CN106371170A - 阵列波导型光路转换互联芯片 - Google Patents

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CN106371170A CN201610942347.7A CN201610942347A CN106371170A CN 106371170 A CN106371170 A CN 106371170A CN 201610942347 A CN201610942347 A CN 201610942347A CN 106371170 A CN106371170 A CN 106371170A
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path converting
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张家顺
王亮亮
吴远大
安俊明
王玥
胡雄伟
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Abstract

一种阵列波导型光路转换互联芯片，包括：一衬底，为矩形；一阵列波导芯区，该阵列波导芯区包括多个波导，每一个波导为带锥度的条形，其依序排列在衬底的上面；一上包层，其覆盖衬底的上表面，并包覆阵列波导芯区，形成阵列波导型光路转换互联芯片。本发明所制作的多通道波导型光路转换互联芯片工艺简单，可以大幅降低光子混合集成器件的耦合及集成制作难度。

Description

阵列波导型光路转换互联芯片
技术领域
本发明属于半导体通讯领域，特别是一种阵列波导型光路转换互联芯片。
背景技术
随着通信及信息技术的飞速发展，人们对光子器件的集成度提出了越来越高的要求，而由于当前单片集成技术还存在有源芯片同无源芯片无法在同一个基材上实现集成以及不同结构、尺寸的光子芯片之间的垂直耦合难度较大的困难，混合集成已经成为当前光子器件的主要发展方向。
在光子混合集成器件设计制作的过程中，如何实现不同光子芯片之间的垂直耦合以及小间距高集成度芯片与大间距芯片、分立芯片和光纤阵列之间的互联已经成为其中的重要研究内容之一。因此以较简单的方法制作出满足光子混合集成器件所需要的阵列波导型光路转换互联芯片，对于光子混合集成器件的制造和应用具用至关重要的意义。
阵列波导型光路转换互联芯片是一种结构设计、制作工艺简单，并能够实现不同芯片之间的光路垂直耦合以及小间距高集成度芯片与大间距芯片、分立芯片和光纤阵列之间互联的芯片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阵列波导型光路转换互联芯片，以实现不同芯片之间的光路垂直耦合以及小间距高集成度芯片与大间距芯片、分立芯片和光纤阵列之间互联。本发明设计、制作的多通道波导型光路转换互联芯片工艺简单，可以大幅降低光子混合集成器件的耦合及集成制作难度。
本发明提供一种阵列波导型光路转换互联芯片，包括：
一衬底，为矩形；
一阵列波导芯区，该阵列波导芯区包括多个波导，每一个波导为带锥度的条形，其依序排列在衬底的上面；
一上包层，其覆盖衬底的上表面，并包覆阵列波导芯区，形成阵列波导型光路转换互联芯片。
本发明的有益效果是，可以实现不同芯片之间的光路垂直耦合以及小间距高集成度芯片与大间距芯片、分立芯片和光纤阵列之间互联。本发明提供的阵列波导型光路转换互联芯片设计及制作工艺简单，可以大幅降低光子混合集成器件的耦合及集成制作难度。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
图1为阵列波导型光路转换互联芯片的结构示意图；
图2为阵列波导型光路转换互联芯片的应用示意图；
图3是阵列波导型光路转换互联芯片的θ角度示意图；
其中，附图标记：
1-具有光信号垂直发射接收特性的光子芯片
2-光信号发射、接收窗口
3-阵列波导型光路转换互联芯片衬底
4-阵列波导型光路转换互联芯片率芯区
5-阵列波导型光路转换互联芯片上包层
6-大间距芯片、分立芯片或光纤阵列
具体实施方式
请参阅图1，其是本发明的阵列波导型光路转换互联芯片的结构示意图，包括：
一衬底3，为矩形，所述的衬底3的材料为本征二氧化硅，厚度为15-20μm，其主要用于保护阵列波导芯区4，同时作为透光层，让光信号可以透过其进入到阵列波导芯区4的全反射端面。
阵列波导芯区4，该阵列波导芯区4包括多个波导，每一个波导为带锥度的条形，其依序排列在衬底3的上面，所述的阵列波导芯区4大径端的截面的尺寸为6-8×8-11μm，所述的阵列波导芯区4的材料为掺杂二氧化硅，厚度为6-8μm；其主要用于光信号在阵列波导型光路转换互联芯片中的光路方向变换和传输。
