本发明属于光芯片，涉及一种偏振无关的层间光耦合器。
背景技术：
1、近年来，人工智能、云计算和自动驾驶等技术快速发展，对微电子芯片的性能需求日益增加。但是，随着摩尔定律的放缓，微电子芯片开始遇到性能瓶颈，当前，具有高带宽、低损耗、小尺寸等优点的光芯片被视为微电子芯片的重要补充，为光互联、光计算等应用场景提供了可行的解决方案。
2、随着光芯片技术的不断发展，集成光子器件不再局限于单层，往往需要使用不同的光波导层实现不同的功能，即三维集成光子芯片。此时，实现光信号在不同光波导之间高效的互联互通非常重要，不同于微电子芯片中的电信号，光芯片中的光信号无法直接实现低损耗的垂直互联，而需要通过倏逝波耦合的方式从一层逐步耦合至另一层，这种方式被称为层间光耦合。现有的层间光耦合结构通常只考虑了单一偏振态的模式，即横电模（transverse electric mode）或横磁模（transverse magnetic mode）中的一种，由于横电模和横磁模具有不同的模场分布，针对横电模设计的层间耦合器对于横磁模通常具有较大的损耗，导致其无法应用于通信或数据中心链路中。
3、因此，如何提供一种偏振无关的层间光耦合器，同时支持横电模和横磁模的传输，且对横电模和横磁模均具有极低的层间耦合损耗，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种偏振无关的层间光耦合器，用于解决现有技术中光耦合器无法同时实现对横电模和横磁模均具有低耦合损耗的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种偏振无关的层间光耦合器，包括：
3、第一波导层；
4、第二波导层，在垂直方向上，所述第二波导层位于所述第一波导层上方，在水平方向上，所述第二波导层的至少一部分位于所述第一波导层的一侧；
5、缓冲波导层，在垂直方向上，所述缓冲波导层位于所述第一波导层与所述第二波导层之间，在垂直方向的投影上，所述第一波导层与所述缓冲波导层交叠构成第一耦合区，所述第二波导层与所述缓冲波导层交叠构成第二耦合区；
6、其中，在水平方向且由所述第一波导层指向所述第二波导层的方向上，位于所述第一耦合区中的所述第一波导层宽度呈变小趋势，位于所述第一耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈增大趋势，位于所述第二耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈变小趋势，位于所述第二耦合区中的所述第二波导层宽度呈增大趋势。
7、可选地，所述第一波导层的有效厚度大于所述第二波导层的有效厚度，所述缓冲波导层的有效厚度介于所述第一波导层有效厚度与所述第二波导层有效厚度之间；或所述第二波导层的有效厚度大于所述第一波导层的有效厚度，所述缓冲波导层的有效厚度介于所述第一波导层有效厚度与所述第二波导层有效厚度之间。
8、可选地，位于所述第一耦合区中的所述第一波导层宽度呈线性递减趋势，或位于所述第一耦合区中的所述第一波导层宽度呈非线性递减趋势；位于所述第一耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈线性递增趋势，或位于所述第一耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈非线性递增趋势；位于所述第二耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈线性递减趋势，或位于所述第二耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈非线性递减趋势；位于所述第二耦合区中的所述第二波导层宽度呈线性递增趋势，或位于所述第二耦合区中的所述第二波导层宽度呈非线性递增趋势。
9、可选地，所述第一波导层、所述第二波导层和所述缓冲波导层的材质包括硅、氮化硅、氮氧硅、铌酸锂、氮化铝和碳化硅中的一种或多种。
10、可选地，所述缓冲波导层包括第一缓冲波导层、第二缓冲波导层、……、第n缓冲波导层，n为≥2的整数，在垂直方向上，所述第二缓冲波导层位于所述第一缓冲波导层上方、……、所述第n缓冲波导层位于第n-1缓冲波导层上方，在垂直方向的投影上，所述第一缓冲波导层的左端部与所述第一波导层交叠，所述第一缓冲波导层的右端部与所述第二缓冲波导层的左端部交叠、……、所述第n缓冲波导层的左端部与所述n-1缓冲波导层的右端部交叠，所述第n缓冲波导层的右端部与所述第二波导层交叠，且每一所述缓冲波导层中左端部的宽度变化趋势与右端部的宽度变化趋势相反。
11、可选地，还包括衬底、埋氧层和上包层，在垂直方向上，所述埋氧层位于所述衬底上方，所述上包层位于所述埋氧层上方，其中，所述第一波导层、所述第二波导层和所述缓冲波导层中至少一部分位于所述上包层中。
12、本发明还提供一种偏振无关的层间光耦合器，包括：
13、第一波导层；
14、第二波导层，在垂直方向上，所述第二波导层位于所述第一波导层上方，在垂直方向的投影上，所述第二波导层与所述第一波导层交叠构成层间耦合区，在水平方向且由所述第一波导层指向所述第二波导层的方向上，位于所述层间耦合区中的所述第一波导层宽度呈变小趋势，位于所述层间耦合区中的所述第二波导层宽度呈增大趋势；
