光纤与波导芯片的端面耦合装置制造方法及图纸

一种光纤与波导芯片的端面耦合装置，包括：楔角反射棱镜，所述楔角反射棱镜的侧面的至少一部分与所述波导芯片的光收发端面光耦合；反射棱镜，所述反射棱镜的侧面与所述光纤的光收发端面光耦合；所述楔角反射棱镜以及所述反射棱镜中的一个的正面具有第一球透镜阵列结构，从所述波导芯片发射或接收的光线经由所述第一球透镜阵列结构耦合输出，从所述第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述反射棱镜的侧面耦合至所述光纤。本发明专利技术可以实现小模斑尺寸的波导芯片与大模斑尺寸的光纤之间的端面耦合，并且有效地扩大耦合容差，提高耦合效率。

【技术实现步骤摘要】
光纤与波导芯片的端面耦合装置
本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种光纤与波导芯片的端面耦合装置。
技术介绍
光纤与硅光子芯片的耦合问题是硅光子产品研发过程中必须解决的问题，尤其随着阵列化技术的发展，硅光芯片中的端面耦合波导的阵列化封装技术一直是硅光芯片商用化的核心技术难点，硅波导的模斑尺寸的直径约为0.5μm，而与之耦合的单模光纤模斑尺寸约为10μm，巨大的模式失配造成了很大的端面耦合损耗。对于端面耦合波导阵列来说，常规的阵列光纤间距通常具备一定的通道不均匀性，加上端面耦合较差的对准容差，工艺上很难实现较高的耦合效率和均匀性。在现有技术中，为了实现小模斑尺寸的波导芯片与大模斑尺寸的光纤之间的端面耦合，均需要特殊工艺制备，工艺难度较大，且耦合效果不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种光纤与波导芯片的端面耦合装置，可以实现小模斑尺寸的波导芯片与大模斑尺寸的光纤之间的端面耦合，并且有效地扩大耦合容差，提高耦合效率。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种光纤与波导芯片的端面耦合装置，包括：楔角反射棱镜，所述楔角反射棱镜的侧面的至少一部分与所述波导芯片的光收发端面光耦合；反射棱镜，所述反射棱镜的侧面与所述光纤的光收发端面光耦合；所述楔角反射棱镜以及所述反射棱镜中的一个的正面具有第一球透镜阵列结构，从所述波导芯片发射或接收的光线经由所述第一球透镜阵列结构耦合输出，从所述第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述反射棱镜的侧面耦合至所述光纤。可选的，所述光纤与所述波导芯片并排放置；所述楔角反射棱镜的背面具有第一光反射面，以使得从所述波导芯片接收的光线经由所述第一光反射面反射后自所述第一球透镜阵列结构输出；所述反射棱镜的背面具有第二光反射面，以使得从第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述第二光反射面反射后自所述反射棱镜的侧面输出至所述光纤。可选的，所述第一光反射面的延长面与所述第二光反射面的延长面的夹角为直角。可选的，所述波导芯片采用波导阵列收发多束光线，所述光纤采用光纤阵列收发多束光线；其中，所述波导阵列的波导数量与所述光纤阵列的光纤数量相等。可选的，所述的光纤与波导芯片的端面耦合装置还包括：第二球透镜阵列结构，所述第二球透镜阵列结构的正面具有第二球透镜阵列，且所述第二球透镜阵列的凸起面与所述第一球透镜阵列的凸起面光耦合，所述第二球透镜阵列结构的背面与所述楔角反射棱镜以及所述反射棱镜中的另一个的正面光耦合，以使得光线经过所述第一球透镜阵列结构以及所述第二球透镜阵列结构后输出至所述反射棱镜。可选的，所述第一球透镜阵列与第二球透镜阵列的阵列周期相等，所述第一球透镜阵列的凸起面与所述第二球透镜阵列的凸起面面对面堆叠，且第一球透镜阵列的至少一部分球透镜与所述第二球透镜阵列的至少一部分球透镜一一对应。可选的，所述反射棱镜的背面具有第二光反射面，所述第二球透镜阵列结构的正面的光线射入中心点至所述第二光反射面的光线反射中心点之间的距离记为聚焦距离，所述第二球透镜阵列具有透镜焦距；所述聚焦距离根据在所述光纤端面上收发光线的模斑与在所述波导芯片端面上收发光线的模斑之间的尺寸比值确定；其中，所述尺寸比值越大，所述聚焦距离与所述透镜焦距之间的差值的绝对值越大。可选的，所述第二球透镜阵列的凸起面与所述第一球透镜阵列的凸起面胶合。可选的，所述的光纤与波导芯片的端面耦合装置还包括：光隔离器，所述光隔离器的第一侧面与所述反射棱镜的侧面光耦合，所述光隔离器的第二侧面与所述光纤的光收发端面光耦合，以使得自所述反射棱镜的侧面输入的光线经过所述光隔离器后输出至所述光纤的光收发端面。可选的，所述第一球透镜阵列结构邻近所述波导芯片的一侧呈台阶状，且所述台阶的内表面分别与所述波导芯片的顶部表面和侧面胶合；和/或，所述反射棱镜的侧面与所述光纤的光收发端面胶合。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，通过设置楔角反射棱镜、第一球透镜阵列结构以及反射棱镜，可以将从所述波导芯片发射或接收的光线经由所述第一球透镜阵列结构耦合输出，从所述第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述反射棱镜的侧面耦合至所述光纤，可以利用在光束传播过程中光发散性能，实现模斑扩束，从而实现小模斑尺寸的波导芯片与大模斑尺寸的光纤之间的端面耦合；进一步地，可以利用第一球透镜阵列结构对光束进行准直或聚焦，由于扩散的光束难以被光纤接收导致耦合差错，采用本专利技术实施例的方案，可以有效地扩大耦合容差，提高耦合效率。进一步地，通过设置第一光反射面以及第二光反射面，可以将波导芯片发出的光经过两次反射输出至所述光纤，从而实现将所述光纤与所述波导芯片并排放置，使整个端面耦合装置更加紧凑。进一步，通过设置所述第一光反射面的延长面与所述第二光反射面的延长面的夹角为直角，可以实现所述光纤与所述波导芯片并排放置的情况下的光线收发。进一步，设置所述波导芯片采用波导阵列收发多束光线，所述光纤采用光纤阵列收发多束光线，可以利用多次反射，实现基于波导阵列以及光纤阵列的多束光线收发，且使得整个端面耦合装置更加紧凑。进一步，设置第二球透镜阵列结构，可以对第一球透镜阵列结构聚焦过的光线进行第二次聚焦，从而分担第一球透镜阵列结构的聚焦压力，例如可以采用第一球透镜阵列结构进行光线准直，采用第二球透镜阵列结构进行光线聚焦，并且通过多次聚焦提高聚焦效果的可控性。进一步，所述聚焦距离根据在所述光纤端面上收发光线的模斑与在所述波导芯片端面上收发光线的模斑之间的尺寸比值确定，其中，所述尺寸比值越大，所述聚焦距离与所述透镜焦距之间的差值越大，可以通过设置适当的聚焦距离，在光束传播过程中控制光线的发散程度，对模斑扩束的比例进行控制，从而提高小模斑尺寸的波导芯片与大模斑尺寸的光纤之间的端面耦合的精准性。附图说明图1是本专利技术实施例中第一种光纤与波导芯片的端面耦合装置的侧视图；图2是图1中沿切割线A1-A2的剖面图；图3是本专利技术实施例中第二种光纤与波导芯片的端面耦合装置的侧视图。具体实施方式如前所述，对于端面耦合波导阵列来说，常规的阵列光纤间距通常具备一定的通道不均匀性，加上端面耦合较差的对准容差，工艺上很难实现较高的耦合效率和均匀性。在现有技术中，为了实现小模斑尺寸的波导芯片与大模斑尺寸的光纤之间的端面耦合，均需要特殊工艺制备，工艺难度较大，且耦合效果不佳。本专利技术的专利技术人经过研究发现，在现有技术中，一般通过InverseTaper的结构可以把硅光波导的模斑尺寸扩展到3um左右，然后通过透镜耦合；或者通过悬臂梁结构将模斑进一步扩大到10um附近，通过片上V型槽结构可以解决通道均匀性的问题；然而上述技术方案均需要特殊工艺制备，工艺难度较大；悬臂梁结构还存在非气密封装和机械稳定性的问题，而通过透镜耦合的方案只能实现单通道的耦合。在本专利技术实施例中，通过设置楔角反射棱镜、第一球透镜阵列结构以及反射棱镜，可以将从所述波导芯片发射或接收的光线经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤与波导芯片的端面耦合装置，其特征在于，包括：/n楔角反射棱镜，所述楔角反射棱镜的侧面的至少一部分与所述波导芯片的光收发端面光耦合；/n反射棱镜，所述反射棱镜的侧面与所述光纤的光收发端面光耦合；/n所述楔角反射棱镜以及所述反射棱镜中的一个的正面具有第一球透镜阵列结构，从所述波导芯片发射或接收的光线经由所述第一球透镜阵列结构耦合输出，从所述第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述反射棱镜的侧面耦合至所述光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤与波导芯片的端面耦合装置，其特征在于，包括：
楔角反射棱镜，所述楔角反射棱镜的侧面的至少一部分与所述波导芯片的光收发端面光耦合；
反射棱镜，所述反射棱镜的侧面与所述光纤的光收发端面光耦合；
所述楔角反射棱镜以及所述反射棱镜中的一个的正面具有第一球透镜阵列结构，从所述波导芯片发射或接收的光线经由所述第一球透镜阵列结构耦合输出，从所述第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述反射棱镜的侧面耦合至所述光纤。


