什麼是邊緣耦合器

在晶片端面與光纖對接以耦合光的元件。以將波導前端變細的反向錐形等擴大光的模態,使其與光纖匹配。在寬波長範圍內損耗小,但需要加工端面,難以在晶圓狀態下檢測。

日文名稱: エッジカプラ

「邊緣耦合器」出現在1領域的3道練習題中(矽光子等)。

這個名詞所屬的領域: 矽光子

練習邊緣耦合器的題目

在晶片端面與光纖耦合的邊緣耦合器,相較於光柵耦合器的特徵,下列何者正確?

  1. A可放在晶片表面任何位置,但可耦合的波長範圍僅數 nm,非常窄
  2. B不需加工端面,但損耗會隨偏振大幅改變,而且只能傳導O頻段的光
  3. C容易在寬廣的波長範圍內降低損耗,但需要加工端面,難以在晶圓狀態下量測
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正確答案:C. 容易在寬廣的波長範圍內降低損耗,但需要加工端面,難以在晶圓狀態下量測

邊緣耦合器是將拉到晶片邊緣的波導與光纖從側面對接耦合。由於不使用繞射,對波長的依賴性小,容易在跨越O頻段與C頻段的寬廣頻寬內得到約1~2 dB以下的小損耗,也較容易對應不同的偏振。相對地,必須切出晶片並將端面處理平整,只能放在晶片邊緣,且在切割前的晶圓狀態下難以導入光。可放在表面任何位置並能以晶圓狀態量測,是光柵耦合器的特徵。

在邊緣耦合器中,使用朝晶片邊緣逐漸縮窄矽波導寬度的反向錐形結構,理由為何?

  1. A因為波導變細時光的侷限增強,端面完全不會反射光
  2. B因為波導變細時光向周圍擴散、模態變大,容易與光纖的模態匹配
  3. C因為波導變細時矽的折射率提高,容易將光從光纖引入
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正確答案:B. 因為波導變細時光向周圍擴散、模態變大,容易與光纖的模態匹配

標準單模光纖的模態直徑約為9~10 µm,而矽波導的模態在1 µm以下,非常小,若直接對接,模態形狀不匹配會產生很大的損耗。將波導寬度在尖端縮窄至100~200 nm左右時,矽無法完全侷限光,光會大幅擴散到周圍的包層。藉此將模態擴大至數 µm左右,接近光纖的模態。變細反而會使侷限減弱,材料的折射率本身也不會改變。

解析中的「邊緣耦合器」

出現「邊緣耦合器」的題目(3題)

  1. 在晶片端面與光纖耦合的邊緣耦合器,相較於光柵耦合器的特徵,下列何者正確?
  2. 在邊緣耦合器中,使用朝晶片邊緣逐漸縮窄矽波導寬度的反向錐形結構,理由為何?
  3. 連接光纖與矽光電路的光柵耦合器,其優點下列何者正確?

相關名詞

波導 光柵耦合器 單模光纖 折射率 色度色散 矽光子 消光比 馬赫-曾德調變器 傳播損耗 載子色散效應(電漿色散效應)

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