用于硅光子学的TSV兼容光纤阵列耦合器的制作方法

本公开中呈现的实施例一般涉及光子(photonic)设备，更具体地，涉及与光子设备的边缘耦合。

背景技术：

一般地，光子芯片具有允许光学信号被从光源(例如，激光器或光纤)接收或被发送到光纤的接口。一种这样的方法是边缘耦合，其中光纤与光子芯片的边缘耦合。随着集成度、操作速度和功能水平的提高，光子芯片的外围键合盘空间已用尽，从而允许基于引线键合互连到底层的基底或印刷电路板(pcb)。因此，非常需要具有硅通孔(tsv)的光子芯片，因为它们允许更高的互连密度并降低与引线键合连接相关联的电阻和电感。然而，具有tsv的光子芯片在边缘耦合方面还有若干其他限制。具有tsv的晶片更薄(通常在50μm到150μm的范围内)。因此，即使可以在硅基底中形成浅沟槽，也无法创建深沟槽(通常由深反应离子刻蚀(drie)创建)以用于边缘耦合器的透镜或光纤放置。另外，tsv限制了整个光学包装或组装，因为具有tsv的光子芯片必须使用常规的回流焊或热压键合工艺来附接到玻璃或硅中介或者陶瓷或有机基底上。因此，常规的边缘耦合技术不能用于具有tsv的光子芯片。

附图说明

因此，可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对本公开进行更详细的描述，上面对本公开进行了简要概述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他等效的实施例。

图1示出了根据本文公开的一个实施例的光学系统。

图2示出了根据本文公开的一个实施例的对准系统。

图3a-3b示出了根据本文一个实施例的对准系统。

图4-6示出了根据本文公开的一个实施例的光纤阵列单元。

图7示出了根据本文公开的一个实施例的对准系统和光纤阵列单元。

图8a-8b示出了根据本文公开的一个实施例的对准系统和光纤阵列单元。

图9示出了根据本文公开的一个实施例的，用于将光子芯片光学耦合到光纤阵列单元的仿真结果。

图10-11示出了根据本文公开的一个实施例的对准系统和光纤阵列单元。

图12示出了根据本文公开的一个实施例的对准系统。

为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。可以预期，一个实施例中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用于其他实施例。

具体实施方式

概述

在独立权利要求中陈述了本发明的方面，并在从属权利要求中陈述了优选特征。一个方面的特征可以单独地或与其他方面结合地应用于每个方面。

本公开中呈现的一个实施例是一种系统，其包括光子芯片和与光子芯片配合(mate)的光纤阵列单元。光子芯片包括光子芯片中的第一多个波导，该第一多个波导具有与光子芯片的光学组件光学耦合的相应第一端和与光子芯片中的第一多个光学接口光学耦合的相应第二端。光子芯片还包括设置在基底中的第一多个对准特征。光纤阵列单元包括第二多个波导，该第二多个波导具有与光纤阵列单元中的第二多个光学接口光学耦合的相应第一端，使得第一多个波导的第二端与第二多个波导的第一端光学耦合，并且其中，第二多个波导具有与光纤阵列单元中的第三多个光学接口光学耦合的相应第二端。光纤阵列单元还包括与第一多个对准特征相配合的第二多个对准特征，以将第一多个波导的第一端与第二多个波导对准。光纤阵列单元还包括设置在多个凹槽内的多条光纤，其中，多个凹槽将多条光纤对准到第三多个光学接口和第二多个波导的第二端。

本公开中呈现的一个实施例是一种用于在光子芯片和多条光纤之间提供光学耦合的光纤阵列单元。该光纤阵列单元包括被配置为进行以下操作中的至少一项的第一多个波导：发送光学信号和接收光学信号，其中第一多个波导具有与第一多个光学接口光学耦合的相应第一端和与第二多个光学接口光学耦合的相应第二端。光纤阵列单元还包括多个凹槽，该多个凹槽被配置为容纳多条光纤并将它们对准到第一多个光学接口和第一多个波导的第一端。光纤阵列单元还包括第一多个对准特征，其对应于设置在外部基底中的第二多个对准特征，其中第一多个对准特征和第二多个对准特征被布置为使得当相配合时，第一多个波导的第二端被动地对准到外部基底中的第二多个波导。

