一种铌酸锂薄膜光器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种铌酸锂薄膜光器件，其包括衬底和设置于衬底上的铌酸锂薄膜光器件模块。铌酸锂薄膜光器件模块包括VCSEL激光器芯片、转折透镜、和具有光波导及调制功能区域的铌酸锂薄膜芯片，其中，转折透镜用于改变所述激光信号的传输方向，并将其聚焦耦合至铌酸锂光波导上。借助转折透镜，可以高效地实现激光器与薄膜芯片的空间耦合，将VCSEL激光器芯片和铌酸锂薄膜芯片集成封装，减小光学系统的损耗和体积，提高系统的可靠性。同时，VCSEL激光器的波长稳定性好，阈值电流小，且可以实现激光器阵列生产，有利于实现更高的通道容量，更好地满足多路并行通信速率要求。更好地满足多路并行通信速率要求。更好地满足多路并行通信速率要求。

【技术实现步骤摘要】
一种铌酸锂薄膜光器件


[0001]本技术涉及光通信器件领域，特别涉及一种铌酸锂薄膜光器件。

技术介绍

[0002]铌酸锂是最广泛使用的光电材料之一，其具有出众的电光特性。上世纪60年代以来，随着集成光学和薄膜工业的不断发展和完善，铌酸锂薄膜在光学、声光器件等方面的应用引起了研究者们极大的兴趣。
[0003]由于在光学损耗、非线性性能、高速电光调制性能和压电性能等方面具有明显优势，基于铌酸锂制备的电光调制器成为现代光纤通信技术的支柱。在调制器制作过程中，需要将光纤中的光信号引入光波导，并将调制后的光信号从铌酸锂薄膜光波导引出到光纤中，该过程称为耦合工艺，其包括光栅耦合和端面耦合等两种耦合方式。由于通信光纤与铌酸锂薄膜光波导的模场直径失配严重，因此，在借助端面或光栅耦合技术实施耦合时，耦合损耗会远高于传统的铌酸锂体材料制成的光电调制器。同时，在传统方案中，铌酸锂调制器和激光器分别封装，激光器的输出和铌酸锂薄膜芯片的输入/输出均采用单模光纤，连接损耗和光学系统体积偏大，这些因素均制约了铌酸锂薄膜调制器的推广和应用。
[0004]在现有技术中，借助直线对准或耦合透镜实现分布式反馈激光器(DFB)与铌酸锂薄膜芯片之间的耦合，可以减小光学损耗和系统体积。例如，CN202120511006.0号专利公开了一种小型化的铌酸锂光器件，其中，DFB激光器与铌酸锂薄膜芯片直线对准或中间使用耦合透镜。但是，DFB激光器波长稳定系数较大(0.1nm/℃)，且DFB阵列芯片成品率过低，无法实现阵列产品批量生产。

