一种光源封装结构及其定位、耦合方法技术

本发明专利技术提供一种光源封装结构及其定位、耦合方法，本装置包括密封盒盖(101)、C透镜(102)、硅基热沉(103)、激光器芯片(104)、隔离器组件(106)、硅光芯片(107)，所述激光器芯片(104)、准直透镜(105)、隔离器组件(106)依次设置于硅基热沉(103)上，所述C透镜(102)固定且耦合对准于硅光芯片(107)的光栅耦合器(110)，密封盒盖(101)设置有将所述激光器芯片(104)发出的光反射至C透镜(102)的倾斜内壁，C透镜(102)下表面设置有与反射光线入射角相匹配的抛光面，C透镜(102)偏向远离硅基热沉(103)的一侧朝向密封盒盖(101)的内壁斜面，C透镜(102)光轴与光线传输方向一致且主光线与光轴重合。本发明专利技术耦合结构紧凑，位置容差大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于硅光芯片的封装方法和结构，特别涉及一种基于光栅耦合器的硅光芯片的光源封装结构及其定位、耦合方法，本专利技术属于光电子集成器件

技术介绍
光纤通信为信息的传输带了革命性的发展，光纤通信中的光电器件也往更小，更集成，更价廉方向发展，光电集成芯片是光电器件研究热点之一。集成电路芯片一般在硅片上采用互补金属氧化物半导体集成工艺制作，已经具有很成熟的制作工艺，现在一些厂商将波导制作在硅基衬底顶部，用于传输光路，这样把集成电路芯片与光芯片集成在同一块硅基芯片上，本专利技术称为硅光芯片，硅光芯片既能实现电信号处理功能例如电子放大器，数字信号处理器等，又能传输光路，实现光信号的滤波，分束，调制等功能，高度的光电集成化减小了光电器件的体积，降低功耗，成本等，具有广泛的应用前景。由于硅光芯片中的硅属于间接带隙材料，不能够用于制作光源，为了解决硅光芯片光源输入问题，有厂家采用Ⅲ-Ⅴ族材料与硅材料结合起来，利用混合集成技术在硅上面制作激光光源，但是这种技术存在一些缺点，目前没有商用化。因此，我们一般采用外置光源的方式为硅光芯片提供光源。硅波导制作在硅光芯片顶层，硅波导由于硅材料折射率高，其模场尺寸小，无法直接与光纤或者硅基二氧化硅波导耦合。目前，现有一些厂家将激光器芯片封装成TO形式(Transistor Outline,同轴管帽封装)，通过保偏光纤输出，保偏光纤末端制作成FA形式与硅光芯片耦合。这种封装结构，外部光源TO封装
尺寸较大，且一般无制冷设计，芯片散热受到影响，不适用于大功率激光器芯片，不能制作大功率光源；其末端FA的保偏光纤的猫眼角度要控制在+/-5度，操作难度较大，成品率低，成本高。美国专利US8772704中提供了一些外部光源封装设计，其设计采用的是球透镜或者D透镜的单透镜光路设计方案，单透镜光路设计中，为了保证较高的耦合效率，需要精确控制物距及像距来实现激光器芯片与光栅耦合器的模场匹配及消除球差损耗，该结构对激光器芯片，透镜定位有较高的要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提出一种基于光栅耦合器的大功率外部光源封装结构及其定位方法、耦合定位方法，本专利技术耦合结构紧凑，位置容差大，能够通过制作标识图案方法实现无源耦合，提供生产效率，适用于批量生产。本专利技术的技术方案是：一种用于硅光芯片的光源封装结构，包括密封盒盖、C透镜、硅基热沉、激光器芯片、隔离器组件、硅光芯片，所述激光器芯片、准直透镜、隔离器组件依次设置于硅基热沉上，所述硅基热沉和C透镜设置于所述密封盒盖和硅光芯片形成密封空间内，所述硅光芯片包括光栅耦合器，所述C透镜固定且耦合对准于硅光芯片的光栅耦合器，密封盒盖设置有将所述激光器芯片发出的光反射至C透镜的倾斜内壁，C透镜下表面设置有与反射光线入射角相匹配的抛光面，C透镜偏向远离硅基热沉的一侧朝向密封盒盖的内壁斜面，C透镜光轴与光线传输方向一致且主光线与光轴重合。所述密封盒盖内壁角度θ为47°<θ<60°,C透镜下表面抛光角度采用所述激光器芯片、隔离器组件之间设置有准直透镜。