[发明专利]一种硅光芯片的耦合方法和耦合结构

说明书

【技术领域】

本发明涉及硅光芯片耦合技术领域，特别是涉及一种硅光芯片的耦合方法和耦合结构。

【背景技术】

随着移动互联、大数据、高清视频等业务爆炸性发展，对通信系统容量及传输速率需求不断提高。基于SOI材料的硅基光子集成技术成为光器件未来发展的趋势。硅波导具有高折射率差，可在CMOS兼容工艺下实现结构紧凑的光子器件。同时还可与微电子器件集成，实现多个光电元件集成，实现标准化、批量化制作，能有效降低器件成本。

硅波导尺寸为亚微米级，光场模斑小于1μm，与光纤中的模斑的8-10μm相差较大。二者间的模斑失配，会导致光纤与硅波导的直接耦合有很大的损耗。因此作为硅波导与外界光纤连接的接口，硅波导耦合结构成为硅光芯片设计与封装的难点。

常用硅光芯片波导端面耦合结构有正向楔形或反向楔形两种特殊的设计结构，两种设计在实际产品中都得到广泛研究与应用。正向楔形多采用厚硅工艺，设计的硅光芯片尺寸较大。正向楔形耦合结构耦合封装工艺与常规PLC芯片耦合封装一致，难度相对较小。反向楔形结构设计会让芯片尺寸更紧凑，反向楔形设计采用悬臂结构设计，悬臂波导结构对外界应力较为敏感，耦合封装时，需要开发新的封装结构及方法，保证产品的可生产性及可靠性。

光波导芯片耦合对准分为有源对准和无源对准两种。有源对准是通过对光功率或电流的监控，高精度设备调节光纤组件与波导芯片的相对位置，达到最佳耦合效果。无源对准是通过辅助标记或结构，在图像设备下，实现光纤组件与光波导的耦合对准及固定。

常规硅光芯片采用芯片-透镜-波导的耦合方法，耦合封装时是将光纤与硅波导的模斑转换结构耦合对准，该过程通常要监控硅波导另一端的输出光功率(即有源对准)，该方法两端需两端同时耦合硅波导，难度较大。通过在硅光芯片输入/输出端，硅波导模斑转换结构区设计V型结构相连，借助V槽实现光纤与硅波导的无源耦合，可简化耦合封装难度。

耦合封装带有V槽设计结构的硅光芯片时，传统的激光器芯片-透镜-波导的耦合方法，无法适用。激光器芯片封装成同轴器件的方式在与此类硅光芯片耦合时，可适用于单通道产品，但针对多通道(2或4通道)产品时，受限于同轴器件管体尺寸，无法在有限尺寸的PCB板上实现多通道硅光芯片的耦合封装。因此，一种适用于V槽无源耦合的硅光芯片的耦合结构及方法成为技术难点。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是耦合封装带有V槽设计结构的硅光芯片时，传统的激光器芯片-透镜-波导的耦合方法，无法适用。激光器芯片封装成同轴器件的方式在与此类硅光芯片耦合时，可适用于单通道产品，但针对多通道(2或4通道)产品时，受限于同轴器件管体尺寸，无法在有限尺寸的PCB板上实现多通道硅光芯片的耦合封装。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种硅光芯片的耦合方法，耦合结构包括光学组件、硅光芯片1和PCB板8，其中光学组件包括激光器芯片2、耦合透镜3、光纤4、玻璃盖板5、V槽基板6和外接端口7，耦合方法包括：

将硅光芯片1和V槽基板6的粘接固定在PCB板8上；将光纤4的一端放置到硅光芯片1耦合端面上的芯片V槽1-1中，将光纤4的另一端放置在V槽基板6的V型槽6-1中；

其中，所述激光器芯片2、耦合透镜3、光纤4和玻璃盖板5设置在V槽基板6上。

优选的，所述硅光芯片1的耦合端面硅波导包括所述芯片V槽1-1和悬臂硅波导1-2结构，其中，所述悬臂硅波导1-2与V型槽1-1耦合相连，并且与放置在所述V型槽1-1上的光纤4的端口完成光路耦合。

优选的，所述光学组件通过光纤4分别固定在芯片V槽1-1和V型槽6-1后，实现激光器芯片2与硅光芯片1之间的悬臂硅波导1-2的耦合连接，实现光路连通。

优选的，所述V槽基板6所用材料为硅，V槽基板6上的V型槽6-1通过湿法刻蚀加工而成。

优选的，所述激光器芯片2为端面发射，包括FP激光器或DFB激光器。

优选的，所述耦合结构还包括玻璃垫片9、紫外胶水10和匹配液11时，所述耦合方法还包括在玻璃垫块9上点紫外胶水固定上方的光纤4，再固定V槽基板6，实现整个光学组件与芯片耦合端的对准封装。

优选的，所述光纤4两个端面，LC Receptacle7的尾纤端面，均需剥除涂覆层部分1-4毫米，优选为2毫米。