一种用于将来自平面光波导输出的光非互易地耦合到光纤的光学组件，包括：配置为支撑该光学组件的载体；固定到该光学组件上的光纤；由两个焦点组成的聚焦光学系统，其中一个焦点与光纤的输入重合；用于在两个焦点之间单向传输光的光隔离器；以及由载体提供的用于使光学组件与平面光波导输出对准的输入边界。具体地，该光学组件可操作地配置成为从平面光波导输出向光纤传播的光提供低传输损耗。导输出向光纤传播的光提供低传输损耗。导输出向光纤传播的光提供低传输损耗。
【技术实现步骤摘要】
用于光的非互易耦合的光学组件及其组装工艺
[0001]本专利技术总体上涉及光通信系统的光收发器，具体涉及一种用于将来自平面光波导输出的光非互易地耦合到光纤的光学组件及其组装工艺。
技术介绍
[0002]在信息时代，毫无疑问，网络流量通过现代通信系统呈指数增长。光纤通信在高性能和大容量电信系统的开发中起着至关重要的作用。尤其是，光纤传输在电信和数据通信中的许多高级应用的开发中起着重要作用。而且，在云计算中，由于无线网络和数据中心设备被用来应对数据通信的爆炸性需求，因此其转至更高的数据速率、密度和能效。作为通信基础架构的一部分，物理层中的光收发器在实现目标系统性能方面起着至关重要的作用。就像在用于微电子的电子封装技术中一样，在过去十年中，用于光收发器的光子集成电路(PIC)封装的尺寸不断缩小、功能和器件种类不断增加、每个带宽的功耗不断降低,而数据速率则不断提高。关键之一是在收发器中采用了硅光子(SiP)技术。硅光子是PIC家族中的高密度成员，其允许与电子进行大规模的光子集成。预计光子封装中硅光子(SiP)的逐步扩展将在未来几十年内为通信行业效能的提升提供支持。
[0003]光收发器中的硅光子(SiP)有两个主要功能。功能之一是将电气数据转换为光信号(发送器或Tx)，反之亦然(接收器或Rx)。尤其是硅的物理特性，使其成为非常有效的可通过晶圆制造来大规模地集成各种器件的平台，这些器件包括分光器、调制器、光电二极管、移相器、波长复用器/解复用器以及边缘耦合器(一种模尺寸转换器)。迄今为止，除激光光源外，所有Tx和Rx功能都可以建立在前所未有的小尺寸硅光子(SiP)芯片上。这使其成为高密度光子封装的不可替代的选择。
[0004]尽管可利用SiP获益，但是离开SiP Tx之后的载光信号必须耦合到光纤中，以便在通信系统中传输有意义的距离。然而与其它功能相比，SiP到光纤的输入和输出接口工程仍处于工业应用的早期阶段。在任何光学系统中，要在一定范围内传输光功率以确保可以在接收器处正确地检测到信号。通常，需要光纤对接耦合或光耦合，以通过SiP的两个常用输入/输出(IO)耦合端口(即光栅耦合器和边缘耦合器)当中的一个来获得从SiP到系统的足够光功率。已知光栅耦合器效率强烈依赖于波长和偏振。其对于优化耦合效率和宽带性能并不重要的学术和产品应用而言是一个不错的选择。而边缘耦合器可在较宽的波长范围内保持稳定，并且对于传统的单模光纤通常具有更高的耦合效率，这使其成为许多产品应用的首选。因此，在接下来的段落中，讨论将仅着重于边缘耦合器。
[0005]除了耦合效率之外，边缘耦合器还呈现另一优势，即较低的光学背向反射，这对于SiP信号质量至关重要。由于激光的相干性质，Tx信号对沿传输路径的光学背向反射较敏感。来自SiP和光纤耦合或远离收发器的反射点的反射都可能导致强度噪声、波长偏移或跳模的增加，从而导致收发器功能失效。
[0006]在硅光子(SiP)中，采用兼容CMOS的微电子晶圆制造工艺，通过硅波导制造来连接不同的光学功能器件。硅波导中传输的光被限制在波导核心内，波导核心的尺寸通常为几
百纳米并且被二氧化硅包围。这种埋入式波导结构产生光强分布，称为模尺寸，其直径也为几百纳米。通常，在光点适于与微光学器件接合或与光纤直接对接耦合前，采用片上光点尺寸转换来通过边缘耦合器将光点的尺寸逐渐扩大到几微米。另一方面，光通信中最常用的光纤是阶跃折射率单模光纤(例如，SMF28)，其针对O波段和C波段通信波长的模尺寸的直径分别为9微米和10微米。迄今为止，可用于与光纤直接对接耦合的边缘耦合器仍然是学术和工业界的新兴发展领域，因为其将实现具有高商业价值的高度集成的原位解决方案。
[0007]图1是根据一现有技术的典型的SiP模尺寸转换器。该转换器通过使用倒锥形波导结构扩大光强分布；当光沿着该结构传播时，该结构允许模尺寸的绝热变化。然而，由于扩大的光点尺寸不能很好地与光纤尺寸相匹配，因此还未完全实现低耦合损耗的与SMF28光纤的直接对接耦合。比现有技术更复杂的结构，即异质材料光波导材料(例如，Si3N4)覆盖在硅波导上或悬浮型模转换结构可以进一步提高耦合效率，代价是更多的晶圆制造过程。硅光子铸造厂IEMC的最新报告在ECCO2019中宣布，其基于混合Si/SiN光子平台的边缘耦合器对于SMF28光纤的对接耦合效率达到
‑
1.5dB/光纤。
[0008]除了对接耦合以外，还可以通过自由空间光学器件(诸如，使用微透镜)将几微米的SiP边缘耦合器模尺寸放大至十纳米，以与光纤相匹配。图2是根据另一现有技术的具有第一端和第二端的模尺寸转换器。具体地，通过光学放大进行的模转换和选择自由空间光学器件可灵活地适应SiP模尺寸，以使其与光纤完全匹配。与使用SiP的光纤对接耦合相比，用于耦合的微光学器件的另一优势在于，其允许在SiP与光纤之间使用光隔离器，以防止向后传播的光进入边缘耦合器。
