CN106371169A - 多模波导90 °转向阵列芯片 - Google Patents
多模波导90 °转向阵列芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106371169A CN106371169A CN201610909510.XA CN201610909510A CN106371169A CN 106371169 A CN106371169 A CN 106371169A CN 201610909510 A CN201610909510 A CN 201610909510A CN 106371169 A CN106371169 A CN 106371169A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- array
- reflecting surface
- array chips
- turn
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 12
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 11
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 abstract 1
- -1 waveguides Substances 0.000 abstract 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 241000218202 Coptis Species 0.000 description 2
- 235000002991 Coptis groenlandica Nutrition 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12035—Materials
- G02B2006/12038—Glass (SiO2 based materials)
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12166—Manufacturing methods
- G02B2006/12197—Grinding; Polishing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多模波导90°转向阵列芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底、波导和包层，包层将波导包裹在衬底上，所述波导平行设置且波导之间间隔相等，且波导的一侧端面为全反射面。所述波导的条数和波导间距可以根据具体情况做调整。没有引入透镜，光程很短，更利于光集成。直接耦合，减少了Lens array的加入和贴装工序，耦合精度更高，光路整体稳定性更好。波导阵列的加工技术比较成熟，成本低廉。不需要昂贵的透镜设计和开模费用，前期研发投入少。光波导阵列使用的全是石英玻璃材质，不存在高温下的老化问题，高低温条件的可靠性会更好。
Description
多模波导90 °转向阵列芯片。
技术领域
本发明属于光纤通信领域，具体涉及一种多模波导90°转向阵列芯片。
背景技术
在有源光缆中主要采用一体成型的包含阵列透镜和45°反射面的Lens array来实现光路的90°转换。而这种Lens array方案在光路和结构方面存在一些问题：第一，光程较长，目前阵列透镜/45°反射面结构设计都是将芯片（VCSEL与Driver、PIN与TIA）覆盖其下，因顾虑到高速的特性，因此VCSEL与Driver、PIN与TIA都必须靠的很近，之间用打线机（wirebonder）以金线连接，金线一般都会有大于100μm的线弧高度，使得透镜与发/收光面间便已存在至少100μm的距离，加上45°反射面部分的光程、与光纤连接机构部分所产生的光程，光必须经过400μm的路径（由VCSEL进入光纤或由光纤到PIN），在此情况下，在封装时或封装后有小的偏差，就会产生大的偏移量；第二，由于阵列透镜/45°反射面是使用注塑成型的方式制作，在阵列透镜/45°反射面周围必须有厚实的结构支撑，以防止脱模时变形，所以目前的阵列透镜/45°反射面都有很厚的外壁，使其体积过大；第三，子部件较多，设计复杂；第四，Lens array的开模精度要求很高，需要达到um级别，这导致开模成本高，价格昂贵；第五，Lens array中的塑料件，会在激光器的作用下发生光学老化，难以应用在对环境要求温度较高的场景中，如-40~+85℃。Lens array方案中存在的这些问题阻碍了有源光缆向小型化、集成化、低成本、高可靠性等方面发展。
发明内容
针对上述现有技术中描述的不足，本发明的目的是提供一种光程短、耦合精度高、光路稳定性好、成本低廉和高低温可靠性好的新型多模波导90°转向阵列芯片。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种多模波导90 °转向阵列芯片，包括芯片本体，所述芯片本体包括衬底、波导和包层，包层将波导包裹在衬底上，所述波导平行设置且波导之间间隔相等，且波导的一侧端面为全反射面。所述波导的条数和波导间距可以根据具体情况做调整。
所述芯片本体与波导的全反射面相对的一侧端面为磨抛面。
所述磨抛面的磨抛角度为8°。
所述衬底的材料为纯石英玻璃；所述波导的材料为掺Ge的二氧化硅；所述包层的材料为掺B、P的二氧化硅。波导的截面可根据具体情况进行调整。包层厚度为15 μm，上下范围可调整。
所述波导为方形波导。
所述全反射面的倾斜角为θ，所述倾斜角θ的计算公式如下：，其中，n为波导的折射率。
所述全反射面的倾斜角度为42°。
本发明与传统的Lens array方案相比，具有以下有益效果：
1）没有引入透镜，光程很短，更利于光集成。直接耦合，减少了Lens array的加入和贴装工序，耦合精度更高，光路整体稳定性更好。
2）波导阵列的加工技术比较成熟，成本低廉。不需要昂贵的透镜设计和开模费用，前期研发投入少。
3）光波导阵列使用的全是石英玻璃材质，不存在高温下的老化问题，高低温条件的可靠性会更好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明波导的全反射面4光路传输示意图。
图3是本发明的截面结构示意图。
图4是本发明与mini FA+MT的装配图。
图5是本发明作为光学引擎的原理图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种多模波导90 °转向阵列芯片，包括芯片本体5，所述芯片本体5包括衬底1、波导2和包层3，包层3将波导2包裹在衬底1上。所述衬底1的材料为纯石英玻璃。所述波导2的材料为掺Ge的二氧化硅。所述包层3的材料为掺B、P的二氧化硅。波导的截面可根据具体情况进行调整。包层3厚度为15 μm，上下范围可调整。
所述波导2平行设置且波导2之间间隔相等，所述波导的条数和波导间距可以根据具体情况做调整。
且波导2的一侧端面为全反射面4。所述全反射面4的倾斜角为θ，所述倾斜角θ的计算公式如下：，其中，n为波导2的折射率。在本实施例中，所述全反射面4的倾斜角度为42°，所述波导2为方形波导。
所述芯片本体与波导2的全反射面4相对的一侧端面为磨抛面。所述磨抛面的磨抛角度为8°。
本发明的制作方法，步骤如下：
步骤1，在石英衬底1上生长波导2，并进行刻蚀；
步骤2，然后生长上包层3；
步骤3，将加工后的石英晶圆切割成多个多模波导阵列芯片；
步骤4，将上述多模波导阵列芯片一侧面根据具体情况进行任意角度磨抛，如8°角磨抛；另一侧端面进行全反射面磨抛。
