光耦合連接器、光耦合系統及波導耦合方法與流程

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種光耦合連接器、光耦合系統及波導耦合方法。

背景技術：

在光通信領域中，光纖用于傳輸信號光，光電子芯片用于對接收的信號光進行調制、路由、復用等。為了獲得更大的光通信容量，一般使用光纖陣列(包含多條光纖)傳輸信號光，由于制造工藝等原因，光纖陣列中的相鄰光纖之間的間距較大，而光電子芯片(包含多條光波導)中的相鄰光波導之間的間距較小，光纖陣列中的光纖無法與光電子芯片中的光波導進行連接，為了將光纖陣列中的信號光耦合至光電子芯片中，往往需要用到光耦合連接器。

光耦合連接器用于連接光纖陣列和光電子芯片，將光纖陣列傳輸的信號光輸入光電子芯片。然而，信號光在光纖和光耦合連接器中傳輸時，由于吸收、散射等原因，導致信號光產生損耗。為了補償信號光的損耗，目前常用的方案有兩種，第一種方案為：采用摻鉺光纖放大器(英文：erbium-dopedopticalfiberamplifier，edfa)代替光耦合連接器，在光纖陣列和光電子芯片之間連接edfa，對信號光進行放大耦合，第一種方案的缺點是，由于edfa的體積較大，并且每條光纖需要單獨使用一個edfa，當光纖陣列中的光纖數量較多時，采用edfa的耦合難度較大；第二種方案為：在光電子芯片上集成半導體光放大器(英文：semiconductoropticalamplifier，soa)，通過soa將光電子芯片接收的信號光進行放大，第二種方案的缺點是，由于soa的熱效應顯著，需要在光電子芯片中安裝溫度控制器，并且由于soa的制作工藝與光電子芯片中的互補金屬氧化物半導體(英文：complementarymetal oxidesemiconductor，cmos)工藝不兼容，在光電子芯片上集成soa的工藝難度較大。

技術實現要素：

本發明實施例公開了一種光耦合連接器、光耦合系統及波導耦合方法，可以解決光耦合連接器制作工藝復雜的問題。

本發明實施例第一方面公開一種光耦合連接器，用于連接光纖陣列和光電子芯片，包括上層連接器和下層連接器，其中：

所述上層連接器包括n條上層波導，所述n為大于或等于2的正整數；所述下層連接器包括n條下層波導，所述n條下層波導與所述n條上層波導一一對應耦合，每條下層波導均包括耦合波導部分、間距匹配波導部分和信號光放大波導部分；泵浦光源與所述n條上層波導連接，所述泵浦光源為所述n條上層波導提供n路泵浦光，所述光纖陣列包括n條光纖，所述n條光纖為所述n條下層波導提供n路信號光，所述光電子芯片包括n條光波導，所述n條下層波導的第一端與所述n條光纖一一對應連接，所述n條下層波導的第二端與所述n條光波導一一對應連接；所述n條上層波導將所述n路泵浦光一一耦合至對應的所述n條下層波導中；

所述每條下層波導均包括第一芯層和包覆所述第一芯層的第一包覆層，所述第一包覆層的材料包括增益材料，所述增益材料能夠將所述泵浦光的能量傳遞給所述信號光，所述第一芯層的折射率大于所述第一包覆層的折射率。

其中，第一包覆層的材料采用增益材料，可以將信號光進行放大，同時，第一芯層的折射率大于第一包覆層的折射率，可以將信號光束縛在芯層中，減少信號光的傳輸損耗。

結合本發明實施例第一方面，在本發明實施例第一方面的第一種可能的實現方式中，上層波導i接收一路泵浦光，下層波導j接收所述光纖陣列發出的一路信號光；所述上層波導i將所述一路泵浦光耦合至對應的所述下層波導j 的耦合波導部分，所述下層波導j的耦合波導部分將所述一路泵浦光與所述一路信號光組成的耦合光傳輸至所述下層波導j的間距匹配波導部分，所述下層波導j的間距匹配波導部分將所述耦合光傳輸至所述下層波導j的信號光放大波導部分，所述下層波導j的信號光放大波導部分放大所述耦合光中的所述一路信號光并衰減所述耦合光中的所述一路泵浦光，將放大后的所述一路信號光輸出至所述光電子芯片；所述上層波導i為所述n條上層波導中的任一條，所述下層波導j為所述n條下層波導中的任一條。

結合本發明實施例第一方面的第一種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第二種可能的實現方式中，所述n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第一端之間的間距與所述光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等；所述n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第二端之間的間距與所述光電子芯片中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

其中，實施本發明實施例第一方面的第二種可能的實現方式，可以減少信號光從光纖陣列傳輸至下層連接器時的耦合損耗，減少信號光從下層連接器傳輸至光電子芯片時的耦合損耗。

結合本發明實施例第一方面的第二種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式中，所述n條上層波導和所述n條下層波導均為矩形波導。

結合本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第四種可能的實現方式中，所述第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件。

其中，實施本發明實施例第一方面的第四種可能的實現方式，第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件，可以減少信號光在下層波導中的傳輸的損耗。

結合本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第五種可能的實現方式中，所述一路泵浦光的入射方向與所述上 層波導i的橫截面之間的夾角為90°；所述一路信號光的入射方向與所述下層波導j的橫截面之間的夾角為90°；所述放大后的所述一路信號光的出射方向與所述光電子芯片中的光波導的橫截面之間的夾角為90°。

其中，實施本發明實施例第一方面的第五種可能的實現方式，可以提高泵浦光從泵浦光源耦合至上層波導的耦合效率，提高信號光從光纖陣列耦合至下層波導的耦合效率，提高信號光從下層波導耦合至光電子芯片的耦合效率。

結合本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第六種可能的實現方式中，所述上層連接器還包括至少一個光分束器，每個光分束器用于連接泵浦光源與m條上層波導，所述每個光分束器將所述泵浦光源發射的原始泵浦光分成m份輸入到所述m條上層波導，所述m為小于或等于所述n的正整數。

其中，實施本發明實施例第一方面的第六種可能的實現方式，可以通過光分束器對泵浦光源發射的原始泵浦光進行分光，從而調整上層波導中泵浦光的強度，進而調整下層波導中信號光的放大倍數。

結合本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第七種可能的實現方式中，每條上層波導包括第二芯層和包覆所述第二芯層的第二包覆層，所述第二芯層用于傳輸所述泵浦光，所述第二芯層的折射率大于所述第二包覆層的折射率，所述第二芯層的寬度沿泵浦光的傳播方向逐漸減小，所述第二芯層的高度保持不變。

其中，實施本發明實施例第一方面的第七種可能的實現方式，可以減少泵浦光在上層波導中的傳輸損耗，同時，第二芯層的寬度沿泵浦光的傳播方向逐漸減小，第二芯層的高度保持不變，可以提高泵浦光從上層波導耦合至下層波導的耦合效率。

結合本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第八種可能的實現方式中，所述信號光放大波導部分的芯層寬度 小于或等于所述耦合波導部分的芯層寬度。

其中，實施本發明實施例第一方面的第八種可能的實現方式，光耦合連接器可以與光纖陣列和光電子芯片更好的耦合。

結合本發明實施例第一方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第九種可能的實現方式中，所述信號光放大波導部分的芯層長度大于所述耦合波導部分的芯層長度。

