Para superar 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 fotónico basado en silicio. Este estudio propone el diseño de un acoplador de rejilla progresivo eficiente basado en una estructura de silicio sobre un sustrato aislante, adecuado para el acoplamiento de un láser de cavidad vertical de emisión en superficie (VCSEL) a un circuito fotónico integrado en silicio, reduciendo los requisitos de proceso de ángulo de unión para el VCSEL. El método ajusta simultáneamente el período y el ciclo de la rejilla, optimizando la profundidad de grabado para modificar la condición de Bragg, logrando que la distribución del campo de difracción coincida mejor con la distribución del campo gaussiano. Además, se optimizan dos estructuras: un acoplador de rejilla uniforme con período y ciclo constantes, y un acoplador de rejilla progresiva frontal con período fijo y ciclo variable. Se verifica la efectividad del diseño del acoplador de rejilla progresiva comparativamente, mejorando la eficiencia de acoplamiento y aumentando la direccionalidad del acoplamiento frente al ángulo de incidencia del VCSEL, haciendo que la dirección del acoplamiento del dispositivo VCSEL sea más flexible. Los resultados de simulación numérica muestran que la eficiencia máxima de acoplamiento de la rejilla uniforme, la rejilla progresiva frontal y la rejilla progresiva alcanza 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 al ángulo de incidencia de la fuente de luz de 6° a 21°, reduciendo significativamente la dificultad del proceso experimental. Los cálculos numéricos confirman la fiabilidad del método y demuestran el potencial de lograr una eficiencia de acoplamiento de hasta 64,55% (-1,90 dB) y una gran tolerancia al ángulo de incidencia basada en una estructura de integración heterogénea basada en silicio sin uso de espejo trasero. Los resultados experimentales muestran que el acoplador de rejilla diseñado en la banda de 1500~1600 nm tiene alta eficiencia de acoplamiento a diferentes ángulos de incidencia de la fibra, con mejor direccionalidad de acoplamiento.

integración fotónica en silicio; ajuste de modo; tolerancia de incidencia; eficiencia de acoplamiento; acoplador de rejilla