[发明专利]用于光子集成电路中的激光器对准技术

说明书

公开了在光子集成电路(PIC)中有效对准半导体激光器的技术。在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)可以包括：半导体激光器，其包括激光器配合表面；以及基板，其包括基板配合表面。激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状可以被配置成在三个维度上将半导体激光器与基板对准。

相关申请

本专利申请要求于2016年2月19日提交的美国临时专利申请第62/297,735号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容总体上涉及半导体激光器并且，更具体地涉及用于将半导体激光器对准光子集成电路(PIC)基板的技术。

背景技术

硅光子芯片需要施加电流和光以便起作用。以与其他类型的硅芯片使用的方式类似的方式提供电流。然而，到目前为止，已经使用各种方法来向PIC基板提供光输入以形成PIC。用于光学耦合的主要方法是基于有源对准。使用有源对准，可以通过为激光器供电来生成光，通常在下游检测到来自激光器的能量。为了峰值光学耦合，在固定几何形状之前相对于检测器精确地移动激光器、光纤、透镜或其他中间对象。该方法需要在组装过程的早期电接触激光器，这可以使可制造性复杂化。以下是与PIC基板的光学耦合的三个示例。

第一示例使用将光线带到PIC基板的光纤。该示例使用将光纤与PIC基板有源对准，这可以是耗时并且昂贵的并且可以产生易碎的组件。使用光纤还消耗了不仅用于光纤而且用于可以连接至光纤的另一端的封装半导体激光器的大量空间。

第二示例与透镜和其他光学元件使用外部封装的半导体激光器二极管，如美国专利8,168,939中所公开的。虽然该示例与第一示例相比减少了使用的空间量，但是它仍然消耗太多空间，而且增加了与光学元件以及所需的组装和封装关联的成本。该示例通常还需要在对准期间激活激光器。

第三示例直接与硅光子芯片使用切割或蚀刻的端面半导体激光器。该示例使整体尺寸最小化，然而，它需要将半导体激光器与硅光子芯片有源或无源对准，这是耗时的并且增加了成本。

为了解决上述缺点，已经在使用无源对准以降低成本和组装速度上做出了一些努力。在无源对准中，通常用显微镜成像系统观察部件上的光学基准，并且然后简单地配合和固定这些部件而不测量光学耦合性能。无源对准可以是简单并且快速的，但是受到实现需要的精度所需的成本和时间的严重限制。产生的对准精度低于15微米是非常昂贵的。

与光向PIC基板的电流传送关联的上述挑战和缺点阻碍了在诸如数据中心连接的应用中以有益的方式使用PIC的能力。

发明内容

在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)包括：半导体激光器，其包括前向引导表面；和PIC基板，其包括配合表面，其中，通过将半导体激光器放置在PIC基板中并且将前向引导表面与配合表面配合来将半导体激光器对准在PIC基板中。引导表面可以具有不同的形状，例如三角形或剪切的三角形。配合表面可以匹配引导表面的形状，或者可以包含来自引导表面的顶尖缺口(relief)。配合表面可以包含弯曲边缘。半导体激光器和PIC基板可以包含蚀刻到基板中的标尺以辅助对准。对准可以经由外部推力是主动的，或者经由用焊料或树脂的表面张力是被动的。激光器还可以包含端面，并且PIC基板可以包含波导。端面和波导可以成角度以防止背反射到激光器中。可以在竖直维度、水平维度或两者上控制角度。

在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)可以包括：半导体激光器，其包括激光器配合表面；和基板，其包括基板配合表面，其中，激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状被配置成在三个维度上将半导体激光器与基板对准。

在一些实施方式中，激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状可以被配置成当向半导体激光器施加外力时将半导体激光器与基板对准。在一些实施方式中，可以在从半导体激光器朝向基板的方向上施加外力。