本公开中呈现的一个实施例是一种光子芯片。该光子芯片包括光子芯片中的第一多个波导，该第一多个波导具有与光子芯片的光学组件光学耦合的相应第一端和与光子芯片中的第一多个光学接口光学耦合的相应第二端。光子芯片还包括设置在基底中的第一多个对准特征，其中，该第一多个对准特征被配置为与光纤阵列单元配合。光纤阵列单元包括第二多个波导，其具有与光纤阵列单元中的第二多个光学接口光学耦合的相应第一端，使得第一多个波导的第二端与第二多个波导的第一端光学耦合，并且其中，第二多个波导具有与光纤阵列单元中的第三多个光学接口光学耦合的相应第二端。光纤阵列单元还包括第二多个对准特征，其与第一多个对准特征相配合以使第一多个波导的第一端与第二多个波导对准，以及设置在多个凹槽内的多条光纤，其中，多个凹槽将多条光纤对准到第三多个光学接口和第二多个波导的第二端。

示例实施例

一般地，光子芯片具有光学接口以将光学信号发送到光纤，或从诸如激光器或光纤之类的光源接收光学信号。一些光学接口包括可以放置在光子芯片的边上的边缘耦合器，与其他解决方案相比，这使得边缘耦合器更易于制造并改善光学耦合。光子芯片具有在芯片中的光学组件之间传送光学信号的波导。波导允许光子芯片与光学接口通信，而光子芯片不直接邻近光学接口。

为了使光学组件(例如，光子芯片、透镜、激光器等)正常运行，光学组件需要彼此对准。光学对准是将光学元件彼此对准以最大化传输信号的准确性和性能的过程。主动对准要求人们在组件之间传输光学信号时基于反馈查看并对准不同的组件，这增加了制造光子芯片的成本。被动对准(也被称为机械对准)依赖于组件(例如，基底)的严格制造容差和基于光学的初始放置，以确保在组件被放置在其各自位置时无需基于反馈对准组件就能正确地对准组件——即无需在组件之间传输光学信号。

本文的实施例描述了被配置为将光子芯片与多条光纤耦合的光纤阵列单元。光纤阵列单元具有用于容纳多条光纤的多个凹槽。在一个实施例中，光纤阵列单元具有多个对准齿，其对应于光子芯片的基底中的多个对准槽。在一个实施例中，光纤阵列单元具有多个波导，用于将来自多条光纤的光学信号传送到与光子芯片光学耦合的多个波导。因此，在该实施例中，存在从光子芯片通过光纤阵列单元到多条光纤的连续的光学连接。

图1示出了根据本文的一个实施例的光学系统100。如图所示，光学系统100具有基底105和经由焊料115连接的中介层110。中介层110是具有在硅、玻璃、陶瓷或有机材料上的布线层和贯穿电连接的层。中介层110与重分布层(rdl)120耦合。与rdl120耦合的是专用集成电路(asic)130、高带宽存储器(hbm)135、和光子芯片140。rdl120具有光学系统100中的一层或多层布线，其允许与耦合于rdl120的电组件进行电连接。换句话说，rdl120允许组件(例如，asic130、hbm135、光子芯片140等)以通过最小化外部电连接的方式进行电通信。如图所示，中介层110具有多个硅通孔(tsv)125，其将rdl120耦合到半导体基底105。虽然中介层110被示为具有tsv，但是中介层110可以由玻璃制成，在这种情况下，中介层110可以是通孔或氧化物通孔。在一个实施例中，tsv125向rdl120供电，使得可以经由tsv125向asic130、hbm135、和光子芯片140供电。

