CN113791474B - 耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片 - Google Patents

耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN113791474B
CN113791474B CN202110945656.0A CN202110945656A CN113791474B CN 113791474 B CN113791474 B CN 113791474B CN 202110945656 A CN202110945656 A CN 202110945656A CN 113791474 B CN113791474 B CN 113791474B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
fiber
core
waveguide
coupler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110945656.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113791474A (zh
Inventor
朱琳
汪敬
牛犇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suteng Innovation Technology Co Ltd
Original Assignee
Suteng Innovation Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suteng Innovation Technology Co Ltd filed Critical Suteng Innovation Technology Co Ltd
Priority to CN202110945656.0A priority Critical patent/CN113791474B/zh
Publication of CN113791474A publication Critical patent/CN113791474A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113791474B publication Critical patent/CN113791474B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4212—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element being a coupling medium interposed therebetween, e.g. epoxy resin, refractive index matching material, index grease, matching liquid or gel
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/4239—Adhesive bonding; Encapsulation with polymer material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12097—Ridge, rib or the like

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本申请公开了一种光纤阵列的封装方法、封装结构及芯片，将第一纤芯连接于第二纤芯，第二纤芯穿设于盖体获得光纤阵列；设置低折射率波导局部覆盖楔形波导，并设置基体覆盖低折射率波导和楔形波导获得耦合器，使光纤阵列的光纤端面与低折射率波导的耦合端面对接，并使盖体表面邻近光纤端面的第一对接区域与基体表面邻近耦合端面的第二对接区域连接。通过调控第二纤芯的芯径，以使第二纤芯的光纤端面与低折射率波导的模场匹配，低折射率波导局部覆盖楔形波导，从而使光纤阵列的多种不同芯径的第一纤芯可通过第二纤芯与耦合器耦合对接进行光线传输，降低第二纤芯与低折射率波导之间的耦合损耗。

Description

耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片
技术领域
本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种耦合器与光纤阵列的封装方法、封装结构及芯片。
背景技术
硅基光电子器件除了在光通信领域得到的应用之外，硅基光电子器件在激光雷达领域也得到了广泛的重视。尤其是在FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)激光雷达***中，如何实现光纤与硅基光电子器件高效率耦合传输是限制整个激光雷达***测距能力的一个重要的因素。
发明内容
本申请实施例提供种耦合器与光纤阵列的封装方法、封装结构及芯片，能够解决耦合器与光纤阵列的耦合损耗问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种耦合器与光纤阵列的封装方法，包括：
