CN103984063B - 一种光纤与集成芯片的耦合对准方法及其耦合对准模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现光纤与集成芯片的耦合对准方法以及其耦合对准模块，模块包括光纤固定块和集成芯片，光纤固定块和集成芯片上设置有用于容纳光纤的V型槽，光纤固定块上V型槽的间距和尺寸与集成芯片上V型槽的间距和尺寸相一致；光纤固定块的V型槽与集成芯片的V型槽在高度方向上错开一定距离、和/或在容纳光纤的纵向方向上错开一定距离并成一定夹角，从而使得伸出光纤固定块的V型槽的光纤以略微弯曲的状态落入集成芯片的V型槽，并用具有一定粘接强度的匹配胶将光纤完全固定；本发明利用光纤弯曲的应力，克服光纤与集成芯片的光波导耦合过程中，光纤浮在V型槽上方，导致耦合插入损耗大的问题。

Description

一种光纤与集成芯片的耦合对准方法及其耦合对准模块

技术领域

本发明涉及一种实现光纤与集成芯片的耦合对准方法以及其耦合对准模块，本发明属于通信领域。

背景技术

在光通信系统中,电信号和光信号的相互转换是不可或缺的,这需要高速的电光调制器和光电探测器等关键器件，光电混合集成由于其综合成本低、体积小巧、易于大规模化的生产、工作速率高等优点，成为实现高速光通信的根本出路。其中硅作为应用最广泛的材料,各种硅基光子器件如高速电光调制器、光电探测器、激光器、以及集成芯片均已出现并逐步成熟。

众所周知，光通信系统中需要使用光纤来实现光信号的传输，应用于该领域的集成芯片也必然涉及到芯片内的光波导部分与光纤的耦合。为了便于光纤与集成芯片内的光波导耦合，在集成芯片上通常刻蚀有V型槽用于固定光纤。当光纤与V型槽的完全相切的情况下，就可以很好的保证光纤的纤芯和集成芯片内的光波导耦合对准。

然而，在不采用任何辅助手段的情况下，光纤很难做到与V型槽相切，会出现图1所示的浮纤现象，导致耦合损耗过大。在多根光纤同时耦合的时候，这一现象尤为明显。通常最常见的解决方式是采用一块平板玻璃或其他材料压块，施加一定的力将光纤压入到V型槽中，使光纤与V型槽相切，并用胶将平板玻璃固定在光纤的上方。这种方法最大的问题在于要求芯片上有足够大的面积和高度用于放置平板玻璃，这与目前越来越小型化的芯片设计是相矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的困难，提供一种结构简单、易于制造、效率高的方法，将光纤压入快速集成芯片的V型槽中，实现光纤与集成芯片的光波导的耦合对准方法以及其耦合对准模块。

本发明所采用的技术方案是：

一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、将需要耦合的多根光纤剥纤后，分别固定到光纤固定块的V型槽中，将未剥离涂敷层的光纤部分和与之相连的剥纤部分用胶固定；步骤2、将光纤端面切割整齐，控制伸出光纤固定块的光纤长度大于集成芯片的V型槽一定长度；步骤3、通过图像视觉系统，将伸出光纤固定块(3，7)的光纤以弯曲半径30mm至50mm方式放置在集成芯片V型槽上，使固定好光纤的光纤固定块V型槽与集成芯片V型槽在一条直线上，并控制光纤固定块和集成芯片之间间隔一定间距；步骤4、使得光纤固定块相对于集成芯片进行粘接固定；步骤5、用匹配胶将所有的光纤未涂胶部分全部覆盖，使光纤完全固定于集成芯片的V型槽中。

所述步骤3中通过控制光纤固定块和集成芯片之间间隔一定间距，使得光纤与集成芯片的光波导端面的间距控制在10微米左右。

所述步骤4的光纤固定块相对于集成芯片进行粘接固定的方法为：所述步骤3之前将集成芯片粘接固定到基板上；所述步骤3后将光纤固定块粘接固定到基板上。

在光纤固定块远离集成芯片一端的下方插入有楔角片，使得光纤固定块相对于集成芯片倾斜夹角为1到5度。

所述步骤4光纤固定块相对于集成芯片进行粘接固定的方法为：将光纤固定块端面与集成芯片端面之间用紫外胶进行粘接固定。

所述光纤固定块上设置有V型槽，光纤固定块上V型槽的间距和尺寸与集成芯片上的V型槽相一致，光纤固定块的V型槽在远离集成芯片的一端设置有下沉台阶，光纤固定块的V型槽在远离集成芯片的一端略高于集成芯片的V型槽、在靠近集成芯片的一端则略低于集成芯片的V型槽。

