一种激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法技术

本发明专利技术涉及硅基光子集成技术，尤其涉及一种激光器和硅光芯片的双透镜耦合封装方法，首先，激光器芯片和硅光芯片按照从前到后的位置摆放并贴装于衬底上；其中，所述硅光芯片上设置第一波导阵列和用于获取波导中光功率的第一探测器阵列；将准直透镜放置于激光器芯片和硅光芯片之间，调整准直透镜的位置，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导、辅助波导的光电流大小及光电流分布来确定准直透镜位置，从而固化准直透镜；将聚焦透镜放置于准直透镜和硅光芯片之间，调整聚焦透镜的位置，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导和辅助波导的光电流大小来确定聚焦透镜位置，从而固化聚焦透镜。本发明专利技术系统简单、低成本、效率高。效率高。效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法


[0001]本专利技术涉及硅基光子集成技术，尤其涉及一种激光器和硅光芯片的双透镜耦合封装方法，本专利技术可用于光通信、激光雷达等


技术介绍

[0002]传统的激光器芯片和硅光芯片之间的耦合方式可以分为端面耦合和透镜耦合两种。双透镜耦合方式相对于端面耦合和单透镜耦合，具有对准容差大、耦合效率高等优点，是激光器芯片与硅光芯片之间行之有效的耦合方式。
[0003]双透镜耦合由准直和聚焦两步构成，激光器出射的发散光束先经过准直透镜整形为准直光，然后经过聚焦透镜汇聚耦合到硅光芯片波导中。现有的双透镜耦合方法主要有两种，第一种方法为联合调试耦合，即将准直透镜和聚焦透镜放置于各自的焦点位置附近，同时调节两透镜，并通过硅光芯片上的探测器监测功率，实现最大的耦合效率，此种方式耦合时无规律性，耦合效率低；第二种方法为分步耦合，先调整准直透镜的位置，将激光器芯片的光准直，然后调整聚焦透镜的位置，并通过硅光芯片上的探测器监测功率，实现最大的耦合效率。这种方法在第一步时，一般会采用外部设备如CCD记录比较几个不同位置处的远场光斑进行分析，判断光束的准直状态，系统的复杂性和成本高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，系统简单、低成本、效率高。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，包括：步骤S100：激光器芯片和硅光芯片按照从前到后的位置摆放并贴装于衬底上；其中，所述硅光芯片上设置第一波导阵列和用于获取波导中光功率的第一探测器阵列；第一波导阵列用于接收光信号，包括主波导和辅助波导；主波导为激光器输出光待耦合进入硅光芯片的波导，辅助波导的分布关于主波导对称；第一探测器阵列用于记录耦合进第一波导阵列中每个波导的光功率，第一探测器阵列与第一波导阵列一一对应；步骤S200：将准直透镜放置于激光器芯片和硅光芯片之间，调整准直透镜的位置，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导、辅助波导的光电流大小及光电流分布来确定准直透镜位置，从而固化准直透镜；步骤S300：将聚焦透镜放置于准直透镜和硅光芯片之间，调整聚焦透镜的位置，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导和辅助波导的光电流大小来确定聚焦透镜位置，从而固化聚焦透镜。
[0006]进一步地，第一探测器阵列包括：与主波导对应的主探测器和与各辅助波导对应的各辅助探测器。
[0007]进一步地，硅光芯片还包括片上分光结构，将主波导输入光分成两支路，其中小光功率的支路输出连接主探测器，用于记录耦合进入主波导的光功率，另一路连接硅光芯片上的功能器件。
[0008]进一步地，步骤S200中，基于第一探测器阵列探测的耦合进主波导、辅助波导的光电流大小及光电流分布来确定准直透镜位置，包括：步骤S210：将准直透镜放置于激光器芯片和硅光芯片之间，初始位置时，激光器芯片出光口位置位于准直透镜的焦点附近；步骤S220：沿z方向调整准直透镜的位置并沿y轴微调旋转准直透镜的角度，实时监测主探测器0的光电流，使主探测器0的光电流最大，此时准直透镜在z方向的光轴高度与激光器芯片和硅光芯片在z方向的光轴高度匹配；步骤S230：沿y方向调整准直透镜的位置并沿z轴微调旋转准直透镜的角度，实时监测探测器
‑
N~N的光电流，使得辅助探测器光电流的分布关于主探测器0对称，此时准直透镜在y方向光轴高度与激光器芯片和硅光芯片在y方向的光轴高度匹配；步骤S240：沿x方向微调准直透镜，实时监测探测器
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N~N的光电流，并将探测器的光电流分布与准直光耦合进入硅光芯片的光电流分布参考值进行对比，找到两者差别最小的位置，此时激光器芯片位于准直透镜的焦点处，经过准直透镜后的光为准直光，在当前位置贴装固化准直透镜。
[0009]进一步地，步骤S240中，准直光耦合进入硅光芯片的光电流分布参考值获取方法为：获取准直透镜理论的焦点位置，此时经过准直透镜出射的光为准直光；计算准直光耦合进入硅光芯片时的光电流分布，作为光电流分布参考值。
[0010]进一步地，步骤S300中，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导和辅助波导的光电流大小来确定聚焦透镜位置，包括：步骤S310：将聚焦透镜放置于准直透镜和硅光芯片之间，初始位置位于硅光芯片主波导出光口前焦点附近；步骤S320：沿z方向调整聚焦透镜的位置并沿y轴微调旋转聚焦透镜的角度，实时监测探测器
‑
N~N的光电流，使探测器的光电流最大，此时聚焦透镜在z方向的光轴高度与激光器芯片、准直透镜、硅光芯片在z方向的光轴高度匹配；步骤S330：沿y方向调整聚焦透镜的位置并沿z轴微调旋转聚焦透镜的角度，实时监测主探测器0的光电流，使主探测器的光电流最大，此时聚焦透镜在y方向的光轴高度与激光器芯片、准直透镜、硅光芯片在y方向的光轴高度匹配；步骤S340：沿x方向调整聚焦透镜的位置，实时监测主探测器0的光电流，使主探测器的光电流最大，此时硅光芯片主波导0的端面位于聚焦透镜的焦点处，在当前位置贴装固化聚焦透镜。