本发明采用全反射原理，通过将波导2的端面研磨成全反射面来实现的光的90°转向。其光路原理如下：由激光器发射的垂直方向的光信号先后经过包层和波导到达全反射面4，并在全反射面4发生全反射，转向90°后变成水平方向的光，在波导阵列中沿波导方向传输；同样的，平行方向的光信号通过多模波导阵列传输至全反射面，并在波导全反射面发生全反射。
所述新型多模波导90°转向阵列芯片中的全反射面的角度根据全反射原理，定义波导的折射率为n，光由波导入射到空气恰能发生全反射时，入射临界角为C，则有公式sinC=1/n，如果想要在临界面处发生全反射，入射角必须大于等于临界角C，此时全反射面角度θ为90°－入射角角度。也就是说全反射面的角度应≤90°－C，才能保证光束通过全反射面时发生全反射，转向90°后变成垂直方向的光耦合进探测器。
如图4所示，所述多模波导90°转向阵列芯片5的端面与mini FA通过紫外固化胶耦合在一起，所使用的mini FA与MT连接器6通过带状光纤7相连，形成了Mini FA-MT+波导90°转向阵列芯片的集成模式，实现高精度、高耦合效率、高集成度光路耦合输出，有效降低了系统插损。
如图5所示，所述多模波导90°转向阵列芯片5与VCSEL/PIN阵列芯片8直接耦合。将Mini FA-MT+波导90°转向阵列芯片10、VCSEL/PIN阵列芯片8、驱动/接收芯片9等集成在PCB板12上，当高速信号通过驱动芯片9调制，VCSEL阵列芯片8将并行电信号转换成并行光信号，通过多模波导90°转向阵列芯片的直接耦合，并行光信号进入多模波导90°转向阵列芯片后经过全反射面3的反射，实现光的90°转向后，并行光信号沿波导阵列输出到标准的MT接口，通过光纤11与外界相连；同理，外界的并行光信号通过光纤11传输到MT接口，再由MT接口传输到多模波导90°转向阵列芯片，经过全反射面4的反射，实现光的90°转向后，与PIN阵列芯片8直接耦合，产生的并行电信号通过接收芯片9放大传出。
上述仅本发明较佳可行的实施例而已，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：包括芯片本体（5），所述芯片本体（5）包括衬底（1）、波导（2）和包层（3），包层（3）将波导（2）包裹在衬底（1）上，所述波导（2）平行设置且波导（2）之间间隔相等，且波导（2）的一侧端面为全反射面（4）。
2.根据权利要求1所述的多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：所述芯片本体与波导（2）的全反射面（4）相对的一侧端面为磨抛面。
3.根据权利要求2所述的多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：所述磨抛面的磨抛角度为8°。
4.根据权利要求1所述的多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：所述衬底（1）的材料为纯石英玻璃；所述波导（2）的材料为掺Ge的二氧化硅；所述包层（3）的材料为掺B、P的二氧化硅。
5.根据权利要求1或4所述的多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：所述波导（2）为方形波导。
6.根据权利要求1所述的多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：所述全反射面（4）的倾斜角为θ，所述倾斜角θ的计算公式如下：，其中，n为波导（2）的折射率。
7.根据权利要求1所述的多模波导90 °转向阵列芯片，其特征在于：所述全反射面（4）的倾斜角度为42°。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610909510.XA CN106371169A (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 多模波导90 °转向阵列芯片 |
| PCT/CN2017/092802 WO2018072489A1 (zh) | 2016-10-19 | 2017-07-13 | 多模波导90°转向阵列芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610909510.XA CN106371169A (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 多模波导90 °转向阵列芯片 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106371169A true CN106371169A (zh) | 2017-02-01 |
Family
ID=57895846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610909510.XA Pending CN106371169A (zh) | 2016-10-19 | 2016-10-19 | 多模波导90 °转向阵列芯片 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106371169A (zh) |
| WO (1) | WO2018072489A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018072489A1 (zh) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 河南仕佳光子科技股份有限公司 | 多模波导90°转向阵列芯片 |
| CN110687630A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-14 | 华中科技大学 | 一种应用于三维光互连的soi衬底及其制备方法 |
| CN113093342A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-09 | 中航光电科技股份有限公司 | 光转向结构及光转向系统 |
| CN115980771A (zh) * | 2023-01-13 | 2023-04-18 | 河南仕佳光子科技股份有限公司 | 一种基于tcsel阵列的多线激光雷达收发装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109814213A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-05-28 | 苏州光幔集成光学有限公司 | 一种光模块用集成光学组件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006201499A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Sony Corp | 光通信モジュール |
| CN102289036A (zh) * | 2011-08-22 | 2011-12-21 | 博创科技股份有限公司 | 一种平面光学波导芯片的制备方法 |
| CN105158848A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-16 | 中国科学院微电子研究所 | 一种玻璃基底的多模波导阵列耦合结构及其制作方法 |
| CN105334580A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-17 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种波分复用光接收组件 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3731542B2 (ja) * | 2002-01-25 | 2006-01-05 | 日本電気株式会社 | 光モジュール及び光モジュールの実装方法 |