所述光纤固定块的V型槽远离集成芯片的一端高于集成芯片的V型槽的高度为10至50微米，在靠近集成芯片的一端低于集成芯片的V型槽的高度为10至50微米。

一种光纤与集成芯片的耦合对准模块，其包括光纤固定块和集成芯片，光纤固定块和集成芯片上设置有用于容纳光纤的V型槽，光纤固定块上V型槽的间距和尺寸与集成芯片上V型槽的间距和尺寸相一致；光纤固定块的V型槽与集成芯片的V型槽在高度方向上错开一定距离、和/或在容纳光纤的纵向方向上错开一定距离并成一定夹角，从而使得伸出光纤固定块的V型槽的光纤以略微弯曲的状态落入集成芯片的V型槽，并用具有一定粘接强度的匹配胶将光纤完全固定，从而使得该耦合对准模块在经历正常的冲击和震动时仍能保证伸出光纤固定块V型槽的光纤以一定压力贴合在集成芯片的V型槽上。

所述光纤固定块和集成芯片之间间隔一定间距，使得光纤与集成芯片的光波导端面的间距控制在10微米左右。

所述光纤固定块的V型槽远离集成芯片的一端高于集成芯片的V型槽的高度为10至50微米，在靠近集成芯片的一端低于集成芯片的V型槽的高度为10至50微米；光纤固定块的V型槽与集成芯片的V型槽所形成的夹角为1到5度。

本发明的优点在于：

1)本发明方法利用光纤弯曲的应力，克服光纤与集成芯片的光波导耦合过程中，光纤浮在V型槽上方，导致耦合插入损耗大的问题；

2)本发明装置的光纤上方可以实现无辅助压块，适用于目前越来越小、空间受限的集成芯片；

3)本发明方法整个过程不需要进行光功率监控，可达到快速高效的无源对准，实现规模化和低成本的生产目的。

附图说明

图1是现有技术光纤未完全进入V型槽示意图；

图2是本发明第一个实施例的上表面结构示意图；

图3是本发明第一个实施例的侧面结构示意图；

图4是本发明第二个实施例的上表面结构示意图；

图5是本发明第二个实施例的侧面结构示意图；

图6是本发明弯曲光纤进入V型槽示意图；

其中：

1：光纤；2：集成芯片；

2-1：集成芯片V型槽；2-2：光波导；

3：第一光纤固定块；3-1：第一光纤固定块V型槽；

3-2：楔角片；3-3：下沉台阶；

4：胶；5：匹配胶；

6：基板；7：第二光纤固定块；

7-1：第二光纤固定块V型槽；7-2：下沉台阶；

8：紫外胶；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的做出详细说明。

图2为第一个实施案例的上表面结构示意图，图3为第一个实施案例的侧面结构示意图，所示的实施案例中，包括有如下步骤：

1)将需要耦合的多根光纤剥纤后，分别固定到第一光纤固定块3上的第一光纤固定块V型槽3-1和下沉台阶3-3中，并用胶4将光纤涂敷层未剥离部分和与相连的剥纤部分固定，如图2和图3所示；

2)用切割刀将光纤端面切割整齐，控制光纤1伸出第一光纤固定块3的长度大于集成芯片V型槽2-1的长度约几十微米；

3)将集成芯片2粘接固定到基板6上；

4)通过图像视觉系统，将光纤放置在集成芯片V型槽2-1上，使固定好光纤的第一光纤固定块V型槽3-1与集成芯片V型槽2-1在一条直线上，并控制好第一光纤固定块3和集成芯片2的间距，使光纤和光波导2-2的端面间距在10微米左右；

5)将楔角片3-2从第一光纤固定块3远离集成芯片的一端插入第一光纤固定块3下，使得第一光纤固定块3相对于集成芯片略微倾斜一定角度，使得光纤以略微弯曲的方式放置在集成芯片V型槽2-1上；