提供光纤阵列，所述光纤阵列包括盖体、第一纤芯以及连接于所述第一纤芯的第二纤芯，所述第二纤芯穿设于所述盖体，所述第二纤芯具有光纤端面，所述盖体的表面邻近所述光纤端面的部分具有第一对接区域。
提供耦合器，所述耦合器包括低折射率波导、楔形波导及基体，所述低折射率波导局部覆盖所述楔形波导且将所述基体覆盖于所述折射率波导和所述楔形波导，所述低折射率波导包括耦合端面，所述基体具有邻近所述耦合端面的第二对接区域。
移动所述光纤阵列和所述耦合器中的至少一个使得所述光纤阵列和所述耦合器相互靠近，且使得所述第一对接区域与所述第二对接区域连接，所述第二纤芯的光纤端面与所述低折射率波导的耦合端面对接，其中，沿所述第二纤芯的长度方向，所述耦合端面的正投影全部覆盖所述光纤端面的正投影。
在一些示例性的实施例中，所述封装方法还包括以下步骤：在所述第一对接区域与所述第二对接区域之间设置第一粘接层，通过所述第一粘接层连接所述第一对接区域和所述第二对接区域。
在一些示例性的实施例中，所述封装方法还包括在所述第一对接区域与所述第二对接区域之间设置第一粘接层后的以下步骤：提供支撑体，将所述支撑体连接于所述基体和所述盖体，且所述支撑体与所述盖体设于所述基体同侧。
在一些示例性的实施例中，所述支撑体包括第一支撑面、连接于所述第一支撑面其中一侧的第二支撑面、连接于所述第一支撑面另一侧的第三支撑面，所述第二支撑面与所述第三支撑面相对；移动所述支撑体向所述光纤阵列和所述耦合器靠近，将所述第一支撑面连接于所述耦合器的所述基体，将所述第二支撑面连接于所述光纤阵列的所述盖体，所述第三支撑面为与所述第二纤芯长度方向平行的平面，所述基体包括与所述第三支撑面对接且平齐的安装面。
第二方面，本申请实施例提供了一种耦合器与光纤阵列封装结构，耦合器与光纤阵列封装结构包括光纤阵列和耦合器，光纤阵列包括盖体、穿设于所述盖体的第一纤芯以及连接于所述第一纤芯的第二纤芯，所述第二纤芯具有光纤端面，所述盖体的表面邻近所述光纤端面的部分具有第一对接区域；及耦合器对应所述光纤阵列设置，所述耦合器包括楔形波导、局部覆盖所述楔形波导的低折射率波导以及覆盖所述楔形波导和所述低折射率波导的基体，所述低折射率波导具有耦合端面；
其中，沿所述第二纤芯的长度方向，所述耦合端面的正投影全部覆盖所述光纤端面的正投影，所述基体表面邻近所述耦合端面的部分包括第二对接区域，所述第二对接区域与所述第一对接区域对接，且所述耦合端面与所述光纤端面耦合对接，从而使光线可在所述低折射率波导与所述第二纤芯之间传输。
在一些示例性的实施例中，所述封装结构还包括设于所述第一对接区域和所述第二对接区域之间的第一粘接层，所述第二对接区域通过所述第一粘接层连接所述第一对接区域，所述低折射率波导通过所述第一粘接层连接于所述第二纤芯。
在一些示例性的实施例中，所述盖体包括朝向所述基体的第一表面，所述第一对接区域位于所述第一表面，所述第一表面包括与所述第一对接区域连接的第一安装区域；所述基体包括朝向所述盖体的第二表面，所述第二对接区域位于所述第二表面，所述第二表面包括与所述第二对接区域连接的第二安装区域；所述第二安装区域和所述第一安装区域沿垂直于所述第二纤芯长度方向的方向交错设置；或者所述第二安装区域与所述第一安装区域对应并连接。
在一些示例性的实施例中，所述第二安装区域和所述第一安装区域沿垂直于所述第二纤芯长度方向的方向交错设置，且所述封装结构还包括支撑体，所述支撑体包括连接于所述第二安装区域的第一支撑面、与所述第一支撑面连接的第二支撑面，所述第二支撑面连接于所述盖体。
在一些示例性的实施例中，所述支撑体还包括与所述第一支撑面连接且与所述第二支撑面相对的第三支撑面，所述基体还包括与所述第二安装区域连接的安装面，所述安装面和所述第三支撑面均为与所述第二纤芯长度方向平行的平面，且所述安装面与所述第三支撑面平齐。
在一些示例性的实施例中，所述基体包括衬底层、二氧化硅中间层和二氧化硅盖板层，所述二氧化硅中间层设于所述衬底层，所述二氧化硅中间层背离所述衬底层的一侧具有过渡面，所述楔形波导设于所述过渡面，所述楔形波导具有楔形端，所述低折射率波导设于所述过渡面并覆盖所述楔形端，所述二氧化硅盖板层设于所述过渡面并覆盖楔形波导和低折射率波导。
在一些示例性的实施例中，所述光纤阵列还包括包覆于所述第一纤芯外层的第一包层、包覆于所述第二纤芯外层的第二包层，所述第一纤芯与所述第一包层构成第一光纤，所述第一光纤为单模光纤或保偏光纤，所述第二纤芯与所述第二包层构成第二光纤，所述第二光纤为高数值孔径光纤。
在一些示例性的实施例中，所述光纤阵列包括数量相等且一一对应连接的多个所述第一纤芯和多个所述第二纤芯，所述耦合器包括数量相等且一一对应连接的多个所述楔形波导以及多个所述低折射率波导，多个所述第二纤芯与多个所述低折射率波导的数量相等，且多个所述低折射率波导的耦合端面与多个所述第二纤芯的所述光纤端面一一对应耦合对接。
第三方面，本申请实施例提供了一种芯片，芯片包括封装层以及如上所述的耦合器与光纤阵列封装结构。
