Para superar las limitaciones de la estructura simétrica de la rejilla uniforme y mejorar aún más la eficiencia de acoplamiento de la fuente optoelectrónica integrada en silicio en el chip, este estudio propone el diseño de un acoplador de rejilla escalonado eficiente basado en una estructura de silicio sobre sustrato aislante. Adecuado para el enlace de láseres de cavidad vertical emisores superficiales (VCSEL) a circuitos integrados fotónicos de silicio, reduce los requisitos de proceso relacionados con el ángulo de enlace del VCSEL. Este método ajusta simultáneamente el período y la relación cíclica de la rejilla, y optimiza la profundidad de grabado, logrando un ajuste de las condiciones de Bragg para que la distribución del campo de difracción coincida mejor con el campo gaussiano. Además, se optimizan dos estructuras: un acoplador de rejilla uniforme con período y relación cíclica fijos, y un acoplador de rejilla progresiva frontal con período fijo y relación cíclica variable. Como comparación, se verifica la eficacia del diseño progresivo, que, además de mejorar la eficiencia de acoplamiento, aumenta la directividad del ángulo de incidencia del VCSEL, haciendo que la dirección de acoplamiento del dispositivo sea más flexible. Los resultados de simulaciones numéricas muestran que la eficiencia máxima de acoplamiento de las rejillas uniforme, progresiva frontal y progresiva alcanzan 54.62% (-2.63 dB), 60.18% (-2.21 dB) y 64.55% (-1.90 dB) respectivamente. Gracias a la optimización del diseño, esta estructura tolera un rango de ángulos de incidencia del origen de luz entre 6° y 21°, reduciendo considerablemente la dificultad del proceso experimental. Los resultados numéricos demuestran la fiabilidad del método y también muestran el potencial para lograr una alta eficiencia de acoplamiento de hasta 64.55% (-1.90 dB) y una gran tolerancia al ángulo de incidencia en una estructura de integración heterogénea basada en silicio sin utilizar un espejo reflector trasero. Los resultados experimentales indican que el acoplador de rejilla diseñado en el rango de longitud de onda 1500~1600 nm tiene una alta eficiencia de acoplamiento para diferentes ángulos de incidencia de fibra, con mejor directividad de acoplamiento.

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