一种用于硅光芯片的光路系统及光模块的制作方法

1.本实用新型涉及光通信技术领域，尤其是指一种用于硅光芯片的光路系统及光模块。


背景技术：

2.硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的光子集成电路，主要由调制器、探测器、无源波导器件等组成，将多种光器件集成在同一硅基衬底上。硅光芯片具有集成度高、成本低、传输带宽更高等特点，因为硅光芯片以硅作为集成芯片的衬底，所以能集成更多的光器件；在光模块里面，传统的光芯片成本非常高，硅光芯片的低成本成了巨大优势；硅波导由于芯层和包层具有较高的折射率对比度，对光有着较强的束缚作用，因此硅基光波导器件尺寸较小，集成度较高，并且，硅基光电子器件制造加工工艺与cmos 兼容，易于实现低成本规模化生产。目前，硅基光电子芯片在相干光通信、光学传感、激光雷达、微波光子学等领域得到了重要应用，例如，硅基光收发芯片已经在光通信、光互连领域取得了量产开发。
3.现有的硅光芯片一般包括两个耦合入光光口，需要外置两个激光器提供入射光，然而，设置在硅光芯片上的两个耦合入光光口的间距通常较小，如 250um，传统自由空间耦合方案的光路系统相邻光路间距通常为1000μm，存在元器件干涉问题。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中传统自由空间耦合方案的光路系统无法满足硅光芯片上两个间距较小的耦合入光光口的入射需求的问题，提供一种采用两路入射光共用一个透镜的光路系统，减小了光路系统所占的空间，减少元器件的数量，简化工艺步骤，同时改善了回损性能。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于硅光芯片的光路系统，向硅光芯片的两个耦合入光光口提供入射光，包括：
6.激光器，向所述硅光芯片提供两路入射光；
7.透镜，设置在硅光芯片与激光器之间，所述激光器发出的两路入射光经同一透镜聚光后分别射入到硅光芯片的两个耦合入光光口中。
8.在本实用新型的一个实施例中，两路入射光以透镜中心位置和两个耦合入光光口的中心位置为轴线，对称偏离设置在轴线的两侧，两路入射光以透镜为中心交叉后，以相同的倾斜角度射入到硅光芯片的两个耦合入光光口中。
9.在本实用新型的一个实施例中，所述倾斜角度为2.5
°
～3.5
°
。
10.在本实用新型的一个实施例中，所述激光器为双波导dfb激光器，包括独立设置的第一波导和第二波导，能够提供两路激光。
11.在本实用新型的一个实施例中，将所述激光器设置在轴线上，所述第一波导和第二波导分别位于轴线的两侧。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述透镜设置在靠近所述激光器的一侧，根据透镜的折射率和两个耦合入光光口的间距调整所述透镜和激光器的距离。
13.在本实用新型的一个实施例中，在所述透镜和硅光芯片之间还设置有能够改变光路的透光元器件。
14.在本实用新型的一个实施例中，在所述透镜和硅光芯片之间还设置有隔离器。
15.为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种光模块，包括上述光路系统，还包括硅光芯片，所述硅光芯片包括两个耦合入光光口。
16.本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
17.本实用新型所述的用于硅光芯片的光路系统，采用两路入射光共用一个透镜的光路系统，两路入射光以透镜中心位置和两个耦合入光光口的中心位置为轴线，对称偏离设置在轴线的两侧，经过透镜折射后，两路入射光能够分别入射到硅光芯片上两个不同的耦合入光光口中，相比于现有技术中需要设置两个透镜分别引入两束激光，本实用新型的光路系统减小了光路系统所占的空间，减少元器件的数量，并且，入射光经过透镜折射后倾斜射入到耦合入光光口中，改善了回损性能。
附图说明
18.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
19.图1是本实用新型的用于硅光芯片的光路系统的整体结构示意图；
20.图2是本实用新型的光路系统的原理示意图；
21.图3是本实用新型的光路系统的一实施例的结构示意图。
22.说明书附图标记说明：1、硅光芯片；11、耦合入光光口；2、激光器； 21、第一波导；22、第二波导；3、透镜；4、隔离器。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
24.参照图1所示，本实施例中的硅光芯片1包括两个耦合入光光口11，在本实施例中，由于硅光芯片1的体积较小，两个耦合入光光口11之间的间距为250um，一般情况下，为硅光芯片1提供耦合光路的光路系统包括发光组件和透镜，本实施例中包括两个耦合入光光口11就需要外置两组光路系统，每组光路系统分别单独为耦合入光光口11提供入射光，然而，现有的光路系统由于受到发光组件和透镜的尺寸限制，采用现有的两组光路系统之间最小的间距为1000um，无法满足本实施例的耦合入光光口11间距为 250um的需求，因此会出现元件干涉的问题，无法实现。
25.为了能够为耦合入光光口11间距较小的硅光芯片1提供耦合光路，本实施例改变了现有的光路系统，由原本的两组独立的光路系统改为一组光路系统，具体方案如下：
26.本实施例中的光路系统包括：