一上包层5，其覆盖衬底3的上表面，并包覆阵列波导芯区4，形成光路转换互联芯片，所述的上包层5的材料为本征二氧化硅，所述的上包层5的厚度为500-1500μm。
其中所述阵列波导芯区4小径端的端面一侧及衬底3和上包层5为一向下的斜面，形成一夹角θ，所述的夹角θ为35-45度。
请参阅图2，其是本发明的阵列波导型光路转换互联芯片的应用示意图，图中箭头表示光信号的传输方向。光信号从下端1具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片耦合进入到由3/4/5共同组成的阵列波导型光路转换互联芯片中，然后再传输到右端6大间距芯片、分立芯片或光纤阵列中；或者光信号反方向传输，光信号从右端6大间距芯片、分立芯片或光纤阵列传输到3/4/5共同组成的阵列波导型光路转换互联芯片中，然后再通过左端的光路传输方向转换耦合到下端具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片1中，从而实现了光信号在具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片1与大间距芯片、分立芯片或光纤阵列6之间的自由传输。
如果我们将下端具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片1同右端大间距芯片、分立芯片或光纤阵列6直接耦合将非常的困难，且耦合损耗非常高。我们通过中间3/4/5组成的阵列波导型光路转换互联芯片将下端具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片1同右端大间距芯片、分立芯片或光纤阵列6连接起来，实现光信号在大尺寸光子芯片与小间距高集成度光子芯片之间的传输和处理，使其共同组成一个光子混合集成器件。通过我们设计的多通道波导型光路转换互联芯片可以大幅降低了光子混合集成器件的制作难度、提升耦合效率，其对于光子混合集成器件的制作及应用都具有重要的意义。
请参阅图3，其是本发明的阵列波导型光路转换互联芯片的θ角度示意图，图中n1、n2为空气和阵列波导芯区4的折射率，利用光学全反射原理：当光的传输角度满足公式：sin(90°-θ)≥n1/n2要求时，传输光将在传输介质面实现全反射，从而达到改变光路传输方向的目的；我们以空气折射率为1.0，阵列波导芯区4的折射率为1.45为例，计算获得sin(90°-θ)≥0.6897，即θ≤46.4°；此时，光信号在阵列波导芯区4左端实现光路转换，从而耦合到下端具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片1中，实现了光信号在具有光信号垂直发射接收特性的光子集成芯片1与大间距芯片、分立芯片或光纤阵列6之间的自由传输。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种阵列波导型光路转换互联芯片，包括：
一衬底，为矩形；
一阵列波导芯区，该阵列波导芯区包括多个波导，每一个波导为带锥度的条形，其依序排列在衬底的上面；
一上包层，其覆盖衬底的上表面，并包覆阵列波导芯区，形成阵列波导型光路转换互联芯片。
2.根据权利要求1所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中阵列波导芯区小径端的端面一侧及衬底和上包层为一向下的斜面，形成一夹角θ。
3.根据权利要求2所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中所述的夹角θ为35度-46.4度。
4.根据权利要求1所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中所述的衬底的材料为本征二氧化硅。
5.根据权利要求4所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中所述的衬底的厚度为15-20μm。
6.根据权利要求1所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中，所述的阵列波导芯区中单根波导大径端的截面的尺寸为6-8×8-11μm。
7.根据权利要求1所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中所述的芯区的材料为掺杂二氧化硅，厚度为6-8μm。
8.根据权利要求1所述的阵列波导型光路转换互联芯片，其中所述的上包层的材料为本征二氧化硅，厚度为500-1500μm。
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