專利名稱：一種切割后集成光子芯片直接耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于集成光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種切割后集成光子芯片直接耦合裝置。
背景技術(shù)：
集成光子芯片的耦合封裝問題是光子芯片實用化過程中的關(guān)鍵問題。目前，集成光子芯片的耦合工藝步驟比較復(fù)雜。集成光子芯片需要經(jīng)過切割、研磨、拋光步驟最終得到斜8°的光滑端面的集成光子芯片。研磨拋光加工作為集成光子芯片端面超平滑表面加工最有效的技術(shù)手段。研磨拋光是為了減小回波信號對光源和集成光子器件的影響，回波損耗要求達(dá)到50dB甚至60dB以上。研磨拋光加工是工件隨行星輪做行星式轉(zhuǎn)動的同時，上下表面由下拋光盤施加壓力，依靠拋光液中微小磨粒的劃擦作用而微細(xì)去除表面材料的一種精密加工方法。研磨拋光是的一整套加工工藝，需要從研磨拋光到測量測試一系列的精密儀器。研磨拋光時，要求保持夾具有較高精度和剛性，而且要求晶圓尺寸不能太大。如果晶圓的直徑達(dá)到400mm，那么對目前國內(nèi)的一些已經(jīng)投入生產(chǎn)的研磨拋光機提出了很大的挑戰(zhàn)，甚至的大型晶片國內(nèi)的很多企業(yè)都無能為力。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中使用的耦合裝置，包括光源、集成光子芯片和兩個斜8°單模光纖，集成光子芯片的出射端面和入射端面都為光滑的斜8°平面。光源與一個斜8°單模光纖的入射端面相對，該斜8°單模光纖的出射端面為斜8°光滑平面，且與集成光子芯片的入射端面相對，集成光子芯片的出射端面與另一個斜8°單模光纖的入射端面相對，且該斜8°單模光纖的入射端面為斜8°光滑平面。隨著光子集成的發(fā)展，集成光子芯片的集成度也越來越高，而且集成光子芯片的尺寸也越來越小。由于集成光子芯片中的波導(dǎo)尺寸的變小，使得波導(dǎo)中的模斑尺寸小于lum，而光纖中的模斑尺寸為8-10um。光從光纖進入這種集成光子芯片的波導(dǎo)經(jīng)常會帶來很大的損耗。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種切割后集成光子芯片直接耦合裝置，該耦合裝置能夠保證光信號高效的從光纖耦合進入集成光子芯片中。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下的技術(shù)方案—種切割后集成光子芯片直接耦合裝置，該耦合裝置包括光源、集成光子芯片和斜8°單模光纖；還包括斜8°臺形光纖，斜8°臺形光纖包括斜8°臺形光纖纖芯和包覆在斜8°臺形光纖纖芯外表面的斜8°臺形光纖包層，且斜8°臺形光纖的出射端面為斜8°端面，臺形光纖纖芯為圓臺狀；斜8°單模光纖的入射端面為斜8°端面，集成光子芯片的入射端面和出射端面均與集成光子芯片的襯底垂直，且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于0.05um;光源與斜8°臺形光纖的入射端面相對，斜8°臺形光纖的出射端面與集成光子芯片的入射端面相對，集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面相對，并且集成光子芯片的芯層軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間具有夾角。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1.部件獲取簡單。目前基于集成光子芯片研磨拋光時，要求保持夾具有較高精度和剛性，而且要求晶圓尺寸不能太大。本實用新型的集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um。這樣，在制備集成光子芯片時，可以省去研磨和拋光步驟，使得本實用新型中的集成光子芯片的獲取更簡易，同時節(jié)省了設(shè)備材料所需的成本。2.實現(xiàn)高效耦合。本實用新型中，通過具有高粗糙度的集成光子芯片端面，利用粗糙度高的特點可以有效的降低菲涅爾反射，同樣可以使得回波損耗要求達(dá)到50dB甚至60dB以上，并且插入損耗可以降低至O. 17dB以下。而現(xiàn)有耦合裝置，回波損耗在50dB-60dB之間，但是插入損耗為IdB左右。本實用新型利用斜8°臺形光纖和集成光子芯片端面成特定角度范圍的入射，可以降低回波，提高入射效率，從而可以實現(xiàn)兩者的高效耦合。

