带有边缘耦合器的硅光子低回波损耗封装结构的制作方法

背景技术：

本发明涉及一种带有边缘耦合器的硅光子低回波损耗封装结构，具体地涉及一种用于带有透镜和隔离器的分布式反馈激光器封装的带有边缘耦合器的硅光子低回波损耗封装结构。

由于耦合器、调制器、光电二极管、雪崩光电二极管、偏振分集部件和多模干涉仪的高密度集成能力,硅光子集成电路(sipic)已经获得了极大的关注。然而，链路预算缺陷(linkbudgetdeficiency)限制了硅光子集成电路的应用。在一个方面，分布式反馈激光器(dfb-ld)的耦合效率和硅光子集成电路对链路预算有重大影响。

截至目前，在硅光子集成电路上应用了两种耦合器结构。第一个是光栅耦合器，它的优点是片上表征兼容性和小于2db插入损耗的高耦合效率。但光栅耦合器的一个缺点是它的有限光谱带宽，和1db变化内的典型带宽小于20nm。另一非显而易见但重大的缺点是，它的立式封装结构不易于设计成qsfp28形体尺寸，而这已经是在数据中心应用中的主流封装形体尺寸。

另一种结构是边缘耦合器，其通常带有被二氧化硅悬臂结构环绕的锥形硅波导。边缘耦合器是平面中(in-plane)结构，可以与qsfp形体尺寸完全兼容。边缘耦合器也可以为单模光纤提供小于2db的插入损耗，以及展示出与单模光纤耦合误差兼容性，同时支持o-波段和c-波段的非常宽的光谱带宽。但到目前为止，由于dfb-ld模式尺寸和边缘耦合模式尺寸的不匹配，分布式反馈激光器的耦合损耗仍超出可以接受的程度。如图5所示的现有的耦合图，已经采用透镜来克服这两种模式之间的不匹配，但是从边缘耦合面的反射对分布式反馈激光器有所影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决前述的与现有封装结构相关的问题。本发明提供了一种在dfb-ld和sipic边缘耦合器之间耦合的具有低回波损耗的新颖、紧凑且高效的封装结构。

根据本发明的一个方面，一种在dfb-ld和sipic边缘耦合器之间耦合的具有低回波损耗的新颖、紧凑且高效的封装结构，包括：分布式反馈激光二极管(dfb-ld)；硅光子集成电路芯片(sipic)，其包括至少一个输入边缘耦合器和至少一个输出边缘耦合器；硅石罩盖，其设置在所述硅光子集成电路芯片的顶部并且与所述硅光子集成电路芯片边对边对齐；单模光纤，其对齐所述至少一个输出边缘耦合器；透镜，其设置在所述分布式反馈激光器和所述硅光子集成电路芯片的所述至少一个输入边缘耦合器之间；和隔离器，其采用第一容量的折射率匹配流体结合到所述至少一个输入边缘耦合器的刻面。所述透镜配置成最小化所述分布式反馈激光二极管的输出光斑尺寸和所述硅光子集成电路芯片的至少一个输入边缘耦合器的光斑尺寸之间的不匹配。

优选地，所述隔离器包括一个0⁰偏振器、法拉第旋转器、45⁰偏振器和波片。

优选地，所述波片被对齐，将输出光束的偏振旋转到所述分布式反馈激光二极管的偏振态。

优选地，所述隔离器被结合到所述硅光子集成电路芯片的输入边缘耦合器，带有倾斜角度。

优选地，其中设置成朝向所述透镜的所述隔离器的的第一表面涂有防反射膜。

优选地，其中所述至少一个输入边缘耦合器是悬臂结构边缘耦合器、锚定悬臂结构边缘耦合器，或其组合。

优选地，其中所述透镜是球形透镜、非球面透镜、梯度折射率透镜、一组准直透镜，或其组合。

优选地，所述折射率匹配流体是可紫外线固化的。

优选地，所述单模光纤被采用紫外线固化型折射率匹配流体固定到所述至少一个输出边缘耦合器的刻面。

优选地，所述单模光纤包括光纤阵列组件。

优选地，所述dfb-ld的工作波长范围是c波段、o波段，或其组合。

优选地，所述硅石罩盖包括用于容纳填充第二容量的折射率匹配流体的多个沟槽，并且所述沟槽对齐所述sipic的至少一个输入边缘耦合器和至少一个输出边缘耦合器。

优选地，所述dfb-ld和所述透镜被封装为一个封装部件。

优选地，所述封装部件是晶体管外形罐型(to-can)或蝴蝶型。

优选地，所述封装部件是半密封的封装盒，其包括dfb-ld芯片；第一基板，其是高导热性的，安装到所述分布式反馈激光二极管芯片上；安装到所述第一基板上的第二基板；和密封盖，其包括透镜，所述透镜沿dfb-ld输出的波束传播方向嵌入到所述密封盖的第一刻面中。