基于本申请实施例的耦合器与光纤阵列的封装方法、封装结构及芯片，通过设置光纤阵列包括第一纤芯和第二纤芯，并通过调控第二纤芯的芯径，以使第二纤芯的光纤端面与低折射率波导的耦合端面匹配，低折射率波导局部覆盖楔形波导，从而使光纤阵列的多种不同芯径的第一纤芯可通过第二纤芯与耦合器耦合对接进行光线传输。进一步地，通过设置第二纤芯的光纤端面与低折射率波导的耦合端面在第二纤芯的长度方向的正投影重合，以使第二纤芯与低折射率波导的模场匹配，降低第二纤芯与低折射率波导之间的耦合损耗。在耦合端面与光纤端面耦合对接的情况下，将邻近耦合端面第二对接区域与邻近光纤端面的第一对接区域对接，以固定连接基体和盖体，确保耦合器与光纤阵列封装结构的封装稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种实施例的第一安装区域与第二安装区域交错设置时耦合器与光纤阵列封装结构剖视图；
图2为本申请一种实施例的耦合器组装的立体结构示意图；
图3为本申请一种实施例的光纤阵列与支撑体组装的立体结构示意图；
图4为本申请一种实施例的耦合器与光纤阵列封装结构安装有支撑体的剖视图；
图5为本申请一种实施例的光纤阵列的立体结构示意图；
图6为本申请一种实施例的第一安装区域与第二安装区域对接时耦合器与光纤阵列封装结构的剖视图；
图7为本申请一种实施例的耦合器与光纤阵列封装方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
发明人发现，(1)采用光栅耦合器将光信号从光纤耦合到硅基光电子器件，光栅耦合损耗和封装体积较大，难以使硅基光电子器件具备小型化和集成化的优势；(2)采用端面耦合器将光信号从光纤耦合到硅基光电子器的方式，端面耦合器设有倒锥波导，但单模光纤芯径比较大，若直接将单模光纤与端面耦合器耦合又会存在模斑失配的问题，依然会有较大的损耗；(3)采用悬臂梁端面耦合器将光信号从光纤耦合到硅基光电子器的方式，悬臂梁端面耦合器输出端面与单模光纤模斑大小相当，损耗较小，但是当存在多个传输通道时，一方面悬臂梁耦合器的悬臂梁是悬空结构，另一方面悬臂梁耦合器在划片后存在台阶结构，将增加光纤阵列与悬臂梁端面耦合器耦合对接的难度。因此，本申请实施例提供一种耦合器与光纤阵列封装结构，能够解决光纤阵列与耦合器耦合对接过程中的耦合损耗。
如图1至图6所示，为本申请实施例中提供的耦合器与光纤阵列封装结构10示意图，耦合器与光纤阵列封装结构10包括光纤阵列100以及对应光纤阵列100设置的耦合器200。
具体地，光纤阵列100包括盖体110、第一纤芯121和第二纤芯122，第一纤芯121的芯径可大于或小于第二纤芯122的芯径，并且第一纤芯121连接于第二纤芯122其中一端，第二纤芯122具有背离第一纤芯121的光纤端面122a，第二纤芯122穿设盖体110，盖体110的表面邻近光纤端面122a的部分包括第一对接区域111a。其中，盖体110内具有传输通道，将第一纤芯121连接于第二纤芯122的端部之后，再将第一纤芯121穿设于盖体110的传输通道，通过调节第一纤芯121的长度，使第一纤芯121的光纤端面122a与盖体110邻近传输通道的第一对接区域111a平滑过渡，例如使光纤端面122a与盖体110表面平齐。
耦合器200包括楔形波导210、局部覆盖楔形波导210的低折射率波导220以及覆盖楔形波导210和低折射率波导220的基体230，其中，低折射率波导220局部覆盖楔形波导210，从楔形波导210中泄露的光线可被限制在低折射率的波导中继续传播。
低折射率波导220包括耦合端面220a，沿第二纤芯122的长度方向，耦合端面220a的正投影全部覆盖光纤端面122a的正投影。基体230表面邻近耦合端面220a的部分包括第二对接区域231a，第二对接区域231a与第一对接区域111a对接，以使耦合端面220a与光纤端面122a耦合对接，从而使低折射率波导220接收第二纤芯122传输的光线。可设置低折射率波导220局部覆盖楔形波导210后沿远离楔形波导210的方向延伸，并使低折射率波导220的耦合端面220a与盖体110的第二对接区域231a平滑过渡，例如使耦合端面220a与第二对接区域231a平齐，以便于低折射率波导220的耦合端面220a与光纤阵列100的光纤端面122a对接。
本申请实施例的耦合器与光纤阵列封装结构10，通过设置光纤阵列100包括第一纤芯121和第二纤芯122，并通过调控第二纤芯122的芯径，以使第二纤芯122的光纤端面122a与低折射率波导220的耦合端面220a匹配，低折射率波导220局部覆盖楔形波导210，从而使光纤阵列100的多种不同芯径的第一纤芯121可通过第二纤芯122与耦合器200耦合对接进行光线传输。进一步地，通过设置第二纤芯122的光纤端面122a与低折射率波导220的耦合端面220a在第二纤芯122的长度方向的正投影重合，以使第二纤芯122与低折射率波导220的模场匹配，降低第二纤芯122与低折射率波导220之间的耦合损耗。在耦合端面220a与光纤端面122a耦合对接的情况下，将邻近耦合端面220a第二对接区域231a与邻近光纤端面122a的第一对接区域111a对接，以固定连接基体230和盖体110，确保耦合器与光纤阵列封装结构10的封装稳定性。