其中，實施本發明實施例第一方面的第九種可能的實現方式，可以更好的放大信號光，衰減泵浦光，進一步的放大信號光。

結合本發明實施例第一方面的第三種至第九種中的任一種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第十種可能的實現方式中，所述增益材料包括鐿材料、鉺材料或鐿材料與鉺材料的組合。鉺材料或鐿材料等稀土材料，可以對應光纖通信窗口的幾個常用波段，如1550mm。

本發明實施例第二方面公開一種光耦合連接器，包括上層連接器和下層連接器，其中：

所述上層連接器包括n條上層放大波導，所述n為大于或等于2的正整數；所述下層連接器包括n條下層波導，所述n條下層波導與所述n條上層放大波導一一對應耦合，每條下層波導均包括第一耦合波導部分、第二耦合波導部分和間距匹配波導部分；所述光纖陣列包括n條光纖，所述n條光纖為所述n條下層波導提供n路信號光，所述光電子芯片包括n條光波導；所述n條下層波導的第一端與所述n條光纖一一對應連接，所述n條下層波導的第二端與所述n條光波導一一對應連接；

每條上層放大波導均包括第一芯層和包覆所述第一芯層的第一包覆層，所述第一芯層的材料包括增益材料，所述增益材料能夠將下層波導耦合至對應的上層放大波導的信號光進行放大，所述第一芯層的折射率大于所述第一包覆層的折射率；

所述每條下層波導包括第二芯層和包覆所述第二芯層的第二包覆層，所 述第二芯層用于傳輸所述信號光，所述第二芯層的折射率大于所述第二包覆層的折射率。

其中，實施本發明實施例第二方面，光耦合連接器可以將光纖陣列中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片中，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

結合本發明實施例第二方面，在本發明實施例第二方面的第一種可能的實現方式中，所述每條下層波導的第一耦合波導部分的芯層與第二耦合波導部分的芯層斷開。

其中，實施本發明實施例第二方面的第一種可能的實現方式，可以節省芯層材料。

結合本發明實施例第二方面的第一種可能的實現方式，在本發明實施例第二方面的第二種可能的實現方式中，下層波導j接收所述光纖陣列發出的一路信號光，所述下層波導j的第一耦合波導部分將所述一路信號光耦合至對應的上層放大波導i，所述上層放大波導i將所述一路信號光進行放大后耦合至所述下層波導j的第二耦合波導部分，所述下層波導j的第二耦合波導部分將放大后的所述一路信號光傳輸至所述下層波導j的間距匹配波導部分，所述下層波導j的間距匹配波導部分將放大后的所述一路信號光傳輸至所述光電子芯片；所述上層放大波導i為所述n條上層放大波導中的任一條，所述下層波導j為所述n條下層波導中的任一條。

結合本發明實施例第二方面的第一種可能的實現方式，在本發明實施例第二方面的第三種可能的實現方式中，下層波導j接收所述光纖陣列發出的一路信號光，所述下層波導j的間距匹配波導部分將所述一路信號光傳輸至所述下層波導j的第一耦合波導部分，所述下層波導j的第一耦合波導部分將所述一路信號光耦合至對應的上層放大波導i，所述上層放大波導i將所述一路信號光進行放大后耦合至所述下層波導j的第二耦合波導部分，所述下層波導j的第二耦合波導部分將放大后的所述一路信號光傳輸至所述光電子芯片；所述上層 放大波導i為所述n條上層放大波導中的任一條，所述下層波導j為所述n條下層波導中的任一條。

結合本發明實施例第二方面的第二種可能的實現方式，在本發明實施例第二方面的第四種可能的實現方式中，所述n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第一耦合波導部分之間的間距與所述光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等；所述n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最小間距與所述光電子芯片中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

其中，實施本發明實施例第二方面的第四種可能的實現方式，可以減少信號光從光纖陣列傳輸至下層連接器時的耦合損耗，減少信號光從下層連接器傳輸至光電子芯片時的耦合損耗。

結合本發明實施例第二方面的第三種可能的實現方式，在本發明實施例第二方面的第五種可能的實現方式中，所述n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最大間距與所述光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等；所述n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第二耦合波導部分之間的間距與所述光電子芯片中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

其中，實施本發明實施例第二方面的第五種可能的實現方式，可以減少信號光從光纖陣列傳輸至下層連接器時的耦合損耗，減少信號光從下層連接器傳輸至光電子芯片時的耦合損耗。

結合本發明實施例第二方面的第一種可能的實現方式，在本發明實施例第二方面的第六種可能的實現方式中，所述n條上層放大波導和所述n條下層波導均為矩形波導，所述第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件，所述第二芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件。

其中，實施本發明實施例第二方面的第六種可能的實現方式，可以減少信號光在下層波導中的傳輸的損耗。

結合本發明實施例第二方面的第六種可能的實現方式，在本發明實施例第二方面的第七種可能的實現方式中，所述第一耦合波導部分的芯層高度保持不變，所述第一耦合波導部分的芯層寬度沿信號光的傳播方向逐漸減小；所述第二耦合波導部分的芯層高度保持不變，所述第二耦合波導部分的芯層寬度沿信號光的傳播方向逐漸增大。

其中，實施本發明實施例第二方面的第七種可能的實現方式，可以提高信號光從下層波導的第一耦合波導部分耦合至上層放大波導的耦合效率，同時提高放大后的信號光從上層放大波導耦合至下層波導的第二耦合波導部分的耦合效率。

結合本發明實施例第二方面或本發明實施例第二方面的第一種至第七種中的任一種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第八種可能的實現方式中，所述增益材料為半導體材料。優選的，半導體材料為直接帶隙半導體材料，如砷化鎵(gaas)、磷化銦(lnp)等。

結合本發明實施例第一方面的第八種可能的實現方式，在本發明實施例第一方面的第九種可能的實現方式中，當所述半導體材料中注入載流子時，所述半導體材料通過所述載流子將所述信號光進行放大。

本發明實施例第三方面公開一種光耦合系統，包括光纖陣列、光電子芯片、至少一個激光器和本發明實施例第一方面公開的任一種光耦合連接器，其中：

所述光纖陣列包括n條光纖，所述光電子芯片包括n條光波導，所述光耦合連接器包括n條上層波導和n條下層波導，所述n條下層波導與所述n條上層波導一一對應耦合，所述光纖陣列的所述n條光纖與所述光耦合連接器的所述n條下層波導一一對應連接，所述光耦合連接器的所述n條下層波導與所述光電子芯片的n條光波導一一對應連接，所述至少一個激光器與所述n條上層波導連接；

所述至少一個激光器輸出n路泵浦光至所述n條上層波導，所述n條光纖 輸出n路信號光至所述n條下層波導，所述光耦合連接器將所述n路泵浦光分別耦合至所述n條下層波導，所述n條下層波導將所述n路泵浦光分別與所述n路信號光進行耦合放大，并分別輸出至所述光電子芯片的所述n條光波導。

其中，實施本發明實施例第三方面，光耦合連接器不僅可以將光纖陣列與光電子芯片進行耦合連接，而且可以通過泵浦光將光耦合連接器中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

本發明實施例第四方面公開一種波導耦合方法，應用于本發明實施例第一方面公開的任一種光耦合連接器，包括：

光耦合連接器接收光纖陣列輸出的n路信號光；接收泵浦光源輸入的n路泵浦光；所述n為大于或等于2的正整數；

所述光耦合連接器將所述n路信號光與所述n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光；

針對每路耦合光，所述光耦合連接器放大所述每路耦合光中的信號光，衰減所述每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的所述每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片。

