用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的插入器组合件和布置制造技术

公开了用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的插入器组合件和布置。插入器组合件(10)包括：插入器(100)，所述插入器包括至少一个光波导(110)，所述光波导包括第一端(111)和第二端(112)；以及衬底(400)，所述衬底包括至少一个光电子器件(410)、至少一个光接收/发射元件(420)和至少一个光学通道(430)。插入器(100)和衬底(400)是光学连通的，使得从至少一个光波导(110)耦合出来的光耦合到至少一个光接收/发射元件(420)中，且/或从至少一个光接收/发射元件(420)耦合出来的光耦合到插入器(100)的至少一个光波导(110)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的插入器组合件和布置相关申请的交叉引用本申请根据专利法要求2016年3月2日提交的美国临时申请号62/302,438的优先权，所述临时申请以引用方式并入本文。
公开了一种用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的插入器组合件，该插入器组合件可以集成在衬底，例如SiP(SiliconPhotonics)芯片中。还公开了用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置和使用所公开的插入器组合件来制造所述布置的方法。
技术介绍
光电子器件，例如光子集成电路(PIC)可以提供在衬底中并由SiliconPhotonics(SiP)技术制造。SiliconPhotonics预示集成光学电路的许多优点，但仍然受到将光耦合到这些光子集成电路和将来自这些光子集成电路的光耦合出去的难题的影响。因此，输入-输出耦合仍然是SiP技术商业化的先决条件。有两种主要技术用于光纤到芯片的耦合。第一种技术基于使用光栅耦合器，该光栅耦合器相对于光子集成电路的平面垂直地接收和发射光。第二种技术使用边缘耦合器，其将波导端接在光子集成电路的边缘处。这些光纤到芯片耦合技术具有其优点和挑战。例如，光栅耦合器可提供高耦合效率、芯片上的低占用空间以及几乎可访问芯片上的任何位置。然而，它们要求光纤几乎垂直于芯片表面来布置。基于使用光栅耦合器的方法意味着主动对准并导致非平坦的形状因子，尤其在数据中心应用中是非常不希望的。另外，光栅耦合器是偏振敏感的，或者需要复杂且有损耗的双偏振光栅用于耦合光。最后，需要在芯片表面上以约1微米的精度放置光纤以限制耦合损耗。边缘耦合共有偏振和精度要求，但是在这里，光纤布置在光子集成电路的平面中，因此不需要整个组合件的过高的高度，从而产生紧凑的解决方案。侧耦合的另一大优势是其可扩展至多光纤耦合解决方案。然而，尺寸仅为几百纳米的Si波导的模场与标准单模光纤(大约10μm)的模场不匹配，因此需要3D光斑尺寸转换器以获得良好的耦合效率。为了实现低损耗的耦合，这些转换器必须是绝热的，因此在包括光子集成电路的芯片上或任何附加芯片上需要大量空间，从而推进光子集成电路的成本并且使其紧凑性无效。期望提供一种用于以低损耗将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置。还存在未解决的需求，即提供一种制造用于以低损耗将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置的方法。
技术实现思路
一种用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置包括插入器，所述插入器包括至少一个光波导，该光波导具有光学耦合到所述至少一个光纤的第一端和第二端。该布置还包括耦合器件，用于将至少一个光纤光学耦合到插入器，并将至少一个光纤对准至少一个光波导，以在至少一个光纤和至少一个光波导之间传输光。耦合器件的第一部分设置在至少一个光纤的一端，耦合器件的第二部分设置在插入器处，使得当耦合元件的第一部分机械耦合到耦合器件的第二部分时，至少一个光纤机械耦合到插入器的边缘。所述至少一个光波导的第二端被配置为将光耦合到所述至少一个光波导中/从所述至少一个光波导耦合出来。该布置还包括衬底，该衬底包括至少一个光电子器件、至少一个光接收/发射元件和至少一个光学通道，该光学通道具有光学连接到至少一个光接收/发射元件，以将光耦合到所述至少一个光学通道中/从所述至少一个光学通道耦合出来的第一端和第二端，所述至少一个光电子器件光学连接到所述至少一个光学通道的第二端。插入器和衬底被布置成使得在至少一个光波导的第二端处从至少一个光波导耦合出来的光耦合到至少一个光接收/发射元件中且/或从至少一个光接收/发射元件耦合出来的光在至少一个光波导的第二端处耦合到至少一个光波导中。耦合器件的第一部分可以实施为可插拔的多光纤连接器，其通过耦合器件的第二部分来边缘耦合到插入器，该第二部分可以实施为插座。插入器可以由玻璃、硅、聚合物或其他材料制成。插入器可以包括与至少一个光纤模式匹配的波导阵列。至少一个光纤可以配置为单模光纤(SMF)或多模光纤(MMF)。为了将光耦合到至少一个光波导中/从至少一个光波导耦合出来，在至少一个光波导的第二端处的端面可以实施为成角度的镜子以提供在所述至少一个光波导的核心内传输的光的全内反射(TIR)，使得光被引向衬底，例如芯片上的至少一个光接收/发射元件。衬底可以安装在插入器的下表面下方。至少一个光接收/发射元件可以配置为光栅耦合器或VCSEL或光电二极管的光栅结构。根据插入器的厚度，可以在插入器的材料中设置诸如光学透镜的聚焦元件。聚焦元件被配置为将在至少一个光波导的第二端的端面处反射的光聚焦到衬底的至少一个光接收/发射元件上。制造用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置的方法包括提供包括至少一个第一基准和多个插入器的第一晶片，以及提供包括至少一个第二基准和多个衬底的第二晶片的步骤。第一晶片和第二晶片借助于至少一个第一基准和至少一个第二基准对准，使得第一晶片的多个插入器中的相应一个插入器和第二晶片的多个衬底中的相应一个衬底被布置成使得在至少一个光波导的第二端处从多个插入器中的相应一个插入器的至少一个光波导耦合出来的光耦合到多个衬底中的相应一个衬底的至少一个光接收/发射元件中且/或从多个衬底中的相应一个衬底的至少一个光接收/发射元件耦合出来的光在至少一个光波导的第二端处耦合到多个插入器中的相应一个插入器的至少一个光波导中。根据随后的步骤，各自成对的多个插入器中的相应一个插入器和多个衬底中的相应一衬底被单一化。当第一晶片包括多个插入器时，第二晶片包括衬底/芯片，所述衬底/芯片包括可以体现为光子集成电路的至少一个光电子器件。在切割晶片堆叠之前，堆叠并对准第一和第二晶片。晶片堆叠制造方法是指晶片级元件的处理，即该工艺的每个步骤应用于可包含多达数万个组件的整个第一和第二晶片。光子集成电路与包含至少一个波导的插入器的对准和附接可以在晶片级上完成，例如，使用包括插入器的第一晶片和包括具有光电子器件，例如光子集成电路的衬底/芯片的第二晶片上的对准标记/基准。此外，制造波导和至少一个波导的端面处的光反射结构可以通过使用晶片级工艺来完成，例如通过离子交换工艺或激光刻写工艺。完成该过程后，将组件单一化供使用。处理整个晶片而不是单个组件节省了时间和成本。还公开了一种插入器组合件，其包括插入器，该插入器包括至少一个具有第一端和第二端的光波导，附接到插入器并用于光学耦合到插入器的第一端的耦合器件，衬底与插入器光学连通，所述衬底包括至少一个光电子器件、至少一个光接收/发射元件和至少一个光学通道，所述光学通道具有与所述至少一个光接收/发射元件光学连通的第一端和与至少一个光电子器件(410)光学连通的第二端，其中插入器(100)的至少一个光波导(110)的横截面沿着至少一个光波导的纵向方向改变，使得第一端具有光的第一偏振，第二端具有光的第二偏振。附图说明图1A示出了光纤的未配合布置，以及包括插入器和包括光电子器件的衬底的说明性插入器组合件。图1B示出了图1A的布置，其中光纤耦合到插入器组合件。图2示出了来自插入器的光波导的光朝向衬底的光接收/发射元件的耦合。图3示出了插入器和衬底的布置，其中光学透镜布置在插入器的材料中。图4示出了通过改变波导的横截面的形状来选择在光波导中传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置，其包括：插入器，所述插入器包括至少一个光波导，所述光波导具有光学耦合到所述至少一个光纤的第一端，和第二端；耦合器件，所述耦合器件用于将所述至少一个光纤机械地耦合到所述插入器，以便将所述至少一个光纤与所述至少一个光波导对准，从而将所述至少一个光纤和所述至少一个光波导光学耦合；其中所述耦合器件的第一部分设置在所述至少一个光纤的一端，并且所述耦合器件的第二部分设置在所述插入器上，使得当所述耦合器件的第一部分机械地耦合到所述耦合器件的第二部分(320)时，所述至少一个光纤可以光学耦合到所述插入器的边缘，其中所述至少一个光波导的第二端被配置为光学耦合到所述至少一个光波导；衬底，所述衬底包括所述至少一个光电子器件、至少一个光接收/发射元件和至少一个光学通道，所述光学通道包括光学连接到所述至少一个光接收/发射元件以便光学耦合所述至少一个光学通道的第一端，和第二端，其中所述至少一个光电子器件光学连接到所述至少一个光学通道(430)的第二端；并且其中所述插入器和所述衬底被布置成将所述至少一个光波导在第二端处光学耦合到所述至少一个光接收/发射元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.02 US 62/302,4381.一种用于将至少一个光纤耦合到至少一个光电子器件的布置，其包括：插入器，所述插入器包括至少一个光波导，所述光波导具有光学耦合到所述至少一个光纤的第一端，和第二端；耦合器件，所述耦合器件用于将所述至少一个光纤机械地耦合到所述插入器，以便将所述至少一个光纤与所述至少一个光波导对准，从而将所述至少一个光纤和所述至少一个光波导光学耦合；其中所述耦合器件的第一部分设置在所述至少一个光纤的一端，并且所述耦合器件的第二部分设置在所述插入器上，使得当所述耦合器件的第一部分机械地耦合到所述耦合器件的第二部分(320)时，所述至少一个光纤可以光学耦合到所述插入器的边缘，其中所述至少一个光波导的第二端被配置为光学耦合到所述至少一个光波导；衬底，所述衬底包括所述至少一个光电子器件、至少一个光接收/发射元件和至少一个光学通道，所述光学通道包括光学连接到所述至少一个光接收/发射元件以便光学耦合所述至少一个光学通道的第一端，和第二端，其中所述至少一个光电子器件光学连接到所述至少一个光学通道(430)的第二端；并且其中所述插入器和所述衬底被布置成将所述至少一个光波导在第二端处光学耦合到所述至少一个光接收/发射元件。2.如权利要求1所述的布置，其中所述至少一个光接收/发射元件被配置为以比具有第二偏振的光更低的损耗来接收/发射具有第一偏振的光，并且所述至少一个光波导被配置为选择在第一端耦合到所述至少一个光波导中的光的偏振中的第一偏振，使得在所述光波导的第二端耦合出来的光具有所述第一偏振，且/或选择在第二端耦合到所述至少一个光波导中的光的偏振中的第二偏振，使得在所述至少一个光波导的第一端耦合出来的光具有不同于第一偏振的第二偏振。3.如权利要求2所述的布置，其中所述至少一个光波导的横截面沿着所述至少一个光波导的纵向方向改变，使得选择在第一端耦合到所述至少一个光波导中的光的偏振中的第一偏振，使得在所述至少一个光波导的第二端耦合出来的光具有第一偏振，且/或选择在第二端耦合到所述至少一个光波导中的光的偏振中的第二偏振，使得在所述至少一个光波导的第一端耦合出来的光具有第二偏振。4.如权利要求3所述的布置，其中所述插入器包括一个或多个通道，所述通道沿着所述至少一个光波导的纵向方向，与所述至少一个光波导的核心部分相邻，布置在所述至少一个光波导的包层中。5.如权利要求1至4中任一项所述的布置，其包括：光学透镜；其中所述至少一个光波导的第二端被配置为从所述至少一个光纤来光学耦合所述至少一个光波导，并在所述至少一个光波导的端面处将光朝向衬底反射到所述插入器的光学路径，并且所述光学透镜在光的光学路径中布置在所述插入器的材料内。6.如权利要求1至5中任一项所述的布置，其中所述至少一个光电子器件被配置为光子集成电路，并且所述至少一个光接收/发射元件被配置为光栅耦合器。7.如权利要求1至6中任一项所述的布置，其中所述至少一个光波导的第二端被切割成角度，以将所述至少一个光波导中的光经由所述光学路径来反射到所述至少一个光接收/发射元件。8.如权利要求1至7中任一项所述的布置，其中所述衬底包括所述至少一个光接收/发射元件中的第一个光接收/发射元件，所述第一个光接收/发射元件被配置为以比具有第二偏振的光更低的损耗来接收/发射具有第一偏振的光，并且所述衬底包括所述至少一个光接收/发射元件中的第二个光接收/发射元件，所述第二个光接收/发射元件被配置为以比具有第一偏振的光更低的损耗来接收/发射具有第二偏振的光。9.如权利要求8所述的布置，其中所述至少一个光波导包括第一部分、第二部分、第三部分和第三端(113)，并且所述至少一个光波导包括分离节点，在所述分离节点处，所述第一部分被分离成所述第二和第三部分，其中所述至少一个光波导的第一部分在所述插入器内从所述至少一个光波导的第一端延伸到所述分离节点；其中所述至少一个光波导的第二部分在所述插入器内从所述分离节点延伸到所述至少一个波导的第二端；其中所述至少一个光波导的第三部分在所述插入器内从所述分离节点延伸到所述至少一个光波导的第三端；其中所述至少一个光波导的第二端被配置为光学地耦合所述至少一个光波导的第二部分，并且所述至少一个光波导的第三端被配置为光学地耦合到所述至少一个光波导的第三部分。10.如权利要求9所述的布置，其中所述插入器和所述衬底被布置成在所述至少一个光波导的第二端处将所述至少一个光波导的第二部分光学地耦合到所述第一光接收/发射元件；并且其中所述插入器和所述衬底被布置成使得在所述至少一个光波导的第三端处将所述至少一个光波导的第三部分光学耦合到所述第二光接收/发射元件中。11.如权利要求8至10中任一项所述的布置，其中所述至少一个光学通道包括第一路径、第二路径、第三路径和第三端；其中所述至少一个光学通道包括合并节点，在所述合并节点处，所述第一和第三路径合并到所述第二路径；其中所述至少一个光学通道的第一路径从所述至少一个光学通道的第一端延伸到所述至少一个光学通道的合并节点，其中所述至少一个光学通道的第一端连接到所述第一光接收/发射元件；其中所述至少一个光学通道的第二路径从所述合并节点延伸到所述至少一个光学通道的第二端；其中所述至少一个光学通道的第三路径从所述至少一个光学通道的第三端延伸到所述至少一个光学通道的合并节点，其中所述至少一个光学通道的第三端连接到所述第二光接收/发射元件。12.如权利要求8至11中任一项所述的布置，其中所述第一和第二光接收/发射元件分别配置为光栅耦合器；并且其中所述第一和第二光接收/发射元件设置在所述衬底的表面上并相对于彼此以90°转向。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德列·科比亚科夫，埃里克·斯蒂芬·登·哈弗，
申请(专利权)人：康宁光电通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US