6)将第一光纤固定块3粘接固定到基板6上；

7)用匹配胶5将所有的光纤未涂胶部分全部覆盖。

图4为第二个实施案例的上表面结构示意图，图5为第二个实施案例的侧面结构示意图，所示的实施案例中，包括有如下步骤：

1)将需要耦合的多根光纤剥纤后，分别固定到第二光纤固定块7上的第二光纤固定块V型槽7-1和下沉台阶7-2中，并用胶4将光纤涂敷层未剥离部分和与相连的剥纤部分固定，如图4和图5所示；

2)用切割刀将光纤端面切割整齐，控制光纤1伸出第二光纤固定块7的长度大于集成芯片上V型槽2-1的长度约几十微米；

3)通过图像视觉系统，将光纤以略微弯曲的方式放置在集成芯片上V型槽2-1上，使固定好光纤的第二光纤固定块上V型槽7-1与集成芯片上V型槽2-1在一条直线上，并控制好第二光纤固定块7和集成芯片2的间距，使光纤和光波导2-2的端面间距在10微米左右；

4)用紫外胶8将第二光纤固定块7端面与集成芯片端面粘接固定；

5)用匹配胶5将所有的光纤未涂胶部分全部覆盖。

在以上两个实施案例中，所述的第一光纤固定块3和第二光纤固定块7均具有如下特点：

1)第一光纤固定块3和第二光纤固定块7上V型槽间距与集成芯片上V型槽2-1间距相同；

2)第一光纤固定块3和第二光纤固定块7其中一端有下沉台阶，用于固定涂敷层未剥落的光纤部分；

3)第一光纤固定块3和第二光纤固定块7远离集成芯片2的一端略高于芯片高度约10至50微米，而靠近集成芯片2的一端则略低于芯片高度10至50微米，使光纤略倾斜落入集成芯片的V型槽中；即与现有技术相比，第一光纤固定块3和第二光纤固定块7的V型槽与集成芯片的V型槽在高度方向上错开一定距离(约十几至几十微米)、和/或在容纳光纤的纵向方向上错开一定距离(约十几至几十微米)并成一的定夹角(1-5度，优选为3度)，从而使得伸出第一光纤固定块3或第二光纤固定块7的V型槽的光纤以略微弯曲的状态落入集成芯片的V型槽，光纤弯曲半径控制在30至50mm，并用具有一定粘接强度的匹配胶5将光纤完全固定，从而使得该光纤耦合方式在经历正常的冲击和震动时仍能保证伸出第一光纤固定块3或第二光纤固定块7的V型槽的光纤以一定压力贴合在集成芯片的V型槽上。其中第一光纤固定块3的两端与芯片的高度差由楔角片3-2来控制，第二光纤固定块7的两端与芯片的高度差由第二光纤固定块7端面和底面的夹角来控制。

所述的实现光纤与集成芯片的耦合对准方法的特点在于：采用光纤固定块固定光纤间距，使其保持与集成芯片的所要求的光纤间距完全一致；利用光纤固定块的斜面，使光纤略倾斜插入集成芯片的V型槽中；由于光纤固定块与集成芯片靠拢处的高度差，使集成芯片的V型槽将光纤台高，利用光纤的弯曲应力，使光纤与集成芯片的V型槽两侧水平相切，从而实现光纤与光波导的紧密对准，如图6所示。

利用上述一种光纤与集成芯片的耦合对准方法制作的光纤与集成芯片的耦合对准模块，其包括光纤固定块和集成芯片，光纤固定块和集成芯片上设置有用于容纳光纤的V型槽，光纤固定块上V型槽的间距和尺寸与集成芯片上V型槽的间距和尺寸相一致；光纤固定块的V型槽与集成芯片的V型槽在高度方向上错开一定距离、和/或在容纳光纤的纵向方向上错开一定距离并成一定夹角，从而使得伸出光纤固定块的V型槽的光纤以略微弯曲的状态落入集成芯片的V型槽，并用具有一定粘接强度的匹配胶将光纤完全固定，从而使得该耦合对准模块在经历正常的冲击和震动时仍能保证伸出光纤固定块V型槽的光纤以一定压力贴合在集成芯片的V型槽上。

所述光纤固定块和集成芯片之间间隔一定间距，使得光纤与集成芯片的光波导端面的间距控制在10微米左右。

所述光纤固定块的V型槽远离集成芯片的一端高于集成芯片的V型槽的高度为10至50微米，在靠近集成芯片的一端低于集成芯片的V型槽的高度为10至50微米；光纤固定块的V型槽与集成芯片的V型槽所形成的夹角为1到5度。

