一种用于硅光耦合的平面光波导-光纤阵列装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于硅光耦合的平面光波导

A planar optical waveguide fiber array device for silicon optical coupling

【技术实现步骤摘要】
一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置


[0001]本专利技术涉及半导体硅光芯片
，尤其是涉及一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置。

技术介绍

[0002]随着全球信息化进程的不断加速，云计算、移动互联网、数据中心等在大力建设，数据化时代的来临使得全球市场对带宽和宽带网络具有迫切需求。硅基光子集成芯片以其低成本、大带宽、高速以及大容量的优势，在集成光通信系统中起着重要作用。然而硅基光子集成芯片的模斑尺寸较小，与单模光纤耦合面临着耦合插损大、对准精度要求高等问题，是限制硅光产业化发展的主要瓶颈之一。为了实现硅基芯片与光纤间光信号的高性能传输，需要利用耦合器件以搭建起光信号在两种介质中的传输桥梁。
[0003]而传统的光纤直接耦合方式，硅基光子集成芯片的波导阵列最小间距127μm，难以充分利用硅波导的高密度集成特性。为了解决问题，将平面光波导芯片与硅光芯片进行耦合封装，使系统的尺寸和成本基本保持不变。二氧化硅平面光波导器件以低损耗、高工艺容差，以及与CMOS工艺兼容和与单模光纤模场匹配良好等优点，在光通信系统、光互连网络以及微波光子信号处理系统等方面得到了广泛的应用。目前，现有的技术采用模斑转换芯片是一种可行的方案。模斑转换芯片是一种模斑过渡技术，可以将较小模斑尺寸的硅波导与较大模斑尺寸的单模光纤进行过渡连接，以实现减少耦合损耗的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置，包括光纤阵列、平面光波导芯片和硅光芯片，所述平面光波导芯片包括基底、波导层和包覆层，所述波导层内设有多个光波导，在平面光波导芯片的两端所述光波导分别记为第一波导阵列和第二波导阵列，平面光波导芯片的第一端与光纤阵列具有互补形状，光纤阵列中的光纤与第一波导阵列光耦合对准，平面光波导芯片的第二端与硅光芯片具有互补形状，硅光芯片中的波导与第二波导阵列平面倏逝波耦合对准。
[0007]优选的，在所述平面光波导芯片的第一端，波导层和包覆层对齐，基底上设有导向结构以及耦合对准结构，所述光纤阵列包括光纤固定结构和多根光纤，所述多根光纤由光纤固定结构固定，光纤固定结构与导向结构相配合，光纤与耦合对准结构相配合。
[0008]优选的，所述光纤固定结构包括光纤底座和光纤压板，所述光纤底座上设有多个对准槽，所述光纤压板上设有多个压紧槽，所述对准槽和压紧槽相互对应，光纤固定在对准槽和压紧槽之间，所述导向结构为设置在基底末端的卡槽，光纤底座与卡槽适配并置于卡槽中。
[0009]优选的，所述光纤底座的两侧设有第一固定孔，用于将光纤底座与平面光波导芯片固定在一起。
[0010]优选的，所述第一固定孔用于填入光路胶水以固定光纤底座和平面光波导芯片。
[0011]优选的，所述耦合对准结构设置在所述导向结构与波导层的端面之间，包括设置在基底上的波导对准槽和阵列耦合槽，波导对准槽的数量和位置与第一波导阵列相配合，光纤压入波导对准槽后伸入阵列耦合槽，光纤的纤芯与第一波导阵列中的光波导对准并耦合封装。
[0012]优选的，在所述平面光波导芯片的第二端，波导层中的第二波导阵列裸露，基底、波导层和包覆层形成第一引导结构，所述硅光芯片包括芯片基底、芯片波导层和芯片包覆层，所述芯片波导层内设有多个光波导，芯片波导层中的光波导组成第三波导阵列，芯片波导层中的第三波导阵列裸露，芯片基底、芯片波导层和芯片包覆层形成第二引导结构，第一引导结构和第二引导结构相互配合。
[0013]优选的，基底、波导层和包覆层形成阶梯状结构，所述芯片波导层与芯片基底对齐并与芯片包覆层形成阶梯状结构，芯片波导层与波导层相配合，第二波导阵列和第三波导阵列相贴装并实现平面倏逝波耦合。
[0014]优选的，所述基底和波导层的两侧设有第二固定孔，用于将硅光芯片与平面光波导芯片固定在一起。
[0015]优选的，所述第二固定孔用于填入光路胶水以固定硅光芯片和平面光波导芯片。
[0016]优选的，所述硅光芯片采用半导体SiO2、SiN、SiON半导体化合物材料等制成。
[0017]优选的，所述平面光波导芯片采用半导体材料或者聚合物材料等制成。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019](1)耦合容差大：平面光波导芯片与硅光芯片的耦合方式为平面倏逝波耦合，只需将平面光波导芯片与硅光芯片的包覆层进行刻蚀，令硅光芯片上的波导结构能与平面光波导芯片产生倏逝波耦合进行光信号的传输即可，此种方式比断面耦合方式以及光栅耦合方式操作简便，不需要精确控制角度与断面对准。
