Для преодоления ограничений симметричной структуры однородной решетки и дальнейшего повышения эффективности связи светового источника на кремниевой фотонной интегральной плате. В данном исследовании предложен дизайн высокоэффективного прогрессивного решетчатого когерентного соединителя на основе кремния на диэлектрической подложке, применимого для привязки вертикально-излучающего лазера (VCSEL) к кремниевой фотонной интегральной схеме, что снижает технологические требования к углу привязки VCSEL. Метод основан на одновременном изменении периода и коэффициента заполнения решетки, а также оптимизации глубины травления для корректировки условий Брэгга, что обеспечивает лучшее соответствие распределения дифракционного поля гауссовому полю. Кроме того, оптимизированы две структуры: равномерный решетчатый соединитель с фиксированным периодом и коэффициентом заполнения, а также прогрессивный решетчатый соединитель с фиксированным периодом и изменяющимся коэффициентом заполнения в передней части. Для сравнения подтверждена эффективность дизайна прогрессивного решетчатого соединителя, который помимо повышения эффективности связи улучшает направленность связи при угле падения VCSEL, делая направление связи устройства более гибким. Результаты численного моделирования показали, что максимальная эффективность связи для равномерной решетки, переднего прогрессивного решетчатого соединителя и прогрессивного решетчатого соединителя составляет 54,62% (-2,63 дБ), 60,18% (-2,21 дБ) и 64,55% (-1,90 дБ) соответственно. Благодаря оптимизации конструкции была достигнута толерантность по углу падения источника света от 6° до 21°, что значительно снижает сложность экспериментальной технологии. Численные расчеты подтвердили надежность метода, а также продемонстрировали потенциал достижения эффективности связи до 64,55% (-1,90 дБ) и большой толерантности по углу падения на базе кремниевой гетероинтеграционной структуры без использования заднего отражателя. Экспериментальные результаты показали, что разработанный решетчатый соединитель в диапазоне 1500~1600 нм имеет высокую эффективность связи при различных углах падения оптического волокна и улучшенную направленность связи.

кремниевая фотонная интеграция; согласование режимов; толерантность по углу падения; эффективность связи; решетчатый соединитель