一种并行光纤传输的硅基光收发组件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种并行光纤传输的硅基光收发组件，包括一硅衬底、若干电极、若干激光器/探测器、若干透镜、若干光纤头，以及一光纤盖板，其中：所述硅衬底包括表平面，该表平面设有凹陷部、若干线槽以及定位部，若干定位部与若干线槽的前端口由该凹陷部间隔；若干电极之间呈平行状设置且以凸起态势设在该前方段表平面；若干激光器/探测器分别与若干电极相连，并藉由若干定位部安装在所述表平面；若干透镜对应若干激光器/探测器安装在该凹陷部之中，以及若干光纤头分别设于若干线槽，其靠近若干透镜一端覆盖有一光纤盖板，藉由前述结构或其构造的结合，实现了该硅基光收发组件，从而达成了缩减体积、便于制成及降低成本的良好效果。
【专利说明】一种并行光纤传输的硅基光收发组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及光子集成器件【技术领域】，特别是指一种并行光传输的硅基光收发组件。
【背景技术】
[0002]进入新世纪以来，随着微纳光电集成技术的不断发展，芯片的集成度越来越高，光电器件的尺寸不断缩小，而工作速率则不断提高。为增加光通信容量，采用并行光纤实现多通道激光器/探测器的一对一通信，如PSM4方案(Parallel Single Mode 4，并行单模方案)来实现高密度的光传输。
[0003]目前,实现并行光纤传输的方案大多米用基于阵列VCSEL(面发射激光器)、阵列F1D(探测器)和多模光纤来实现。基于VCSEL的光传输方案存在传输距离短的不足,而基于边发射激光器(如DFB，FP等)的并行光传输方案由于激光器的光斑尺寸较小，再同阵列单模光纤耦合时存在耦合容差小，成品率不高的问题。
[0004]本发明提出了一种新型的硅基光收发组件结构来实现边发射激光器、探测器和阵列光纤间的耦合和集成化，具有耦合容差大、成品率高、易于制作等特点，适合于并行光纤传输的应用。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题,本发明的主要目的在于提供一种并行光传输的娃基光收发组件，该收发组件能实现多路激光器/探测器与多路并行单模光纤间的光耦合，可广泛应用于数据中心光通信、IC芯片间光互联、超级计算机中。
[0006]为达成上述目的，本发明应该的技术方案是:一种并行光纤传输的娃基光收发组件，包括一娃衬底、若干电极、若干激光器/探测器、若干透镜、若干光纤头，以及一光纤盖板，其中:所述硅衬底包括表平面，该表平面的中部较前方段设有凹陷部，在该凹陷部相对的后方段设有若干线槽，所述若干线槽相对该凹陷部呈垂直设置；在该凹陷部相对的前方段表平面设有若干定位部，若干定位部与若干线槽的前端口由该凹陷部间隔；若干电极之间呈平行状设置且以凸起态势设在该前方段表平面；若干激光器/探测器分别与若干电极相连，并藉由若干定位部安装在所述表平面；若干透镜对应若干激光器/探测器安装在该凹陷部之中，以及若干光纤头分别设于若干线槽，其靠近若干透镜一端覆盖有一光纤盖板。
[0007]在本发明实施例中优选，所述的定位部设有在凹陷部相对的前方段靠近该凹陷部边缘。
[0008]在本发明实施例中优选，所述的若干电极设在该定位部至相对的前方段表平面边缘之间的位置。
[0009]在本发明实施例中优选，所述的若干线槽分别包括前端口，所述前端口与若干定位部由所述凹陷部间隔并呈对准态势设置。
[0010]在本发明实施例中优选，所述的透镜自该凹陷部底部凸起并超出若干激光器/探测器的高度平面。
[0011]在本发明实施例中优选，所述的若干透镜包括中心轴，所述激光器/探测器包括出光面，安装后该中心轴的高度比该出光面的高度高。
[0012]在本发明实施例中优选，安装后的所述光纤盖板与若干透镜顶面处于相同高度。
[0013]在本发明实施例中优选，所述的定位部为凸台状。
[0014]在本发明实施例中优选，所述的若干线槽深度依据所述出光面及所述中心轴的位置关系调整，并保证这两者在同一水平面上，而若干线槽之间的间距依据所述激光器/探测器之间的间距进行调整，从而实现所述透镜装置在凹陷部中与若干线槽的深度匹配。
