光电子集成器件的光互联方法

1.本发明涉及光纤通信、光电子器件和集成光电子封装等领域，具体涉及一种光电子集成器件的光互联方法。


背景技术：

2.随着移动互联网、云计算、大数据的日渐繁荣，5g通信等新兴应用不断涌现，基于光纤通信的高速光通信和光纤传感器件不断发展。集成光电子成为信息传输的必经之路，而集成芯片的封装结构，光耦合损耗成为重要研究问题。小型集成光电子器件的研制和生产成为重要研究内容，使用混合集成芯片来克服电学芯片的“速率瓶颈”成为了一种主流方案，混合集成中的封装结构又是其重要的一环，芯片内保偏光学通道的建立将对于偏振敏感器件带来新的突破。之前所用的透镜耦合方式所带来的时间长，损耗大等问题可通过新型光子引线的方式来解决。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光电子集成器件的光互联方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种光电子集成器件的光互联方法，包括：
5.制作光子引线；其中，所述光子引线所包括纤芯、应力区和内包层；
6.将激光器和光调制器通过所述光子引线相连接，将激光器和保偏光纤、光调制器和保偏光纤通过所述光子引线相连接，建立保偏光学通道，实现光互联。
7.其中，制作光子引线的过程中，光子引线键合材料选用紫外固化胶。
8.其中，所述制作光子引线包括：
9.通过光子引线键合设备打印出纤芯；
10.通过光子引线键合设备打印出应力区；
11.将内包层包裹住整体应力区；
12.其中，应力区首先固化，内包层区域之后固化，产生拉应力。
13.其中，所述应力区在纤芯两侧，内包层包裹住纤芯和应力区。
14.其中，所述应力区为两个圆柱形部分，其形状包括椭圆形，多边形，与应力区设计有关。
15.其中，所述纤芯的折射率为n1，应力区的折射率为n2，内包层的折射率为n3，n1与n2与n3的关系为：n1＞n2＞n3。
16.其中，所述应力区的热膨胀系数为m2，内包层的热膨胀系数为m3，m2与m3的关系为：m2＞m3。
17.其中，所述光学通道的通道数大于等于1。
18.其中，整个光电子集成器件位于热沉上。
19.其中，所述光互联方法应用在芯片内或者芯片间的混合集成，实现保偏性能。
20.基于上述技术方案可知，本发明的光互联方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其中的一部分：
21.(1)直接通过光子引线打印方法实现芯片内光电子器件的偏振互联，如激光器、调制器、保偏光纤等。
22.(2)所用紫外固化胶材料光学损耗低，可以光电子器件之间的高效互联。
23.(3)实现模场匹配，针对不同光电子器件的模斑不匹配情况，通过光子引线结构实现模场匹配。
附图说明
24.图1是本发明实施例提供的集成器件的光互联方法示意图；
25.图2是本发明实施例提供的芯片间与芯片和保偏光纤的光互联示意图。
26.上述附图中，附图标记含义如下：
27.1、激光器；2、调制器；3、保偏光纤；4、光子引线；5、热沉；6、应力区；7、纤芯；8、内包层。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
29.为了解决现有技术存在的时间长、损耗大等技术问题，本发明提出一种光电子集成器件的光互联方法，将激光器与调制器，激光器与保偏光纤，调制器与保偏光纤等直接通过光子引线相连，最大程度的减少工艺流程，同时芯片间和芯片与保偏光纤之间的偏振敏感器件的相连，可大幅降低光耦合损耗，实现芯片间模式匹配，有助于实现大规模光子集成。
30.通过使用基于双光子聚合效应的激光3d打印光子引线键合技术，将纤芯7和应力区6与包层通过打印技术直接制作偏振敏感器件之间的光学通道4，实现芯片间和芯片内对于偏振敏感器件的直接相连。同时所建立的光学通道可有效解决不同芯片间或者芯片与光纤之间的模式不匹配的问题，通过光学通道的设计，使连接处光斑尺寸相近，模式相同。
31.本发明提供一种解决芯片间偏振敏感器件相连的方法，包括三种紫外固化胶，分别作为纤芯7和应力区6与内包层8结构。通过将紫外固化胶打印后，利用不同紫外固化胶的冷却时间不同，应力区的热膨胀系数更大，将会对包层产生拉应力。
32.光子引线的结构应包括：紫外固化胶1的纤芯7，基于紫外固化胶2的应力区6，基于紫外固化胶3的内包层7。
33.其中所选紫外固化胶的物理性质为：纤芯7的折射率为n1，应力区6的折射率为n2，内包层8的折射率为n3，n1与n2与n3的关系为：n1＞n2＞n3。应力区6的热膨胀系数为m2，内包层8的热膨胀系数为m3，m2与m3的关系为：m2＞m3。同时光子引线键合材料不仅仅限于紫外固化胶，还应包括其余可应用在光子引线键合的设备上的材料，多种材料的选择是由于双光子聚合效应过程中适用性有关。
34.使用不同的紫外固化胶，利用不同紫外固化胶的折射率不同，保证光在纤芯7内传播。实现保偏通道的直接打印的同时，可以直接制作芯片内的偏振光互联通道，减小了光学
损耗，降低了工艺容差，提高了耦合效率，提高了混合集成度。