所述密封盒盖的内壁斜面角度为54.74度，所述C透镜下表面抛光角度为70.52度。所述密封盒盖的内壁斜面设置有镀金或者反射膜。所述C透镜凸面向上设置，该凸面镀有增透膜，C透镜下表面椭圆的几何中心与光栅耦合器重合对准。所述密封盒盖底部设置有一圈镀金层，硅光芯片与该镀金层位置对应设置有一圈镀金层，所述硅光芯片的镀金层上沉积有一层金锡焊料，通过焊接将所述密封盒盖与硅光芯片密封固定。所述C透镜直接设置于硅光芯片或者设置于硅基热沉上。一种用于硅光芯片的光源封装结构，所述硅基热沉上设置有固定准直透镜、隔离器组件的方形凹槽。包括C透镜、硅基热沉、激光器芯片、隔离器组件、硅光芯片，所述激光器芯片、准直透镜、隔离器组件依次设置于硅基热沉上，所述硅光芯片包括光栅耦合器，所述C透镜固定且耦合对准于硅光芯片的光栅耦合器，所述激光器芯片发出的光路中设置有将光反射至C透镜的反射棱镜，所述反射棱镜反射角θ为47°<θ<60°,C透镜下表面设置有抛光角度的抛光面。所述反射棱镜采用梯形反射棱镜，所述梯形反射棱镜反射面上设置有镀金或者反射膜。所述的用于硅光芯片的光源封装结构的无源定位方法，在硅基热沉芯片上，制作激光器芯片的定位图案，该定位图案采用与激光器芯片等大的方框或者是分别标记出4个角的4个十字线；在硅光芯片上，制作C透镜、硅基热沉的定位图案，所述C透镜的定位图案采用与C透镜下表面等大的椭圆图案；所述硅
基热沉定位图案采用与硅基热沉等大的方框或者是分别标记出4个角的4个十字线。所述的用于硅光芯片的光源封装结构的有源耦合方法，包括如下步骤：1)C透镜粘接至光栅耦合器上；2)把一梯形反射棱镜粘接在C透镜旁，梯形反射棱镜的反射面与C透镜凸面对准将光路转向；3)夹持带激光器芯片的硅基热沉，通过外置探针夹具给激光器芯片供电；4)用源表监控硅光芯片的输出电流，确定硅光芯片的光栅耦合器接收到的光强；5)调节硅基热沉位置直至源表读数最大处；6)点胶固化硅基热沉，有源耦合调节完成；7)去除梯形反射棱镜，把密封盒盖焊接固定至硅光芯片对应位置处，整个激光器光源封装完成。本专利技术装置的优点在于：1)本专利技术采用密封结构设计，能够有效的隔绝内部激光器芯片与外部湿气，提高激光器芯片使用寿命；2)本专利技术采用双透镜的光路结构设计，C透镜直接粘接在光栅耦合器上，降低了激光器芯片，硅基热沉的贴片精度要求，耦合结构具有较大容差范围；3)本专利技术硅基热沉能够有效的对激光器芯片散热，封装结构适用于大功率激光器芯片；4)本专利技术硅基热沉上设置有凹槽，用于准直透镜，隔离器组件定位，简化制作工艺；5)本专利技术密封盒盖内壁斜面呈54.74度角度，斜面镀膜(金或者反射膜)用于反射光线，直接采用密封盒盖内壁反射的设计能够减少一个反射棱镜的使用，使整个封装结构更加紧凑；6)本专利技术通过定位图案的设计能够实现光学无源对准。附图说明图1是本专利技术第一种实施例封装结构图；图2是本专利技术第一种实施例不带密封盒盖封装结构图；图3是本专利技术第一种实施例剖面示意图；图4是本专利技术第二种结构剖面示意图；图5是本专利技术改用梯形反射棱镜非密封的第三种实施例结构图；其中101：密封盒盖； 102：C透镜；103：硅基热沉； 104：激光器芯片；105：准直透镜； 106：隔离器组件；107：硅光芯片； 108：硅光芯片镀金层；109：密封盒盖镀金层； 110：光栅耦合器；111：IC芯片； 112：梯形反射棱镜；具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术装置包括密封盒盖101、C透镜102、硅基热沉103、激光器芯片104、准直透镜105、隔离器组件106、硅光芯片107；其中，激光器芯片104、准直透镜105、隔离器组件106设置于硅基热沉103上，硅基热沉103设置于硅光芯片107上。