[0015]在本发明实施例中优选，所述的若干电极与若干激光器/探测器电性相连。
[0016]本发明与现有技术相比，其有益的效果是:
实验表明，边发射型激光器同光纤间的直接耦合存在耦合容差小，耦合效率不高的问题，严重制约了并行光通信光收发组件的批量化生产。DFB激光器同常规单模光纤耦合的3dB容差仅lum，直接耦合效率不到9% (耦合损耗约为_8dB)。
[0017]采用慢速的硅干法或者湿法刻蚀工艺可以将硅上特殊图形的高度误差控制在百纳米级，可以实现采用本发明中提到的光耦合结构，满足边发射型激光器同光纤间耦合容差的要求。
[0018]通过聚焦透镜可以将边发射型激光器发出的发散光汇聚到光纤中，通过调整透镜的参数实现合适的光斑调整，从而减少两者的耦合损耗。通过理论计算，不论是用玻璃还是硅材料制作的小型透镜均可将边发射型激光器同光纤间的耦合效率提高到40%以上(耦合损耗小于_3dB)，并且可以更进一步提高工艺容差到2um。
[0019]最后，采用硅材料作为衬底具有导热性能良好，工艺成熟(尤其是硅基V型槽)，易于制作各种特殊结构等优点。硅材料上制作电极用于代替传统的陶瓷和石英上制作的高频电极利于后续的光组件封装。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例的组装结构示意图。
[0021]图2是硅衬底的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0023]请参阅图1所不，本发明提供一种并行光纤传输的娃基光收发组件，包括一娃衬底10、若干电极20、若干激光器/探测器30、若干透镜40、若干光纤头50以及一光纤盖板60，其中:
一述硅衬底10呈矩形，一表平面11的相对较前方设有一横穿的凹陷部111，在该凹陷部111相对的后方设有若干线槽112，所述线槽112相对于该凹陷部111呈垂直状设置；在该凹陷部111相对的前方靠近该凹陷部111边缘设有若干定位部113，若干定位部113与若干线槽112的前端口 1121由该凹陷部111间隔并呈对应态势呈现；
若干电极20呈平行条状，且以并排态势凸设在所述表平面11相对的前边缘至所述定位部113之间的位置； 若干激光器/探测器30分别以对应态势与若干电极20相连，并藉由若干定位部113安装在所述表平面11 ；
若干透镜40对应若干激光器/探测器30安装在该凹陷部111中，其中单个透镜呈方块柱状，自凹陷部111底部凸起并超出若干激光器/探测器30的高度平面；在本发明实施例中，由于若干透镜40的中心轴高度通常比激光器/探测器30的出光面高度高，所述需制作凹陷部111来安置。
[0024]若干光纤头50分别设于若干线槽112，其靠近若干透镜40的一端覆盖有一光纤盖板60,安装后的所述光纤盖板60与若干透镜40的顶面处于相同高度。
[0025]在本发明实施例中，所述定位部113是用于若干激光器/探测器30 (正装和倒装)贴片时作支撑的凸台，当焊接安装时，既可有效避免焊料的侧面溢出，又可实现与若干光纤头在高度上的对准。
[0026]在本发明实施例中，置于凹陷部111的若干透镜40，介于若干激光器/探测器30与若干光纤头50之间，藉此为这二者之间实现耦合。若干透镜40为分立的单个透镜组成，在本发明实施例中，若干透镜40可以组成为阵列式透镜。
[0027]在本发明实施例中，若干线槽112的深度可依据激光器/探测器30出光面与光纤头50中心轴的位置关系进行调整，保证两者在同一水平面上，而若干线槽112之间的间距可依据激光器/探测器之间的间距进行调整。通过调整透镜40的大小，可以实现透镜40装置在凹陷部111中的透镜40与线槽112深度匹配，从而减少制作该硅衬底流程并同时还可缩减元件成本。
[0028]在本发明实施例中，若干电极20在所述表平面11上作为实现激光器/探测器30的引出电极，在安装激光器/探测器30位置的电极20上可制作焊料或者涂覆导电胶等，实现该电极20同激光器/探测器30的电性连接，若干激光器/探测器30的其它电极也可以通过金丝引线的方式实现同该硅衬底10上电极的连接。
