Para superar las limitaciones de la estructura simétrica de la rejilla uniforme y mejorar aún más la eficiencia de acoplamiento de la fuente óptica integrada optoelectrónica basada en silicio. Este estudio propone el diseño de un acoplador de rejilla progresiva eficiente basado en una estructura de silicio sobre sustrato aislante, adecuado para el acoplamiento de láseres de emisión vertical de cavidad (VCSEL) a circuitos fotónicos integrados de silicio, lo que reduce la dificultad de los requisitos del ángulo de acoplamiento para la integración optoelectrónica VCSEL. Este método ajusta la condición de Bragg mediante la modificación simultánea del período y la relación de ciclo de la rejilla, y optimiza la profundidad de grabado de la rejilla, logrando que la distribución del campo difractado coincida mejor con la distribución del campo gaussiano. Además, se optimizaron diseños para dos estructuras: un acoplador de rejilla uniforme con período y relación de ciclo fijos, y un acoplador de rejilla progresiva frontal con período fijo y relación de ciclo variable. Como comparación, se verificó la efectividad del diseño del acoplador de rejilla progresiva; además de mejorar la eficiencia de acoplamiento, aumenta la directividad del ángulo de incidencia del VCSEL, haciendo que la dirección de acoplamiento del dispositivo VCSEL sea más flexible. Los resultados de simulación numérica muestran que la máxima eficiencia de acoplamiento para los acopladores de rejilla uniforme, progresiva frontal y progresiva es del 54,62 % (-2,63 dB), 60,18 % (-2,21 dB) y 64,55 % (-1,90 dB), respectivamente. Gracias a la optimización del diseño, la estructura tiene un rango de tolerancia de ángulo de incidencia del fuente de 6° a 21°, reduciendo considerablemente la dificultad del proceso experimental. Los resultados numéricos confirman la fiabilidad del método y demuestran el potencial de lograr una alta eficiencia de acoplamiento de hasta el 64,55 % (-1,90 dB) y una amplia tolerancia de ángulo de incidencia sin usar espejo trasero, mediante una estructura de integración heterogénea basada en silicio. Los resultados experimentales muestran que el acoplador de rejilla diseñado en el rango de longitud de onda de 1500~1600 nm tiene una alta eficiencia de acoplamiento para diferentes ángulos de incidencia de fibra óptica, con mejor directividad de acoplamiento.

integración optoelectrónica sobre silicio; adaptación de modo; tolerancia de incidencia; eficiencia de acoplamiento; acoplador de rejilla