本发明涉及无源光波导，尤其涉及一种波导过渡结构、片上光波导和光传输设备。
背景技术：
1、硅基光波导是硅基光电子学系统中的基本无源器件，用于光信号的传输。通常由晶圆的顶层硅(silicon on insulator，soi)刻蚀而成，不同点在于：条形波导的截面如图1所示，波导截面为矩形，弯曲半径可以做到比较小；脊形波导的截面如图2所示，包含厚度不同的两个区域，中间为厚度较大的脊形区，两侧为厚度较小的平板区，脊形区是主要的导光区域，平板区则可以进行掺杂，对电子空穴对进行运输，该类型的波导主要用于有源器件中。另外，波导的损耗主要来源于波导侧壁粗糙度，对于脊形波导，其模场与波导侧壁的交叠较少，因而受侧壁的影响也比较小，波导传输损耗可以大大降低。
2、在硅光系统应用中，经常需要将条形波导和脊形波导联合起来使用，这就涉及到条形波导和脊形波导之间的过渡问题。由于条形波导和脊形波导的截面形状不同，从条型波导到脊形波导，需要设置过渡结构，使得只激发脊形波导的基模，否则由于光场模斑的形状和大小不匹配，导致耦合损耗增大。
3、由于尺寸较小的结构对工艺制备的要求很高，脊形波导区域面积较小的位置光刻胶容易残留，光刻胶的残留会增加不希望的光的反射，造成器件工艺敏感,反射大，良率低。
4、因为现有的波导过渡结构需要采用两块掩模版套刻，所以一旦套刻出现偏差会导致波导结构偏离原设计，影响器件性能。因此，亟需一种波导过渡结构、片上光波导和光传输设备以改善上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种波导过渡结构、片上光波导和光传输设备，该波导过渡结构在被制造时免于掩模版高精度套刻，以提升良率。
2、第一方面，本发明提供一种波导过渡结构，应用于片上光波导或光传输设备，包括：过渡输入区，用于耦合光输入信号，并扩大所述光输入信号的光模场；过渡输出区，用于耦合光输出信号，并缩小所述光输出信号的光模场；所述过渡输入区和所述过渡输出区的波导类型厚度不同；所述波导类型为脊型波导或条形波导；多模波导干涉区，所述多模波导干涉区的长度方向两端分别与所述过渡输入区和所述过渡输出区连接，用于将所述光输入信号转化为所述光输出信号；沿靠近所述多模波导干涉区的方向，所述过渡输入区的宽度和所述过渡输出区的宽度均逐渐增大。
3、可选的，所述过渡输入区为条形波导中的条形过渡区，所述过渡输出区为脊形波导中的脊形过渡区；或所述过渡输入区为脊形波导中的脊形过渡区，所述过渡输出区为条形波导中的条形过渡区；所述脊形波导还包括脊形平板区；所述条形波导用于连接无源器件；所述脊形波导用于连接有源器件。
4、可选的，沿光场传播的所述长度方向，所述条形过渡区、所述多模波导干涉区和所述脊形过渡区依次首尾相连。
5、可选的，所述多模波导干涉区设置为多模干涉器(multimode interferometer，mmi)；所述多模干涉器包括相对设置的输入端和输出端；所述输入端与所述过渡输入区连接，所述输出端与所述过渡输出区连接；所述多模干涉器用于将所述输入端的光模场镜像到所述输出端。
6、可选的，所述多模干涉器的输入端与所述输出端关于所述多模干涉器在长度方向的中心轴对称设置。
7、可选的，所述过渡输入区和所述过渡输出区均呈锥形或梯形设置，所述锥形的顶点或所述梯形的非平行边交点远离所述多模波导干涉区。
8、可选的，所述波导过渡结构由氮化硅、氮氧化硅、铌酸锂、氧化铝、氮化铝、钛酸钡、氧化铪或半导体材料制成。
9、可选的，所述条形过渡区的厚度范围为[200，400]nm，宽度范围为[300，1000]nm；所述脊形平板区的厚度范围为[20，200]nm，宽度范围为[100，3000]nm。
10、可选的，所述过渡输入区的数量为m，所述过渡输出区的数量为n，m和n均为正整数。
11、第二方面，本发明提供一种片上光波导，包括第一方面中任一项所述的波导过渡结构，以及单模输入区和单模输出区中的至少一种；所述单模输入区，连接于所述过渡输入区，用于输入所述光输入信号；所述单模输出区，连接于所述过渡输出区，用于输出所述光输出信号。
12、可选的，所述单模输入区的数量与所述过渡输入区的数量相同，所述单模输入区与所述过渡输入区一一对应连接；所述单模输出区的数量与所述过渡输出区的数量相同，所述单模输出区与所述过渡输出区一一对应连接。
13、第三方面，本发明提供一种光传输设备，包括第一方面中任一项所述的波导过渡结构，所述波导过渡结构耦合光输入单元、光输出单元和光处理单元中的至少一者。
14、本发明的有益效果为：本发明通过设置沿靠近所述多模波导干涉区的方向，所述过渡输入区的宽度和所述过渡输出区的宽度均逐渐增大，不会产生难以刻蚀的小尺寸结构，因此本发明提出的波导过渡结构对工艺敏感性较低，且对工艺容差较高，即使波导结构与原设计出现偏差，对本发明中波导过渡结构的器件性能影响也较小。
1.一种波导过渡结构，应用于片上光波导或光传输设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的波导过渡结构，其特征在于，所述过渡输入区为条形波导中的条形过渡区，所述过渡输出区为脊形波导中的脊形过渡区；或所述过渡输入区为脊形波导中的脊形过渡区，所述过渡输出区为条形波导中的条形过渡区；
3.根据权利要求2所述的波导过渡结构，其特征在于，沿光场传播的所述长度方向，所述条形过渡区、所述多模波导干涉区和所述脊形过渡区依次首尾相连。
4.根据权利要求2所述的波导过渡结构，其特征在于，所述多模波导干涉区设置为多模干涉器；所述多模干涉器包括相对设置的输入端和输出端；
5.根据权利要求4所述的波导过渡结构，其特征在于，所述多模干涉器的输入端与所述输出端关于所述多模干涉器在长度方向的中心轴对称设置。
6.根据权利要求1所述的波导过渡结构，其特征在于，所述过渡输入区和所述过渡输出区均呈锥形或梯形设置，所述锥形的顶点或所述梯形的非平行边交点远离所述多模波导干涉区。
7.根据权利要求1所述的波导过渡结构，其特征在于，所述波导过渡结构由氮化硅、氮氧化硅、铌酸锂、氧化铝、氮化铝、钛酸钡、氧化铪或半导体材料制成。
8.根据权利要求2所述的波导过渡结构，其特征在于，所述条形过渡区的厚度范围为[200，400]nm，宽度范围为[300，1000]nm；
9.根据权利要求8所述的波导过渡结构，其特征在于，所述过渡输入区的数量为m，所述过渡输出区的数量为n，m和n均为正整数。
10.一种片上光波导，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的波导过渡结构，以及单模输入区和单模输出区中的至少一种；
11.根据权利要求10所述的光波导，其特征在于，所述单模输入区的数量与所述过渡输入区的数量相同，所述单模输入区与所述过渡输入区一一对应连接；所述单模输出区的数量与所述过渡输出区的数量相同，所述单模输出区与所述过渡输出区一一对应连接。
12.一种光传输设备，包括权利要求1至9中任一项所述的波导过渡结构，其特征在于，所述波导过渡结构耦合有光输入单元、光输出单元和光处理单元中的至少一者。