2.根据权利要求1所述的光纤与波导芯片的端面耦合装置，其特征在于，所述光纤与所述波导芯片并排放置；
所述楔角反射棱镜的背面具有第一光反射面，以使得从所述波导芯片接收的光线经由所述第一光反射面反射后自所述第一球透镜阵列结构输出；
所述反射棱镜的背面具有第二光反射面，以使得从第一球透镜阵列结构输入的光线经由所述第二光反射面反射后自所述反射棱镜的侧面输出至所述光纤。


3.根据权利要求2所述的光纤与波导芯片的端面耦合装置，其特征在于，所述第一光反射面的延长面与所述第二光反射面的延长面的夹角为直角。


4.根据权利要求2所述的光纤与波导芯片的端面耦合装置，其特征在于，所述波导芯片采用波导阵列收发多束光线，所述光纤采用光纤阵列收发多束光线；
其中，所述波导阵列的波导数量与所述光纤阵列的光纤数量相等。


5.根据权利要求1所述的光纤与波导芯片的端面耦合装置，其特征在于，还包括：
第二球透镜阵列结构，所述第二球透镜阵列结构的正面具有第二球透镜阵列，且所述第二球透镜阵列的凸起面与所述第一球透镜阵列的凸起面光耦合，所述第二球透镜阵列结构的背面与所述楔角反射棱镜以及所述反射棱镜中的另一个的正面光耦合，以使...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志朋，冯俊波，郭进，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50