  • 优点:可从芯片表面垂直耦合,支持晶圆级测试(光从上方打进去即可)。
  • 缺点:带宽较窄、偏振相关损耗较大、效率偏低。
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