均一光格子の対称構造の制約を打破し、シリコン基板上の光電子集積オンチップ光源の結合効率をさらに向上させるために、本研究では絶縁基板上のシリコン構造に基づく高効率な漸進的格子結合器の設計を提案する。本設計は垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）をシリコンフォトニクス集積回路にバンディングするのに適しており、VCSELの光電子集積におけるバンディング角度のプロセス難易度要求を低減する。本手法は格子の周期とデューティ比を同時に変化させ、格子のエッチング深さを最適化することでブラッグ条件の調整を実現し、回折場の分布とガウス場の分布をより一致させる。さらに、周期とデューティ比が一定の均一格子結合器と、周期固定・デューティ比変化の前方漸進的格子結合器の二つの構造も最適設計した。比較検証として漸進的格子結合器設計の有効性を確認し、結合効率の向上と同時にVCSEL入射角の傾斜角の結合指向性を増加させ、VCSELデバイスの結合方向をより柔軟にした。数値シミュレーション結果により、設計した均一格子、前方漸進的格子、漸進的格子の最高結合効率はそれぞれ54.62%（-2.63 dB）、60.18%（-2.21 dB）、64.55%（-1.90 dB）に達した。設計の最適化により、本構造は光源入射傾斜角に対して6°〜21°の許容範囲を持ち、実験プロセスの難易度を大幅に低減した。数値計算結果は本手法の信頼性を証明し、背面ミラーを用いずにシリコン基板異種集積構造で最大64.55%（-1.90 dB）の結合効率と大きな入射角容差を実現できる可能性を示した。実験結果は1500〜1600 nm波長帯域で設計された格子結合器が光ファイバーの異なる入射角度試験において高い結合効率と優れた結合指向性を示すことを明らかにした。

シリコン基光電子集積;モードマッチング;入射許容誤差;結合効率;格子結合器