基于纳米光栅的光纤-芯片高效垂直耦合器件研究

以纳米光波导器件为代表的微光学芯片是近期国际研究的热点，其中光源与芯片或芯片与芯片之间高效耦合是器件性能的关键。目前国内采用的光纤与芯片直接对接耦合方法，其耦合效率不到20%，而且对准精度要求非常高，不便于集成和批量加工。本项目结合国际最新研究进展，提出利用纳米光栅垂直耦合的光学互连方案，是利用光的衍射，改变光传播方向，实现垂直耦合，解决从直径数十微米的光纤到百纳米的光波导结构的低损耗光传输问题，预期实现大于50%耦合效率。本项目拟采用光学软件设计纳米光栅垂直耦合结构，并采用聚集离子束技术加工纳米光栅，然后通过实验验证和优化耦合结构，并探索利用深紫外CMOS批量加工纳米光栅工艺。本项研究成果将开发出便于集成、封装的通用光源与芯片或芯片与芯片之间高效耦合结构，提高集成器件之间传输带宽，提高集成度，促进我国光电子一体化集成器件的研究发展，具有重要的学术和应用价值。

本项目提出利用电子束光刻和深硅刻蚀技术加工制备纳米垂直耦合光栅，研制具有高效耦合能力的纳米垂直耦合光栅，并展开基于该高效耦合光栅的光波导谐振器件的研究，旨在实现光通过光栅在光波导器件内实现信息的转换与传输。该项目涉及纳米制造，MEMS加工，SOI光波导结构设计，光电转换多学科融合与交叉，涵盖了原始技术创新，关键技术突破以及技术应用推广。因此，本项目的快速实现必须立足自主创新能力和已有核心技术的基础上，整合相关技术研发实力与资源。大力推进关键技术突破，从而有效推动MEMS技术在光波导器件制造应用领域的跨越式发展。