如图所示，光子芯片140与驱动器145和光纤耦合器150耦合。驱动器145经由光纤耦合器150和光子芯片140向/从光纤155发送/接收信号。在另一实施例中，驱动器145是跨阻放大器，其将由光子芯片140上的检测器检测经由光纤耦合器150从光纤155接收的光子信号而产生的电信号放大。如图所示，光子芯片140具有多个tsv160。光子芯片140经由一个或多个tsv160，从印刷电路板(pcb)或有机/陶瓷基底通过中介120给驱动器145供电。

在一个实施例中，asic130和驱动器145经由光子芯片140上的tsv160以及中介层110和rdl120进行通信。在一个实施例中，asic130包括用于从系统100的外部向和从光子芯片140提供数据的逻辑。例如，asic130可以向驱动器145发送信号，使得驱动器145向光子芯片140中的调制器(未示出)发送信号，并且调制器将来自驱动器145的数据编码到光学信号上。在一个实施例中，在高速操作下，驱动器145被直接放置在光子芯片140上，以提供尽可能短的电连接。在一个实施例中，光子芯片140包括检测器(未示出)，该检测器基于接收到的光学信号向驱动器145输出电压。驱动器145进而基于接收到的信号向asic130提供数据。在一个实施例中，hbm135存储用于asic130的设置，其指示asic130如何在驱动器145与外部设备和系统之间进行通信。在另一实施例中，hbm135存储关于光子芯片140如何接收和发送光学信号的设置。

在一个实施例中，光子芯片140是接收和发送光学信号的光子收发器。例如，光学信号可以沿着光纤155传输到光纤耦合器150，其中光子芯片140在该光纤耦合器150处接收光学信号。作为另一示例，光子芯片140经由光纤耦合器150将光学信号传输至光纤155。以这种方式，光子芯片140可以经由光纤耦合器150与光纤155进行通信。在一个实施例中，光子芯片140是由从驱动器145接收的电数据信号控制的光调制器。在另一实施例中，光子芯片140是经由驱动器145将电信号传输到asic130的光检测器。具体地，光子芯片140的tsv和pcb或有机/陶瓷基底上的迹线具有与由光子芯片140检测到的光学信号相对应的电信号。以这种方式，光学系统100可以发送和/或接收光学信号。

图2示出了根据本文一个实施例的具有光子芯片140的对准系统200。在一个实施例中，光子芯片140具有硅基底。光子芯片具有顶表面220、高度225和底表面230。如图所示，对准系统200具有驱动器145、波导(wg)210、和对准槽215。在一个实施例中，光子芯片140由绝缘体上硅(soi)基底制成，并且波导210在soi层中制成。如图所示，wg210从在光子芯片140内位于驱动器145下方的调制器和检测器(未示出)延伸到对准槽215。调制器和检测器向波导210发送光学信号，并从波导210接收光学信号。调制器将来自驱动器145的电信号转换为波导210所承载的光学信号。检测器将来自波导210的光学信号转换为提供给驱动器145的电信号。驱动器145放大接收到的电信号，以使电信号与附加电路(例如，图1的asic130)兼容。因此，wg210将光子芯片140内的检测器和调制器与每个对准槽215的相应光学接口235光学耦合。在一个实施例中，检测器和调制器经由wg210发送和/或接收光学信号。虽然wg210被示出为延伸到对准槽215的顶部，但是wg210可以不直接暴露在对准槽215中的光学接口235处。而是，在一个实施例中，wg210与光学接口235光学连接，但是wg210从对准槽215的光学接口235凹进。也就是说，wg210在到达对准槽215的顶部之前就终止。在这种情况下，介电材料存在于wg210的终止与对准槽215的光学接口235之间。在一个实施例中，wg210被制造在光子芯片140的硅层中。

如图所示，对准槽215被蚀刻在光子芯片140内的层间介电层中。在一个实施例中，还蚀刻了一定深度的硅基底。每个对准槽215均具有底表面240。对准槽215从光学接口235延伸至光子芯片140的边缘245。在一个实施例中，对准槽215从光子芯片140的顶表面220蚀刻到光子芯片140内的某个深度，而不刻蚀到光子芯片140的底表面230。对准槽215被设计成与光纤阵列单元(fau)(未示出)的对准齿耦合，其中将针对图4-6进一步描述光纤阵列单元。对准槽215允许fau以被动方式(即，不具有主动对准)与wg210光学耦合。