[0029]在本发明实施例中，激光器/探测器30是分别的激光器与探测器组成，该激光器是可实现长距离光传输的边发射激光器(如DFB、EML)，激光器之间的间距可依据耦合透镜40的大小和线槽112间距进行调整。该探测器是边入射型探测器，也可是面入射型探测器。探测器之间的间距可依据耦合透镜40的大小和线槽112间距进行调整。
[0030]在本发明实施例中，若干光纤50以并行态势置于对应的若干线槽112中，其中心轴高度由线槽112的刻蚀深度和刻蚀角度决定，其中:该光纤安装的高度应同该激光器/探测器30发光/探测面齐平，其光纤类型可以为单模或多模光纤。
[0031]在本发明实施例中，该光纤盖板60用于将若干光纤压紧在若干线槽112中,保证若干光纤位置的一致性。为了更紧密固定，可以在线槽112与光纤盖板60结合的间隙中注入固化剂来固化若干光纤50不可移位置。
[0032]综上所述，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。
【权利要求】
1.一种并行光纤传输的硅基光收发组件，包括一硅衬底、若干电极、若干激光器/探测器、若干透镜、若干光纤头，以及一光纤盖板，其特征在于:所述娃衬底包括表平面，该表平面的中部较前方段设有凹陷部，在该凹陷部相对的后方段设有若干线槽，所述若干线槽相对该凹陷部呈垂直设置；在该凹陷部相对的前方段表平面设有若干定位部，若干定位部与若干线槽的前端口由该凹陷部间隔；若干电极之间呈平行状设置且以凸起态势设在该前方段表平面；若干激光器/探测器分别与若干电极相连，并藉由若干定位部安装在所述表平面；若干透镜对应若干激光器/探测器安装在该凹陷部之中，以及若干光纤头分别设于若干线槽，其靠近若干透镜一端覆盖有一光纤盖板。
2.如权利要求1所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的定位部设有在凹陷部相对的前方段靠近该凹陷部边缘。
3.如权利要求2所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的若干电极设在该定位部至相对的前方段表平面边缘之间的位置。
4.如权利要求3所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的若干线槽分别包括前端口，所述前端口与若干定位部由所述凹陷部间隔并呈对准态势设置。
5.如权利要求4所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的透镜自该凹陷部底部凸起并超出若干激光器/探测器的高度平面。
6.如权利要求5所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的若干透镜包括中心轴，所述激光器/探测器包括出光面，安装后该中心轴高度比该出光面高度高。
7.如权利要求6所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:安装后的所述光纤盖板与若干透镜顶面处于相同高度。
8.如权利要求7所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的定位部为凸台状。
9.如权利要求8所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的若干线槽深度依据所述出光面及所述中心轴的位置关系调整，并保证这两者在同一水平面上，而若干线槽之间的间距依据所述激光器/探测器之间的间距进行调整，从而实现所述透镜装置在凹陷部中与若干线槽的深度匹配。
10.如权利要求9所述并行光纤传输的硅基光收发组件，其特征在于:所述的若干电极与若干激光器/探测器电性相连。
【文档编号】G02B6/43GK103676037SQ201310724811
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】周亮, 李世瑜, 熊康, 王丽娟 申请人:武汉电信器件有限公司