本发明涉及光通信集成器件领域，具体来讲涉及一种渐变匹配耦合器。
背景技术：
硅基光子芯片与光纤的耦合非常关键。硅基光纤耦合分为光栅耦合和端面耦合两种。光栅耦合器必须垂直于芯片入射，而且带宽受限。端面耦合器一般采用倒锥结构，即耦合器的硅波导宽度向着耦合端面方向逐渐变窄。为了实现与光纤相匹配的大模场，一般将包覆硅波导的埋氧层和衬底硅挖空，实现悬浮的二氧化硅波导，并在二氧化硅波导周围填入折射率略低于二氧化硅的匹配液实现模场的扩大。光从光纤耦合进硅波导分为两个过程，先是从光纤耦合进二氧化硅波导，需要接近光纤的大模场；然后从二氧化硅波导耦合进入硅波导，需要尽量小的小模场。目前的方法只顾及了第一个过程，在第二个过程，光模场尺寸仍然很大，因此耦合器长度较长，而且背向反射高。此外，光直接耦合进入高折射率的硅波导，也带来了过高的背向反射。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种渐变匹配耦合器，减小耦合器的长度，解决背向反射高的问题。
为达到以上目的，本发明采取一种渐变匹配耦合器，包括：
渐变二氧化硅波导，其为锥形结构，其宽度沿光耦合进入芯片的方向逐渐变窄；
弯曲渐变硅波导，其位于所述渐变二氧化硅波导内，其宽度沿光耦合进入芯片的方向逐渐变宽，且其最宽端和所述渐变二氧化硅波导的最窄端位于同一平面，所述弯曲渐变硅波导的最窄端为尖端，且尖端发生弯曲，所述尖端与所述渐变二氧化硅波导的最宽端之间的距离为d1；
匹配区，其材料为折射率低于二氧化硅的匹配液，包覆于所述渐变二氧化硅波导侧壁，所述匹配区沿光耦合进入芯片的方向分为多个匹配分区，与所述渐变二氧化硅波导最宽端相接的匹配分区沿光耦合进入芯片方向的长度d0小于所述d1。
在上述技术方案的基础上，所述匹配分区的折射率均大于等于1，且沿光耦合进入芯片的方向，相邻的两个匹配分区中，前一个匹配分区的折射率大于等于后一个匹配分区的折射率。
在上述技术方案的基础上，相邻两个所述匹配分区由二氧化硅间隔，所述二氧硅沿光耦合进入芯片的方向的长度为2μm至5μm。
在上述技术方案的基础上，所述弯曲渐变硅波导尖端弯曲处的宽度小于等于80nm，弯曲角度大于等于0度，且小于等于60度。
在上述技术方案的基础上，所述弯曲渐变硅波导最宽端的宽度大于等于350nm，且小于等于600nm。
在上述技术方案的基础上，所述d1的范围是20μm≤d1≤60μm。
在上述技术方案的基础上，所述渐变二氧化硅波导的最宽端的宽度w范围为：d-2μm≤w≤d+2μm，其中d为与所述渐变匹配耦合器对应光纤的模场直径。
在上述技术方案的基础上，所述渐变二氧化硅波导的最窄端的宽度大于等于3.5μm，且小于等于7μm；所述渐变二氧化硅波导沿光耦合进入芯片的方向的长度大于等于150μm，小于等于300μm。
在上述技术方案的基础上，所述渐变匹配耦合器沿光耦合进入芯片的方向为长度方向，与宽度和长度方向均垂直的方向为高度方向，所述渐变二氧化硅波导的高度沿光耦合进入芯片的方向始终不变，所述弯曲渐变硅波导的高度沿光耦合进入芯片的方向始终不变。
在上述技术方案的基础上，在高度方向上，所述匹配区和渐变二氧化硅波导之间的距离为h，且50μm≤h≤150μm。
本发明的有益效果在于：通过弯曲渐变硅波导尖端发生弯曲，通过多个匹配分区优化在耦合过程中的折射率匹配，减少硅与二氧化硅的折射率的不匹配，解决了背向反射高的问题，减少光逆着耦合方向反射，降低了整个渐变匹配耦合器的长度。
附图说明
图1为本发明实施例渐变匹配耦合器宽度方向的剖视图；
图2为本发明实施例渐变匹配耦合器高度方向的剖视图。
附图标记：渐变二氧化硅波导1，弯曲渐变硅波导2，第一匹配区31，第二匹配区32，二氧化硅4。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明渐变匹配耦合器包括渐变二氧化硅波导1、弯曲渐变硅波导2和匹配区。图1中，x箭头所指的方向为光耦合进入芯片的方向，本实施例中作为渐变匹配耦合器的长度方向，y箭头所指的方向为渐变匹配耦合器的宽度方向；图2中，z箭头所指的方向为渐变匹配耦合器的高度反向，长度、宽度和高度方向两两垂直。
渐变二氧化硅波导1为锥形结构，其宽度沿光耦合进入芯片的方向逐渐变窄。优选的，渐变二氧化硅波导1的高度沿光耦合进入芯片的方向始终不变。
弯曲渐变硅波导2位于渐变二氧化硅波导1内，弯曲渐变硅波导2宽度沿光耦合进入芯片的方向逐渐变宽，且弯曲渐变硅波导2最宽端和渐变二氧化硅波导1最窄端位于同一平面。弯曲渐变硅波导2的最窄端为尖端，且尖端发生弯曲，本实施例中，尖端在高度方向上发生弯曲。在长度方向上，弯曲渐变硅波导2的尖端与渐变二氧化硅波导1最宽端之间的距离为d1。优选的，弯曲渐变硅波导2的高度沿光耦合进入芯片的方向始终不变。
匹配区包覆于渐变二氧化硅波导1侧壁，其材料为折射率低于二氧化硅的匹配液。匹配区沿光耦合进入芯片的方向，依次分为第一匹配分区31，第二配分区32，……，第n匹配分区，匹配分区的个数由工艺能力决定，且相邻两个匹配分区由二氧化硅4间隔。图1和图2中，只表示出两个匹配分区。并且，与渐变二氧化硅波导1最宽端相接的匹配分区沿光耦合进入芯片方向的长度小于上述d1，即第一匹配分区31的长度d0小于d1。所有匹配分区的折射率都大于等于1，且沿光耦合进入芯片的方向，相邻的两个匹配分区中，前一个匹配分区的折射率大于等于后一个匹配分区的折射率。例如，第一匹配分区31的折射率为n1，第二匹配分区32的折射率为n2，……，第n匹配分区的折射率为nn，那么折射率的关系为n1≥n2≥……≥nn。
优选的，渐变二氧化硅波导1最宽端的宽度w范围为：d-2μm≤w≤d+2μm，其中d为与渐变匹配耦合器对应光纤的模场直径。渐变二氧化硅波导1最窄端的宽度大于等于3.5μm，且小于等于7μm。渐变二氧化硅波导1沿光耦合进入芯片的方向的长度大于等于150μm，小于等于300μm。
优选的，弯曲渐变硅波导2尖端弯曲处的宽度小于等于80nm，弯曲角度大于等于0度，且小于等于60度。弯曲渐变硅波导2最宽端的宽度大于等于350nm，且小于等于600nm。d1的范围是：20μm≤d1≤60μm。
优选的，相邻两个匹配分区之间的二氧化硅4，其沿光耦合进入芯片的方向的长度为2μm至5μm。在高度方向上，匹配区和渐变二氧化硅波导之间的距离为h，且50μm≤h≤150μm。第一第一匹配分区31的折射率大于等于1.4，且小于1.444。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。