如图所示，对准槽215为梯形形状。梯形的顶部位于光学接口235处，梯形的侧面从光学接口235朝着光子芯片140的边缘245延伸。此外，对准槽215的梯形形状使得侧面的分离距离随着侧面靠近光学接口235而逐渐减小，这迫使fau与光学接口235对准。因此，梯形形状简化了将光子芯片140与fau配合的过程。因此，通过对准槽215在光子芯片140内产生凹口，该凹口提供用于使光子芯片140与fau配合的体积。

在一个实施例中，每个对准槽215被蚀刻到光子芯片140中的相同深度。在另一实施例中，对准槽215被蚀刻到光子芯片140内的不同深度。尽管为了便于说明，对准槽215被示出为梯形，但是本领域技术人员将理解可以使用任何形状。此外，尽管为了便于说明，对准槽215被示出为具有相同的形状，但是本领域技术人员将理解，对准槽215的形状可以从一个槽到另一个槽各不相同。在一个实施例中，对准槽215为矩形形状，具有平行的侧面，其中一个基部(base)是光学接口235，并且另一个基部是光子芯片140的边缘245。

图3a-3b示出了根据本文的一个实施例的对准槽215。图3a示出了光子芯片140和驱动器145以及wg210a、210b、210c和210d的顶视图，这些wg进而与光学接口235a、235b、235c、和235d耦合。每个wg210还与相应的对准槽215相关联(例如，wg210a与对准槽215a相关联，wg210b与对准槽215b相关联，等等)。在光学接口235处示出了沟道305，在此处wg210邻接对准槽215。在一个实施例中，当fau(未示出)在对准槽215内被配合时，沟道305捕获任何过量的环氧树脂。虽然为了便于说明使用了四个wg和四个对准槽，但是本领域技术人员将理解，可以使用任意数量的wg和对准槽(例如1、10、100、1000等)，并且本公开不应限于所示的实施例。

图3b示出了对准槽215的等距视图。如图所示，wg210被嵌入在光子芯片140内并延伸到光学接口235。如图所示，将沟道305蚀刻至光子芯片140的顶表面220以下的第一深度。具体地，对准槽215被蚀刻至沟道305的第一深度以下的第二深度。在一个实施例中，沟道305被蚀刻穿过层间介电质(ild)250到达光子芯片140的基底255的顶部。另外，对准槽215被蚀刻穿过ild250并进入基底255。换句话说，相比于沟道305，对准槽215被蚀刻到离顶表面220更远。在一个实施例中，对准槽215的深度取决于fau的覆盖层的深度。在一个实施例中，wg235的边缘耦合面是通过具有精确尺寸控制的覆盖层的等离子刻蚀而产生的。在一个实施例中，沟道305与对准槽215的深度相同。虽然为了便于说明，将对准槽215的深度示出为大约是沟道305深度的两倍，但是本领域技术人员将理解，对准槽215的深度不取决于沟道305的深度，反之亦然。

沟道305在光学接口235的终止与层的其余部分之间产生空隙。如将在下面针对图7-8更详细地说明的，对准槽215与fau耦合。在一个实施例中，环氧树脂(未示出)使对准槽215与fau物理配合。在一个实施例中，环氧树脂填充光学接口235处的wg终止点之间的空隙，以防止fau和wg的光学连接之间的任何空隙，以及将fau附接(例如，粘合、连接等)至光子芯片140。沟道305为多余的环氧树脂(未示出)提供凹口以供流动，使得多余的环氧树脂不会干扰对准槽215与fau的配合。在一个实施例中，额外的辅助沟道(未示出)被连接到沟道305，以允许折射率相匹配的环氧树脂流动。如本领域技术人员将理解的，沟道305对于对准槽215进行配合不是必需的。在一个实施例中，在wg210的终止处，将光学耦合器设置在光子芯片140中。也就是说，可以将光学耦合器设置在wg210与光学接口235之间，以随着光学信号在wg210和fau之间传播而改变光学信号的模式大小。

