Para romper las limitaciones de la estructura simétrica de la rejilla uniforme y mejorar aún más la eficiencia de acoplamiento de la fuente de luz integrada en chip sobre silicio. Este estudio propone un diseño de acoplador de rejilla progresiva eficiente basado en una estructura de silicio sobre sustrato aislante, adecuado para el enlace de láser de emisión de cavidad vertical (VCSEL) a circuitos integrados fotónicos de silicio, reduciendo los requisitos de dificultad del proceso de ángulo de enlace para la integración optoelectrónica VCSEL. El método cambia simultáneamente el período y la relación de ciclo de la rejilla, y optimiza la profundidad de grabado de la rejilla para ajustar la condición de Bragg, haciendo que la distribución del campo de difracción coincida mejor con la distribución del campo gaussiano. Además, se optimizan dos estructuras: acoplador de rejilla uniforme con período y relación de ciclo constantes, y acoplador de rejilla progresiva frontal con período fijo y relación de ciclo variable. Como comparación, se valida la efectividad del diseño del acoplador de rejilla progresiva, que, además de mejorar la eficiencia de acoplamiento, incrementa la directividad de acoplamiento por el ángulo de incidencia del VCSEL, haciendo que la dirección de acoplamiento del dispositivo VCSEL sea más flexible. Los resultados de simulación numérica muestran que las eficiencias máximas de acoplamiento de las rejillas uniforme, progresiva frontal y progresiva son 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 una tolerancia de ángulo de incidencia de 6° a 21°, lo que reduce significativamente la dificultad del proceso experimental. Los resultados numéricos demuestran la fiabilidad del método y muestran el potencial de lograr una alta eficiencia de acoplamiento de hasta 64.55% (-1.90 dB) y una gran tolerancia de ángulo de incidencia basada en una estructura de integración heterogénea basada en silicio, sin usar espejo reflector trasero. Los resultados experimentales muestran que el acoplador de rejilla diseñado para la banda de longitud de onda 1500~1600 nm tiene una alta eficiencia de acoplamiento para diferentes ángulos de incidencia de fibra óptica y una mejor directividad de acoplamiento.

integración optoelectrónica basada en silicio;acoplamiento modal;tolerancia de ángulo de incidencia;eficiencia de acoplamiento;acoplador de rejilla