引用本文：
熊斌，蒋品群，宋树祥，等. 低损耗超紧凑薄膜铌酸锂端面耦合器设计[J]. 光通信技术，2026，50（3）：58-64.
熊 斌1，2，4，蒋品群1，2，4*，宋树祥1，2，4，尹怡辉3，杨万里3，李 跃3
（1.广西师范大学 电子与信息工程学院/集成电路学院，广西 桂林，541004；2.广西高校集成电路与微系统重点实验室 （广西师范大学），广西 桂林，541004；3.中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004； 4.广西高校光电信息技术工程研究中心（广西师范大学），广西 桂林，
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：针对薄膜铌酸锂（TFLN）波导与单模光纤模场失配导致耦合损耗大的问题，设计了一种低损耗超紧凑型TFLN端面耦合器。该耦合器采用三层纳米槽结构，并在TFLN外部添加SiON包层，以扩大模场直径、提高端面耦合效率；通过优化波导分段长度与刻蚀倾斜角，实现了模场的绝热转换与紧凑集成。利用有限元分析软件进行仿真，结果表明：在1 524~1 572 nm波长范围内，输入端与输出端的最大耦合损耗分别为0.4 dB和0.36 dB，器件总长度仅115 μm，对准容差达±0.7 μm。该耦合器在保持低损耗的同时具有优异的紧凑性和对准宽容度，为光子集成系统提供了一种高效、可靠的端面耦合方案。
关键词：薄膜铌酸锂；端面耦合器；高效耦合；对准容差
中图分类号：TN256 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2026）05-0058-07
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2026.05.010
本文设计了一种**低损耗超紧凑薄膜铌酸锂（TFLN）端面耦合器**，旨在解决TFLN波导与单模光纤之间因模场失配导致的耦合损耗大、器件尺寸受限等问题。
以下是该论文的核心内容简要总结：
**1. 核心创新点：三层纳米槽结构与SiON包层**
* **模场扩展设计**：在TFLN波导外部添加折射率约为1.56的SiON包层，并采用三层不同厚度（300 nm、160 nm、140 nm）的LN构成的纳米槽结构。该设计有效扩大了端面处的模场直径，使其与模场直径为3.2 μm的锥形光纤更好地匹配。
* **绝热转换与紧凑集成**：通过优化波导分段长度与刻蚀倾斜角，实现了光模式从SiON波导到标准TFLN脊型波导的平滑绝热转换，在保持低损耗的同时大幅缩小了器件尺寸。
**2. 关键仿真与优化结果**
* **超低耦合损耗**：有限元分析仿真表明，在1524~1572 nm波长范围内，输入端最大耦合损耗为**0.4 dB**，输出端最大耦合损耗为**0.36 dB**，总耦合损耗小于0.75 dB。
* **超紧凑尺寸**：器件总长度仅为**115 μm**，显著优于传统倒锥型或三叉型耦合器（通常需数百微米），极大地节省了晶圆空间，有利于大规模光子集成。
* **高对准容差**：耦合器的对准容差达到**±0.7 μm**（对应1 dB额外损耗），这一较大的容差范围有效降低了对光纤封装精度的要求，提升了实际应用的可靠性与良率。
* **工艺鲁棒性**：分析了刻蚀倾斜角对传输效率的影响，确定最佳倾斜角为70°，且在67°~74°范围内均能保持较高效率，显示出良好的制造容差。
**3. 研究结论与应用前景**
* 该耦合器通过引入SiON包层和微纳结构设计，成功突破了传统TFLN耦合器在尺寸与效率之间的权衡瓶颈，实现了低损耗、超紧凑与高对准宽容度的统一。
* 研究成果为高性能薄膜铌酸锂光子芯片与光纤的高效互联提供了可靠解决方案，对推动集成光子系统在高速通信、量子信息处理等领域的小型化与工程化应用具有重要价值。