图4示出了根据本文的一个实施例的fau400。fau400具有基底405，其具有用于容纳光纤(未示出)的四个凹槽430。基底405具有顶表面440和底表面445。fau400还具有光纤终止槽425，用于规定当将光纤放置在凹槽430中时光纤在何处终止。fau400具有覆盖层420，其中形成有多个wg410。在一个实施例中，覆盖层420是置于基底405顶部的半导体材料。在另一实施例中，覆盖层420是基底405的一部分。在一个实施例中，覆盖层420是折射率比wg410低的材料。例如，wg410可以是二氧化硅(sio2)、氮化硅、或任何其他比覆盖层折射率高的材料。

如图所示，fau400具有多个对准齿415。在一个实施例中，对准齿415从覆盖层420中蚀刻出来以露出基底405的顶表面440。对准齿415与图3b的对准槽215相关。也就是说，在一个实施例中，对准齿415的高度、宽度、和深度与对准槽215大致相同(或稍小)。因此，当对准齿415与对准槽215配合时，对准齿415匹配在由对准槽215限定的体积内。

fau400具有四个凹槽430。如图所示，凹槽430具有基本为v形的形状以容纳光纤。在一实施例中，凹槽430的尺寸取决于光纤的大小。例如，凹槽430可以具有这样的高度和深度：使得当将光纤被放置在凹槽内时，光纤的中心与四个wg410光学对准，这将在下面进一步详细描述。尽管凹槽430被示出为具有基本为v形的形状，但是本领域技术人员将理解，凹槽430可以是任何形状，例如参照图12描述的u形，只要可以将光纤放置在凹槽430内即可。此外，尽管为了简单起见，fau400被示出为具有四个凹槽430，但是本领域技术人员将理解，fau400可以具有任意数量的凹槽430(例如，1、10、50、1000等)和波导。

fau400具有四个wg410。在一个实施例中，每个对准齿415具有与每个对准齿415相关联的相应wg410，并且每个凹槽430具有与每个凹槽430相关联的相应wg410。如图所示，wg410在与对准齿415相关联的相应光学接口436处开始，并在与凹槽430相关联的光学接口435处终止。也就是说，wg410a在光学接口436a处开始，wg410b在光学接口436b处开始，以此类推。因此，wg410在接口435和436之间建立了光学链路。虽然wg410被示为延伸到对准齿415的末端并且延伸到光纤终止槽425，但是wg410可以不直接暴露在光学接口435和436处。而是，在一个实施例中，wg410与光学接口435和436光学连接，但是wg410从对准齿415的末端以及光纤终止槽425凹进去。也就是说，wg410在到达对准齿415的末端和光纤终止槽425之前就终止。在这种情况下，在wg410的终止与光学接口435和436之间存在介电材料。在一个实施例中，可以将光学耦合器设置在wg410的终止处的覆盖层420中。也就是说，可以将光学耦合器设置在wg410与光学接口435和436之间，以随着光学信号在wg410、光纤、和光子芯片140之间进行传播而改变光学信号的模式大小。

如图所示，wg410从对准齿415朝四个凹槽430呈扇形展出，并终止于与光纤终止槽425相邻的相应光学接口435。因此，wg410在对准齿415附近紧密靠近，但是随着wg410朝光纤终止槽425前进，wg410呈扇形展开。在另一实施例中，wg410在从对准齿415到光纤终止槽425的直线上。

在另一实施例中，wg410与图2的wg210相关。也就是说，当fau400的对准齿415被放置在对准槽215内时，wg410与wg210光学对准。具体地，在该实施例中，与wg210相关联的光学接口235跟与wg410相关联的相应光学接口436光学耦合。因此，wg210a与wg410a光学对准，wg210b与wg410b对准，依此类推。以这种方式，当fau400和对准系统200配合时，wg410经由光学接口235和436与wg210光学耦合，如将针对图7-8进一步详细描述的。尽管为简单起见，将fau400示出为具有四个wg410，但是本领域技术人员将理解，fau400可以具有任意数量的wg410(例如1、10、50、1000等)。