第二纤芯122可熔接于第一纤芯121背离光纤端面122a的端部，光线可于熔接后的第一纤芯121和第二纤芯122内顺畅传输。如图1所示，光纤阵列100还包括包覆于第一纤芯121外层的第一包层123、包覆于第二纤芯122外层的第二包层124，第一纤芯121与第一包层123构成第一光纤，第一光纤为单模光纤或保偏光纤，单模光纤或保偏光纤的芯径范围为8μm～10μm，第二纤芯122与第二包层124构成第二光纤，第二光纤为高数值孔径光纤，高数值孔径光纤的芯径范围为3μm～6μm，将普通单模光纤或保偏光纤熔接在高数值孔径光纤尾端，采用高数值孔径光纤与耦合器200的低折射率波导进行耦合，由于高数值孔径光纤的模场可与低折射率波导220的模场进行匹配，因此可以获得较高的耦合效率，且具有低折射率波导220和楔形波导210的耦合器200无需类似于悬臂梁端面耦合器等耦合器200需在其表面蚀刻出台阶等异形结构，不存在异形结构影响耦合效率的问题，保证了耦合器与光纤阵列封装结构10的封装稳定性。
光纤阵列100包括数量相等且一一对应连接的多个第一纤芯121和多个第二纤芯122，耦合器200包括数量相等且一一对应连接的多个楔形波导210以及多个低折射率波导220，多个第二纤芯122与多个低折射率波导220的数量相等，且多个低折射率波导220的耦合端面220a与多个第二纤芯122的光纤端面122a一一对应耦合对接，从而形成多条可供光线传播的光线传输通路。多个第二纤芯122可沿与其长度方向垂直的方向并排设置，以多个第二纤芯122并排设置的方向为第一方向A，多个第一纤芯121一一对应与多个第二纤芯122连接，且多个第一纤芯121也沿第一方向A并排设置。
如图1所示，封装结构还包括设于第一对接区域111a和第二对接区域231a之间的第一粘接层101，第二对接区域231a通过第一粘接层101连接第一对接区域111a，低折射率波导220通过第一粘接层101连接第二纤芯122，具体地，耦合端面220a通过第一粘接层101连接于光纤端面122a，第一粘接层101可由可供光线穿过且对光线折射率低的低折射率匹配液等液态胶体固化后形成。设置第一粘接层101除覆盖全部光纤端面122a和覆盖全部的耦合端面220a外，第一粘接层101还覆盖第二包层124邻近光纤端面122a的表面，第一粘接层101还可延伸至覆盖全部第一对接区域111a和第二对接区域231a，以提高基体230与盖体110的连接稳定性，进而提高光纤端面122a与耦合端面220a之间的对接稳定性。
如图1和图3所示，盖体110包括朝向基体230的第一表面111，第一对接区域111a位于第一表面111，第一表面111包括与第一对接区域111a连接的第一安装区域111b；基体230包括朝向盖体110的第二表面231，第二对接区域231a位于第二表面231，第二表面231包括与第二对接区域231a连接的第二安装区域231b，第二安装区域231b和第一安装区域111b沿垂直于第二纤芯122长度方向的方向交错设置。具体地，在第二纤芯122的数量为多条时，第二安装区域231b和第一安装区域111b沿垂直于多条第二纤芯122的排布方向分设于多条第二纤芯122所在平面相对的两侧，封装时控制形成第一粘接层101的液态胶体在第二安装区域231b和第一安装区域111b内，防止液态胶体溢出至第一安装区域111b或第二安装区域231b导致液态胶体用量过多，确保液态胶体固化过程中的形变应力不会拉扯盖体110和基体230相对移动，防止低折射率波导220与第二纤芯122的相对移动偏移最佳耦合位置，从而获得较高的耦合效率。
如图4所示，在第二安装区域231b和第一安装区域111b沿垂直于第二纤芯122长度方向的方向交错设置时，可设置封装结构还包括与盖体110和基体230均连接的支撑体300，支撑体300用于与其他安装结构连接以为盖体110提供支撑。具体地，盖体110还包括朝向支撑体300的连接表面112，连接表面112与第一表面111的第一对接区域111a连接，支撑体300包括连接于第二安装区域231b的第一支撑面310、与第一支撑面310连接的第二支撑面320，第二支撑面320连接于盖体110的连接表面112。如图5所示，盖体110的连接表面112可包括平面部分112a以及与平面部分112a连接的凹槽部分112b，凹槽部分112b用于形成凹槽并对应第二纤芯122，在连接表面112的平面部分112a连接于支撑体300的第二支撑面320后，第二支撑面320与凹槽部分112b共同限定出用于安装第二纤芯122的传输通道，如此设置，以便先将第二纤芯122放置于凹槽内后再将平面部分112a与第二支撑面320连接，便于光纤的安装。
支撑体300还包括与第一支撑面310连接且与第二支撑面320相对的第三支撑面330，基体230还包括与第二表面231的第二安装区域231b连接的安装面213a，安装面213a与第三支撑面330设于第二纤芯122同侧，且安装面213a与第三支撑面330均为与第二纤芯122长度方向平行的平面，且安装面213a与第三支撑面330平齐，以便于提高整个封装结构放置于其他安装结构上的放置稳定性。
如图6所示，在其他一些实施例中，第二安装区域231b与第一安装区域111b对应并连接，并在第二纤芯122的数量为多条时，第二安装区域231b和第一安装区域111b设于多条第二纤芯122长度方向所在平面的同侧。同样的，需控制第一粘接层101在第二安装区域231b和第一安装区域111b内，避免液态胶体过多在固化形成第一粘接层101的过程中因形变应力过大影响低折射率波导220与第二光纤的对接稳定性。待液态胶体固化形成第一粘接层101后，可再在第二安装区域231b和第一安装区域111b之间填充胶体固化后形成第二粘接层102，以连接固定第一安装区域111b和第二安装区域231b，充分固定盖体110和基体230。