其中，實施本發明實施例第四方面，光耦合連接器可以將泵浦光與信號光進行耦合，并將信號光進行放大輸出至光電子芯片，實現了信號光在光耦合連接器中的放大。

結合本發明實施例第四方面，在本發明實施例第四方面的第一種可能的實現方式中，所述光耦合連接器包括n條上層波導，所述光耦合連接器通過所述n條上層波導分別接收n路泵浦光。

結合本發明實施例第四方面的第一種可能的實現方式，在本發明實施例第四方面的第二種可能的實現方式中，所述光耦合連接器還包括n條下層波導，所述n條下層波導中的每條下層波導包括耦合波導部分和信號光放大波導部分，所述光耦合連接器將所述n路信號光與所述n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光，包括：

所述光耦合連接器中的所述n條下層波導中的耦合波導部分將所述n路信號光與所述n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光。

結合本發明實施例第四方面的第二種可能的實現方式，在本發明實施例第四方面的第三種可能的實現方式中，所述光耦合連接器放大所述每路耦合光中的信號光，衰減所述每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的所述每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片，包括：

所述光耦合連接器中的每條下層波導中的信號光放大波導部分放大所述每路耦合光中的信號光，衰減所述每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的所述每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片。

本發明實施例第五方面公開一種光耦合系統，包括光纖陣列、光電子芯片和本發明實施例第二方面公開的任一種光耦合連接器，其中：

所述光纖陣列包括n條光纖，所述光電子芯片包括n條光波導，所述光耦合連接器包括n條上層放大波導和n條下層波導，所述n條下層波導與所述n條上層放大波導一一對應耦合，所述光纖陣列的所述n條光纖與所述光耦合連接器的所述n條下層波導一一對應連接，所述光耦合連接器的所述n條下層波導與所述光電子芯片的n條光波導一一對應連接；

所述光纖陣列的所述n條光纖輸出n路信號光至所述光耦合連接器的n條下層波導，所述n條下層波導將所述n路信號光分別耦合至所述光耦合連接器的n條上層放大波導，所述n條上層放大波導將所述n路信號光分別放大后耦合至所述n條下層波導，所述n條下層波導將放大后的所述n路信號光分別輸出至所述光電子芯片的所述n條光波導。

其中，實施本發明實施例第五方面，光耦合連接器不僅可以將光纖陣列與光電子芯片進行耦合連接，而且可以通過上層放大波導將光耦合連接器中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

本發明實施例第六方面公開一種波導耦合方法，應用于本發明實施例第二方面公開的任一種光耦合連接器，包括：

下層連接器接收光纖陣列輸出的n路信號光；

所述下層連接器將所述n路信號光一一對應耦合至上層連接器；所述上層連接器將所述n路信號光分別放大后耦合至所述下層連接器；

所述下層連接器將放大后的所述n路信號光分別輸出至所述光電子芯片的所述n條光波導。

其中，實施本發明實施例第六方面，上層連接器可以將下層連接器耦合進來的信號光進行放大后，再次耦合進入下層連接器，實現了信號光在上層連接器中的放大。

結合本發明實施例第六方面，在本發明實施例第六方面的第一種可能的實現方式中，所述下層連接器包括n條下層波導，所述n條下層波導中的每條下層波導包括第一耦合波導部分和第二耦合波導部分，所述下層連接器將所述n路信號光一一對應耦合至上層連接器，包括：

所述下層連接器中的所述n條下層波導的第一耦合波導部分將所述n路信號光一一對應耦合至上層連接器。

結合本發明實施例第六方面的第一種可能的實現方式，在本發明實施例第六方面的第二種可能的實現方式中，所述上層連接器將所述n路信號光分別放大后耦合至所述下層連接器，包括：

向所述上層連接器內注入載流子，所述上層連接器利用所述載流子將所述n路信號光分別放大，并將放大后的所述n路信號光分別耦合至所述下層連接器的n條下層波導的第二耦合波導部分。

本發明實施中的光耦合連接器包括上層連接器和下層連接器，上層連接器包括n條上層波導，下層連接器包括n條下層波導，n條下層波導與n條上層波導一一對應耦合，每條下層波導均包括耦合波導部分、間距匹配波導部分和信號光放大波導部分。本發明實施中的光耦合連接器的上層波導可以將泵浦光耦合至對應的下層波導，下層波導的耦合波導部分將光纖陣列發出的信號光與上層波導耦合進來的泵浦光組成耦合光并傳輸至間距匹配波導部分， 間距匹配波導部分用于調整相鄰下層波導之間的間距，間距匹配波導部分將接收的耦合光傳輸至信號光放大波導部分，信號光放大波導部分放大耦合光中的信號光并衰減耦合光中的泵浦光，將放大后的信號光輸出至光電子芯片。與現有技術相比，本發明實施中的光耦合連接器可以將光纖陣列中的多路信號光分別進行放大并輸出至光電子芯片，同時，本發明實施中的光耦合連接器結構簡單，尺寸小，制作工藝簡單，可廣泛用于光纖陣列與光電子芯片之間的耦合連接。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1a是本發明實施例公開的一種系統架構示意圖；

圖1b為本發明實施例公開的一種上層波導與下層波導的耦合連接示意圖；

圖1c是本發明實施例公開的另一種系統架構示意圖；

圖1d為本發明實施例公開的一種上層放大波導與下層波導的耦合連接示意圖；

圖2a是本發明實施例公開的一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖2b是本發明實施例公開的另一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖2c是本發明實施例公開的另一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖3是本發明實施例公開的一種上層波導與下層波導耦合結構示意圖；

圖4是本發明實施例公開的一種信號光放大原理示意圖；

圖5是本發明實施例公開的一種光耦合系統的結構示意圖；

圖6是本發明實施例公開的另一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖6a是本發明實施例公開的又一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖6b是本發明實施例公開的又一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖6c是本發明實施例公開的又一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖6d是本發明實施例公開的又一種光耦合連接器的結構示意圖；

圖7是本發明實施例公開的另一種信號光放大原理示意圖；

圖8是本發明實施例公開的另一種光耦合系統的結構示意圖；

圖9是本發明實施例公開的一種波導耦合方法的流程示意圖；

圖10是本發明實施例公開的另一種波導耦合方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例公開了一種光耦合連接器、光耦合系統及波導耦合方法，可以解決光耦合連接器制作工藝復雜的問題。以下分別進行詳細說明。

為了更好的理解本發明實施例，下面先對本發明實施例公開的系統架構進行描述。

請參閱圖1a，圖1a是本發明實施例公開的一種系統架構示意圖。如圖1a所示，該系統架構包括光纖陣列10、光耦合連接器20、光電子芯片30和泵浦光源40，其中，光纖陣列10包括n條光纖(101、102...)，光耦合連接器20中可以包括上層連接器201和下層連接器202，上層連接器201包括n條上層波導(211、212...)，下層連接器包括n條下層波導(221、222...)，光電子芯片包括n條光波導(301、302...)。波導是用于傳輸電磁波的裝置，每條波導可以獨立的傳輸一路電磁波信號，波導的形狀可以是矩形、圓形等，波導的材質可以為對電磁波傳輸損耗較小的材質，例如，對光信號傳輸損耗較小的二氧 化硅。