| WO2013048411A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Intel Corporation | Vertical optical coupler for planar photonic circuits |
| CN106371169A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-02-01 | 河南仕佳光子科技股份有限公司 | 多模波导90 °转向阵列芯片 |
-
2016
- 2016-10-19 CN CN201610909510.XA patent/CN106371169A/zh active Pending
-
2017
- 2017-07-13 WO PCT/CN2017/092802 patent/WO2018072489A1/zh not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006201499A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Sony Corp | 光通信モジュール |
| CN102289036A (zh) * | 2011-08-22 | 2011-12-21 | 博创科技股份有限公司 | 一种平面光学波导芯片的制备方法 |
| CN105158848A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-12-16 | 中国科学院微电子研究所 | 一种玻璃基底的多模波导阵列耦合结构及其制作方法 |
| CN105334580A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-17 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种波分复用光接收组件 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018072489A1 (zh) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 河南仕佳光子科技股份有限公司 | 多模波导90°转向阵列芯片 |
| CN110687630A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-14 | 华中科技大学 | 一种应用于三维光互连的soi衬底及其制备方法 |
| CN113093342A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-09 | 中航光电科技股份有限公司 | 光转向结构及光转向系统 |
| CN115980771A (zh) * | 2023-01-13 | 2023-04-18 | 河南仕佳光子科技股份有限公司 | 一种基于tcsel阵列的多线激光雷达收发装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018072489A1 (zh) | 2018-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12422629B2 (en) | Optical connection of optical fibers to grating couplers | |
| US12298556B2 (en) | Wire-bonding methodologies utilizing preformed glass optical wires for making chip-to-chip optical interfaces | |
| CN107942451A (zh) | 一种硅光芯片的耦合方法和耦合结构 | |
| CN106371169A (zh) | 多模波导90 °转向阵列芯片 | |
| US10048456B2 (en) | Packaging device of single optical multiplexed parallel optical receiver coupling system component and the system thereof | |
| US6904220B2 (en) | Optical waveguide, optical module, and method for producing same module | |
| CN109579816A (zh) | 混合集成光纤陀螺光学芯片 | |
| CN101915965A (zh) | 光栅耦合器及其封装结构 | |
| CN104765102A (zh) | 一种硅光子芯片的封装结构 | |
| CN102866461A (zh) | 光子芯片与光纤的耦合方法 | |
| CN217112794U (zh) | 一种光电子集成电路的光学探针 | |
| KR100265795B1 (ko) | 광도파로칩 | |
| JPH07128531A (ja) | 光集積回路およびその作製方法 | |
| CN108089263A (zh) | 一种多模-单模混合型光分路器及其制作方法 | |
| CN108873184A (zh) | 一种具有侧向v形槽的激光刻写光纤连接器 | |
| CN222812958U (zh) | 一种透镜光纤阵列组件、光发射器件及光接收器件 | |
| CN212160160U (zh) | 一种光纤阵列组件 | |
| CN205263362U (zh) | 一种光纤耦合模块 | |
| EP3143446B1 (en) | Method for coupling an optical fiber to an optical or optoelectronic component | |
| US20230358976A1 (en) | Optical probe package structure | |
| CN217846688U (zh) | 一种探针光纤、晶圆和光纤与光波导耦合的结构 | |
| JP2001324647A (ja) | 光ファイバアレイ、光導波路チップ及びこれらを接続した光モジュール | |
| CN215297760U (zh) | 一种基于cob工艺的平面多通道单纤双向器件 | |
| CN114966975A (zh) | 一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤 | |
| CN114935794A (zh) | 模斑转换器、光芯片和光通信器件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 458030 No. 201 Yanhe Road, Hebi National Economic and Technological Development Zone, Henan Province Applicant after: HENAN SHIJIA PHOTONS TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 458030 No. 201 Yanhe Road, Hebi National Economic and Technological Development Zone, Henan Province Applicant before: HENAN SHIJIA PHOTONS TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170201 |