[0009]有鉴于此，本专利技术旨在提供一种用于将来自平面光波导输出的光非互易地耦合到光纤的光学组件，其克服了传统光学组件的上述缺点。尤其是，该光学组件设计具有鲁棒性，所采用的光学部件成本低廉。而且，该光学组件为从PIC(更具体地是SiP)向光纤传播的光提供了低传输损耗，并防止了光在反方向上的传播。
技术实现思路
[0010]本公开的实施例涉及一种用于将来自平面光波导的光非互易地耦合到光纤的光学组件。具体地，该光学组件包括可操作地配置为收集光并将其聚焦到光纤的聚焦光学系统、固定到光学组件上的光纤、可操作地配置为提供光的单向传输的光隔离器，以及配置为支撑光学组件的载体。聚焦光学系统的输入焦点与光学组件的输入边界对准。具体地，光学组件可操作地配置成为从平面光波导输出向光纤传播的光提供低传输损耗。
[0011]根据本专利技术一实施例，平面光波导输出是硅光子(SiP)和光子集成电路(PIC)输出中的任何一种。
[0012]根据本专利技术一实施例，聚焦光学系统还包括第一聚焦透镜和第二聚焦透镜。
[0013]根据本专利技术一实施例，第一聚焦透镜和第二聚焦透镜形成光学耦合组件。具体地，光学聚焦组件可操作地配置为收集光并将其聚焦到光纤上。根据本专利技术一实施例，输入边界还配置为使得输入焦点与光学组件边界对准。
[0014]根据本专利技术一实施例，两个焦点当中的一个与光输入重合。根据本专利技术一实施例，光隔离器是自由空间光隔离器。根据本专利技术一实施例，光隔离器被定位在聚焦系统的两个焦点之间，用于提供光的非互易单向传输。
[0015]根据本专利技术一实施例，第二聚焦透镜是透镜光纤、C透镜和GRIN透镜中的任何一种。
[0016]根据本专利技术一实施例，第二聚焦透镜配置为光纤输入。根据本专利技术一实施例，光学组件还包括具有光输入平面和中空管的光透射窗口。
[0017]根据本专利技术一实施例，选自聚焦光学系统的第一聚焦透镜和第二聚焦透镜的任何聚焦元件都配置有光透射窗口。
[0018]根据本专利技术一实施例，载体为选自中空管、U形、L形和类似形状载体的任何本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于将来自平面光波导输出的光非互易地耦合到光纤的光学组件，所述光学组件包括：载体，其配置为支撑所述光学组件；所述光纤，其固定到所述光学组件上；聚焦光学系统，其由两个焦点组成，其中一个焦点可操作地与所述光纤重合；光隔离器，其可操作地配置为在所述两个焦点之间单向地传输光；和输入边界，其由所述载体提供，用于使所述光学组件与所述平面光波导输出对准；其中，所述光学组件可操作地配置成为从所述平面光波导输出向所述光纤传播的所述光提供低传输损耗。2.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述平面光波导输出是硅光子电路输出和光子集成电路输出中的任何一种。3.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述聚焦光学系统包括至少一个聚焦元件。4.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述输入边界还配置为使得输入焦点与光学组件边界对准。5.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述两个焦点当中的一个与所述光纤重合。6.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述光隔离器是自由空间光隔离器。7.根据权利要求6所述的光学组件，其中，所述光隔离器被定位在所述两个焦点之间，沿一个方向传输光，并且基于磁光效应操作。8.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述聚焦光学系统包括C透镜、GRIN透镜或透镜光纤。9.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述光学组件还包括具有光输入平面和中空管的光透射窗口。10.根据权利要求3所述的光学组件，其中，所述聚焦光学系统的所述至少一个聚焦元件配置有光透射窗口。11.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述载体为选自中空管、U形、L形和类似形状载体的任何形状。12.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述聚焦光学系统放大所述平面光波导输出的模尺寸，以优化与所述光纤的耦合效率。13....
【专利技术属性】
技术研发人员：麦永强，洪伟，
申请(专利权)人：东莞云晖光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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