光纖陣列10中的一條光纖(例如，光纖101)連接一條下層波導(例如，下層波導221)的一端，一條下層波導(例如，下層波導221)的另一端連接光電子芯片30中的一條光波導(例如，光波導301)，一條上層波導(211)位于一條下層波導(例如，下層波導221)的上層，如圖1a中的虛線框部分(放大后的上層波導211和對應的下層波導221的連接關系圖)；其中，每條光纖連接的下層波導互不相同(即，一條光纖對應連接一條下層波導，例如，光纖101對應連接下層波導221)，每條下層波導連接的光波導互不相同(即，一條下層波導對應連接一條光波導，例如，下層波導221對應連接光波導301)；一條上層波導與一條下層波導對應耦合(例如，上層波導211與下層波導221對應耦合)，其中，上層波導211與下層波導221的耦合方式可以為垂直耦合方式，如圖1b所示，圖1b為本發明實施例公開的一種上層波導與下層波導的耦合連接示意圖，圖1b中，以矩形波導為例，上層波導211的上層耦合區與下層波導221的下層耦合區進行耦合，以使泵浦光從上層波導211的上層耦合區耦合至下層波導221的下層耦合區，當泵浦光進入上層波導211的上層耦合區時，在泵浦光的傳輸方向上，由于上層耦合區的寬度逐漸變窄，上層波導211無法將泵浦光限制在上層耦合區中，泵浦光不斷從上層耦合區中逃逸出來，進入到下層波導221的下層耦合區，下層波導221不斷收集上層波導221中逃逸出來的泵浦光，從而逐漸將泵浦光從上層波導211耦合進入下層波導221。

泵浦光源40為n條上層波導(211、212...)提供n路泵浦光，其中，泵浦光源40可以為激光器(如，半導體激光器)、發光二極管等，每一條上層波導接收一路泵浦光；光纖陣列10中的n條光纖(101、102...)為n條下層波導(221、222...)提供n路信號光，其中，每一條下層波導接收一路信號光；n條上層波導將n路泵浦光分別耦合至n條下層波導，其中，每一條上層波導將接收的泵浦光耦合至對應的一條下層波導中；對于n條下層波導中的任一條下層波導，該任一條下層波導將接收的信號光與泵浦光進行耦合，衰減該泵浦光， 放大該信號光，并將放大后的該信號光輸出至光電子芯片30中。

實施圖1a所示的系統架構，光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片30中，光耦合連接器20不僅可以將光纖陣列10與光電子芯片30進行耦合，而且可以將光耦合連接器20中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題。

請參閱圖1c，圖1c是本發明實施例公開的另一種系統架構示意圖。如圖1c所示，該系統架構包括光纖陣列10、光耦合連接器20和光電子芯片30，其中，光纖陣列10包括n條光纖(101、102...)，光耦合連接器20中可以包括上層連接器201和下層連接器202，上層連接器201包括n條上層放大波導(211、212...)，下層連接器包括n條下層波導(221、222...)，光電子芯片包括n條光波導(301、302...)。波導是用于傳輸電磁波的裝置，每條波導可以獨立的傳輸一路電磁波信號，波導的形狀可以是矩形、圓形等，n條下層波導的芯層材質可以為對電磁波傳輸損耗較小的材質，例如，對光信號傳輸損耗較小的二氧化硅(sio2)，n條上層放大波導的芯層材質可以為半導體材料，優選的，為直接帶隙半導體材料，如砷化鎵(gaas)、磷化銦(lnp)等。

光纖陣列10中的一條光纖(例如，光纖101)連接一條下層波導(例如，下層波導221)的一端，一條下層波導(例如，下層波導221)的另一端連接光電子芯片30中的一條光波導(例如，光波導301)，一條上層放大波導(211)位于一條下層波導(例如，下層波導221)的上層，如圖1c中的虛線框部分(放大后的上層放大波導211和對應的下層波導221的連接關系圖)；其中，每條光纖連接的下層波導互不相同(即，一條光纖對應連接一條下層波導，例如，光纖101對應連接下層波導221)，每條下層波導連接的光波導互不相同(即，一條下層波導對應連接一條光波導，例如，下層波導221對應連接光波導301)；一條上層放大波導與一條下層波導對應耦合(例如，上層放大波導211與下層波導221對應耦合)，其中，上層放大波導211與下層波導221的耦合方式可以為垂直耦合方式，如圖1d所示，圖1d為本發明實施例公開的一種上層放大波 導與下層波導的耦合連接示意圖，圖1d中，以矩形波導為例，上層放大波導211的上層耦合區(包括第一上層耦合區和第二上層耦合區)與下層波導221的下層耦合區(包括第一下層耦合區和第二下層耦合區)進行耦合，以使信號光從下層波導221的第一下層耦合區耦合至上層放大波導211的第一上層耦合區，上層放大波導211的放大區將信號光進行放大后從第二上層耦合區耦合至下層波導221的第二下層耦合區。當信號光從下層波導221的第一下層耦合區進入上層放大波導211的第一上層耦合區時，在信號光的傳輸方向上，由于第一下層耦合區的寬度逐漸變窄，第一上層耦合區的寬度逐漸變寬，下層波導221無法將信號光限制在第一下層耦合區中，信號光不斷的從第一下層耦合區逃逸出來，進入上層放大波導211的第一上層耦合區中，上層放大波導211不斷收集下層波導221中逃逸出來的信號光，從而逐漸將信號光從下層波導221耦合進入上層放大波導211，當信號光進入上層放大波導211后，上層放大波導211的放大區對信號光進行放大，信號光放大后，通過上層放大波導211的第二上層耦合區進入下層波導221的第二下層耦合區，同理，在信號光的傳輸方向上，由于第二上層耦合區的寬度逐漸變窄，第二下層耦合區的寬度逐漸變寬，放大后的信號光不斷的從第二上層耦合區逃逸出來，進入下層波導221的第二下層耦合區，從而通過上層放大波導實現對信號光的放大。

實施圖1c所示的系統架構，光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片30中，光耦合連接器20不僅可以將光纖陣列10與光電子芯片30進行耦合，而且可以將光耦合連接器20中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題。本發明實施例中的光耦合連接器是一種能夠對信號光進行放大的光耦合連接器。

基于圖1a所示的系統架構，公開了一種光耦合連接器，請參閱圖2a，圖2a是本發明實施例公開的一種光耦合連接器的結構示意圖。該光耦合連接器20用于連接光纖陣列10和光電子芯片30，該光耦合連接器20包括上層連接器201和下層連接器202，其中：

上層連接器201包括n條上層波導，n為大于或等于2的正整數；下層連接器202包括n條下層波導，n條下層波導與n條上層波導一一對應耦合，每條下層波導均包括耦合波導部分、間距匹配波導部分和信號光放大波導部分；泵浦光源40與n條上層波導(如圖2a中的211、212...)連接，泵浦光源40為n條上層波導提供n路泵浦光，光纖陣列包括n條光纖(如圖2a中的101、102...)，n條光纖為n條下層波導(如圖2a中的221、222...)提供n路信號光，光電子芯片包括n條光波導(如圖2a中的301、302...)，n條下層波導的第一端與n條光纖一一對應連接，n條下層波導的第二端與n條光波導一一對應連接。例如，如圖2a所示，耦合波導部分、間距匹配波導部分和信號光放大波導部分依次連接，n條光纖與n條下層波導靠近耦合波導部分的一端一一對應連接，n條光波導與n條下層波導靠近信號光放大波導部分的一端一一對應連接；或者，如圖2b所示，耦合波導部分、信號光放大波導部分和間距匹配波導部分依次連接，n條光纖與n條下層波導靠近耦合波導部分的一端一一對應連接，n條光波導與n條下層波導靠近間距匹配波導部分的一端一一對應連接；或者，如圖2c所示，間距匹配波導部分、耦合波導部分和信號光放大波導部分依次連接，n條光纖與n條下層波導靠近間距匹配波導部分的一端一一對應連接，n條光波導與n條下層波導靠近信號光放大波導部分的一端一一對應連接。