15、其中，在所述层间耦合区，所述第一波导层和所述第二波导层中至少一波导层沿其宽度减小方向上厚度呈减小趋势。
16、可选地，在水平方向且由所述第一波导层指向所述第二波导层的方向上，位于所述层间耦合区中的所述第一波导层厚度呈减小趋势，和/或位于所述层间耦合区中的所述第二波导层厚度呈增大趋势。
17、可选地，位于所述层间耦合区中的所述第一波导层宽度呈线性递减趋势，或位于所述层间耦合区中的所述第一波导层宽度呈非线性递减趋势；位于所述层间耦合区中的所述第二波导层宽度呈线性递增趋势，或位于所述层间耦合区中的所述第二波导层宽度呈非线性递增趋势。
18、可选地，还包括衬底、埋氧层和上包层，在垂直方向上，所述埋氧层位于所述衬底上方，所述上包层位于所述埋氧层上方，其中，所述第一波导层和所述第二波导层中至少一部分位于所述上包层中。
19、如上所述，本发明的偏振无关的层间光耦合器中，在水平方向且由第一波导层指向第二波导层的方向上，位于耦合区中的第一波导层宽度呈变小趋势，位于耦合区中的第二波导层宽度呈增大趋势，并且于第一波导层和第二波导层中引入缓冲波导层，或者于第一波导层和第二波导层中至少一波导层引入厚度渐变，能够同时支持横电模和横磁模的传输，且对横电模和横磁模均具有极低的层间耦合损耗。
1.一种偏振无关的层间光耦合器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：所述第一波导层的有效厚度大于所述第二波导层的有效厚度，所述缓冲波导层的有效厚度介于所述第一波导层有效厚度与所述第二波导层有效厚度之间；或所述第二波导层的有效厚度大于所述第一波导层的有效厚度，所述缓冲波导层的有效厚度介于所述第一波导层有效厚度与所述第二波导层有效厚度之间。
3.根据权利要求1所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：位于所述第一耦合区中的所述第一波导层宽度呈线性递减趋势，或位于所述第一耦合区中的所述第一波导层宽度呈非线性递减趋势；位于所述第一耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈线性递增趋势，或位于所述第一耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈非线性递增趋势；位于所述第二耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈线性递减趋势，或位于所述第二耦合区中的所述缓冲波导层宽度呈非线性递减趋势；位于所述第二耦合区中的所述第二波导层宽度呈线性递增趋势，或位于所述第二耦合区中的所述第二波导层宽度呈非线性递增趋势。
4.根据权利要求1所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：所述第一波导层、所述第二波导层和所述缓冲波导层的材质包括硅、氮化硅、氮氧硅、铌酸锂、氮化铝和碳化硅中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：所述缓冲波导层包括第一缓冲波导层、第二缓冲波导层、……、第n缓冲波导层，n为≥2的整数，在垂直方向上，所述第二缓冲波导层位于所述第一缓冲波导层上方、……、所述第n缓冲波导层位于第n-1缓冲波导层上方，在垂直方向的投影上，所述第一缓冲波导层的左端部与所述第一波导层交叠，所述第一缓冲波导层的右端部与所述第二缓冲波导层的左端部交叠、……、所述第n缓冲波导层的左端部与所述n-1缓冲波导层的右端部交叠，所述第n缓冲波导层的右端部与所述第二波导层交叠，且每一所述缓冲波导层中左端部的宽度变化趋势与右端部的宽度变化趋势相反。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：还包括衬底、埋氧层和上包层，在垂直方向上，所述埋氧层位于所述衬底上方，所述上包层位于所述埋氧层上方，其中，所述第一波导层、所述第二波导层和所述缓冲波导层中至少一部分位于所述上包层中。
7.一种偏振无关的层间光耦合器，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：在水平方向且由所述第一波导层指向所述第二波导层的方向上，位于所述层间耦合区中的所述第一波导层厚度呈减小趋势，和/或位于所述层间耦合区中的所述第二波导层厚度呈增大趋势。
9.根据权利要求7所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：位于所述层间耦合区中的所述第一波导层宽度呈线性递减趋势，或位于所述层间耦合区中的所述第一波导层宽度呈非线性递减趋势；位于所述层间耦合区中的所述第二波导层宽度呈线性递增趋势，或位于所述层间耦合区中的所述第二波导层宽度呈非线性递增趋势。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的偏振无关的层间光耦合器，其特征在于：还包括衬底、埋氧层和上包层，在垂直方向上，所述埋氧层位于所述衬底上方，所述上包层位于所述埋氧层上方，其中，所述第一波导层和所述第二波导层中至少一部分位于所述上包层中。
