[發(fā)明專利]纖維到芯片的光耦合器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680055719.2
• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN108027480B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·伊斯拉埃爾;H·塔哈
• 申請（專利權(quán)）人: 圖昂有限公司
• 主分類號: G02B6/26
• 分類號: G02B6/26
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

本發(fā)明介紹了一種用于將光纖耦合到光子集成電路(PIC)的光耦合器。所述光耦合器包括第一曲面鏡，其包含在所述PIC的第一襯底層中并且距與所述PIC相關(guān)聯(lián)的光收發(fā)器處于第一預(yù)定橫向距離處；第二曲面鏡，其包含在第二襯底層中并且放置在離所述光纖第二預(yù)定橫向距離處；和位于第一襯底層和第二襯底層之間的間隔區(qū)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開通常涉及將光纖耦合到襯底，并且更具體地涉及將光纖耦合到光電集成電路(IC)。

背景技術(shù)

通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心需要以不斷提高的速度和不斷降低的成本來處理海量的數(shù)據(jù)。為了滿足這些需求，光纖和光學(xué)IC(例如光子集成電路(PIC)或集成光路)與高速電子集成電路一起使用。PIC是集成多種光子功能的裝置(類似于電子IC或RF IC)。PIC通常使用磷化銦或氧化硅(SiO₂)制造，這允許在同一電路上集成各種光學(xué)有源和無源功能。

PIC與光纖的耦合還不如電子IC的集成和/或耦合先進。具體而言，光學(xué)連接所面臨的挑戰(zhàn)與將電子IC連接到例如印刷電路板(PCB)不同并且復(fù)雜得多。在光學(xué)封裝的波長、信號損耗、組裝容差和偏振特性方面存在一些困難。

現(xiàn)有的解決方案利用各種技術(shù)將光纖連接到PIC。在一種技術(shù)中，建議使用各種類型的對接連接到邊緣和表面纖維連接PIC。纖維的對接可以連接到PIC邊緣的平面波導(dǎo)。這種技術(shù)只有在纖維傳播模式的橫截面和纖維纖芯和波導(dǎo)的波導(dǎo)區(qū)域的橫截面尺寸相似時才是有效的。在大多數(shù)情況下，這種技術(shù)會受到較差的裝配容差。

在改進的技術(shù)中，建議在PIC的表面頂部放置一段纖維，其中纖維的端部以一定角度切割以形成出成角度的尖端。成角度的尖端具有平坦表面，其將光束向下反射到設(shè)置在集成電路上的波導(dǎo)光柵耦合器。光束通過全內(nèi)反射從成角度的尖端的反射表面反射。波導(dǎo)光柵耦合器設(shè)計為接收來自纖維成角度的尖端的反射表面的稍微發(fā)散的光束。光束也可以在相反的方向上通過纖維傳播到芯片耦合器，從襯底通過波導(dǎo)光柵向上，并在從成角度的尖端的反射表面反彈之后進入光纖。該技術(shù)還需要在環(huán)氧樹脂的反射表面上涂覆。

其中，所有上述技術(shù)都需要光纖精確對準(zhǔn)和主動定位到PIC。同樣地，目前的技術(shù)受到差和非常嚴(yán)格的對準(zhǔn)容差以獲得有效的連接。例如，1-2微米(μm)的光纖和PIC之間的未對準(zhǔn)會導(dǎo)致約3db的信號損失。此外，現(xiàn)在使用昂貴的設(shè)備或勞動密集型組裝解決方案進行對齊。因此，大規(guī)模生產(chǎn)PIC和/或光耦合器是不可行的。

因此提供可克服現(xiàn)有解決方案缺陷的纖維到芯片光耦合解決方案將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容

以下是本公開的幾個示例實施例的概述。提供本概述是為了方便讀者提供對這些實施例的基本理解，并未完全從廣度上限定本公開。本概述不是所有預(yù)期實施例的廣泛概述，并且既不旨在標(biāo)識所有實施例的關(guān)鍵或關(guān)鍵元素，也不描繪任何或全部實施例的范圍。其唯一目的是以簡化形式呈現(xiàn)一個或多個實施例的一些概念，作為稍后呈現(xiàn)的更詳細描述的序言。為了方便，術(shù)語一些實施例可以在本文中用于指代本公開的單個實施例或多個實施例。

本公開在各種實施例中涉及用于將光纖耦合到光子集成電路(PIC)的光耦合器。所述光耦合器包括第一曲面鏡，包含在所述PIC的第一襯底層中并且距與所述PIC相關(guān)聯(lián)的光收發(fā)器處于第一預(yù)定橫向距離處；第二曲面鏡，包含在第二襯底層中并且放置在離所述光纖第二預(yù)定橫向距離處；和位于第一襯底層和第二襯底層之間的間隔區(qū)。

本公開還涉及包括多個光耦合器的光子插頭，包括多個光耦合器，能夠?qū)崿F(xiàn)多個光纖與設(shè)置在第一襯底層上的光子集成電路(PIC)之間的光連接，其中每個所述多個光耦合器中包括第二襯底層、至少一個光學(xué)聚焦元件、傾斜平面鏡、在第二襯底層中蝕刻的纖維溝槽以及位于第一襯底層和第二襯底層之間的間隔區(qū)。

本公開也在各種實施例中涉及用于制造將光纖耦合到光子集成電路(PIC)的光耦合器的方法。所述方法包括：在第一襯底層中制造第一曲面鏡，其中所述第一襯底層是所述PIC的一部分；在第二襯底層中制造第二曲面鏡；和在第一襯底層和第二襯底層之間設(shè)置間隔區(qū)。