如图2和图4所示，基体230包括衬底层213、二氧化硅中间层223和二氧化硅盖板层233，二氧化硅中间层223设于衬底层213，二氧化硅中间层223背离衬底层213的一侧具有过渡面223a，楔形波导210设于过渡面223a，楔形波导210具有楔形端211，低折射率波导220设于过渡面223a并覆盖楔形端211，二氧化硅盖板层233设于过渡面223a并覆盖楔形波导210和低折射率波导220。其中，第二对接区域231a中的一部分位于二氧化硅盖板层233表面、另一部分位于二氧化硅中间层223的表面，第二安装区域231b则位于衬底层213表面，安装面213a位于衬底层213背离二氧化硅中间层223的表面，可通过调整衬底层213沿衬底层213与二氧化硅中间层223层叠方向的厚度，以使安装面213a与第三支撑面330平齐。
本申请实施例还提供一种芯片，芯片可以为FMCW(Frequency ModulatedContinuous Wave，调频连续波)芯片。具体地，芯片包括封装体以及如上所述的耦合器与光纤阵列封装结构10，封装体包覆于耦合器200与光纤阵列100***，芯片还包括设于封装体并与耦合器200的楔形波导210连接的第一传输端子、与光纤阵列100的第一纤芯121连接的第二传输端子，楔形波导210通过第一传输端子、第一纤芯121通过第二传输端子分别与其他结构进行信号传输。
如图7所示，本申请实施例还提供一种耦合器与光纤阵列的封装方法，用于制备如上所述的耦合器与光纤阵列封装结构10，耦合器与光纤阵列的封装方法具体包括如下步骤：
步骤S101、提供光纤阵列100，光纤阵列100包括盖体110、第一纤芯121以及连接于第一纤芯121的第二纤芯122，第二纤芯122穿设于盖体110，第二纤芯122具有光纤端面122a，盖体110的表面邻近光纤端面122a的部分具有第一对接区域111a。
具体地，可将第一纤芯121熔接于第二纤芯122端部，再将第一包层123包覆于第一纤芯121***形成第一光纤，以及将第二包层124包覆于第二纤芯122***形成第二光纤后，将第一光纤穿设于盖体110内的传输通道，其中第一包层123和第二包层124可一体加工成型，以提高第一纤芯121与第二纤芯122连接稳定性。
步骤S102、提供耦合器200，耦合器200包括低折射率波导220、楔形波导210及基体230，低折射率波导220局部覆盖楔形波导210且将基体230覆盖于折射率波导220和楔形波导210，低折射率波导220包括耦合端面220a，基体230具有邻近耦合端面220a的第二对接区域231a。其中，低折射率波导220可向远离楔形波导210的方向延伸至基体230的第二对接区域231a，并使低折射率波导220的耦合端面220a与第二表面231的第二对接区域231a平滑过渡，避免低折射率波导220过于凸出。
其中，制备光纤阵列100的步骤S101可于制备耦合器200的步骤S102之后进行，或者步骤S101和步骤S102同时进行。
步骤S103、移动光纤阵列100和耦合器200中的至少一个使得光纤阵列100和耦合器200相互靠近，使得第一对接区域111a与第二对接区域231a连接，第二纤芯122的端面与低折射率波导220的耦合端面220a对接，其中，沿第二纤芯122的长度方向，耦合端面220a的正投影全部覆盖光纤端面122a的正投影，在光纤端面122a与耦合端面220a对位完成后将盖体110与基体230固定连接。
具体地，可将耦合器200的基体230固定在安装结构上，将光纤阵列100的盖体110安装在夹具上，移动光纤阵列100向耦合器200靠近，使第一对接区域111a与第二对接区域231a相互靠近，然后于显微镜下初步调整光纤阵列100的位置，使第二纤芯122的光纤端面122a与低折射率波导220的耦合端面220a对应。
在低折射率波导220、楔形波导210、第一纤芯121和第二纤芯122的数量均为多个时，选择位于两端的两个楔形波导210通过环回波导(图中未示出)导通，并选择位于两端的其中一条第一纤芯121接入可发射光线的检测光源、另一条第一纤芯121接入光功率计，并选择位于中间的多条第一纤芯121中的两条第一纤芯121接入红光笔，打开两个红光笔向对应的第一纤芯121中通入红光，移动光纤阵列100的位置，待观察到光从红光依次经第一纤芯121、第二纤芯122、折射率波导后进入楔形波导210之后，完成耦合粗对位。打开检测光源，向对应的第一纤芯121中通入检测光线，细微调整光纤阵列100的位置，实时读取光功率计的度数，直至光功率计显示的数据最大后，即完成耦合细对位对位，此时，可将盖体110固定连接于基体230，以固定光纤端面122a与耦合端面220a两者之间的相对位置不变。
封装方法还可包括在第一对接区域111a与第二对接区域231a之间设置液态胶体，并固化液态胶体形成连接于第一对接区域111a和第二对接区域231a之间的第一粘接层101。具体地，可在第一对接区域111a与第二对接区域231a之间填充可供光线穿过的液态胶体，并读取光功率计的读数进一步变大后，进一步地调整光纤阵列100的位置，直至光功率计的读数达到最大，确定对应的光纤阵列100的位置即为最优的封装位。然后采取阶梯式固化方式，例如采用紫外灯照射固化形成第一粘接层101时，设置固化功率由小到大、固化时间由短到长，以此能够及时释放由于热膨胀导致的应力，防止光纤阵列100偏离最佳位置，具体的固化时间和功率根据液态胶体的填充量进行调节，固化过程中时刻监视光功率计的显示的数值，如果出现光功率计显示的数值急剧下降的情况，及时调控紫外灯功率以及时释放固化过程中的应力，使光纤阵列100始终保持在最佳位置，直至光功率计的示数不再改变。