27.激光器2，即发光组件，能够向所述硅光芯片1提供两路入射光；
28.透镜3，设置在硅光芯片1与激光器2之间，所述激光器2发出的两路入射光经同一
透镜3聚光后分别射入到硅光芯片1的两个耦合入光光口11 中。
29.在本实施例中，将两路入射光引入到同一透镜3中，经过同一透镜的3 折射聚光后，分别折射到两个耦合入光光口11中，这样仅通过一组光路系统就能够实现对两路入射光的耦合处理，能够减少光路系统所占的空间，减少元器件的数量，在理论上是可行的。
30.具体地，为了保证两路入射光之间不会互相干扰且在经过透镜3后能够分别入射到两个耦合入光光口11中，参照图2所示，本实例的具体地操作方案为：首先，将两路入射光以透镜3中心位置和两个耦合入光光口11的中心位置为轴线，对称偏离设置在轴线的两侧，两路入射光以透镜3为中心交叉后，在透镜3内经过两次折射从透镜3中聚焦射出，两路入射光以与激光器2入射到透镜3上相同的倾斜角度从透镜3聚焦后射入到硅光芯片1的两个耦合入光光口11中。
31.采用上述技术方案，存在两点技术问题需要进一步验证和探讨：
32.1、两路入射光入射进入到同一透镜3中，在同一透镜中是否会相互影响，增加耦合损耗，从而降低耦合效率；
33.2、传统的光路系统提供的入射光经过透镜3耦合后均是垂直射入到硅光芯片1的耦合入光光口11中，然而，本实施例是倾斜射入的，倾斜射入是否对耦合效果有影响；
34.针对上述两点技术问题，为了验证方案的可行性，对该光路系统进行了 zemax仿真实验，zemax仿真实验的结果显示，相比于传统的光路系统，本实施例的光路系统确有耦合损耗，但是增加的耦合损耗约为2db，属于可以接受的范围，对整体的耦合效率仅存在较小的影响，并且，通过zemax仿真实验发现，相比与现有的垂直射入的方式，本实施例中的回损增加了，分析原因为：本实施例采用的光路非垂直入射，反射光不会沿原路返回，增加了回损，从而间接的改善了回损性能，因此，本实施例的技术方案，以牺牲较少的耦合效率为代价，不仅能够满足硅光芯片1的耦合入光光口11间距较小的入射需求，减小了光路系统所占的空间和元器件的数量，同时还起到了额外的技术效果，改善了回损性能。
35.具体地，针对入射倾斜角度改变能够改善回损性能这点有益效果，进一步进行了多组对比实现进行验证，在对比实验中，采用同一型号的激光器2 和透镜3，保证激光器2和透镜3的相对位置相同，只改变激光器2离轴距离，使得入射光经过透镜后倾斜0～5
°
每次改变的角度幅度为0.5
°
，从而进行了十次的实验，实验表明在2.5～3.5
°
时，能够在保证耦合效率的情况下，能够增加回损，改善了回损性能，小于2.5
°
时，虽然能够保证耦合效率，但是由于倾斜角度较小，增加回损效果不明显，从何不能改善回损性能，入射角度超过3.5
°
后，由于入射的倾斜角度过大，导致了耦合效率的显著下降，因此，需要对入射的角度进行限定，所述倾斜角度控制在为 2.5
°
～3.5
°
，才能在保证耦合效率的情况下，能够优化回损指标。
36.具体地，本实施例中需要激光器2能够提供两路激光光束，如果采用两组独立的激光器2，两组激光器2之间的间距就比较大，即使经过同一透镜 3，也有可能达不到较小的硅光芯片1耦合入光光口11的间距需求，因此，本实施例中，对光源也进行了相应的改进，想要从发光组件中压缩两路入射光的间距，为此，本实施例中的激光器2采用双波导dfb激光器， dfb(distributed feedback laser)，即分布式反馈激光器，内置了布拉格光栅(bragg grating)，属于侧面发射的半导体激光器，所述双波导dfb 激光器包括独立设置的第一波导21和第二波导22，能够提供两路激光，并且，将所述激光器2设置在轴线上，所述第一波导
21和第二波导22分别位于轴线的两侧。
37.具体地，本实施例中，双波导dfb激光器的第一波导21和第二波导22 的间距小于硅光芯片1耦合入光光口11的250um的间距，因此，所述透镜 3设置在靠近所述激光器2的一侧，根据透镜3的折射率和两个耦合入光光口11的间距调整所述透镜3和激光器2的距离，使经过透镜3折射后的两路入射光能够射入到两个耦合入光光口11中，在本实施例中，可以采用不同折射率的透镜3，需要调节透镜3和激光器2之间的距离，保证经过透镜 3折射后的两路入射光能够准确射入到两个耦合入光光口11中；
38.在其他实施例中，不同型号的硅光芯片1中的两个耦合入光光口11之间的间距也是不同的，本实施例中的间距是250um，在其他实施例中的间距有可能是300um、350um，采用本实例的光路系统，同样也能够提供耦合光路，只需要根据耦合入光光口11的间距改变透镜3和激光器2的位置即可。
39.参照图3所示，在本实施例中，为了能够进一步增加回损在所述透镜3 和硅光芯片1之间还设置有隔离器4，所述隔离器4让入射光能够只沿着一个固定方向传播，能够有效阻止反射光。
40.具体地，在其他实施例中，为了能够根据硅光芯片1上耦合入光光口 11的位置进一步改变经过透镜3耦合后的光的方向，在所述透镜3和硅光芯片1之间还设置有能够改变光路的透光元器件，例如：棱镜、玻璃等元器件。
41.本实用新型还公开了一种光模块，包括上述光路系统，还包括硅光芯片 1，所述硅光芯片1包括两个耦合入光光口11，通过上述光路系统为所述硅光芯片1提供入射光。
42.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。