[發(fā)明專利]混合集成光學元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980137847.1
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN102203652A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設計）人: S·拉德諾伊斯;D·羅杰斯;G·麥克斯韋
• 申請（專利權）人: 集成光子學中心有限公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/43
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發(fā)明涉及在一個光學組件中集成并對準光學部件。本申請所稱的光學組件通常是用于光纖系統(tǒng)的混合、集成的光學組件。本發(fā)明申請可以擴展到其他技術領域，例如光學感測、醫(yī)療光學和生物光子學。

背景技術

通常需要光學器件或組件來執(zhí)行復雜功能，而且這種需求日漸增加。這些功能包括例如光放大、光濾波、光隔離、光再生、檢測并發(fā)射光信號。器件執(zhí)行這些功能的能力通常緊密依賴于構成器件的材料介質(zhì)。由于不同材料介質(zhì)具有固有的性質(zhì)以及可有效加工成工作器件的能力，所以一些材料介質(zhì)比其他材料介質(zhì)更適于某些功能。

隨著光學組件所需功能數(shù)量增加，把多個光學器件集成在一個組件中是有益的。還希望每個部件或功能光學元件是針對一個或多個特定功能而加工并優(yōu)化的。因而，需要某種形式的集成，以把不同部件機械接合并光學連接在一起。

混合集成是把單獨形成并優(yōu)化的器件組合到一個工作組件中的方法。混合集成系統(tǒng)中，模塊或組件通常包括安裝光學元件的母板。母板還可包括一個或多個內(nèi)置光學部件。

這些內(nèi)置光學部件通常是由聚合物、硅或硅基材料形成的無源集成光波導。無源波導通常在材料、橫截面和制造方法方面進行了優(yōu)化，以具有低傳輸損耗以及/或者到其他集成的光學部件的低耦合損耗。

有幾種把單獨的光學部件混合集成在一起的方法。每個方法必須解決的一個關鍵問題是獨立的集成的光學部件之間的光耦合。

美國專利申請US2003/0091262公開了在光學部件之間使用機械對準的一種混合集成方法，其中，把有源光學器件貼附并電連接到子板。然后，通過用倒裝法把子組件安裝到波導母板上(下文對倒裝法進行詳細描述)并以機械方式使子板和母板上的機械定位阻擋裝置(stop)對準來把組合的子板子組件和有源器件以機械以及電氣方式連接到波導母板上。

美國專利文件US6118917描述了在集成方法中使用機械對準件的另一種方法。該文件中，光纖陣列以機械方式位于光纖塊中的槽內(nèi)。光纖塊也具有對準槽，其機械地位于對準平臺上的對準脊上。

美國專利文件US6250819描述了在集成方法中使用機械對準件的另一種方法。該文件中，母板包括一組或多組平行槽，這些槽用于機械查找和定位光纖和母型的開口微結(jié)構組。通過把公型微結(jié)構的桿滑動并嵌入在靠著母型微結(jié)構的一端而把公型微結(jié)構安裝在母型微結(jié)構中，這樣，把包括公型微結(jié)構的集成光學電路芯片集成到母板上。

公開了把機械對準用于光學集成的其他文件包括US5966486、EP0703477、WO9315424、WO2006/059510和GB2379995。

US2003/0091262中的組裝和光學對準方法包括在波導芯片中磨出腔、在波導芯片上形成定位阻擋裝置、在支撐有源部件的子組件上形成基準區(qū)域，一個基準區(qū)域定位有源部件，一個用于和包覆層以及定位阻擋裝置的表面嚙合，然后，把子組件連接到波導芯片。

G?Wenger等在Journal?of?Selected?Topics?in?Quantum?Electronics，volume?3，number?6，December?1997的文章“Self?aligned?packaging?of?an?8X8InGaAsP-InP?switch”(下文稱為“Wenger”)描述了在母板上提供精確對準基準邊緣和區(qū)域的一種方法。該文件描述了把硅芯片上的V形槽作為用于集成安裝在第二芯片上的信號光纖的對準基準區(qū)域。這些對準用的V形槽是和主凹陷不同的單獨凹陷，主凹陷中集成了信號光纖。

在Wenger中，在第二芯片上形成的V形槽容納單獨的對準光纖，這些光纖進而位于主芯片上單獨的對準V形槽中。安裝在第二芯片上的對準光纖獨立于第二芯片上集成的信號光纖而安裝，因而，可以引起自身的幾何形狀和位置誤差，這些誤差和信號光纖最終的實際安裝位置無關。幾何形狀誤差可包括對準光纖橫截面的缺陷，而位置誤差可由第二芯片和/或主芯片上的單獨對準V形槽的設計和/或制造誤差造成。因而，第二芯片和主芯片上的單獨V形槽中容納的單獨對準光纖可包括與信號光纖位置誤差無關的誤差。這樣，Wenger的對準系統(tǒng)可能無法充分補償由信號光纖定位件的制造誤差引起的信號光纖位置偏移。

把光纖集成到具有多個光學輸入通道的器件中時，通常使用光纖的平行陣列。這些光纖通常借助于或不借助于V形槽被安裝在長方形塊上。然后，同時拋光所述塊和光纖，以提供和支撐塊的邊緣對準的經(jīng)拋光的光纖端面陣列。然后，在母板接口處把安裝在塊上的光纖陣列和波導或其他部件對準。