每條下層波導均包括第一芯層和第一包覆層，第一包覆層的材料包括增益材料，增益材料能夠將泵浦光的能量傳遞給信號光，第一芯層的折射率大于第一包覆層的折射率。

其中，增益材料在泵浦光的激勵下，可以將泵浦光的能量傳遞給信號光，實現將信號光放大的功能，第一芯層的折射率大于第一包覆層的折射率，可以保證信號光在下層波導的第一芯層中傳輸時，能夠滿足全反射條件，將信號光束縛在芯層中，減少信號光的傳輸損耗。第一芯層的材料可以為硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物等，增益材料可以為摻雜鉺離子、鐿離子等稀土離子的材料。可選的，每條下層波導的耦合波導部分與間距匹配波導部分的包 覆層使用的增益材料的增益效果較小，每條下層波導的信號光放大波導部分使用的增益材料的增益效果較大。

本發明實施例中，上層連接器201將泵浦光源40產生的n路泵浦光分別輸入n條上層波導中，n條上層波導將n路泵浦光分別耦合至對應的n條下層波導中，下層連接器202將n條光纖輸入的n路信號光與n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光，并將n路耦合光中的信號光分別放大并一一對應輸入光電子芯片30的n條光波導中。圖2a所示光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片30中，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題，圖2a所示的光耦合連接器20結構簡單，尺寸小，制作工藝簡單，制作成本較低。在一個實施例中，如圖2a所示，上層波導i(如圖2a中的21i)接收一路泵浦光，下層波導j(如圖2a中的22j)接收光纖陣列10發出的一路信號光；上層波導i將一路泵浦光耦合至對應的下層波導j的耦合波導部分，下層波導j的耦合波導部分將一路泵浦光與一路信號光組成的耦合光傳輸至下層波導j的間距匹配波導部分，下層波導j的間距匹配波導部分將耦合光傳輸至下層波導j的信號光放大波導部分，下層波導j的信號光放大波導部分放大耦合光中的一路信號光并衰減耦合光中的一路泵浦光，將放大后的一路信號光輸出至光電子芯片30；上層波導i為n條上層波導中的任一條，下層波導j為n條下層波導中的任一條。

本發明實施例中，上層波導可以為矩形波導(如，方形波導)、圓形波導、脊型波導等，n條上層波導可以位于同一平面(如、平面光波導)，n條下層波導與n條上層波導一一對應耦合，例如，如圖3所示，圖3是本發明實施例公開的一種上層波導與下層波導耦合結構示意圖，圖3以矩形波導為例，上層波導的橫截面與下層波導的橫截面均為矩形，上層波導1與下層波導1對應耦合，上層波導2與下層波導2對應耦合，上層波導i與下層波導j對應耦合，等等，其中，相鄰的上層波導之間有間距，相鄰的下層波導之間有間距。

以上層波導i和下層波導j為例，闡述光耦合連接器20的信號光放大原理， 上層波導i為n條上層波導中的任一條，下層波導j為n條下層波導中的任一條。請參閱圖2a，上層連接器201中的上層波導i(如圖2a中的21i)接收一路泵浦光，下層波導j(如圖2a中的22j)接收光纖陣列10發出的一路信號光；上層波導i將一路泵浦光耦合至對應的下層波導j的耦合波導部分，下層波導j的耦合波導部分將一路泵浦光與一路信號光組成的耦合光傳輸至下層波導j的間距匹配波導部分，下層波導j的間距匹配波導部分將耦合光傳輸至下層波導j的信號光放大波導部分，下層波導j的信號光放大波導部分放大耦合光中的一路信號光并衰減耦合光中的一路泵浦光，將放大后的一路信號光輸出至光電子芯片30；圖2a所示光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片30中，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題，圖2a所示的光耦合連接器20結構簡單，尺寸小，制作工藝簡單，制作成本較低。

在一個實施例中，如圖2a所示，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的耦合波導部分之間的間距與光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等；n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的相鄰信號光放大波導部分之間的間距與光電子芯片中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

其中，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的耦合波導部分之間的間距與光纖陣列10中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等，可以保證光纖陣列10與光耦合連接器20的下層連接器202的一端(靠近耦合波導部分的一端)進行較好的耦合，減少信號光從光纖陣列10傳輸至下層連接器202時的耦合損耗；n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的相鄰信號光放大波導部分之間的間距與光電子芯片30中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等，可以保證光耦合連接器20的下層連接器202的另一端(靠近信號光放大波導部分的一端)與光電子芯片30進行較好的耦合，減少信號光從下層連接器202傳輸至光電子芯片30時的耦合損耗。當光纖陣列10中任意兩條相鄰光纖之間的間距確定之后，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的耦合波導部分之間的間距也隨之確定，可以通過調整間距匹配波導部分的彎曲度來調整n條下層波導中的任意 兩條相鄰下層波導的相鄰信號光放大波導部分之間的間距，以使n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的相鄰信號光放大波導部分之間的間距與光電子芯片30中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

優選的，上層波導的芯層折射率與下層波導的芯層折射率相等，且等于光纖陣列中光纖的芯層折射率，其中，上層波導的芯層折射率與下層波導的芯層折射率相等，可以提高泵浦光從上層波導耦合至下層波導的耦合效率，上層波導的芯層折射率與光纖陣列中光纖的芯層折射率相等，可以提高信號光從光纖耦合至下層波導的耦合效率。

在一個實施例中，如圖2a所示，n條上層波導和n條下層波導均為矩形波導。

在一個實施例中，如圖2a所示，第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件。

其中，第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件，即，信號光在下層波導中僅以一個模式進行傳輸，可以減少信號光在下層波導中的傳輸損耗。例如，對于矩形波導而言，若第一芯層的材料為硅、折射率為3.5，第一包覆層材料為二氧化硅、折射率為1.445，矩形波導的高度為220nm，則根據矩形波導的單模條件公式可以計算出矩形波導的寬度范圍為200nm～700nm時，第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件。對于圓形波導而言，可以通過設置信號光的入射角度與芯層半徑以使信號光滿足單模傳輸條件。

在一個實施例中，如圖2a所示，一路泵浦光的入射方向與上層波導i的橫截面之間的夾角為90°；一路信號光的入射方向與下層波導j的橫截面之間的夾角為90°；放大后的一路信號光的出射方向與光電子芯片中的光波導的橫截面之間的夾角為90°。

其中，一路泵浦光的入射方向與上層波導i的橫截面之間的夾角為90°，可以將一路泵浦光較好的耦合至上層波導i中，提高泵浦光從泵浦光源耦合至上層波導的耦合效率；一路信號光的入射方向與下層波導j的橫截面之間的夾 角為90°，可以將一路信號光較好的耦合至下層波導j中，提高信號光從上層波導耦合至下層波導的耦合效率；放大后的一路信號光的出射方向與光電子芯片30中的光波導的橫截面之間的夾角為90°，可以將放大后的一路信號光較好的耦合至光電子芯片30中，提高信號光從下層波導耦合至光電子芯片30的耦合效率。