圖1是背景技術(shù)中斜8°單模光纖和集成光子芯片的耦合裝配示意圖。圖2是本實用新型中斜8°臺形光纖和集成光子芯片的耦合裝配示意圖。圖3是本實用新型實施例中提供的實驗的測試結(jié)果線條圖。圖中有斜8°臺形光纖包層1、斜8°臺形光纖纖芯2、斜8°單模光纖包層3、斜8°單模光纖纖芯4、襯底5、緩沖層6、芯層7、覆蓋層8、光源9,其中，Θ為集成光子芯片的芯層軸線與斜8°臺形光纖軸線之間的夾角。
具體實施方式為進一步說明本實用新型的內(nèi)容及特點，
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明，但本實用新型不僅限制于實施例。如圖2所示，本實用新型的一種切割后集成光子芯片直接耦合裝置，該耦合裝置包括光源9、集成光子芯片、斜8°臺形光纖和斜8°單模光纖。光源9、集成光子芯片和斜8°單模光纖是現(xiàn)有的部件，已經(jīng)商用。集成光子芯片包括依次從下向上疊加的襯底5、緩沖層6、芯層7和覆蓋層8。斜8°單模光纖包括斜8°單模光纖纖芯4和包覆在斜8°單模光纖纖芯4外表面的斜8°單模光纖包層3。斜8°臺形光纖包括斜8°臺形光纖纖芯2和包覆在斜8°臺形光纖纖芯2外表面的斜8°臺形光纖包層1，且斜8°臺形光纖的出射端面為斜8°端面，臺形光纖纖芯2為圓臺狀；斜8°單模光纖的入射端面為斜8°端面。斜8°臺形光纖可以首先通過對普通單模光纖熔融拉錐得到普通錐形光纖，然后對普通錐形光纖端面通過研磨得到斜8°的端面，從而得到斜8°臺形光纖。集成光子芯片的入射端面和出射端面均與集成光子芯片的襯底5垂直，且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um。光源9與斜8°臺形光纖的入射端面相對,斜8°臺形光纖的出射端面與集成光子芯片的入射端面相對，集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面相對，并且集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間具有夾角。作為優(yōu)選，集成光子芯片的入射端面的粗糙度在O. 005um-0. 05um之間，例如
O.005um、0. 008um、0. 01um、0. 02um、0. 035um 或者 0. 05um。作為優(yōu)選，所述的集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間的夾角為1-10°，例如可以是1°、4°、8°或者10°。利用上述耦合裝置進行耦合方法包括以下步驟步驟I):制作集成光子芯片和斜8°臺形光纖通過平面加工工藝制得含有數(shù)百只以上集成光子芯片的晶圓，然后利用晶圓切割機正切割晶圓得到集成光子芯片，并且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um ;對普通單模光纖熔融拉錐后，對其出射端面進行研磨和拋光，制得斜8 °臺形光纖。步驟2):將步驟I制備的集成光子芯片和斜8°臺形光纖分別放置在微調(diào)架上，通過調(diào)節(jié)微調(diào)架，使得斜8°臺形光纖的出射端面和集成光子芯片的入射端面相對，并且集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間具有夾角。步驟3):光從斜8°臺形光纖的纖芯2入射到集成光子芯片的芯層7中。步驟4):集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面進行對準(zhǔn)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)高效耦合。通過上述四個步驟，即可實現(xiàn)光信號從光纖耦合進入集成光子芯片中。在步驟I)中，晶圓在正切割過程后不需要研磨和拋光，直接制得集成光子芯片。這樣，集成光子芯片的入射端面和出射端面均具有較大的粗糙度。本實用新型利用集成光子芯片端面粗糙度高的特點，通過將斜8°臺形光纖和集成光子芯片端面設(shè)置特定角度范圍的入射，可以實現(xiàn)兩者的高效耦合，并有效的降低菲涅爾反射，同樣可以使得回波損耗要求達(dá)到50dB甚至60dB以上。由于集成光子芯片不需要研磨和拋光，所以簡化了芯片耦合封裝的工藝步驟。下面，通過實驗來驗證利用本實用新型的耦合裝置可以實現(xiàn)集成光子芯片的高效耦合。實驗部件 采用長度17. 5mm的硅基二氧化硅波導(dǎo)作為集成光子芯片，端面粗糙度為