图5示出了根据本文一个实施例的fau500。fau500与fau400相同，除了四根光纤505被放置在凹槽430内。在一个实施例中，基于光纤505的尺寸在基底405中形成凹槽430。如上所述，可以控制凹槽430的尺寸，使得将光纤505放置在凹槽430内使光纤505与光学接口435对准。因此，不需要主动对准光纤505，因为凹槽430被动地将光纤505与光学接口435对准。在一个实施例中，光学接口435与光纤的大致中心对准。在另一实施例中，光学接口435与光纤505模式匹配。

如图所示，光纤505被放置在凹槽430内，使得光纤505与光纤终止槽425配合。如上所述，光学接口435在光纤终止槽425处终止。因此，光纤505与光学接口435光学耦合。因此，在该实施例中，因为wg410终止于与光纤505光学耦合的光学接口435，所以光学接口436与光纤505光学耦合。因此，从对准齿415的光学接口436通过wg410到光学接口435建立连续的光学连接，并继续到光纤505。

在一个实施例中，光纤505与光纤终止槽425和光学接口435齐平。在一个实施例中，折射率相匹配的环氧树脂(未示出)被放置在光纤505和光纤终止槽425之间，以在光纤505和光学接口435之间建立连续的物理连接。该折射率相匹配的环氧树脂防止灰尘或其他颗粒干扰光学接口435与光纤505之间的光学连接。它还避免了空气/玻璃接口并改善了耦合效率和容差。在一个实施例中，光纤终止槽425捕获被放置在光纤505和光学接口435之间的多余的环氧树脂(未示出)。

图6示出了根据本文一个实施例的fau600。fau600与fau500相同，除了增加了光纤固定板(fiberholdingplate)605。光纤固定板605被放置在光纤505的顶部，以将光纤505固定在适当的位置。换句话说，光纤固定板605防止光纤505移动。如图所示，光纤固定板605从基底405的边缘610延伸到光纤终止槽425。在一个实施例中，光纤固定板605从基底405的边缘610延伸到覆盖层420的边缘615。因此，如本领域技术人员将理解的，光纤固定板605可以是任何大小或形状，只要光纤固定板605有助于固定光纤505即可，并且不应限于所提供的示例。

在一个实施例中，将环氧树脂(未示出)放置在光纤固定板605上以将光纤固定板605附接到基底405。因此，光纤505被固定在光纤固定板605和基底405之间。在一个实施例中，光纤终止槽425捕获放置在光纤固定板上的任何多余的环氧树脂(未示出)。尽管为了简单起见，已经描述了环氧树脂，但是本领域技术人员将理解，任何合适的粘合剂都可以将光纤固定板605保持在适当的位置。在一个实施例中，光纤固定板605由半导体材料或玻璃制成。

图7示出了根据本文一个实施例的对准系统200和fau600。如图所示，示出了fau600，其中基底405是透视的。fau600已经被翻转，使得基底405的顶表面440现在面向下并且基底405的底表面445现在面向上。因此，对准齿415和光学接口436面向下朝向对准系统200。虽然为了便于说明，将对准槽215示出为在对准系统200上并且将对准齿415示出为在fau600上，但本领域技术人员将理解，对准齿可以位于对准系统200上，并且对准槽可以位于fau600上。

光子芯片140具有添加到对准槽215的任一侧的环氧树脂沟道705和710。如图所示，环氧树脂沟道705和710包括蚀刻到光子芯片140中的多个槽以容纳环氧树脂(未示出)，从而将对准系统200与fau600耦合。在一个实施例中，环氧树脂沟道705和710的高度和宽度与基底405的宽度以及从覆盖层420(未示出)到基底405的边缘715的距离相关。换句话说，当对准系统200与fau600耦合时，环氧树脂沟道705和710完全被基底405覆盖。本领域技术人员将理解，环氧树脂沟道705和710可以视应用而更大或更小。例如，环氧树脂沟道705和710可以大于基底405的尺寸以容纳额外的环氧树脂。在一个实施例中，将环氧树脂沟道705和710蚀刻至与针对图3描述的沟道305相同的深度。在另一实施例中，将环氧树脂沟道705和710蚀刻至与沟道305不同的深度。