在一個實施例中，如圖2a所示，上層連接器還包括至少一個光分束器，每個光分束器用于連接泵浦光源與m條上層波導，每個光分束器將泵浦光源發射的原始泵浦光分成m份輸入到m條上層波導，m為小于或等于n的正整數。

其中，每個光分束器可以將泵浦光源發射的原始泵浦光分成m份輸入到m條上層波導，泵浦光源可以為激光器(如，半導體激光器)，優選的，泵可以將原始泵浦光均分成m份輸入到m條上層波導，例如，激光器輸出功率為200mw，m為4，則激光器可以將200mw的功率均分為4份輸入到4條上層波導中。

在一個實施例中，如圖2a所示，每條上層波導包括第二芯層和包覆第二芯層的第二包覆層，第二芯層用于傳輸泵浦光，第二芯層的折射率大于第二包覆層的折射率，第二芯層的寬度沿泵浦光的傳播方向逐漸減小，第二芯層的高度保持不變。

其中，第二芯層的折射率大于第二包覆層的折射率，可以保證泵浦光在上層波導的第二芯層中傳輸時，能夠滿足全反射條件，將泵浦光束縛在芯層中，減少泵浦光在上層波導中的傳輸損耗，第二芯層的寬度沿泵浦光的傳播方向逐漸減小，第二芯層的高度保持不變，可以將上層波導中的泵浦光快速耦合至下層波導中，提高泵浦光從上層波導耦合至下層波導的耦合效率。第二芯層的材料可以為硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物等。優選的，上層波導(如圖2a中的21i)與對應的下層波導(如圖2a中的22j)之間的包覆層高度盡可能的小，可以減小泵浦光在包覆層中的損耗，從而提高提高泵浦光從上層波導耦合至下層波導的耦合效率。

在一個實施例中，如圖2a所示，信號光放大波導部分的芯層寬度小于或等于耦合波導部分的芯層寬度。

其中，由于光纖陣列10中的光纖芯層尺寸較大，光電子芯片30中的光波導的芯層尺寸較小，光耦合連接器20中的下層連接器202為了匹配光纖陣列10和光電子芯片30，下層連接器202中下層波導的耦合波導部分的芯層寬度與光纖陣列10中光纖的芯層寬度匹配，下層連接器202中下層波導的信號光放大波導部分的芯層寬度與光電子芯片30中光波導的芯層寬度匹配，從而可以通過光耦合連接器20將光纖陣列10與光電子芯片30耦合連接。

在一個實施例中，如圖2a所示，信號光放大波導部分的芯層長度大于耦合波導部分的芯層長度。

其中，在信號光放大波導部分，泵浦光逐漸衰減，信號光逐漸放大，信號光放大波導部分的芯層長度越大，泵浦光越少，信號光越大，當信號光放大波導部分的芯層長度大于耦合波導部分的芯層長度時，可以盡可能衰減泵浦光，放大信號光。

在一個實施例中，如圖2a所示，增益材料包括鐿材料、鉺材料或鐿材料與鉺材料的組合。

其中，鐿材料為摻雜鐿離子的材料，鉺材料為摻雜鉺離子的材料，鐿材料與鉺材料的組合為同時摻雜鐿離子和鉺離子的材料。鐿離子、鉺離子等稀土離子為激活離子，用于將泵浦光的能量傳遞給信號光，以鐿材料為例，如圖4所示，圖4是本發明實施例公開的一種信號光放大原理示意圖，若泵浦光的波長為980nm，信號光的波長為1550nm時，鐿材料中的鐿離子吸收980nm的泵浦光后從基態躍遷到激發態，由于鐿離子在激發態不穩定，很快從激發態躍遷到亞穩態，當鐿離子在信號光的激發下，鐿離子從亞穩態以受激輻射的形式躍遷回基態，并發射出與信號光波長相同的1550nm的信號光，從而實現將信號光放大的功能。

基于圖1a所示的系統架構，公開了一種光耦合系統，請參閱圖5，圖5是 本發明實施例公開的一種光耦合系統的結構示意圖。如圖5所示，該系統架構包括光纖陣列10、圖1a所示的系統架構中描述的光耦合連接器20、光電子芯片30和至少一個激光器(401、402...)，其中，光纖陣列10中包括n條光纖(101、102...)，光耦合連接器20中可以包括上層連接器201和下層連接器202，上層連接器201包括至少一個光分束器(2011、2012...)和n條上層波導(211、212...)，下層連接器包括n條下層波導(221、222...)，光電子芯片包括n條光波導(301、302...)；

一個激光器401(以激光器#1為例)連接一個光分束器2011(以光分束器#1為例)，一個光分束器2011連接m條上層波導，其中，m、n均為正整數，且m小于或等于n；光纖陣列中的一條光纖(例如，光纖101)連接一條下層波導(例如，下層波導221)的一端，一條下層波導(例如，下層波導221)的另一端連接光電子芯片30中的一條光波導(例如，光波導301)，其中，每條光纖連接的下層波導互不相同(即，一條光纖對應連接一條下層波導，例如，光纖101對應連接下層波導221)，每條下層波導連接的光波導互不相同(即，一條下層波導對應連接一條光波導，例如，下層波導221對應連接光波導301)；一條上層波導對應一條下層波導(例如，上層波導211對應下層波導221)；

一個激光器401(以激光器#1為例)產生的原始泵浦光輸入到一個光分束器2011(以光分束器#1為例)中，一個光分束器2011將該原始泵浦光分成m份輸出至m條上層波導，其中，m條上層波導中的一條上層波導(例如，上層波導211)將接收的泵浦光耦合至對應的一條下層波導(例如，下層波導221)中，對應的一條下層波導(例如，下層波導221)將光纖陣列中的一條光纖(如光纖10)輸入的信號光與該泵浦光耦合，并將該泵浦光轉化為信號光，從而衰減該泵浦光，放大信號光，將放大后的信號光輸出至光電子芯片30中的一條光波導(光波導301)中。

實施圖5所示的光耦合系統，光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路 信號光放大并輸出至光電子芯片30中，光耦合連接器20不僅可以將光纖陣列10與光電子芯片30進行耦合連接，而且可以將光耦合連接器20中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題。

基于圖1c所示的系統架構，公開了另一種光耦合連接器，請參閱圖6，圖6是本發明實施例公開的另一種光耦合連接器的結構示意圖。該光耦合連接器20用于連接光纖陣列10和光電子芯片30，該光耦合連接器20包括上層連接器201和下層連接器202，其中：

上層連接器201包括n條上層放大波導(如圖6中的211、212...)，n為大于或等于2的正整數；下層連接器202包括n條下層波導(如圖6中的221、222...)，n條下層波導與n條上層放大波導一一對應偶耦合，每條下層波導均包括第一耦合波導部分、第二耦合波導部分和間距匹配波導部分；光纖陣列10包括n條光纖(如圖6中的101、102...)，n條光纖為n條下層波導提供n路信號光，光電子芯片30包括n條光波導(如圖6中的301、302...)；n條下層波導的第一端與n條光纖一一對應連接，n條下層波導的第二端與n條光波導一一對應連接；

每條上層放大波導均包括第一芯層和第一包覆層，第一芯層的材料包括增益材料，增益材料能夠將下層波導耦合至對應的上層放大波導的信號光進行放大，第一芯層的折射率大于第一包覆層的折射率；