优选地，所述dfb-ld芯片是与所述第一基板共熔结合。

优选地，所述第一基板的材料包括硅、al2o3、aln，或其组合。

优选地，所述第二基板包括硅、al2o3、aln，或其组合。

优选地，所述密封盖安装在所述第二基板上，并且用可紫外线固化的环氧树脂或银膏密封。

优选地，所述密封盖的材料包括硅石、硅、环氧树脂，或其组合。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是根据本发明的一个实施例的高效封装结构的示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的隔离器的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的硅石罩盖的示意图。

图4是根据本发明的一个实施例的用于dfb-ld封装的半密封封装盒的示意图。

图5是现有技术中的耦合示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的高效封装结构100。本发明提供了一种在dfb-ld和sipic边缘耦合器之间耦合的具有低回波损耗的新颖、紧凑且高效的封装结构100。参见图1，该高效封装结构100包括dfb-ld110，带有硅石罩盖130的sipic120，在dfb-ld110和sipic120的输入边缘耦合器(未示出)之间插入的透镜140，附连到sipic120的输入面端的隔离器150，采用折射率匹配流体(imf)122填充空气间隙，以及耦合到所述sipic的输出边缘耦合器的单模光纤160，采用折射率匹配流体124填充空气间隙。隔离器150包括0⁰偏振器152、法拉第旋转器154、45⁰偏振器156和波片158。隔离器150能够将偏振旋转回输入偏振方向。此外，设置成朝向透镜140的隔离器150的输入面涂有防反射膜(未示出)，以减少回波损耗。在一些实施例中，折射率匹配流体122和折射率匹配流体124能够被紫外线(uv)固化。

在一些实施例中，波片158被对齐，以将dfb‐ld110的输出光束115的偏振旋转到dfb‐ld110的偏振态。在一些实施例中，隔离器150被结合到sipic120的至少一个输入边缘耦合器，带有倾斜角度。在一些实施例中，该至少一个输入边缘耦合器是悬臂结构边缘耦合器、锚定悬臂结构边缘耦合器，或其组合。在一个实施例中，透镜140是球形透镜、非球面透镜、梯度折射率透镜、一组准直透镜或其组合。在一些实施例中，单模光纤160被采用紫外线固化型折射率匹配流体固定到所述至少一个输出边缘耦合器的刻面。在一些实施例中，单模光纤160包括光纤阵列组件。在一些实施例中，dfb‐ld110的工作波长范围是c波段、o波段、或其组合。在一些实施例中，dfb‐ld110和透镜140被封装为一个封装部件。在一些实施例中，所述封装部件是晶体管外形罐型(to‐can)或蝴蝶型。

图2示出根据本发明的一个实施例的隔离器200。隔离器200是封装结构100的隔离器150的一个具体实施例。

图3示出根据本发明的一个实施例的硅石罩盖。硅石罩盖300是封装结构100的硅石罩盖130的一个具体实施例。如图3所示，硅石罩盖300在其表面上具有多个沟槽310。沟槽310配置成容纳一定容量的折射率匹配流体的填充。在一些实施例中，沟槽310对齐sipic120的至少一个输入边缘耦合器和至少一个输出边缘耦合器。

图4示出根据本发明的一个实施例的用于dfb-ld封装的半密封封装盒400。半密封封装盒400包括dfb-ld芯片410；安装到dfb-ld芯片410上的第一基板420；安装到第一基板420上的第二基板430；和密封盖440。密封盖440包括透镜，所述透镜440沿dfb-ld芯片410输出的波束传播方向(即，图1中所示的光束115)嵌入到所述密封盖440的第一刻面中。

在一些实施例中，dfb-ld芯片410是与所述第一基板420共熔结合。在一些实施例中，第一基板420是陶瓷基板。在一些实施例中，第一基板420的材料包括硅、al2o3、aln，或其组合。在一些实施例中，第二基板430的材料包括硅、al2o3、aln，或其组合。在一些实施例中，所述密封盖440安装在所述第二基板430上，并且用可紫外线固化的环氧树脂或银膏密封。在一些实施例中，所述密封盖的材料包括硅石、硅、环氧树脂，或其组合。

虽然以上公开了一些实施例，并非旨在将本发明限制在此范围内。在不偏离本发明的范围和主旨的情况下，本领域的技术人员显然可以做出各种修改和变化。因此，本发明的范围应当由权利要求及其等同物进行限定。