硅光芯片107包括光栅耦合器110，C透镜102通过紫外胶粘接在硅光芯片107上并与光栅耦合器110相对准，C透镜102凸面向上，与硅光芯片107粘接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：包括密封盒盖(101)、C透镜(102)、硅基热沉(103)、激光器芯片(104)、隔离器组件(106)、硅光芯片(107)，所述激光器芯片(104)、准直透镜(105)、隔离器组件(106)依次设置于硅基热沉(103)上，所述硅基热沉(103)和C透镜(102)设置于所述密封盒盖(101)和硅光芯片(107)形成密封空间内，所述硅光芯片(107)包括光栅耦合器(110)，所述C透镜(102)固定且耦合对准于硅光芯片(107)的光栅耦合器(110)，密封盒盖(101)设置有将所述激光器芯片(104)发出的光反射至C透镜(102)的倾斜内壁，C透镜(102)下表面设置有与反射光线入射角相匹配的抛光面，C透镜(102)偏向远离硅基热沉(103)的一侧朝向密封盒盖(101)的内壁斜面，C透镜(102)光轴与光线传输方向一致且主光线与光轴重合。

【技术特征摘要】
1.一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：包括密封盒盖(101)、C透镜(102)、硅基热沉(103)、激光器芯片(104)、隔离器组件(106)、硅光芯片(107)，所述激光器芯片(104)、准直透镜(105)、隔离器组件(106)依次设置于硅基热沉(103)上，所述硅基热沉(103)和C透镜(102)设置于所述密封盒盖(101)和硅光芯片(107)形成密封空间内，所述硅光芯片(107)包括光栅耦合器(110)，所述C透镜(102)固定且耦合对准于硅光芯片(107)的光栅耦合器(110)，密封盒盖(101)设置有将所述激光器芯片(104)发出的光反射至C透镜(102)的倾斜内壁，C透镜(102)下表面设置有与反射光线入射角相匹配的抛光面，C透镜(102)偏向远离硅基热沉(103)的一侧朝向密封盒盖(101)的内壁斜面，C透镜(102)光轴与光线传输方向一致且主光线与光轴重合。2.根据权利要求1所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述密封盒盖(101)内壁角度θ为47°<θ<60°,C透镜(102)下表面抛光角度采用3.根据权利要求1所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述激光器芯片(104)、隔离器组件(106)之间设置有准直透镜(105)。4.根据权利要求2所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述密封盒盖(101)的内壁斜面角度为54.74度，所述C透镜(102)下表面抛光角度为70.52度。5.根据权利要求3所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述密封盒盖(101)的内壁斜面设置有镀金或者反射膜。6.根据权利要求4所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述C透镜(102)凸面向上设置，该凸面镀有增透膜，C透镜(102)下
\t表面椭圆的几何中心与光栅耦合器(110)重合对准。7.根据权利要求4所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述密封盒盖(101)底部设置有一圈镀金层(109)，硅光芯片(107)与该镀金层(109)位置对应设置有一圈镀金层(108)，所述硅光芯片(107)的镀金层(108)上沉积有一层金锡焊料，通过焊接将所述密封盒盖(101)与硅光芯片(107)密封固定。8.根据权利要求6所述的一种用于硅光芯片的光源封装结构，其特征在于：所述C透镜(102)直接设置于硅光芯片(107)或者设置于硅基热沉(...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川，常进，林谦，江雄，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42