图8a示出了根据本文一个实施例的对准系统200和fau600。具体地，fau600位于对准系统200上方，使得fau600的底表面440面对对准系统200的顶表面220。如图所示，对准齿415直接在对准槽215上方。因此，fau600处于与对准系统200相配合的位置。

图8b示出了根据本文一个实施例的光子系统800。光子系统800包括与光纤阵列单元600配合的对准系统200。在该实施例中，对准槽215(未示出)与对准齿415(未示出)配合在一起以被动地对准wg210和410(未示出)。因此，光子系统800创建从光子芯片140上的驱动器145到光纤505的单个连续的光学连接。对准系统200与光纤阵列单元600的配合取决于对准槽215和对准齿415，其由半导体光刻和蚀刻工艺制成，具有非常严格的容差。在一个实施例中，当耦合在一起时，在对准系统200与光纤阵列单元600之间针对所有三个方向存在小于2μm的放置容差。

图9示出了根据本文公开的一个实施例，将光子芯片140光学耦合至光纤505(即，图8b中的光子系统800)的仿真结果。图表900示出了当在横电(te)模式和横磁(tm)模式下向或从光子芯片140传输光学信号时，光子系统800的耦合损耗。如图所示，图表900示出了随着x轴中的偏移(offset)增加，耦合损耗增加。

图10示出了根据本文一个实施例的具有光子芯片1005的对准系统1000。如图所示，对准系统1000具有光子芯片1005、位于光子芯片1005顶部的驱动器1045、wg1010、对准槽1015a和1015b、环氧树脂沟道1020和1025以及、光学接口1035。如图所示，对准槽1015a和1015b被蚀刻在光子芯片1005内，靠近环氧树脂沟道1020和1025。环氧树脂沟道1020和1025允许环氧树脂流动以将fau附接到光子芯片140。在一个实施例中，环氧树脂沟道1020和1025的尺寸被设计为在配合过程中优化环氧树脂应用和流动。

wg1010从光子芯片140延伸到光子芯片1005的边缘1030处的光学接口1035。因此，与图2中的对准系统200(其中wg210将光子芯片140与每个对准槽215的相应光学接口235光学耦合)相反，光学接口1035不与对准槽1015a和1015b相关联。尽管wg1010被示为延伸到光子芯片1005的边缘1030，但是wg1010可以不直接暴露在光学接口1035处。而是，在一个实施例中，wg1010与光学接口1035光学连接，但是wg1010从光子芯片1005的边缘1030凹进。也就是说，wg1010在到达边缘光学接口1035之前终止。在这种情况下，介电材料存在于wg1010的终止和光学接口1035之间。

图11示出了根据本文一个实施例的fau1100。fau1100具有基底1105，该基底1105具有用于容纳光纤1106的四个凹槽(未示出)，以及光纤固定板1125以防止光纤1106移动。fau1100具有覆盖层1120，其具有在覆盖层1120中形成的多个wg1110。在一个实施例中，覆盖层1120被放置在基底1105的顶部。在另一实施例中，覆盖层1120是基底1105的一部分。

如图所示，fau1100具有多个对准齿1115a和1115b。在一个实施例中，对准齿1115被蚀刻出覆盖层1120以露出基底1105的顶表面。对准齿1115与图10的对准槽1015a和1015b相关。也就是说，在一个实施例中，对准齿1115a和1115b具有与对准槽1015a和1015b大致相同的高度、宽度和深度。因此，当对准齿1115a和1115b与对准槽1015a和1015b配合时，对准齿1115a和1115b匹配在对准槽1015a和1015b内。

fau1100具有四个wg1110。与图4的fau400(其中相应wg410与每个对准齿415相关联)相反，wg1110不与对准齿1115a和1115b相关联。也就是说，如图所示，wg1110在光学接口1136(其不与对准齿1115a和1115b相关联)处开始，并在光纤1106处终止。因此，wg1110在接口1136和光纤1106之间建立光学链路。因此，当fau1100与对准系统1000配合时，在光子芯片140和光纤1106之间建立连续的光学连接。尽管为了便于说明而示出了关于wg410的位置的两个单独的实施例，但是本领域技术人员将理解，一些wg可以与对准齿相关联，而在同一实施例中，一些wg可以不与对准齿相关联。

