楔形模斑转换器可以绝热地调节模斑尺寸以使其匹配耦合到光纤,其具备形状直观,封装简易,耦合效率高,易于集成等优点而成为国内外研究的热点。随着光通讯、光存储、光开关、人工智能等领域的出现和发展,硅光子模斑转换器逐渐实用化,为人们带来极多便利。目前国内外楔形模斑转换器的工艺制作多使用灰度掩膜版、电子束灰度曝光、阴影镀膜、阴影刻蚀、湿法腐蚀等方法,工艺复杂、制作周期长、成本较高,可重复性低且难以大规模生产,很难从实验室走向具体应用。因此,本文开展楔形模斑转换器新制备方法的研究,并对大端面楔形模斑转换器中的模式变换进行研究,主要研究内容为:(1)对光波导基础理论、光波导与光纤进行对接时产生耦合损耗的原因进行分析。通过计算设计优化楔形参数,得到入射光波长为1550nm时,模斑转换器端面尺寸至少为2μm×2μm,楔形长度大于18μm,可达最佳耦合效率,使其在与光纤对接时的耦合损耗大大减小。(2)对设计的楔形模斑转换器进行制备。通过紫外光刻和深硅刻蚀制作宽1μm,高0.22μm侧壁陡直的耦合光波导,根据直接键合理论对键合参数进行优化,得到空隙小于10nm的键合界面,通过步进式重复曝光系统与高温热回流相结合的新方法,优化曝光时间至20ms/次,在160℃下回流1min等参数,在键合片上制备了长21μm,端面尺寸约为3μm×3.5μm的楔形模斑转换器,模拟得到其耦合损耗约为-0.3d B,测试得到器件耦合损耗为-3d B。(3)对大端面楔形转换器进行模式转换的研究。通过对光波导模式耦合理论的研究,利用FDTD软件对光入射至大端面的转换器中的模式变换进行模拟仿真,得到楔形长度为100μm和150μm,宽度为5μm,高度为1μm,波导宽度为1μm,高度为0.22μm时,楔形高度0.1-0.3μm区间内存在模式变换的现象,光斑由一个转换为两个,并通过模拟得到耦合效率分别在98%和93%以上。对光波导与楔形的对准位置进行耦合效率的模拟,得到波导未对准误差由0.5μm增至1μm时,耦合效率由92%降低至75%。