均一格子の対称構造の制限を打破し、シリコンベースの光電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進行型格子結合器の設計を提案した。これは垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）をシリコンフォトニック集積回路に接合するのに適しており、VCSELの結合角度に対する工法の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、回折場分布をガウス場分布により適合させる。また、周期とデューティ比が固定された均一格子結合器と、周期固定でデューティ比が変化する前端進行型格子結合器の2つの構造も最適化している。比較検証により進行型格子結合器設計の有効性を確認し、結合効率の向上とともにVCSEL入射角傾斜に対する結合指向性を高め、VCSELデバイスの結合方向がより柔軟になった。 数値シミュレーション結果は、設計された均一格子、前端進行型格子、進行型格子の最高結合効率がそれぞれ54.62%（-2.63 dB）、60.18%（-2.21 dB）、64.55%（-1.90 dB）に達することを示している。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、実験工程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、背面反射鏡を用いずにシリコンベースの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度許容範囲を実現できる可能性を示した。 実験結果は、1500〜1600 nmの波長帯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テストにおいても高い結合効率と優れた結合指向性を有することを示している。

シリコン基板光電集積;モードマッチング;入射許容;結合効率;格子結合器