[0011]进一步地，步骤S100中，所述硅光芯片上还设置有第二波导阵列和用于获取第二波导阵列的各波导中光功率的第二探测器阵列；第二波导阵列用于接收光信号，包括主波导和辅助波导；辅助波导的分布关于主波导对称；第二探测器阵列用于记录耦合进第二波导阵列中每个波导的光功率，第二探测器阵列与第二波导阵列一一对应；第二探测器阵列包括：与第二波导阵列中主波导对应的主探测器和与第二波导阵列中各辅助波导对应的各
辅助探测器。
[0012]进一步地，步骤S230中，还包括以下步骤：将组合棱镜放置于准直透镜和硅光芯片之间，沿z轴旋转微调组合棱镜，并实时监测第一探测器阵列中探测器
‑
N~N的光电流，使得辅助探测器光电流的分布关于主探测器0对称，此时组合棱镜的加入不影响原来无组合棱镜时的光路传播方向；其中，准直透镜的出射光经组合棱镜的分光面，一部分入射到聚焦透镜，一部分入射到全反射面，然后经全反射面反射入射到硅光芯片上第二波导阵列中；第二波导阵列用于接收经全反射面反射光信号；步骤S240中，准直透镜固化完成后，移除组合棱镜。
[0013]进一步地，步骤S230中，还包括以下步骤：沿y方向微调准直透镜，实时监测第二探测器阵列中主探测器0的光电流，使主探测器0的光电流最大，此时经全发射面反射耦合进入第二波导阵列的光束中心位于第二波导阵列的主波导中心。
[0014]进一步地，步骤S240中，准直光耦合进入硅光芯片的光电流分布参考值获取方法为：沿x方向微调准直透镜，实时监测第一探测器阵列中探测器
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N~N的光电流和第二探测器阵列中探测器
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N
’
~N
’
的光电流，其中，第二探测器阵列中探测器
‑
N
’
~N
’
的光电流即光电流分布参考值。
[0015本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，其特征在于：包括步骤S100：激光器芯片和硅光芯片按照从前到后的位置摆放并贴装于衬底上；其中，所述硅光芯片上设置第一波导阵列和用于获取波导中光功率的第一探测器阵列；第一波导阵列用于接收光信号，包括主波导和辅助波导；主波导为激光器输出光待耦合进入硅光芯片的波导，辅助波导的分布关于主波导对称；第一探测器阵列用于记录耦合进第一波导阵列中每个波导的光功率，第一探测器阵列与第一波导阵列一一对应；步骤S200：将准直透镜放置于激光器芯片和硅光芯片之间，调整准直透镜的位置，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导、辅助波导的光电流大小及光电流分布来确定准直透镜位置，从而固化准直透镜；步骤S300：将聚焦透镜放置于准直透镜和硅光芯片之间，调整聚焦透镜的位置，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导和辅助波导的光电流大小来确定聚焦透镜位置，从而固化聚焦透镜。2.根据权利要求1所述的激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，其特征在于：第一探测器阵列包括：与主波导对应的主探测器和与各辅助波导对应的各辅助探测器。3.根据权利要求2所述的激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，其特征在于：硅光芯片还包括片上分光结构，将主波导输入光分成两支路，其中小光功率的支路输出连接主探测器，用于记录耦合进入主波导的光功率，另一路连接硅光芯片上的功能器件。4.根据权利要求2所述的激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，其特征在于：步骤S200中，基于第一探测器阵列探测的耦合进主波导、辅助波导的光电流大小及光电流分布来确定准直透镜位置，包括：步骤S210：将准直透镜放置于激光器芯片和硅光芯片之间，初始位置时，激光器芯片出光口位置位于准直透镜的焦点附近；步骤S220：沿z方向调整准直透镜的位置并沿y轴微调旋转准直透镜的角度，实时监测主探测器0的光电流，使主探测器0的光电流最大，此时准直透镜在z方向的光轴高度与激光器芯片和硅光芯片在z方向的光轴高度匹配；步骤S230：沿y方向调整准直透镜的位置并沿z轴微调旋转准直透镜的角度，实时监测探测器
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N~N的光电流，使得辅助探测器光电流的分布关于主探测器0对称，此时准直透镜在y方向光轴高度与激光器芯片和硅光芯片在y方向的光轴高度匹配；步骤S240：沿x方向微调准直透镜，实时监测探测器
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N~N的光电流，并将探测器的光电流分布与准直光耦合进入硅光芯片的光电流分布参考值进行对比，找到两者差别最小的位置，此时激光器芯片位于准直透镜的焦点处，经过准直透镜后的光为准直光，在当前位置贴装固化准直透镜。5.根据权利要求4所述的激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，其特征在于：步骤S240中，准直光耦合进入硅光芯片的光电流分布参考值获取方法为：获取准直透镜理论的焦点位置，此时经过准直透镜出射的光为准直光；计算准直光耦合进入硅光芯片时的光电流分布，作为光电流分布参考值。6.根据权利要求2所述的激光器和硅光芯片双透镜耦合封装方法，其特征在于：步骤S300中，基于第一探测器阵列记录的耦合进主波导和辅助波导的光电流大小来确定准直透<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓波，李磊，方舟，陈泽，史弘康，
申请(专利权)人：NANO科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：