硅光子模斑耦合器是硅基集成芯片中的极小尺寸器件与外部传输信号的光纤相连接的重要器件,在集成光路的应用中有着不可或缺的地位,它能够将来自单模光纤的光信号在光纤的输出端以较大的耦合效率、低偏振损耗耦合到尺寸极小的片上光波导器件中,同时也可以用于将波导芯片中的光信号耦合输出。该种器件与单模光纤对接的一端具有与光纤相匹配的模斑尺寸;其另一端的模斑尺寸与纳米线硅基光波导相匹配,因此该结构的使用能够减小标准单模光纤与纳米线硅基光波导之间的光耦合损耗。本文对基于SiN纳米线波导的耦合器进行了设计与研究,该耦合器的工作波段在800 nm左右,它的核心结构是由SiO₂横梁支撑着,底部掏空。通过不断地仿真设计优化,调整结构的参数,得到较高的耦合效率以及低的偏振损耗等。在本文中耦合器的结构设计了有锥形覆盖在上方以及无锥形覆盖的两种情况,并将两种结构进行了对比,发现两者的性能相差不大,但是在上方沉积一层锥形波导要多用一层掩模版,所以只制作上方无锥形覆盖的耦合器结构。计算得到的无锥形结构堆叠时TE模的耦合效率为87%（耦合损耗为-0.6 dB/facet）,TM为81%（耦合损耗为-0.9 dB/facet）,偏振不太敏感,1-dB带宽分别是34 nm和32 nm,1-dB对准容差在水平方向以及垂直方向上都在±0.8μm。有锥形结构堆叠时TE和TM模的耦合效率都为85%（耦合损耗为-0.7 dB/facet）,1-dB带宽为37 nm,偏振损耗很低,TE模和TM模的1-dB对准容差在水平方向以及垂直方向上都在±1μm左右。实验测试得到的数据是在TE模式下,当波长为810 nm时,SiN波导的传输损耗为-0.07 dB/mm,锥形光纤与nano-taper的耦合损耗为-3.06 dB/facet;在TM模式下,SiN波导的传输损耗为-0.06 dB/mm,锥形光纤与nano-taper的耦合损耗为-3.67 dB/facet。平头光纤与SiN悬臂型模斑耦合器的耦合损耗在模式为TE模时,耦合损耗为-2.5 dB/facet（耦合效率约为56%）,TM模耦合损耗约为-8 dB/facet（耦合效率约为15%）平头光纤与SiN悬臂型模斑耦合器的1 dB耦合对准容差在X轴和Y轴上都大于1.25μm。