虽然本发明已详细地示出并描述了相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、将需要耦合的多根光纤剥纤后，分别固定到光纤固定块(3，7)的V型槽中，将未剥离涂敷层的光纤部分和与之相连的剥纤部分用胶固定；

步骤2、将光纤端面切割整齐，控制伸出光纤固定块(3，7)的光纤长度大于集成芯片(2)的V型槽(2-1)长度；

步骤3、通过图像视觉系统，将伸出光纤固定块(3，7)的光纤以弯曲半径30mm至50mm方式放置在集成芯片V型槽(2-1)上，使固定好光纤的光纤固定块V型槽(3-1，7-1)与集成芯片V型槽(2-1)在一条直线上，并控制光纤固定块(3，7)和集成芯片(2)之间间隔的间距，使得伸出光纤固定块(3，7)的V型槽的光纤以略微弯曲的状态落入集成芯片(2)的V型槽；

步骤4、使得光纤固定块(3，7)相对于集成芯片(2)进行粘接固定；

步骤5、用匹配胶(5)将所有的光纤未涂胶部分全部覆盖，使光纤完全固定于集成芯片(2)的V型槽中。

2.根据权利要求1所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：所述步骤3中通过控制光纤固定块(3，7)和集成芯片(2)之间的间隔，使得光纤与集成芯片(2)的光波导(2-2)端面的间距控制在10微米。

3.根据权利要求2所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：所述步骤4的光纤固定块(3，7)相对于集成芯片(2)进行粘接固定的方法为：所述步骤3之前将集成芯片(2)粘接固定到基板(6)上；所述步骤3后将光纤固定块(3)粘接固定到基板(6)上。

4.根据权利要求3所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：在光纤固定块(3)远离集成芯片(2)一端的下方插入有楔角片(3-2)，使得光纤固定块(3)相对于集成芯片(2)倾斜夹角为1到5度。

5.根据权利要求2所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：所述步骤4光纤固定块(3，7)相对于集成芯片(2)进行粘接固定的方法为：将光纤固定块(7)端面与集成芯片(2)端面之间用紫外胶(8)进行粘接固定。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：所述光纤固定块(3，7)上设置有V型槽，光纤固定块(3，7)上V型槽的间距和尺寸与集成芯片(2)上的V型槽相一致，光纤固定块(3，7)的V型槽在远离集成芯片(2)的一端设置有下沉台阶(3-3，7-2)，光纤固定块(3，7)的V型槽在远离集成芯片(2)的一端略高于集成芯片(2)的V型槽、在靠近集成芯片(2)的一端则略低于集成芯片(2)的V型槽。

7.根据权利要求6所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准方法，其特征在于：所述光纤固定块(3，7)的V型槽远离集成芯片(2)的一端高于集成芯片(2)的V型槽的高度为10至50微米，在靠近集成芯片(2)的一端低于集成芯片(2)的V型槽的高度为10至50微米。

8.一种光纤与集成芯片的耦合对准模块，其包括光纤固定块(3，7)和集成芯片(2)，光纤固定块(3，7)和集成芯片(2)上设置有用于容纳光纤的V型槽，光纤固定块(3，7)上V型槽的间距和尺寸与集成芯片(2)上V型槽的间距和尺寸相一致；其特征在于：光纤固定块(3，7)的V型槽与集成芯片(2)的V型槽在高度方向上错开10至50微米的距离、和/或在容纳光纤的纵向方向上错开一定距离并成1到5度的夹角，从而使得伸出光纤固定块(3，7)的V型槽的光纤以略微弯曲的状态落入集成芯片(2)的V型槽，并用具有粘接强度的匹配胶(5)将光纤完全固定，从而使得该耦合对准模块在经历正常的冲击和震动时仍能保证伸出光纤固定块(3，7)V型槽的光纤以一定压力贴合在集成芯片(2)的V型槽上。

9.根据权利要求8所述的一种光纤与集成芯片的耦合对准模块，其特征在于：所述光纤固定块(3，7)和集成芯片(2)之间间隔有间距，使得光纤与集成芯片(2)的光波导(2-2)端面的间距控制在10微米。