1.少模光纤和硅基多模芯片耦合结构,其特征在于,包括:
上层少模光子引线键合波导,用于连接硅基多模芯片和少模光纤,将硅基矩形波导矢量转换为圆形线偏振矢量模,所述上层少模光子引线键合波导包括:方形波导、过渡波导、弯曲波导,所述方形波导包覆在硅基波导和下层亚波长光栅倒置级联锥形波导上方,所述过渡波导为由方形渐变至圆形的棱台状过渡结构,所述弯曲波导为由细变粗的圆形结构,且方形波导的一端覆盖在硅基波导出入光端上方,方形波导的另一端连接过渡波导的方形端口,过渡波导的圆形端口连接弯曲波导的小口径圆形端口,弯曲波导的大口径圆形端口连接少模光纤;及,制备于硅基多模芯片埋氧层上的下层亚波长光栅倒置级联锥形波导,所述下层亚波长光栅倒置级联锥形波导与所述上层少模光子引线键合波导少模耦合,下层亚波长光栅倒置级联锥形波导为至少两个宽度逐渐减小的锥形波导级联而成的亚波长光栅,所述硅基多模芯片的硅基波导通过与其出入光端连接的锥形结构嵌入下层亚波长光栅倒置级联锥形波导中。
2.根据权利要求1所述少模光纤和硅基多模芯片耦合结构,其特征在于,所述少模光纤包括:光纤纤芯以及包覆在光纤纤芯外部的光纤包层,所述光纤纤芯的一端连接所述弯曲波导的大口径圆形端口,弯曲波导轴的起止方向与光纤纤芯波导轴重合。
3.根据权利要求1所述少模光纤和硅基多模芯片耦合结构,其特征在于,所述上层少模光子引线键合波导的上方覆盖了一层折射率低于上层少模光子引线键合波导的材料,所述方形波导与硅基多模芯片埋氧层构成非对称结构。
4.根据权利要求1所述少模光纤和硅基多模芯片耦合结构,其特征在于,所述耦合结构整体固定在一个阶梯形光纤底座上。
5.根据权利要求1所述少模光纤和硅基多模芯片耦合结构,其特征在于,所述硅基多模芯片埋氧层上还制备有关于下层亚波长光栅倒置级联锥形波导对称的对准标记,所述对准标记用于对齐上层少模光子引线键合波导 。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述少模光纤和硅基多模芯片耦合结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,在硅衬底上沉积埋氧层,在埋氧层上沉积硅层,光刻硅层形成硅基波导、下层亚波长光栅倒置级联锥形波导以及对准标记,在刻蚀硅层形成的波导层上沉积一层上包层;
步骤2,对硅基波导出入光端、下层亚波长光栅倒置级联锥形波导及对准标记上方的上包层进行开窗,露出硅基波导、下层亚波长光栅倒置级联锥形波导及对准标记;
步骤3,根据对准标记的位置,利用双光子聚合技术3D打印上层少模光子引线键合波导;
步骤4,将上层少模光子引线键合波导嵌入低折射率包层材料中。
7.根据权利要求6所述少模光纤和硅基多模芯片耦合结构的制备方法,其特征在于,所述步骤3中利用双光子聚合技术3D打印上层少模光子引线键合波导的具体方法为:步骤3‑1,将硅基多模芯片与少模光纤放置在光纤底座上;
步骤3‑2,清洗硅基多模芯片和光纤纤芯截面,在硅基多模芯片波导与光纤纤芯之间沉积光刻胶;
步骤3‑3,使用飞秒激光作为激发光源,飞秒激光的光束经扩束镜后由物镜聚焦到丙烯酸酯聚合物杂化材料中,利用三维移动系统控制激光焦点在光刻胶中按照既定路径进行扫描,刻蚀出方形波导、过渡波导以及弯曲波导;
步骤3‑4,洗去未聚合的光刻胶,制得上层少模光子引线键合波导结构。
8.根据权利要求6少模光纤和硅基多模芯片耦合结构的制备方法,其特征在于,所述上包层为3 μm厚的二氧化硅层。
9.根据权利要求7少模光纤和硅基多模芯片耦合结构的制备方法,其特征在于,所述光刻胶为掺入一定比例TiO2的高折射率无机纳米粒子的双光子聚合丙烯酸酯聚合物材料。