[发明专利]光学子组件与光电器件的光学对准

说明书

使用外部源和外部接收器，使光信号经由设置在光学子组件上的对准反射表面特征部通过光电器件中的无源波导，实现了光学子组件和光电器件的光学对准。光学子组件设置有第一对准反射表面和第二对准反射表面，第一对准反射表面将来自光源的对准信号引导到波导的输入部处的光栅耦合器，在对准信号已通过波导从输入部传输到输出部之后，第二对准反射表面将来自波导的输出部处的光栅耦合器的对准信号引导到接收器。通过调节光学子组件和光电器件之间的相对位置，并检测从第二对准反射表面反射的对准信号的最大光功率，可以确定光学子组件和光电器件的最佳光学对准的位置。

优选权要求

本申请要求以下优先权：(a)2016年3月15日提交的美国临时专利申请No.62/308,817；和(b)2016年3月15日提交的美国临时专利申请No.62/308,818。这些申请通过引用完全并入，如同在本文完全阐述一样。下面提到的所有出版物都完全并入作为参考，如同在本文完全阐述一样。

技术领域

本发明涉及光耦合进出光电器件(例如，光子集成电路(PIC)、激光器阵列、光电二极管阵列等)，特别是涉及光学子组件(例如，光学平台、光纤子组件等)与所述光电器件的连接。

背景技术

光电器件可包括光学和电子部件，其发出、检测和/或控制光，在光信号和电信号之间转换。例如，收发器(Xcvr)是包括与外壳内的电路组合的发射器(Tx)和接收器(Rx)的光电模块。发射器包括光源(例如，VCSEL或DFB激光器)，并且接收器包括光传感器(例如，光电二极管)。迄今为止，收发器的电路被焊接到印刷电路板上。这种收发器通常具有形成封装的底部(密封或非密封的)的基板，然后将诸如激光器和光电二极管的光电器件焊接到基板上。光纤连接到封装的外部或使用馈通馈送通过封装的壁(参见，例如，US20130294732A1，其已经共同转让给本申请的受让人/申请人，并且完全并入，如同在本文中完全阐述一样)。

光电器件可以以硅光子器件的形式实现。硅光子器件的军事和商业应用迅速出现：用于数字网络和超级计算的光学互连、RADAR(通过光纤的RF)、光学成像和感测，比如激光测距、生物感测、环境和气体感测等。这些应用将需要电子器件-光子器件共同封装，并且它们通常需要到光纤电缆的光学连接，或包括其他无源光学器件，例如透镜、滤光器、隔离器等。

尽管硅光子集成电路(SiPIC)和互补金属氧化物半导体(CMOS)电路具有晶圆级生产效率，但组装和封装任何光学元件，特别是光纤连接器，仍然是劳动密集型且不可靠的过程，其不是在晶圆上进行的，而是在流水线后端进行，在此，工艺失败会产生有价值的废料。这是因为光学组件在位置和对准上需要严格的公差，并且必须通过制造过程和任何后续环境条件保持这些对准公差，这在国防相关应用中可能非常严苛。

规模经济正在推动光电封装行业进入图1所示的供应链模型，其包括独立的代工、封装和产品装配实体。每个实体都专门化并提供大批量生产设施。代工厂使用前沿的CMOS技术制造电子IC。由于光学器件比晶体管大得多，因此单独的代工厂通常使用后沿的光刻工艺制造光子IC。通过使用晶片到晶片或芯片到晶片技术组装它们，代工厂可以生产IC的堆叠体。然后，IC组件通常被运送到单独的设施，其将IC封装到硅或玻璃中介层和/或电基板上。具有球栅阵列的有机基板在商业应用中是常见的，但是国防相关的应用仍然通常在密封封装中使用陶瓷基板。然后将电子组件运送到另一个设施，其在产品组装期间将光电模块集成到另一个印刷电路板上。该设施通常附接光纤电缆并负责测试光电性能。如果发现任何缺陷，他们有义务修理/返工/更换昂贵的光子器件或光纤电缆。