图12示出了根据本文一个实施例的fau1200。fau1200具有基底1205，其具有四个用于容纳光纤(未示出)的凹槽1235。尽管未示出，但是本领域技术人员将理解，可以将光纤终止槽添加到fau1200，其规定当将光纤放置在凹槽430中时光纤在哪里终止。在一个实施例中，fau1200由soi基底制成，具有非常精确的soi层厚度，并且具有在其中形成有多个wg1210的覆盖层1220。在一个实施例中，覆盖层1220是放置在基底1205的顶部的介电材料。在另一实施例中，覆盖层1220是二氧化硅(sio2)。wg1210可以是掺锗的二氧化硅(ge-sio2)、氮化硅、或任何其他比覆盖层折射率更高的材料。

如图所示，fau1200具有从覆盖层1220蚀刻出的多个对准齿1215。对准齿1215与图3b的对准槽215相关。也就是说，在一个实施例中，对准齿1215的高度、宽度和深度与对准槽215大致相同(或稍小)。因此，当对准齿1215与对准槽215配合时，对准齿1215匹配在由对准槽215限定的体积内。fau1200与图4的fau400相同，除了凹槽1230具有基本为u形的形状以容纳光纤。因此，参考fau400的描述同样适用于fau1200，并且相似之处将不再深入讨论。

fau1200具有四个凹槽1235。如图所示，凹槽1230具有基本为u形的形状以容纳光纤。在一个实施例中，凹槽1235的尺寸取决于光纤的大小。例如，凹槽1235可以具有这样的高度和深度，使得当将光纤被放置在凹槽内时，光纤的中心在光学接口1225a、1125b、1225c、和1225d处与四个wg1210光学对准。尽管为了简单起见，fau1200被示为具有四个凹槽1235，但是本领域技术人员将理解，fau1200可以具有任何数量的凹槽430(例如1、10、50、1000等)和波导。

在一个实施例中，在soi层1240中使用深度反应离子蚀刻(drie)蚀刻凹槽1235。如图所示，基底1205顶部上的掩埋氧化物层1245充当蚀刻停止层。也就是说，凹槽1235被蚀刻穿过soi层1240，向下直到掩埋氧化物层1245，并且掩埋氧化物层1245充当蚀刻停止处以允许非常精确的深度控制。在一个实施例中，以如下方式来选择soi层1240的厚度和凹槽1235的宽度：使得当将光纤(未示出)被放置在凹槽1235中时，光纤的芯与相应波导1210的芯对准。在一个实施例中，基底1205是硅基底。

总而言之，本文的实施例描述了一种用于将光子芯片与多条光纤耦合的装置。在一个实施例中，该装置包括第一多个对准特征，其对应于与光子芯片相关联的第二多个对准特征。此外，该装置包括用于容纳多条光纤的多个凹槽。在一个实施例中，该装置包括用于发送或接收光学信号的多个波导。该多个波导光学耦合至光子芯片以及多条光纤。在一个实施例中，多个波导与关联于光子芯片的第二多个波导被动地对准。

在前面，参考了本公开中提出的实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。替代地，可以考虑所描述的特征和元素(无论是否与不同的实施例相关)的任何组合，以实现和实践所设想的实施例。此外，尽管本文公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或优于现有技术的优势，但是特定的优势是否通过给定的实施例实现并不限制本公开的范围。因此，除非在(一个或多个)权利要求中明确叙述，否则前述方面、特征、实施例和优势仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的要素或限制。

鉴于前述内容，本公开的范围由所附权利要求确定。