集成光收发模块及其制备方法与流程

本发明属于光纤通信领域，涉及有源光缆，光收发模块。

背景技术：

40Gb/s QSFP有源光缆作为高速大容量光互联传输的解决方案之一，其技术与成本相比于传统的10Gb/s的铜传输电缆具有相当的优势。传统的铜线有电缆笨重，弯曲半径大，功耗高，传输距离短，速率低等缺点。而AOC有源光缆与之相比有众多优势，比如在链路上传输功率更低，重量仅为直连铜缆的四分之一，体积约为铜缆的一半，弯曲半径可以做的更小，在数据中心机房布线更方便，具有更好的空气流动散热性，传输距离远。

有源光缆的核心为其中的光收发模块。目前，诸多40Gb/s的有源光缆的光收发模块，采用的是850nm波长的垂直腔面激光器，连接两收发模块的光缆多采用多模光纤，这将导致信号在传输的过程中有较大的色散和损耗，限制了传输距离和数据速率。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决传统依靠分立器件封装的光收发模块的成本问题以及速率和传输距离的问题，提供一种集成光收发模块及其制备方法。

本发明采用以下方案：

本发明提出的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，包括矩形氧化硅光波导、两个45°的V型槽、一个垂直腔面激光器、一个光子探测器，矩形氧化硅光波导开有两个45°的V型槽，一个V型槽的垂直顶端安装垂直腔面激光器，一个V型槽的垂直顶端安装光子探测器。

更进一步具体实施例中，所述的矩形氧化硅光波导由一个矩形的高折射率氧化硅波导芯层和位于其周围的低折射率氧化硅波导包层组成。

更进一步具体实施例中，所述的两个45°的V型槽的切割深度略大于波导的掩埋深度，其一边与水平面垂直，另一边与水平成45°夹角。

更进一步具体实施例中，两个45°的V型槽与水平成45°夹角边上分别镀有第一布拉格反射膜和第二布拉格反射膜。

更进一步具体实施例中，所述的两个45°的V型槽中的一个V型槽与水平成45°的边上，在第一布拉格反射膜或第二布拉格反射膜上，还平行镀有一层金属反射膜。

更进一步具体实施例中，所述的垂直腔面激光器通过焊点固定于无金属反射膜的V型槽之上的金属导线上。

更进一步具体实施例中，所述的光子探测器通过焊点固定于有金属反射膜的V型槽之上的金属导线上。

更进一步具体实施例中，所述的两个V型槽与垂直腔面激光器和光子探测器之间的空间内，填充有固化剂。

更进一步具体实施例中，在同一根光波导上，同时排列有垂直腔面激光器和光子探测器，在同一根波导上进行双向传输，同时收发。

更进一步具体实施例中，发射光信号和接收光信号以单模的形式在矩形波导芯层中传播。

更进一步具体实施例中，与该收发模块相连的光缆是由单模光纤或其阵列构成。

一种集成光收发模块的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1） 通过传统的氧化硅镀膜、光刻、腐蚀等方法制作具有矩形氧化硅光波导的芯片；

（2）利用与45°V型槽形状相同的刀头，由划片机在芯片上划出两个45°V型槽；

（3）利用真空电子束热蒸发法，将布拉格反射膜镀于整个芯片的上表面；

（4）利用真空电子束热蒸发法、光刻、刻蚀或剥离的工艺，镀上金属反射膜以及金属导线，并形成所需图形；

（5）利用真空电子束热蒸发法或电镀法，在金属电极适当的位置制作焊点；

（6），通过倒装焊接方法，将垂直腔面激光器和光子探测器分别与对应的金属电极焊接，集成于对应的45°V型槽之上；

（7）将固化胶填充到45°V型槽内，直至充满整个45°V型槽。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用了单模垂直腔面激光器，实现与单模光纤阵列的配合，可以实现较长距离的光互联传输。

（2）本发明是具有低成本，高速率，可实现多通道的集成光收发模块；

（3）本发明的集成光学模块的制备方法，该制备方法简单、成本较低、可大规模制作，相比于传统的分立形式的光收发模块，可有效降低成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构及原理示意图。

图2是未划V型槽的普通矩形波导示意图。

图3是未划V型槽的普通矩形波导截面图。

图4是本发明的制作过程示意图。

图5是本发明的制作过程示意图。

图6是本发明的制作过程示意图。

图7是本发明的制作过程示意图。

图8是本发明的制作过程示意图。

图1- 8中：1—垂直腔面激光器、2—光子探测器、3—焊点、4—金属电极、 5—氧化硅波导芯层、6—氧化硅波导包层、7a—第一布拉格反射膜、7b—第二布拉格反射膜、7c—第三布拉格反射膜、7d—第四布拉格反射膜、8—金属反射膜、9—固化胶、10a—第一V型槽，10b-第二V型槽。

具体实施方式

以下将附图对本发明具体结构及制备方法进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

图1为模块整体的工作示意图，发射调制光经外电路调制后由垂直腔面激光器1发出，垂直腔面激光器1的波长位于布拉格反射膜7的反射波长位置。经布拉格反射膜7反射后，由芯层氧化硅光波导5引导出去与单模光纤进行耦合；接收调制光由单模光纤引导进波导芯层5，接收光波长位于布拉格反射膜7的透射波长位置，透射后经过另一段芯层光波导5，以及之后的金属膜反射镜8，入射到光子探测器2上。

配合参阅图4-8，图4为本发明的关键的第一步示意图，在普通的掩埋型氧化硅光波导上使用定制刀头，利用划片机在波导上划出两个相同的V型槽10。

如图5，刻槽完成后，用膜系设计软件设计出满足要求的布拉格反射膜7，利用电子束沉积，将膜层的结构整个沉积在光波导上。由于材料沉积的方向是垂直于芯片表面，因此45°V型槽10与波导垂直的那条边上不会镀上布拉格反射膜7。

如图6，再利用同样的方法将金属反射膜8镜面镀在其中一个镀有布拉格反射膜7的V型槽10上，使之完整覆盖波导芯层区域面积。再在适当的位置镀上金属电极4，之后在金属电极4上镀上一层焊点3。

如图7，随后，将垂直腔面激光器1和光子探测器2焊接在V型槽10边缘的金属电极4上，以便与电路部分进行连接。

如图8，将固化胶9填充至V型槽10内，直至到达垂直腔面激光器1和光子探测器2下表面为止，匹配光波导的折射率，能够有效的减小光功率的损耗，提高传输的效率。

光学模块的制备方法，包括步骤：

（1）通过传统的氧化硅镀膜、光刻、腐蚀等方法制作具有氧化硅矩形光波导的芯片；

（2）利用与45°V型槽形状相同的刀头，由划片机在芯片上划出两个45°V型槽；

（3）利用真空电子束热蒸发法，将布拉格反射膜镀于整个芯片的上表面；

（4）利用真空电子束热蒸发法、光刻、刻蚀或剥离的工艺，镀上金属反射膜以及金属导线，并形成所需图形；

（5）利用真空电子束热蒸发法或电镀法，在金属电极适当的位置制作焊点；

（6）通过倒装焊接方法，将垂直腔面激光器和光子探测器分别与对应的金属电极焊接，集成于对应的45°V型槽之上；

（7）将固化胶填充到45°V型槽内，直至充满整个45°V型槽。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。