当盖体110与基体230朝向彼此的表面在第二纤芯122长度方向仅部分重叠时，即基体230的第二安装区域231b和盖体110第一安装区域111b分设于第二纤芯122相对的两侧时，封装方法还包括在液态胶体固化形成第一粘接层101后的一下步骤：提供支撑体300，将支撑体300连接于基体230和盖体110，且支撑体300与盖体110设于基体230同侧，然后在基体230的第二安装区域231b与支撑体300朝向基体230的表面之间填充粘结胶体，并同样采用阶梯式改变固化条件的方法将粘结胶体固化形成第二粘接层102，避免固化形成第二粘接层102时粘结胶体的形变应力拉扯盖体110或基体230，导致影响光纤端面122a与耦合端面220a的对位稳定性。
支撑体300包括第一支撑面310、连接于所述第一支撑面310其中一侧的第二支撑面320、连接于第一支撑面310另一侧的第三支撑面330，第二支撑面320与第三支撑面330相对；移动支撑体300向光纤阵列100和耦合器200靠近，将第一支撑面310连接于耦合器200的基体230，将第二支撑面320连接于光纤阵列100的盖体110，第三支撑面330为与第二纤芯122长度方向平行的平面，基体230包括与第三支撑面330对接且平齐的安装面232。例如当安装结构为平板状的安装板时，设置基体230的安装面213a与支撑体300背离光纤阵列100的表面平齐，可提高耦合器200、光纤阵列100和支撑体300的安装稳定性，进而使制得的耦合器与光纤阵列封装结构10的整体结构紧凑，确保耦合器与光纤阵列封装结构10在转运过程中和安装于其他结构上的平稳性。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种耦合器与光纤阵列的封装方法，其特征在于，包括：
提供光纤阵列，所述光纤阵列包括盖体、第一纤芯以及连接于所述第一纤芯的第二纤芯，所述盖体包括连接表面，所述连接表面包括平面部分以及与所述平面部分连接的凹槽部分，所述第二纤芯穿设所述凹槽部分形成的凹槽，所述第二纤芯穿设于所述盖体，所述第二纤芯具有光纤端面，所述盖体的表面邻近所述光纤端面的部分具有第一对接区域，所述第一对接区域与所述连接表面连接；
提供耦合器，所述耦合器包括低折射率波导、楔形波导及基体，所述低折射率波导局部覆盖所述楔形波导且将所述基体覆盖于所述折射率波导和所述楔形波导，所述低折射率波导包括耦合端面，所述基体具有邻近所述耦合端面的第二对接区域；
移动所述光纤阵列和所述耦合器中的至少一个使得所述光纤阵列和所述耦合器相互靠近，所述第二纤芯的光纤端面与所述低折射率波导的耦合端面对接，其中，沿所述第二纤芯的长度方向，所述耦合端面的正投影全部覆盖所述光纤端面的正投影；
在所述第一对接区域与所述第二对接区域之间设置第一粘接层，通过所述第一粘接层连接所述第一对接区域和所述第二对接区域，且所述第一粘接层连接所述折射率波导和所述第二纤芯。
2.根据权利要求1所述的耦合器与光纤阵列的封装方法，其特征在于，
所述封装方法还包括在所述第一对接区域与所述第二对接区域之间设置所述第一粘接层后的以下步骤：提供支撑体，将所述支撑体连接于所述基体和所述盖体，且所述支撑体与所述盖体设于所述基体同侧。
3.根据权利要求2所述的耦合器与光纤阵列的封装方法，其特征在于，所述支撑体包括第一支撑面、连接于所述第一支撑面其中一侧的第二支撑面、连接于所述第一支撑面另一侧的第三支撑面，所述第二支撑面与所述第三支撑面相对；
移动所述支撑体向所述光纤阵列和所述耦合器靠近，将所述第一支撑面连接于所述耦合器的所述基体，将所述第二支撑面连接于所述光纤阵列的所述盖体，所述第三支撑面为与所述第二纤芯长度方向平行的平面，所述基体包括与所述第三支撑面对接且平齐的安装面。
4.一种耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，包括：
光纤阵列，包括盖体、穿设于所述盖体的第一纤芯以及连接于所述第一纤芯的第二纤芯，所述第二纤芯具有光纤端面，所述盖体的表面邻近所述光纤端面的部分具有第一对接区域；
耦合器，对应所述光纤阵列设置，所述耦合器包括楔形波导、局部覆盖所述楔形波导的低折射率波导以及覆盖所述楔形波导和所述低折射率波导的基体，所述低折射率波导具有耦合端面，所述基体表面邻近所述耦合端面的部分包括第二对接区域；沿所述第二纤芯的长度方向，所述耦合端面的正投影全部覆盖所述光纤端面的正投影，所述耦合端面与所述光纤端面耦合对接，从而使光线可在所述低折射率波导与所述第二纤芯之间传输；及
第一粘接层，连接于所述第一对接区域和所述第二对接区域之间，且所述第一粘接层连接所述低折射率波导和所述第二纤芯。
5.根据权利要求4所述的耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，所述盖体包括朝向所述基体的第一表面，所述第一对接区域位于所述第一表面，所述第一表面包括与所述第一对接区域连接的第一安装区域；所述基体包括朝向所述盖体的第二表面，所述第二对接区域位于所述第二表面，所述第二表面包括与所述第二对接区域连接的第二安装区域；
所述第二安装区域和所述第一安装区域沿垂直于所述第二纤芯长度方向的方向交错设置；