技术实现思路

[0005]针对这一问题，本技术提出了一种基于VCSEL激光器实现的铌酸锂薄膜光器件，其借助特殊的转折透镜结构和耦合光路，允许不借助光纤，将VCSEL激光器芯片1与铌酸锂薄膜芯片集成封装，减小光学系统的损耗和体积，提高系统的可靠性。同时，VCSEL激光器的波长稳定性好，阈值电流小，且可以实现激光器阵列生产。与DFB方案相比，使用VCSEL激光器作为耦合光源，系统功耗更低、波长更稳定，而且阵列方案可以实现更高的通道容量，更好的满足多路并行通信速率要求。
[0006]本技术公开了一种铌酸锂薄膜光器件，其包括衬底和设置于衬底上的铌酸锂薄膜光器件模块；
[0007]其特征在于，所述铌酸锂薄膜光器件模块包括VCSEL激光器芯片、转折透镜和铌酸锂薄膜芯片；
[0008]所述VCSEL激光器芯片用于生成并输出激光信号；
[0009]所述转折透镜被设置用于改变所述激光信号的传输方向，并将其聚焦耦合至铌酸锂薄膜芯片中的铌酸锂光波导。
[0010]进一步地，所述衬底上设有台阶结构，以形成第一和第二区域，其中，第一区域低
于第二区域；并且，
[0011]所述铌酸锂薄膜芯片设于第二区域中；
[0012]所述VCSEL激光器芯片设于第一区域中；
[0013]所述转折透镜设于VCSEL激光器芯片的出光面上方。
[0014]进一步地，所述转折透镜具有球面镜、反射面和出射面，且被设置成：
[0015]所述球面镜接收所述激光信号并将其传输至反射面；
[0016]所述反射面将所述激光信号反射至出射面；
[0017]所述出射面允许所述激光信号输出至所述铌酸锂光波导。
[0018]优选地，所述转折透镜为五面体结构；以及/或者，所述球面镜上镀覆有增透膜；以及/或者，所述反射面上镀覆有增反膜；并且/或者，所述出射面上镀覆有增透膜。
[0019]优选地，在所述VCSEL激光器芯片的焊盘与衬底之间填充有导电胶，并且/或者，在所述VCSEL激光器芯片与衬底的固定点之间填充有UV胶。
[0020]可选地，所述衬底为硅基衬底。其中，优选为氮化铝衬底。
[0021]进一步地，铌酸锂薄膜光器件可以包括并行设置的多个铌酸锂薄膜光器件模块。
[0022]可选地，所述转折透镜被设置用于使激光信号的传输方向改变90度，其中，所述铌酸锂光波导的入射端面与VCSEL激光器芯片的出光面成90度角，所述转折透镜的反射面与VCSEL激光器芯片的出光面成45度角。
[0023]优选地，所述转折透镜被设置用于使激光信号的传输方向改变82度，其中，所述铌酸锂光波导的入射端面与VCSEL激光器芯片的出光面成84.8度角，所述转折透镜的反射面与VCSEL激光器芯片的出光面成41度角。
[0024]可选地，所述第一区域上还设有贴片标记；以及/或者，所述铌酸锂薄膜芯片为调制器芯片。
附图说明
[0025]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0026]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。
[0027]图1示出了根据本技术的铌酸锂薄膜光器件的一个示例；
[0028]图2示意性地示出了根据本技术的转折透镜；
[0029]图3示出了根据本技术的铌酸锂薄膜光器件的另一示例；
[0030]图4示出了根据本技术的转折透镜及耦合光路的一个示例；
[0031]图5示出了根据本技术的转折透镜及耦合光路的另一示例。
具体实施方式
[0032]在下文中，本技术的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本技术的精神给本技术所属领域的技术人员。因此，本技术不限于本文公开的实施例。
[0033]图1示出了根据本技术的铌酸锂薄膜光器件的一个示例。
[0034]如图1所示，铌酸锂薄膜光器件包括铌酸锂薄膜光器件模块，其设置于衬底9上。作为示例，铌酸锂薄膜光器件模块可以为光调制器模块。
[0035]在本技术中，铌酸锂薄膜光器件模块包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片1，用于生成并输出激光信号。
[0036]由于VCSEL激光器芯片1从垂直衬底的面发射激光，因此允许轻易地通过平面工艺实现大规模发光阵列，为低成本地实现更高的通道容量和更好地满足多路并行通信速率要求提供可能。并且，VCSEL激光器芯片1具有较小的束散角较小、近似于圆形的光斑、窄且圆的发射光束、更低的功耗和更稳定的波长，对于光学系统的要求低，有利于大规模制造。
[0037]如图1所示，衬底9的上方可以分为两个区域，第一区域(如图1的左侧)用于放置VCSEL激光器芯片1，第二区域(如图1的右侧)则用于放置铌酸锂薄膜芯片4。铌酸锂薄膜芯片4包含有铌酸锂光波导3和调制功能区域，其中，光波导3用于实现关于调制功能区域的光传输通道。
[0038]在图1的示例中，可以通过在衬底9的一侧(例如左侧)进行刻蚀，在衬底9的上方形成台阶，由此将衬底9的上方分为第一(其高度较低)和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂薄膜光器件，其包括衬底和设置于衬底上的铌酸锂薄膜光器件模块；其特征在于，所述铌酸锂薄膜光器件模块包括VCSEL激光器芯片、转折透镜和铌酸锂薄膜芯片；所述VCSEL激光器芯片用于生成并输出激光信号；所述转折透镜被设置用于改变所述激光信号的传输方向，并将其聚焦耦合至铌酸锂薄膜芯片中的铌酸锂光波导。2.如权利要求1所述的铌酸锂薄膜光器件，其特征在于，所述衬底上设有台阶结构，以形成第一和第二区域，其中，第一区域低于第二区域；并且，所述铌酸锂薄膜芯片设于第二区域中；所述VCSEL激光器芯片设于第一区域中；所述转折透镜设于VCSEL激光器芯片的出光面上方。3.如权利要求1所述的铌酸锂薄膜光器件，其特征在于，所述转折透镜具有球面镜、反射面和出射面，且被设置成：所述球面镜接收所述激光信号并将其传输至反射面；所述反射面将所述激光信号反射至出射面；所述出射面允许所述激光信号输出至所述铌酸锂光波导。4.如权利要求3所述的铌酸锂薄膜光器件，其特征在于：所述转折透镜为五面体结构；以及/或者，所述球面镜上镀覆有增透膜；以及/或者，所述反射面上镀覆有增反膜；并且/或者，所述出射面上镀覆有增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，刘磊，李鑫，逄博，贺培鑫，郑名扬，谢秀平，
申请(专利权)人：济南量子技术研究院，
类型：新型
国别省市：