35.光子引线的制备过程中，应力区6应在纤芯两侧，内包层8包裹住纤芯7和应力区6。这种工艺方式可以将应力区6所带来的拉应力直接作用在纤芯上，使得纤芯7产生双折射的同时，大大增强了双折射的数值，同时使用内包层8包裹住整个光学通道的结构，并且与器件进行对准，可将偏振光互连应用于在芯片内或者芯片间的混合集成，实现保偏性能，并且所建立的芯片建立的通道数应≥1，这与芯片所需的通道数有关，不仅是单通道芯片的耦合，同时也有多通道混合集成芯片的偏振耦合也同样适用。
36.应力区6所用紫外固化胶首先固化，内包层8区域的紫外固化胶之后固化，产生拉应力。不同紫外固化胶固定时间是不同的，利用不同的固化时间，可以精准掌握光子引线各个部分的制备工艺流程。同时利用紫外固化胶的热膨胀系数不同，使其在打印保偏通道后应力区先固化，同时应力区热膨胀系数大，之后内包层固化，同时内包层8热膨胀系数小。此时光学通道内应力区将产生拉应力，对于纤芯7产生拉应力的作用，使其产生双折射，从而得到芯片内光学通道的保偏效果。
37.应力区6为两个圆柱形部分，其形状还应包括椭圆形，多边形等，不同形状的应力区对于纤芯产生的拉应力的大小不同，将会带来不同的双折射的效果，这与应力区设计有关。
38.请参照图1和图2所示，本发明提供一种基于光子引线互联技术与应力型保偏光纤的芯片间集成互联方法，包括：
39.制作光子引线；其中，所述光子引线所包括纤芯、应力区和内包层；
40.将激光器和光调制器通过所述光子引线相连接，将激光器和保偏光纤、光调制器和保偏光纤通过所述光子引线相连接，建立保偏光学通道，实现光互联。
41.本发明具体工作过程，请参阅图1和图2：
42.1、将偏振敏感器件如激光器1、光调制器2通过光子引线4相连接，将偏振敏感的调制器2与保偏光纤3通过光子引线4相连接等，实现芯片级的光子集成，并且保证了光电子器件的偏振特性。将偏振敏感器件通过光子引线相连，将会提供一种新型的混合集成的结构，将所需芯片通过光子引线的方式实现保偏互联，将会实现芯片级的光耦合技术，同时降低光学损耗，降低工艺容差，减少耦合时间，提高光耦合效率。
43.其中光子引线4所包含的结构为：纤芯7，应力区6，内包层8。在光子引线的制作过程中，使用不同紫外固化胶分别制作纤芯7、应力区6、内包层8，整个光学通道4的制作是基于光子引线键合设备形成的，直接3d打印出所需光学通道4的形状，应力区6分布在纤芯7的两侧，整体由内包层8包裹住。可以实现直接制作保偏光学通道。
44.光子引线所需的紫外固化胶的选用十分重要，图1中所用的紫外固化胶的物理性质为：纤芯7所用紫外固化胶的折射率为n1，应力区6所用紫外固化胶的折射率为n2，内包层8所用紫外固化胶的折射率为n3，n1与n2与n3的关系为：n1＞n2＞n3。应力区6所用紫外固化胶的热膨胀系数为m2，内包层6所用紫外固化胶的热膨胀系数为m3，m2与m3的关系为：m2＞m3。同时光子引线键合材料不仅仅限于紫外固化胶，还应包括其余可应用在光子引线键合的设备上的材料，多种材料的选择是由于双光子聚合效应过程中适用性有关。
45.其中应力区6应在纤芯7两侧，内包层8包裹住纤芯7和应力区6的工艺方式的原理和优点在于。这种工艺方式可以将应力区6所带来的拉应力直接作用在纤芯7上，使得纤芯7
产生双折射的同时，大大增强了双折射的数值，同时使用内包层6包裹住整个光学通道的结构，并且与器件进行对准，可将偏振光互连应用于在芯片内或者芯片间的混合集成，实现保偏性能，并且所建立的芯片建立的通道数应≥1，这与芯片所需的通道数有关，不仅是单通道芯片的耦合，同时也有多通道混合集成芯片的偏振耦合也同样适用。
46.应力区6所用紫外固化胶首先固化，内包层8区域紫外固化胶之后固化，产生拉应力。不同紫外固化胶固定时间是不同的，利用不同的固化时间，可以精准掌握光子引线各个部分的制备工艺流程。同时利用紫外固化胶的热膨胀系数不同，使其在打印保偏通道后应力区先固化，同时应力区6热膨胀系数大，之后内包层8固化，同时内包层8热膨胀系数小。此时光学通道内应力区6将产生拉应力，对于纤芯7产生拉应力的作用，使其产生双折射，从而得到芯片内光学通道的保偏效果。
47.在应力区的形状设计方面，应力区6为两个圆柱形部分，其形状还应包括椭圆形，多边形等。圆形的应力区6设计可以对称的给纤芯7施加拉应力，同时多边形，椭圆形由于形状的不对称型性，将会带来不同的拉应力，导致保偏性能不同。因此不同形状的应力区6对于纤芯7产生的拉应力的大小不同，将会带来不同的双折射的效果，这与应力区6设计有关。
48.建立多通道的保偏通道的集成光电子芯片或者是建立单通道的保偏通道的集成光电子芯片，其区别在于芯片所需的混合集成度的要求，更高的通道数将意味着更高的集成度。
49.2、将芯片与芯片相连或芯片与保偏光纤相连。将激光器5和调制器6相连，将激光器5和保偏光纤8，将调制器6和保偏光纤8相连。光电子器件通过光子引线的方式相连，将会实现芯片级的光耦合技术，同时降低光学损耗，降低工艺容差，减少耦合时间，提高光耦合效率。
50.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。