或者所述第二安装区域与所述第一安装区域对应并连接。
6.根据权利要求5所述的耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，所述第二安装区域和所述第一安装区域沿垂直于所述第二纤芯长度方向的方向交错设置，且所述封装结构还包括支撑体，所述支撑体包括连接于所述第二安装区域的第一支撑面、与所述第一支撑面连接的第二支撑面，所述第二支撑面连接于所述盖体。
7.根据权利要求6所述的耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，所述支撑体还包括与所述第一支撑面连接且与所述第二支撑面相对的第三支撑面，所述基体还包括与所述第二安装区域连接的安装面，所述安装面和所述第三支撑面均为与所述第二纤芯长度方向平行的平面，且所述安装面与所述第三支撑面平齐。
8.根据权利要求4所述的耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，所述基体包括衬底层、二氧化硅中间层和二氧化硅盖板层，所述二氧化硅中间层设于所述衬底层，所述二氧化硅中间层背离所述衬底层的一侧具有过渡面，所述楔形波导设于所述过渡面，所述楔形波导具有楔形端，所述低折射率波导设于所述过渡面并覆盖所述楔形端，所述二氧化硅盖板层设于所述过渡面并覆盖楔形波导和低折射率波导。
9.根据权利要求4所述的耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，所述光纤阵列还包括包覆于所述第一纤芯外层的第一包层、包覆于所述第二纤芯外层的第二包层，所述第一纤芯与所述第一包层构成第一光纤，所述第一光纤为单模光纤或保偏光纤，所述第二纤芯与所述第二包层构成第二光纤，所述第二光纤为高数值孔径光纤。
10.根据权利要求4所述的耦合器与光纤阵列封装结构，其特征在于，所述光纤阵列包括数量相等且一一对应连接的多个所述第一纤芯和多个所述第二纤芯，所述耦合器包括数量相等且一一对应连接的多个所述楔形波导以及多个所述低折射率波导，多个所述第二纤芯与多个所述低折射率波导的数量相等，且多个所述低折射率波导的耦合端面与多个所述第二纤芯的所述光纤端面一一对应耦合对接。
11.一种芯片，其特征在于，包括：
封装层；及
如上述权利要求4至10中任一项所述的耦合器与光纤阵列封装结构。
CN202110945656.0A 2021-08-17 2021-08-17 耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片 Active CN113791474B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110945656.0A CN113791474B (zh) 2021-08-17 2021-08-17 耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110945656.0A CN113791474B (zh) 2021-08-17 2021-08-17 耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113791474A CN113791474A (zh) 2021-12-14
CN113791474B true CN113791474B (zh) 2023-02-03

Family

ID=78876162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110945656.0A Active CN113791474B (zh) 2021-08-17 2021-08-17 耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113791474B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116661057A (zh) * 2022-02-18 2023-08-29 华为技术有限公司 一种光器件、光模块及通信设备
CN114967004A (zh) * 2022-05-27 2022-08-30 武汉华工正源光子技术有限公司 光纤阵列和硅光芯片的耦合方法以及光模块
CN117666032A (zh) * 2022-09-01 2024-03-08 华为技术有限公司 光组件、光芯片、电子设备及光通信***
CN115185040B (zh) * 2022-09-09 2022-12-13 之江实验室 一种硅光子芯片被动对准光学封装结构和光开关设备
CN115656975B (zh) * 2022-12-14 2023-05-23 深圳市速腾聚创科技有限公司 波导转换芯片、调频连续波激光雷达及自动驾驶设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5723335B2 (ja) * 2012-09-04 2015-05-27 日本電信電話株式会社 光ファイバ接続部材
CN203133318U (zh) * 2012-11-27 2013-08-14 孙麦可 平面光波导与光纤耦合结构
