铌酸锂薄膜器件脊形波导和光纤耦合特性研究

铌酸锂薄膜因其优异光学性能及容易与结构紧凑的光波导等器件相集成等诸多优势，目前已经成为可调谐Fabry-Perot滤波器、电光调制器等器件领域向集成化和微小型化趋势发展的首选光学材料。由于光波导和光纤的尺寸差异而引起了严重的模场失配使得光纤与光波导耦合时存在着较大的插入损耗问题。仿真分析了超高数值孔径光纤和脊形波导直接耦合时，其光场模式分布、折射率、耦合效率和耦合损耗等关键性能的相互影响。结果表明当刻蚀深度和宽度分别为300 nm和0.8μm时，铌酸锂脊型波导与单模光纤（UHNA7）的耦合效率可达33.8%，而耦合损耗为4.71 dB。仿真比较了上包层材料替换为二氧化硅和氮化硅材料时，脊型波导和单模光纤的耦合效率显著增加到63.4%而耦合损耗被降低到1.98 dB。