无源器件与耦合

模斑转换器

Spot Size Converter · SSC
图解SSC

定义

把波导中很小的光斑逐步放大,以匹配光纤模场的过渡结构。

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

模斑转换器(SSC)用于解决光纤模场与芯片波导模场尺寸不匹配的问题。单模光纤的模场直径约 10 微米,而硅光波导通常只有几百纳米,直接对接会因模场失配造成巨大损耗。

常见的实现方式是倒锥结构:把波导逐渐收窄或放宽,让模场在传播过程中平滑地扩展或收缩,从而与光纤模场匹配。它是端面耦合器能实现低损耗的关键部件,也是 TFLN 等材料体系在集成时必须处理的问题。

衡量指标主要是耦合效率与工作带宽。随着并行通道数增加,对整排模斑转换器的一致性与对准容差要求也同步提高——这是 Photonics 制造中典型的「精度换良率」问题。

关键数字

10µm vs 数百 nm光纤与波导的模场差距
倒锥结构常用实现方式
一致性多通道并行时的关键要求

关键要点

  • 硅波导模场尺寸与单模光纤相差近一个数量级,直接对接损耗极大,必须靠模斑转换过渡。
  • 是端面耦合方案的关键组成部分。
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