[0020](2)易于封装：平面光波导芯片由窄距离间隔的输入波导转移为宽距离的输出波导，两端分别耦合光纤阵列和硅光芯片，能够将硅光芯片的光信号通过光纤进行通信传输，从而可以实现硅光芯片与光纤阵列实现模斑匹配的光信号传输。
[0021](3)稳定性好：硅光芯片与平面光波导芯片的耦合方式为倏逝波耦合，操作简单，仅需要将平面光波导芯片直接贴紧在硅光芯片的波导表面即可，接触面积大，而不增加整体系统的尺寸，性能可靠稳定，更能实现硅光技术产业化发展。
附图说明
[0022]图1为光纤阵列
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平面光波导
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硅光芯片耦合结构的结构示意图；
[0023]图2为平面光波导芯片的结构示意图；
[0024]图3为平面光波导芯片第一端的结构示意图；
[0025]图4为光纤阵列的结构示意图；
[0026]图5为光纤阵列与平面光波导芯片的耦合示意图；
[0027]图6为平面光波导芯片第二端的结构示意图；
[0028]图7为硅光芯片的结构示意图；
[0029]图8为光纤阵列
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平面光波导
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硅光芯片耦合结构的侧视图；
[0030]图9为硅光芯片与平面光波导芯片的平面倏逝波耦合光场分配图；
[0031]图10硅光芯片与平面光波导芯片的平面倏逝波耦合仿真结果；
[0032]附图标记：100、平面光波导芯片，200、光纤阵列，300、硅光芯片；
[0033]1A、基底，1B、波导层，1C、包覆层，101、导向结构，102A～D、波导对准槽，103、阵列耦合槽，104A～D、第一波导阵列，105A～D、第二波导阵列，106、第二固定孔；
[0034]201、光纤压板，202、光纤底座，203A～D、光纤，204A～D、压紧槽，205A～D、对准槽，206、第一固定孔；
[0035]3A、芯片基底，3B、芯片波导层，3C、芯片包覆层，301A～D、第三波导阵列。
具体实施方式
[0036]下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置，其特征在于，包括光纤阵列、平面光波导芯片和硅光芯片，所述平面光波导芯片包括基底、波导层和包覆层，所述波导层内设有多个光波导，在平面光波导芯片的两端所述光波导分别记为第一波导阵列和第二波导阵列，平面光波导芯片的第一端与光纤阵列具有互补形状，光纤阵列中的光纤与第一波导阵列光耦合对准，平面光波导芯片的第二端与硅光芯片具有互补形状，硅光芯片中的波导与第二波导阵列平面倏逝波耦合对准。2.根据权利要求1所述的一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置，其特征在于，在所述平面光波导芯片的第一端，波导层和包覆层对齐，基底上设有导向结构以及耦合对准结构，所述光纤阵列包括光纤固定结构和多根光纤，所述多根光纤由光纤固定结构固定，光纤固定结构与导向结构相配合，光纤与耦合对准结构相配合。3.根据权利要求2所述的一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置，其特征在于，所述光纤固定结构包括光纤底座和光纤压板，所述光纤底座上设有多个对准槽，所述光纤压板上设有多个压紧槽，所述对准槽和压紧槽相互对应，光纤固定在对准槽和压紧槽之间，所述导向结构为设置在基底末端的卡槽，光纤底座与卡槽适配并置于卡槽中。4.根据权利要求3所述的一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置，其特征在于，所述光纤底座的两侧设有第一固定孔，用于将光纤底座与平面光波导芯片固定在一起。5.根据权利要求4所述的一种用于硅光耦合的平面光波导
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光纤阵列装置，其特征在于，所述第一固定孔用于填入光路胶水以固定光纤底座和...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯吉军，陈剑，刘海鹏，任文波，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：