4/28/2024，光纖在線訊，硅光技術(shù)走向成熟在最近的OFC2024上越發(fā)看得明顯。這一成熟體現(xiàn)在許多關(guān)鍵的細(xì)節(jié)上，其中之一就是硅光芯片與光纖的耦合。最近找到一篇2020年清華大學(xué)深圳研究院Xin Mu等撰寫的綜述文章：“硅光集成芯片邊緣耦合器綜述”，整理幾個關(guān)鍵點(diǎn)學(xué)習(xí)一下，也供大家參考。

先看文章的結(jié)論部分：“近年來的研究工作證實(shí)了硅光技術(shù)在實(shí)現(xiàn)光子集成芯片領(lǐng)域的價值所在。為實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，基于硅光技術(shù)的光互聯(lián)是個關(guān)鍵問題。垂直耦合和邊緣耦合兩種主要的芯片到光纖耦合機(jī)制各有優(yōu)缺點(diǎn)。相比之下，邊緣耦合具有更高的耦合效率，更寬的工作帶寬，更低的偏振相關(guān)。這篇文章首先從硅光光纖到芯片耦合器的研究背景和應(yīng)用出發(fā)，討論了其工作機(jī)理，設(shè)計(jì)原則，對已有邊緣耦合器的性能做了總結(jié)，對邊緣耦合器在水平和垂直方向的結(jié)構(gòu)變化做了分類和詳細(xì)分析。此外還對邊緣耦合器和光柵耦合器進(jìn)行了簡單的對比，并討論了封裝問題。最后，文章還討論了關(guān)于邊緣耦合器一些試驗(yàn)中的問題，包括偏振操作，多層集成平臺，反向設(shè)計(jì)方法等�！�

第二，我們?nèi)タ纯次恼轮刑岬降漠?dāng)前硅光邊緣耦合器的研究進(jìn)展。如下表所示，最好的耦合效率達(dá)到了超過95%（0.21dB），當(dāng)然可能面臨制造難題。還可以看到小于1dB損耗的試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)不止一個。在這里，作者特別提醒芯片端面的處理問題以及光纖和芯片連接器的設(shè)計(jì)問題（匹配液和距離）。

第三，關(guān)于和垂直耦合（主要是光柵耦合）的對比。光柵耦合的優(yōu)點(diǎn)主要在于方便晶圓測試，對準(zhǔn)和測量機(jī)制靈活，尺寸更小。但其缺點(diǎn)也很明顯，主要是損耗大（光柵內(nèi)在的衍射和散射），帶寬比較窄（光柵自己帶有濾波效應(yīng)），還有就是偏振敏感。盡管也有一些辦法可以克服以上問題但是必然引入更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。對比之下，邊緣耦合器的缺點(diǎn)主要在于不方便晶圓測試（對準(zhǔn)精度高，只能在芯片端面耦合），以及尺寸比較大，部分結(jié)構(gòu)制造工藝也很復(fù)雜。

第四，文章雖然是主要講邊緣耦合器，但是考慮到實(shí)際的光器件封裝方面，卻是在推薦光柵耦合方式。光柵耦合具有更大的模場直徑MFD,方便和單模光纖耦合，也適合多纖耦合。為什么邊緣耦合性能好卻不受歡迎，一個原因是邊緣耦合天生的低失配性（1550nm附近，2微米變動就會帶來1dB以上損耗），另外一個是對光纖端面和芯片端面的處理比較麻煩。解決辦法包括引入HNA高數(shù)值孔徑光纖，還有就是使用V槽（但是尺寸比較大）。