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光纤-芯片耦合器在实现片上光子电路与其他光学系统或片外器件互联中起着关键作用。通过拓扑优化微缩耦合器尺寸，既能满足高密度集成需求，又可提升光子集成系统的可扩展性。然而当前优化耦合器的性能仍逊色于传统设计方案，存在明显改进空间。该研究团队采用拓扑优化方法，设计了集成底部反射器的单偏振一维光栅耦合器与双偏振二维光栅耦合器，实现了亚分贝级耦合效率。两种耦合器均基于绝缘体上硅平台制造，尺寸仅为14微米×14微米，且兼容垂直入射的标准单模光纤。实验测试表明，在电信C波段内，拓扑优化一维耦合器和二维耦合器的实测峰值耦合效率分别达到-0.92(1)dB和-0.86(13)dB。该工作为空间分复用、光子量子技术等需要高效率与高密度集成的光子学应用提供了耦合解决方案。