每條下層波導包括第二芯層和包覆第二芯層的第二包覆層，第二芯層用于傳輸信號光，第二芯層的折射率大于第二包覆層的折射率。

本發明實施例中，波導是用于傳輸電磁波的裝置，每條波導可以獨立的傳輸一路電磁波信號，波導的形狀可以是矩形、圓形等，n條下層波導的芯層材質可以為對電磁波傳輸損耗較小的材質，例如，對光信號傳輸損耗較小的二氧化硅(sio2)，n條上層放大波導的芯層材質可以為半導體材料，優選的，為直接帶隙半導體材料，如砷化鎵(gaas)、磷化銦(lnp)等。其中，第二芯層的折射率大于第二包覆層的折射率，可以保證信號光在下層波導的第二 芯層中傳輸時，能夠滿足全反射條件，將信號光束縛在芯層中，減少信號光在下層波導中的傳輸損耗。第二芯層的材料可以為硅、二氧化硅、氮化硅、聚合物等。優選的，上層放大波導(如圖6中的211)與對應的下層波導(如圖6中的22j)之間的包覆層高度盡可能的小，可以減小信號光在包覆層中的損耗，從而提高提高信號光從下層波導耦合至上層放大波導的耦合效率。

下面結合圖6闡述信號光的放大原理，當光纖陣列10中的信號光進入下層連接器的某一條下層波導(如圖6中的221)的芯層(如圖6中的第二芯層)中時，由于上層放大波導211與下層波導221一一對應耦合，下層波導221將接收的信號光通過第一耦合波導部分耦合至上層放大波導211，上層放大波導211的芯層(如圖6中的第一芯層)中包括能夠將信號光進行放大的增益材料，上層放大波導211將耦合進來的信號光進行放大，然后上層放大波導211將放大后的信號光耦合至下層波導221的第二耦合波導部分，下層波導221將放大后的信號光通過間距匹配波導部分輸出至光電子芯片30。圖6所示光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片30中，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題，圖6所示的光耦合連接器20結構簡單，尺寸小，制作工藝簡單，無需泵浦光源，制作成本較低。

在一個實施例中，每條下層波導的第一耦合波導部分的芯層與第二耦合波導部分的芯層斷開。如圖6a和6c。

在一個實施例中，如圖6a(圖6a中的每條下層波導的第一耦合波導部分的芯層與第二耦合波導部分的芯層斷開)或圖6b(圖6b中的每條下層波導的第一耦合波導部分的芯層與第二耦合波導部分的芯層連接)所示，下層波導j(如圖6a或圖6b中的22j)接收光纖陣列發出的一路信號光，下層波導j的第一耦合波導部分將一路信號光耦合至對應的上層放大波導i(如圖6a或圖6b中的21i)，上層放大波導i將一路信號光進行放大后耦合至下層波導j的第二耦合波導部分，下層波導j的第二耦合波導部分將放大后的一路信號光傳輸至下層波導j的間距匹配波導部分，下層波導j的間距匹配波導部分將放大后的一路信號光 傳輸至光電子芯片30；上層放大波導i為n條上層放大波導中的任一條，下層波導j為n條下層波導中的任一條。

其中，信號光在第一耦合波導部分已經完全或者絕大部分耦合進入上層放大波導i中。本發明實施例中，信號光首先從下層波導中的第一耦合波導部分耦合進入上層放大波導，上層放大波導將信號光放大后重新耦合進入下層波導的第二耦合波導部分，最后通過間距匹配波導部分后輸出至光電子芯片30中。

在一個實施例中，如圖6a或圖6b所示，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第一耦合波導部分之間的間距與光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等；n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最小間距與光電子芯片30中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

其中，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第一耦合波導部分之間的間距與光纖陣列10中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等，可以保證光纖陣列10與光耦合連接器20的下層連接器202的一端(靠近第一耦合波導部分的一端)進行較好的耦合，減少信號光從光纖陣列10傳輸至下層連接器202時的耦合損耗；n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最小間距與光電子芯片30中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等，可以保證光耦合連接器20的下層連接器202的另一端(靠近間距匹配波導部分的一端，即相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最小間距處)與光電子芯片30進行較好的耦合，減少信號光從下層連接器202傳輸至光電子芯片30時的耦合損耗。

在一個實施例中，如圖6c(圖6c中的每條下層波導的第一耦合波導部分的芯層與第二耦合波導部分的芯層斷開)或圖6d(圖6d中的每條下層波導的第一耦合波導部分的芯層與第二耦合波導部分的芯層連接)所示，下層波導j接收光纖陣列發出的一路信號光，下層波導j的間距匹配波導部分將一路信號光傳輸至下層波導j的第一耦合波導部分，下層波導j的第一耦合波導部分將一路 信號光耦合至對應的上層放大波導i，上層放大波導i將一路信號光進行放大后耦合至下層波導j的第二耦合波導部分，下層波導j的第二耦合波導部分將放大后的一路信號光傳輸至光電子芯片；上層放大波導i為n條上層放大波導中的任一條，下層波導j為n條下層波導中的任一條。

其中，信號光在第一耦合波導部分已經完全或者絕大部分耦合進入上層放大波導i中。本發明實施例中，信號光首先通過下層波導的間距匹配波導部分，輸出至第一耦合波導部分，然后從下層波導中耦合進入上層放大波導，上層放大波導將信號光放大后重新耦合進入下層波導，最后輸出至光電子芯片30中。

在一個實施例中，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最大間距與光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等；n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第二耦合波導部分之間的間距與光電子芯片30中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等。

其中，n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的間距匹配波導部分之間的最大間距與光纖陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距相等，可以保證光纖陣列10與光耦合連接器20的下層連接器202的一端(靠近間距匹配波導部分的一端，即相鄰間距匹配波導部分之間的最大間距處)進行較好的耦合，減少信號光從光纖陣列10傳輸至下層連接器202時的耦合損耗；n條下層波導中的任意兩條相鄰下層波導的第二耦合波導部分之間的間距與光電子芯片30中任意兩條相鄰光波導之間的間距相等，可以保證光耦合連接器20的下層連接器202的另一端(靠近第二耦合波導部分的一端)與光電子芯片30進行較好的耦合，減少信號光從下層連接器202傳輸至光電子芯片30時的耦合損耗。

在一個實施例中，如圖6a～圖6d，n條上層放大波導和n條下層波導均為矩形波導，第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件，第二芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件。

其中，第一芯層的芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件，第二芯層的 芯層高度和芯層寬度滿足單模傳輸條件，信號光在下層波導和上層放大波導中僅以一個模式進行傳輸，可以減少信號光在下層波導和上層放大波導中的傳輸損耗。

在一個實施例中，如圖1d所示，第一耦合波導部分的芯層高度保持不變，第一耦合波導部分的芯層寬度沿信號光的傳播方向逐漸減小；第二耦合波導部分的芯層高度保持不變，第二耦合波導部分的芯層寬度沿信號光的傳播方向逐漸增大。

其中，第一耦合波導部分(圖1d中的第一下層耦合區)的芯層高度保持不變，第一耦合波導部分的芯層寬度沿信號光的傳播方向逐漸減小，以使信號光逐漸從下層波導耦合進入上層放大波導中，可以提高信號光從下層波導耦合進入上層放大波導的耦合效率；第二耦合波導部分(圖1d中的第二下層耦合區)的芯層高度保持不變，第二耦合波導部分的芯層寬度沿信號光的傳播方向逐漸增大，可以提高放大后的信號光從上層放大波導耦合進入下層波導的耦合效率。

