Pour briser les limites de la structure symétrique des réseaux optiques uniformes et améliorer davantage l'efficacité d'accouplement de la source lumineuse intégrée sur puce en silicium. Cette étude propose la conception d'un coupleur en réseau progressif efficace basé sur une structure en silicium sur substrat isolant, adapté à l'appairage d'un laser à cavité verticale émetteur de surface (VCSEL) aux circuits photoniques intégrés en silicium, réduisant ainsi les exigences techniques liées à l'angle d'appairage dans l'intégration optoélectronique des VCSEL. La méthode consiste à modifier simultanément la période du réseau et le rapport cyclique, tout en optimisant la profondeur de gravure du réseau, afin d'ajuster les conditions de Bragg, ce qui permet une meilleure correspondance entre la distribution du champ de diffraction et celle du champ gaussien. De plus, deux structures ont été optimisées : un coupleur en réseau uniforme avec période et rapport cyclique fixes, et un coupleur en réseau progressif frontal avec période fixe et rapport cyclique variable. Par comparaison, l'efficacité du coupleur en réseau progressif a été validée ; en améliorant l'efficacité d'accouplement, il augmente également la directivité d'accouplement par rapport à l'angle d'incidence du VCSEL, rendant la direction d'accouplement du dispositif VCSEL plus flexible. Les résultats de simulation numérique montrent que les efficacités d'accouplement maximales des coupleurs en réseau uniforme, en réseau progressif frontal et en réseau progressif atteignent respectivement 54,62 % (-2,63 dB), 60,18 % (-2,21 dB) et 64,55 % (-1,90 dB). Grâce à l'optimisation du design, cette structure présente une tolérance d'angle d'incidence de la source lumineuse de 6° à 21°, réduisant considérablement la difficulté des procédés expérimentaux. Les calculs numériques ont démontré la fiabilité de cette méthode, tout en montrant le potentiel de réalisation d'une efficacité d'accouplement élevée allant jusqu'à 64,55 % (-1,90 dB) et d'une grande tolérance d'angle d'incidence, basée sur une structure d'intégration hétérogène sur silicium, sans miroir réfléchissant arrière. Les résultats expérimentaux indiquent que le coupleur en réseau conçu dans la plage de longueur d'onde 1500~1600 nm présente une efficacité d'accouplement élevée pour différentes angles d'incidence de la fibre optique, avec une meilleure directivité d'accouplement.

intégration optoélectronique sur silicium;appariement de mode;tolerance d'angle d'incidence;efficacité d'accouplement;coupleur en réseau