[發明專利]光纖與光波導芯片高效垂直耦合互連的封裝方法

無效

• 申請號: 201210014097.2
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102540349A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 蘇淑靖;焦新泉;薛晨陽;臧俊斌;閆樹斌;張文棟;仝曉剛;晉玉劍;王景雪;崔丹鳳;韋麗萍;王永華;田學東
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G02B6/34
• 分類號: G02B6/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于集成光學領域，特別涉及一種光纖與光波導芯片高效垂直耦合互連的封裝方法。

背景技術

隨著高速信息化技術的發展，集成光學器件的發展已成為未來光通信、光計算、光傳感等各領域交錯發展的必然趨勢。同時在微光學器件、光量子器件、精密時間頻率測量、光集成、高靈敏度傳感器、光網絡以及光量子計算機等領域也有著重大的潛在應用價值。硅基集成單元光互連系統是由包括激光器、調制器、探測器等在內的各種硅基光波導器件組成的以光為傳輸信號的互連系統。而SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅)材料由于高折射率對比度、與傳統CMOS工藝兼容等優點，已成為光波導器件的主要應用材料。隨著微納光電子集成技術的發展，光電子器件的尺寸越來越小，使更多功能的光電子器件集成在同一芯片上成為可能。然而現有激光光源體積大，未能實現激光光源與光電子器件的集成，所以在外界光源與集成光波導器件之間需要一個高效、低損耗的耦合器件及納米光波導和光纖的互連器件。

傳統的耦合方式是讓光纖與光波導器件直接對接耦合，由于插入損耗、模式轉換損耗較大，導致耦合效率非常低，通常不超過10％。采用透鏡光纖耦合雖然能夠縮小光纖模斑，但是與波導之間需要精確對準，直接對準納米波導幾乎無法實現。本發明利用納米波導光柵與單模光纖垂直耦合的光學互連方案，利用光的透射，改變光傳播方向，實現垂直耦合，解決從直徑數十微米的光纖到百納米的光波導結構的低損耗光傳輸問題，能實現超過50％的耦合效率。但采用垂直光柵耦合對光纖的入射角要求苛刻，對耦合系統的穩定性要求也非常高，而且不能實現重復性操作，需要每次對準。所以，如何使垂直光柵耦合系統更加穩定、可靠、易于重復使用，是提高光傳輸效率的關鍵，也是制約集成光學器件發展的瓶頸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種光纖與光波導芯片高效垂直耦合互連的封裝方法，其克服目前光集成芯片上納米波導與光柵垂直耦合系統的不穩定性和重復對準的缺點，且結構簡單、穩定性好、抗外界干擾且易于陣列集成。

為解決所述技術問題，本發明提供了一種光纖與光波導芯片高效垂直耦合互連的封裝方法，其特征在于，其包括以下步驟：

在SOI材料上采用微加工工藝制備出硅基納米波導光柵，并應用掃描電鏡對硅基納米波導光柵進行掃描；

準備好實驗封裝時所應用的低折射率固化封裝材料，并應用折射率檢測儀測定低折射率固化封裝材料的折射率；

制備實驗所用的單模光纖，主要為單模光纖進行刨層處理，然后進行酒精擦拭和端面切割；

在硅基納米波導光柵的表面涂覆光學增透膜；

在以上基礎上搭建垂直耦合測試系統，通過六維位移調節架結合長焦距CCD和紅外CCD調整單模光纖和硅基納米波導光柵兩者之間的位置；

用準備好的低折射率固化封裝材料點膠單模光纖與硅基納米波導光柵的耦合端，并記錄六維位移調節架所對應的硅基納米波導光柵耦合單模光纖的入射角；

對點膠的內部封裝體進行曝光固化；

根據上述記錄的入射角，制備出頂部有一個與垂直方向成入射角的V型光纖定位槽；

將上述點膠固化后的單模光纖放置到V型光纖定位槽中；

用準備好的固化膠粘性材料點膠到V型光纖定位槽內進行單模光纖的固化封裝；

對點膠的V型光纖定位槽進行曝光固化；

對最終封裝后的結構進行測試。

優選地，所述單模光纖的模場直徑為10um。

優選地，所述單模光纖通過固化膠粘性材料固定在V型光纖定位槽內。

本發明的積極進步效果在于：

一、本發明克服目前光集成芯片上納米波導與光柵垂直耦合系統的不穩定性和重復對準的缺點，且結構簡單、穩定性好、抗外界干擾且易于陣列集成，實現硅納米光波導與光纖的高效、穩定光耦合與簡便封裝。

二、本發明中采用垂直光柵耦合提高了光纖和光波導器件間的耦合效率。

三、本發明中使用了光學增透膜，可進一步減少納米光柵端面的菲涅爾反射損耗。

四、本發明中使用固化膠來點膠納米波導光柵和近垂直單模光纖的末端，提高了耦合封裝的穩定性。

五、本發明采用具有傾角的V型光纖定位槽，實現了光柵與單模光纖的高效光耦合，克服了垂直光柵耦合系統因外界擾動造成的不穩定性和重復對準的缺點，提高了耦合封裝的入射角精確度。

六、本發明中的穩固封裝技術工藝簡單，適用與陣列光纖與光柵的高效耦合與簡便封裝，具有非常大的實際應用價值，可用于批量生產。