在一個實施例中，如圖6a～圖6d，增益材料為半導體材料。

其中，當半導體材料中注入載流子時，半導體材料通過載流子將信號光進行放大。優選的，半導體材料為直接帶隙半導體材料，如砷化鎵(gaas)、磷化銦(lnp)等。

下面結合圖7對信號光的放大原理進行闡述，如圖7所示，在半導體材料中注入載流子(電子或空穴)時，會增加半導體材料中的自由電子濃度，處于低能級的電子數量大大增加，低能級的電子在半導體材料(優選的，為直接帶隙半導體)中向高能級進行躍遷，當半導體材料在信號光的激發下，高能級的電子以受激輻射的形式躍遷回低能級，并發射出與信號光波長相同的信號光，從而實現將信號光放大的功能。

基于圖1c所示的系統架構，公開了另一種光耦合系統，請參閱圖8，圖8是本發明實施例公開的另一種光耦合系統的結構示意圖。如圖8所示，該光耦 合系統包括光纖陣列10、光電子芯片30和圖1c所示的系統架構中描述的光耦合連接器20，其中：

光纖陣列10包括n條光纖，光電子芯片30包括n條光波導，光耦合連接器20中可以包括上層連接器201和下層連接器202，上層連接器201包括n條上層放大波導，下層連接器202包括n條下層波導，n條下層波導與n條上層放大波導一一對應耦合，光纖陣列10的n條光纖與光耦合連接器20的n條下層波導一一對應連接，光耦合連接器20的n條下層波導與光電子芯片30的n條光波導一一對應連接；

光纖陣列10的n條光纖輸出n路信號光至光耦合連接器20的n條下層波導，n條下層波導將n路信號光分別耦合至光耦合連接器20的n條上層放大波導，n條上層放大波導將n路信號光分別放大后耦合至n條下層波導，n條下層波導將放大后的n路信號光分別輸出至光電子芯片30的n條光波導。

實施圖8所示的光耦合系統，光耦合連接器20可以將光纖陣列10中的多路信號光放大并輸出至光電子芯片30中，光耦合連接器20不僅可以將光纖陣列10與光電子芯片30進行耦合連接，而且可以將光耦合連接器20中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器20中信號光損耗過大的問題。

基于圖1a所示的系統架構，公開了一種波導耦合方法，請參閱圖9，圖9是本發明實施例公開的一種波導耦合方法的流程示意圖，如圖9所示，該波導耦合方法包括如下步驟：

901，光耦合連接器接收光纖陣列輸出的n路信號光；接收泵浦光源輸入的n路泵浦光；n為大于或等于2的正整數；

902，光耦合連接器將n路信號光與n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光；

903，針對每路耦合光，光耦合連接器放大每路耦合光中的信號光，衰減每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片。

本發明實施例中，光耦合連接器用于連接光纖陣列和光電子芯片，光耦合連接器可以包括上層連接器和下層連接器，上層連接器可以接收光纖陣列輸出的n路信號光，下層連接器可以接收泵浦光源輸入的n路泵浦光；光耦合連接器接收了n路信號光和n路泵浦光之后，將n路信號光與n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光；光耦合連接器放大每路耦合光中的信號光，衰減每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片。實施本發明實施例，光耦合連接器不僅可以將光纖陣列與光電子芯片進行耦合，而且可以將光耦合連接器中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

在一個實施例中，具體的，光耦合連接器包括n條上層波導，光耦合連接器通過n條上層波導分別接收n路泵浦光。

其中，光耦合連接器的上層連接器可以包括n條上層波導。

在一個實施例中，具體的，光耦合連接器還包括n條下層波導，n條下層波導中的每條下層波導包括耦合波導部分和信號光放大波導部分，光耦合連接器將n路信號光與n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光，包括：

光耦合連接器中的n條下層波導中的耦合波導部分將n路信號光與n路泵浦光一一對應耦合，形成n路耦合光。

其中，n條下層波導中的每條下層波導包括耦合波導部分和信號光放大波導部分之外，還包括間距匹配波導部分，間距匹配波導部分用于匹配光線陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距與光電子芯片中任意兩條相鄰光波導之間的間距。光耦合連接器中的一條下層波導的耦合波導部分接收光纖陣列輸出的一路信號光，并接收對應的一條上層波導耦合進來的一路泵浦光，將一路信號光與一路泵浦光耦合形成一路耦合光。

在一個實施例中，光耦合連接器放大每路耦合光中的信號光，衰減每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片，包括：

光耦合連接器中的每條下層波導中的信號光放大波導部分放大每路耦合光中的信號光，衰減每路耦合光中的泵浦光，并將放大后的每路耦合光中的信號光輸出至光電子芯片。

實施圖9所示的波導耦合方法，光耦合連接器可以將光線陣列中的信號光進行放大并輸出至光電子芯片，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

基于圖1c所示的系統架構，公開了另一種波導耦合方法，請參閱圖10，圖10是本發明實施例公開的另一種波導耦合方法的流程示意圖，如圖10所示，該波導耦合方法包括如下步驟：

1001，下層連接器接收光纖陣列輸出的n路信號光；

1002，下層連接器將n路信號光一一對應耦合至上層連接器；

1003，上層連接器將n路信號光分別放大后耦合至下層連接器；

1004，下層連接器將放大后的n路信號光分別輸出至光電子芯片的n條光波導。

本發明實施例中，光耦合連接器可以包括上層連接器和下層連接器，其中，下層連接器接收光纖陣列輸出的n路信號光，并將n路信號光一一對應耦合至上層連接器；上層連接器接收到n路信號光后，將n路信號光分別放大后耦合至下層連接器；下層連接器將放大后的n路信號光分別輸出至光電子芯片的n條光波導。實施本發明實施例，可以將光耦合連接器中的信號光進行放大，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

在一個實施例中，具體的，下層連接器包括n條下層波導，n條下層波導中的每條下層波導包括第一耦合波導部分和第二耦合波導部分，下層連接器將n路信號光一一對應耦合至上層連接器，包括：

下層連接器中的n條下層波導的第一耦合波導部分將n路信號光一一對應耦合至上層連接器。

其中，n條下層波導中的每條下層波導除了包括第一耦合波導部分和第二 耦合波導部分之外，還包括間距匹配波導部分，間距匹配波導部分用于匹配光線陣列中任意兩條相鄰光纖之間的間距與光電子芯片中任意兩條相鄰光波導之間的間距。

在一個實施例中，上層連接器將n路信號光分別放大后耦合至下層連接器，包括：

上層連接器將n路信號光分別放大后耦合至下層連接器的n條下層波導的第二耦合波導部分。

在一個實施例中，具體的，上層連接器將n路信號光分別放大后耦合至下層連接器，包括：

向上層連接器內注入載流子，上層連接器利用載流子將n路信號光分別放大，并將放大后的n路信號光分別耦合至下層連接器的n條下層波導的第二耦合波導部分。

其中，載流子可以包括電子或空穴。

實施圖10所示的波導耦合方法，光耦合連接器可以將光線陣列中的信號光進行放大并輸出至光電子芯片，解決了光耦合連接器中信號光損耗過大的問題。

本發明實施例的方法中的步驟可以根據實際需要進行順序調整、合并和刪減。

以上對本發明實施例公開的一種光耦合連接器、光耦合系統及波導耦合方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。