O.Olum-O. 05um。斜8°臺形光纖、采用型號為安捷倫81910A的可調(diào)諧激光光源、斜8°單模光纖、Newport公司生產(chǎn)的型號為2935-C的光功率計。實驗方法首先安裝設(shè)備將斜8°臺形光纖和可調(diào)諧激光光源相連接，斜8°臺形光纖出射端面和集成光子芯片的入射端面相對，集成光子芯片的出射端面斜8°單模光纖的入射端相對，將斜8°單模光纖的出射端和光功率計相連接。然后調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)微調(diào)架，使得集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間夾角Θ。接著進行實驗打開并調(diào)節(jié)可調(diào)諧激光光源，射出波長為1550nm的光；光從斜8°臺形光纖的纖芯2射入到集成光子芯片的芯層7中；光從集成光子芯片的芯層7中射入斜8°單模光纖中；光從斜8°單模光纖中射入光功率計中。最后，光功率計測試接收到的光功率。每次實驗，夾角Θ依次為0°到10°之間的整數(shù)值。也就是說，總計進行11次實驗。實驗結(jié)果如圖3所示。圖3中，橫坐標(biāo)表示集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間夾角Θ，單位度；縱坐標(biāo)表示集成光子芯片的插入損耗，單位dB。從圖3中可以看出在夾角Θ在0°到10°之間時，插入損耗均小于O. 17dB，最小可以達(dá)到
O.12dB，均小于國標(biāo)YD/T 2000. 1-2009規(guī)定的插入損耗。由此可見本實用新型可以利用簡易的工藝實現(xiàn)高效的耦合。
權(quán)利要求1.一種切割后集成光子芯片直接耦合裝置，該耦合裝置包括光源(9)、集成光子芯片和斜8°單模光纖；其特征在于，還包括斜8°臺形光纖，斜8°臺形光纖包括斜8°臺形光纖纖芯(2)和包覆在斜8°臺形光纖纖芯(2)外表面的斜8°臺形光纖包層(1)，且斜8°臺形光纖的出射端面為斜8°端面，臺形光纖纖芯(2)為圓臺狀；斜8°單模光纖的入射端面為斜8°端面，集成光子芯片的入射端面和出射端面均與集成光子芯片的襯底(5)垂直，且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um ;光源(9)與斜8°臺形光纖的入射端面相對，斜8°臺形光纖的出射端面與集成光子芯片的入射端面相對，集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面相對，并且集成光子芯片的芯層(7)軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間具有夾角。
2.按照權(quán)利要求1所述的切割后集成光子芯片直接耦合裝置，其特征在于，所述的集成光子芯片的入射端面的粗糙度在O. 005um-0. 05um之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的切割后集成光子芯片直接耦合裝置，其特征在于，所述的集成光子芯片的芯層(7)軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間的夾角為1-10°。
專利摘要本實用新型公開了一種切割后集成光子芯片直接耦合裝置，該耦合裝置包括光源、集成光子芯片、斜8°單模光纖和斜8°臺形光纖，斜8°臺形光纖包括斜8°臺形光纖纖芯和斜8°臺形光纖包層，且斜8°臺形光纖的出射端面為斜8°端面，臺形光纖纖芯為圓臺狀；集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于0.05um；光源與斜8°臺形光纖的入射端面相對，斜8°臺形光纖的出射端面與集成光子芯片的入射端面相對，集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面相對，并且集成光子芯片的芯層軸線與斜8°臺形光纖的軸線之間具有夾角。該耦合裝置能夠保證光信號高效的從光纖耦合進入集成光子芯片中。
文檔編號G02B6/26GK202904062SQ20122041311
公開日2013年4月24日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者孫小菡, 蔣衛(wèi)鋒, 劉旭, 柏寧豐, 肖金標(biāo), 胥愛民, 魯仲明 申請人:東南大學(xué), 南京華脈科技有限公司