CN109613665A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 联合微电子中心有限责任公司 单模光纤与硅基光电子芯片端面的耦合封装结构及方法
CN112394446B (zh) * 2019-08-13 2023-04-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 端面耦合器及其制作方法、端面耦合方法
CN112433303A (zh) * 2019-08-26 2021-03-02 阿里巴巴集团控股有限公司 硅光模块及光传输器件
CN110542949B (zh) * 2019-09-20 2020-11-06 光越科技(深圳)有限公司 一种用于硅光波导连接和耦合的光纤制作方法及加热装置
CN110632702B (zh) * 2019-10-23 2021-04-09 北京工业大学 一种lnoi基光波导反向楔形模斑耦合器及制备方法
CN213934284U (zh) * 2021-01-12 2021-08-10 深圳市砺芯科技有限公司 一种光波导模斑转换器

Also Published As

Publication number Publication date
CN113791474A (zh) 2021-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113791474B (zh) 耦合器与光纤阵列封装方法、封装结构及芯片
CA2995292C (en) Photonic chip having a monolithically integrated reflector unit and method of manufacturing a reflector unit
US8061904B1 (en) Fiber optic connector microlens with self-aligning optical fiber cavity
KR20200060718A (ko) 광자 집적 회로의 도파관에 광섬유의 자기 정렬 연결을 위한 방법 및 장치
JP2018124307A (ja) 光コネクタおよび光伝送システム
CN111367014B (zh) 一种用于光互联的具有模斑转换功能的片上边缘耦合器
WO2017054683A1 (en) Optical coupling adaptor for optical signal coupling between photonic integrated circuit and optical fiber
US20200132931A1 (en) Relaxed tolerance adiabatic coupler for optical interconnects
US10422967B2 (en) Optical coupling apparatus and method
CN113267847A (zh) 一种用于耦合多芯光纤与集成光芯片的光耦合器件及其制备方法
CN111801612A (zh) 光学连接部件
US11754788B2 (en) Multi-channel mode converters with silicon lenses
WO2022044101A1 (ja) 光導波路部品およびその製造方法
CN111025474B (zh) 一种基于折射率调控的覆盖su-8包层的硅波导模式耦合器
CN113839302A (zh) 端面耦合器与光纤阵列封装结构及封装方法
US20240036263A1 (en) Diamond spot size converter for fiber edge coupling
JP4264863B2 (ja) 光分岐結合器および光伝送装置
JP6478907B2 (ja) 端面光結合型シリコン光集積回路
CN117492134B (zh) 偏振无关耦合器
CN217425748U (zh) 一种光学连接结构和光纤器件
US20230384542A1 (en) Optical connecting structure, optical module and manufacturing method for optical connecting structure
US20230400641A1 (en) Optical connection device, composite optical connection device, and manufacturing method of optical connection device
Wang et al. A robust strategy for realizing highly-efficient passive alignment of fiber ribbons to integrated polymer waveguides
Hsu et al. Coupling methods in prospective single-mode fiber integrated optics systems: A progress report
EP1496378A1 (en) Optical coupling device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant