多模波导90 °转向阵列芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种多模波导90°转向阵列芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底、波导和包层，包层将波导包裹在衬底上，所述波导平行设置且波导之间间隔相等，且波导的一侧端面为全反射面。所述波导的条数和波导间距可以根据具体情况做调整。没有引入透镜，光程很短，更利于光集成。直接耦合，减少了Lens array的加入和贴装工序，耦合精度更高，光路整体稳定性更好。波导阵列的加工技术比较成熟，成本低廉。不需要昂贵的透镜设计和开模费用，前期研发投入少。光波导阵列使用的全是石英玻璃材质，不存在高温下的老化问题，高低温条件的可靠性会更好。

【技术实现步骤摘要】
多模波导90°转向阵列芯片。
本专利技术属于光纤通信领域，具体涉及一种多模波导90°转向阵列芯片。
技术介绍
在有源光缆中主要采用一体成型的包含阵列透镜和45°反射面的Lensarray来实现光路的90°转换。而这种Lensarray方案在光路和结构方面存在一些问题：第一，光程较长，目前阵列透镜/45°反射面结构设计都是将芯片（VCSEL与Driver、PIN与TIA）覆盖其下，因顾虑到高速的特性，因此VCSEL与Driver、PIN与TIA都必须靠的很近，之间用打线机（wirebonder）以金线连接，金线一般都会有大于100μm的线弧高度，使得透镜与发/收光面间便已存在至少100μm的距离，加上45°反射面部分的光程、与光纤连接机构部分所产生的光程，光必须经过400μm的路径（由VCSEL进入光纤或由光纤到PIN），在此情况下，在封装时或封装后有小的偏差，就会产生大的偏移量；第二，由于阵列透镜/45°反射面是使用注塑成型的方式制作，在阵列透镜/45°反射面周围必须有厚实的结构支撑，以防止脱模时变形，所以目前的阵列透镜/45°反射面都有很厚的外壁，使其体积过大；第三，子部件较多，设计复杂；第四，Lensarray的开模精度要求很高，需要达到um级别，这导致开模成本高，价格昂贵；第五，Lensarray中的塑料件，会在激光器的作用下发生光学老化，难以应用在对环境要求温度较高的场景中，如-40~+85℃。Lensarray方案中存在的这些问题阻碍了有源光缆向小型化、集成化、低成本、高可靠性等方面发展。
技术实现思路
针对上述现有技术中描述的不足，本专利技术的目的是提供一种光程短、耦合精度高、光路稳定性好、成本低廉和高低温可靠性好的新型多模波导90°转向阵列芯片。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种多模波导90°转向阵列芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底、波导和包层，包层将波导包裹在衬底上，所述波导平行设置且波导之间间隔相等，且波导的一侧端面为全反射面。所述波导的条数和波导间距可以根据具体情况做调整。所述芯片本体与波导的全反射面相对的一侧端面为磨抛面。所述磨抛面的磨抛角度为8°。所述衬底的材料为纯石英玻璃；所述波导的材料为掺Ge的二氧化硅；所述包层的材料为掺B、P的二氧化硅。波导的截面可根据具体情况进行调整。包层厚度为15μm，上下范围可调整。所述波导为方形波导。所述全反射面的倾斜角为θ，所述倾斜角θ的计算公式如下：，其中，n为波导的折射率。所述全反射面的倾斜角度为42°。本专利技术与传统的Lensarray方案相比，具有以下有益效果：1）没有引入透镜，光程很短，更利于光集成。直接耦合，减少了Lensarray的加入和贴装工序，耦合精度更高，光路整体稳定性更好。2）波导阵列的加工技术比较成熟，成本低廉。不需要昂贵的透镜设计和开模费用，前期研发投入少。3）光波导阵列使用的全是石英玻璃材质，不存在高温下的老化问题，高低温条件的可靠性会更好。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术波导的全反射面4光路传输示意图。图3是本专利技术的截面结构示意图。图4是本专利技术与miniFA+MT的装配图。图5是本专利技术作为光学引擎的原理图。具体实施方式如图1-3所示，一种多模波导90°转向阵列芯片，包括芯片本体5，所述芯片本体5包括衬底1、波导2和包层3，包层3将波导2包裹在衬底1上。所述衬底1的材料为纯石英玻璃。所述波导2的材料为掺Ge的二氧化硅。所述包层3的材料为掺B、P的二氧化硅。波导的截面可根据具体情况进行调整。包层3厚度为15μm，上下范围可调整。所述波导2平行设置且波导2之间间隔相等，所述波导的条数和波导间距可以根据具体情况做调整。且波导2的一侧端面为全反射面4。所述全反射面4的倾斜角为θ，所述倾斜角θ的计算公式如下：，其中，n为波导2的折射率。在本实施例中，所述全反射面4的倾斜角度为42°，所述波导2为方形波导。所述芯片本体与波导2的全反射面4相对的一侧端面为磨抛面。所述磨抛面的磨抛角度为8°。本专利技术的制作方法，步骤如下：步骤1，在石英衬底1上生长波导2，并进行刻蚀；步骤2，然后生长上包层3；步骤3，将加工后的石英晶圆切割成多个多模波导阵列芯片；步骤4，将上述多模波导阵列芯片一侧面根据具体情况进行任意角度磨抛，如8°角磨抛；另一侧端面进行全反射面磨抛。本专利技术采用全反射原理，通过将波导2的端面研磨成全反射面来实现的光的90°转向。其光路原理如下：由激光器发射的垂直方向的光信号先后经过包层和波导到达全反射面4，并在全反射面4发生全反射，转向90°后变成水平方向的光，在波导阵列中沿波导方向传输；同样的，平行方向的光信号通过多模波导阵列传输至全反射面，并在波导全反射面发生全反射。所述新型多模波导90°转向阵列芯片中的全反射面的角度根据全反射原理，定义波导的折射率为n，光由波导入射到空气恰能发生全反射时，入射临界角为C，则有公式sinC=1/n，如果想要在临界面处发生全反射，入射角必须大于等于临界角C，此时全反射面角度θ为90°－入射角角度。也就是说全反射面的角度应≤90°－C，才能保证光束通过全反射面时发生全反射，转向90°后变成垂直方向的光耦合进探测器。如图4所示，所述多模波导90°转向阵列芯片5的端面与miniFA通过紫外固化胶耦合在一起，所使用的miniFA与MT连接器6通过带状光纤7相连，形成了MiniFA-MT+波导90°转向阵列芯片的集成模式，实现高精度、高耦合效率、高集成度光路耦合输出，有效降低了系统插损。如图5所示，所述多模波导90°转向阵列芯片5与VCSEL/PIN阵列芯片8直接耦合。将MiniFA-MT+波导90°转向阵列芯片10、VCSEL/PIN阵列芯片8、驱动/接收芯片9等集成在PCB板12上，当高速信号通过驱动芯片9调制，VCSEL阵列芯片8将并行电信号转换成并行光信号，通过多模波导90°转向阵列芯片的直接耦合，并行光信号进入多模波导90°转向阵列芯片后经过全反射面3的反射，实现光的90°转向后，并行光信号沿波导阵列输出到标准的MT接口，通过光纤11与外界相连；同理，外界的并行光信号通过光纤11传输到MT接口，再由MT接口传输到多模波导90°转向阵列芯片，经过全反射面4的反射，实现光的90°转向后，与PIN阵列芯片8直接耦合，产生的并行电信号通过接收芯片9放大传出。上述仅本专利技术较佳可行的实施例而已，非因此局限本专利技术保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：包括芯片本体（5），所述芯片本体（5）包括衬底（1）、波导（2）和包层（3），包层（3）将波导（2）包裹在衬底（1）上，所述波导（2）平行设置且波导（2）之间间隔相等，且波导（2）的一侧端面为全反射面（4）。

【技术特征摘要】
1.一种多模波导90°转向阵列芯片，其特征在于：包括芯片本体（5），所述芯片本体（5）包括衬底（1）、波导（2）和包层（3），包层（3）将波导（2）包裹在衬底（1）上，所述波导（2）平行设置且波导（2）之间间隔相等，且波导（2）的一侧端面为全反射面（4）。2.根据权利要求1所述的多模波导90°转向阵列芯片，其特征在于：所述芯片本体与波导（2）的全反射面（4）相对的一侧端面为磨抛面。3.根据权利要求2所述的多模波导90°转向阵列芯片，其特征在于：所述磨抛面的磨抛角度为8°。4.根据权利要求1所述的多模...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小杰，孙静雯，刘耀，张家顺，安俊明，钟飞，常夏森，
申请(专利权)人：河南仕佳光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41