文章內容參考論文：O-band low loss and polarization insensitivity bilayer and double-tip edge coupler

文章使用設備：光纖波導耦合系統

硅基光子集成電路（PIC）作為光通信、計算和傳感等領域的核心技術，正推動高速光互連與集成光子學的發展。然而，硅光子芯片與光纖的高效耦合始終是制約其大規模應用的關鍵挑戰之一。傳統端面耦合器在O波段（1260-1360 nm）因硅波導的強雙折射特性，面臨顯著的偏振相關損耗（PDL），導致TE和TM模式的耦合效率差異較大。

近日，有教授團隊提出一種雙層雙尖端端面耦合器，通過創新結構與工藝設計，在O波段實現TE/TM雙模高效耦合。實驗結果表明，TE模式耦合損耗低至1.18 dB/facet，TM模式僅1.46 dB/facet（1310 nm波長），且性能穩定，兼容商用硅光工藝。

端面耦合器性能取決于波導模場與光纖模場的匹配程度。本文提出的雙層雙尖端設計顯著降低了模式場失配與偏振依賴性。

圖1：雙層雙尖端端面耦合器示意圖

仿真分析發現，傳統220 nm波導對TM模式的強限制導致其有效模場面積遠小于TE模式。團隊采用150 nm波導高度，降低縱向模式束縛，使TE與TM模場面積接近一致。

圖2：雙頭波導以及TE和TM模式場分布

優化尖端波導寬度和間距后，150 nm波導在100-150 nm尖端寬度范圍內，TE與TM模式重疊度均超過80%。

圖3：不同波導高度下的偏振耦合效率分析

器件基于SOI晶圓制造，頂部硅層220 nm，埋氧層2 μm，采用雙層刻蝕工藝（第一層220 nm、第二層70 nm）形成150 nm高度雙尖端波導，并PECVD沉積2 μm SiO?包層。

圖4：端面耦合器顯微圖

性能測試使用1260-1360 nm可調諧激光器和偏振控制器。1310 nm時TE和TM模式耦合損耗分別為1.18 dB/端面和1.46 dB/端面，O波段范圍內均保持低于2 dB。

圖5：波導耦合系統

該耦合器在O波段的高效表現，使其適用于5G、數據中心和偏振復用系統，具備降低系統復雜度與成本的潛力。其低偏振敏感特性尤其適用于偏振復用系統，可顯著降低系統復雜度與成本。隨著O波段在短距通信和傳感領域的廣泛應用，此類高性能耦合器有望成為下一代光子集成芯片的核心組件，推動光電子產業持續革新。

譜量官網：光波導耦合系統

譜量商城：光波導耦合系統