与硅基激光器单片集成的多层氮化硅端面耦合器的设计

张惠媛; 高楷翔; 卢新园; 刘怀兵; 杨一粟

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与硅基激光器单片集成的多层氮化硅端面耦合器的设计

首发时间：2022-03-18

张惠媛 ¹
张惠媛，女，主要研究方向：波导和激光器。
高楷翔 ¹ 卢新园 ¹ 刘怀兵 ¹ 杨一粟 ²
杨一粟，男，讲师、硕导，主要研究方向：微纳光子学、硅基集成激光器等。

1、北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
2、北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876

摘要：针对边发射III-V族激光器与硅波导之间光耦合存在的问题，提出了一种可以在多层硅上氮化硅(SiN-on-Si)波导平台制备的双层五尖端端面耦合器。该耦合器用于1550 nm激光器和SiN单模波导之间的单片集成。仿真得到结构的耦合效率为74%。1 dB效率恶化对应的垂直对准容差高达0.41 μm。1dB带宽>800 nm。器件耦合长度为26 μm。设计了一个宽带SiN-Si层间绝热耦合器以连接到端面耦合器，激光功率耦合到单模Si波导中的总耦合效率达70.7%。此方法为单片集成激光器在硅基光子学平台上的应用提供了可能性。

关键词：集成纳米光子学硅纳米光子学理论和设计波导

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Design of Multilayer Silicon Nitride Edge Coupler for Monolithically Integrated Laser on Silicon

Zhang Huiyuan ¹
张惠媛，女，主要研究方向：波导和激光器。
Gao Kaixiang ¹ Lu Xinyuan ¹ Liu Huaibing ¹ Yang Yisu ²
杨一粟，男，讲师、硕导，主要研究方向：微纳光子学、硅基集成激光器等。

1、School of Electronic Engineering,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876
2、State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications, Beijing University of Posts and Telecommunications

Abstract：We propose a bi-layer 5-tip edge coupler in a multilayer silicon nitride-on-silicon (SiN-on-Si) waveguide platform. The coupler is used for the integration between a monolithic 1550 nm laser and a single-mode SiN waveguide. The simulated coupling efficiency is 74%. The vertical 1-dB-loss misalignment tolerance is as large as 0.41 μm. Broad 1-dB-drop bandwidth (>800 nm) and small footprint (26 μm) are achieved simultaneously. A broadband bi-layer SiN-Si adiabatic transition cascaded to the edge coupler is designed to couple the laser power into a single-mode Si waveguide at an efficiency of 70.7%.

Keywords： integrated nanophotonic, silicon nanophotonics, theory and design, waveguides

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张惠媛，高楷翔，卢新园，等. 与硅基激光器单片集成的多层氮化硅端面耦合器的设计[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2022-03-18]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202203-260.

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论文编号	202203-260
论文题目	与硅基激光器单片集成的多层氮化硅端面耦合器的设计
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