CN104730622A - 一种密集型多通道光纤阵列 - Google Patents

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    • 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
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Abstract

本发明公开了一种多通道密集型光纤阵列，包含一个由N条单模光纤以及具有N个以上定位槽的承载片所组成的大间距光纤阵列、具有N条无交叉平面光波导的集成光子芯片。集成光子芯片发散端的波导间距大于会聚端波导间距，并通过发散端与大间距光纤阵列相连。本发明具有工艺简单、设计方便的优点，特别适合于实现具有密集型多输入/输出端口的光子芯片的测试与封装。

Description

一种密集型多通道光纤阵列
技术领域
本发明涉及一种密集型多通道光纤阵列，特别是涉及平面光波导集成器件封装领域的一种密集型多通道光纤阵列。
背景技术
光纤阵列是平面光子集成芯片封装中最为重要的部件，其作用是将单模光纤等间距均匀排布，且端面齐平并加以研磨抛光托工艺使之光滑平整，进而便于与平面光子集成芯片进行端面对准封装。由于收到光纤外径尺寸的限制，现有的光纤阵列中光纤的间距设定为127微米或250微米，无法实现更小间距的光纤排布。
随着光集成芯片的集成度日益提升，集成光子器件的核心功能区域占据面积非常小。然而，在多输入/输出端口的情形下，输入、输出光波导之间的间距却必须扩展至127微米或250微米，从而与标准的光纤阵列相匹配，使得整个光子芯片尺寸难以最小化，也使得减小器件核心功能区域尺寸失去了意义。因此，如何实现一种密集型光纤阵列是未来超高集成度光子集成芯片封装的关键所在。
另一方面，近年来多芯光纤研究及需求迅猛发展。其特点是多芯光纤中各纤芯间距通常为30～40μm，远小于普通光纤阵列的通道间距(为127μm或250μm)。因此，如何将多芯光纤与多条普通单模光纤进行低损耗连接是一个重要挑战。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种密集型多通道光纤阵列。
本发明采用的技术方案是：
一种密集型多通道光纤阵列，包括一个由N条单模光纤以及具有N个以上定位槽的承载片所组成的大间距光纤阵列、具有N条无交叉平面光波导的集成光子芯片；
大间距光纤阵列中N条单模光纤依次分别置于承载片的N个定位槽之上；大间距光纤阵列一端为齐平端，N条单模光纤在大间距光纤阵列齐平端与承载片的一端齐平且光洁平整；大间距光纤阵列另一端为延伸端，N条单模光纤在大间距光纤阵列延伸端延伸为尾纤；
集成光子芯片一端为发散端、另一端为会聚端，N条无交叉平面光波导的发散端间距大于会聚端间距；大间距光纤阵列齐平端与集成光子芯片的发散端相连，且N条单模光纤与N条无交叉平面光波导一一对齐。
优选的，所述的集成光子芯片中的N条无交叉平面光波导在发散端、会聚端均为等间距排布，且发散端间距与N条单模光纤间距相等。
优选的，所述的集成光子芯片中N条无交叉平面光波导有一条是直线型、其余均为S型。
优选的，所述的集成光子芯片中N条无交叉平面光波导为弱限制矩形光波导，由衬底、下包层、芯区、上包层组成。
优选的，所述的集成光子芯片中N条无交叉平面光波导发散端、会聚端的芯区宽度不相等。
优选的，所述的集成光子芯片中N条无交叉平面光波导发散端间距为127微米或250微米，其余处处间距均小于发散端间距。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明具有结构简单、设计方便，光纤阵列通道数可以按照需求设定而不存在任何附加限制、且通道间距可以远小于普通光纤阵列的通道间距，实现密集型多通道光纤阵列。
2.本发明也提供了一种实现一维多芯光纤与多条单模光纤的低损耗连接的方法。
附图说明
图1是传统的光纤阵列，其通道间距通常为127或250μm；
图2是本发明密集型多通道光纤阵列；
图3是图2的B-B′截面图；
图4是图2中A-A′截面示意图。
图中：1、大间距光纤阵列，2、集成光子芯片，11、N条单模光纤，12、具有N个以上定位槽的承载片，21、N条无交叉平面光波导。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
参照图1-图4，本发明的一种密集型多通道光纤阵列包括一个由N条单模光纤11以及具有N个以上定位槽的承载片12所组成的大间距光纤阵列1、具有N条无交叉平面光波导21的集成光子芯片2；
如图2、图4所示，大间距光纤阵列1中N条单模光纤11依次分别置于承载片12的N个定位槽之上；大间距光纤阵列1一端为齐平端，N条单模光纤11在大间距光纤阵列1齐平端与承载片12的一端齐平且光洁平整；大间距光纤阵列1另一端为延伸端，N条单模光纤11在大间距光纤阵列1延伸端延伸为尾纤；
如图2所示，集成光子芯片2一端为发散端、另一端为会聚端，N条无交叉平面光波导21的发散端间距大于会聚端间距；大间距光纤阵列1齐平端与集成光子芯片2的发散端相连，且N条单模光纤11与N条无交叉平面光波导21一一对齐。
如图2所示，所述的集成光子芯片2中的N条无交叉平面光波导21在发散端、会聚端均为等间距排布，且发散端间距与N条单模光纤11间距相等。
如图2所示，所述的集成光子芯片2中N条无交叉平面光波导21有一条是直线型、其余均为S型。
如图2、图4所示，所述的集成光子芯片2中N条无交叉平面光波导21为弱限制矩形光波导，由衬底21a、下包层21b、芯区21c、上包层21d组成。
所述的集成光子芯片2中N条无交叉平面光波导21发散端、会聚端的芯区宽度不相等，发散端新区宽度为与光纤匹配度最好的优化值，会聚端的芯区宽度为与集成光子芯片2输入/输出端口匹配度最好的优化值。
如图2所示，所述的集成光子芯片2中N条无交叉平面光波导21发散端间距为127微米或250微米，其余处处间距均小于发散端间距。
下面给出一种本发明的具体实施例。
考虑将本发明密集型多通道光纤阵列用于一个具有8通道硅纳米线阵列波导光栅器件封装的情形。该硅纳米线阵列波导光栅器件具有8个输入、输出端口，相邻端口间距一般取为20～40μm(在此例中，设为20μm)。相应地，本发明密集型多通道光纤阵列需采用一个具有8条光纤、通道间距为250μm的大间距光纤阵列、以及一个具有8条无交叉平面光波导的集成光子芯片。在这8条无交叉平面光波导中，第5条为直线型，其余均为S弯曲型。这8条无交叉平面光波导在发散端的间距同样取为250μm，并与8条光纤一一对准。该集成光子芯片采用SiO2掩埋型弱限制光波导结构，其折射率差为0.75％，芯区尺寸为6μm×6μm，从而获得与光纤的低损耗连接。在集成光子芯片的会聚端，这8条无交叉平面光波导的通道间距为20μm，并与硅纳米线阵列波导光栅器件的8个输入(或输出)端口一一对准。而且这8条无交叉平面光波导芯区宽度取为优化的某一宽度，如3μm，从而与硅纳米线阵列波导光栅器件的8个输入(或输出)端口达到最佳匹配度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种密集型多通道光纤阵列，其特征在于：包括一个由N条单模光纤(11)以及具有N个以上定位槽的承载片(12)所组成的大间距光纤阵列(1)、具有N条无交叉平面光波导(21)的集成光子芯片(2)；
大间距光纤阵列(1)中N条单模光纤(11)依次分别置于承载片(12)的N个定位槽之上；大间距光纤阵列(1)一端为齐平端，N条单模光纤(11)在大间距光纤阵列(1)齐平端与承载片(12)的一端齐平且光洁平整；大间距光纤阵列(1)另一端为延伸端，N条单模光纤(11)在大间距光纤阵列(1)延伸端延伸为尾纤；
集成光子芯片(2)一端为发散端、另一端为会聚端，N条无交叉平面光波导(21)的发散端间距大于会聚端间距；大间距光纤阵列(1)齐平端与集成光子芯片(2)的发散端相连，且N条单模光纤(11)与N条无交叉平面光波导(21)一一对齐。
2.根据权利要求1所述的一种密集型多通道光纤阵列，其特征在于：所述的集成光子芯片(2)中的N条无交叉平面光波导(21)在发散端、会聚端均为等间距排布，且发散端间距与N条单模光纤(11)间距相等。
3.根据权利要求1所述的一种密集型多通道光纤阵列，其特征在于：所述的集成光子芯片(2)中N条无交叉平面光波导(21)有一条是直线型、其余均为S型。
4.根据权利要求1所述的一种密集型多通道光纤阵列，其特征在于：所述的集成光子芯片(2)中N条无交叉平面光波导(21)为弱限制矩形光波导，由衬底(21a)、下包层(21b)、芯区(21c)、上包层(21d)组成。
5.根据权利要求1所述的一种密集型多通道光纤阵列，其特征在于：所述的集成光子芯片(2)中N条无交叉平面光波导(21)发散端、会聚端的芯区宽度不相等。
6.根据权利要求1所述的一种密集型多通道光纤阵列，其特征在于：所述的集成光子芯片(2)中N条无交叉平面光波导(21)发散端间距为127微米或250微米，其余处处间距均小于发散端间距。
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