CN107884882B

CN107884882B - 一种光通信组件及其制备方法、通信设备

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Publication number: CN107884882B
Application number: CN201610879122.1A
Authority: CN
Inventors: 魏玉明
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Honor Device Co Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: CN107884882A; WO2018059227A1

Abstract

本发明涉及到通信技术领域，公开了一种光通信组件及其制备方法、通信设备。该光通信组件包括衬底，设置在衬底上的第一片上器件及第二片上器件，其中，第一片上器件的第一端口与第二片上器件的第二端口具有高差；还包括：设置在第一片上器件和第二片上器件之间的辅助耦合层，辅助耦合层内倾斜设置有将第一端口与第二端口连通的波导结构。在上述方案中，通过先将两个片上器件固定在衬底上，之后在第一片上器件及第二片上器件之间包裹辅助耦合层，最后再通过在辅助耦合层内形成波导结构的方法，降低了第一片上器件的第一端口和第二片上器件的第二端口的对准精度要求，提高了光通信组件的光耦合效率，进而提高光通信组件的成品率以及生产效率。

Description

一种光通信组件及其制备方法、通信设备

技术领域

本发明涉及到通信技术领域，尤其涉及到一种光通信组件及其制备方法、通信设备。

背景技术

现代光通信是以光为信号的载体进行通信的方式，它需要很多种功能器件，例如：将电信号的1/0转换到光强度1/0上的调制器，发射不同波长的光的激光器，检测光信号的探测器，实现点到点路由的光开关…等等。

光在传输的过程中会发生损耗，造成光功率下降，如果光功率降到探测器的接收范围以下，那么通信就失败了，因此，光放大器是光通信中必不可少的一环。

在具体设置时，现有的一种方案为将光放大器集成到硅上(光放大器用硅无法制造，目前都是使用磷化铟基材料制造)。具体的，在硅衬底上切出一块面积，把磷化铟-半导体光放大器粘贴上去，并且把光的输入/输出端口对准；但是上述方案中光放大器的对准的要求太高：S0I上的硅波导和半导体光放大器的输入/输出端对准的时候位置偏差1um引入1dB额外损耗，2um引入3dB额外损耗(相当于损失50％的光能量)；半导体光放大器比半导体硅的高度要高一些，这样贴上去，高度上的对准只能靠反复的实验来“试”出一个合适制造环境，而且换一个不同型号的半导体光放大器就又要再“试”一遍。

另一种方案为采用倏逝波I/O的方案，它是先在这个耦合用的器件上形成了波导，然后再把它贴到芯片表面。这就注定它还是需要有一个高精度的对准过程。

发明内容

本发明提供了一种光通信组件及其制备方法、通信设备，用以提高光通信组件的通信效果，降低制备难度。

本发明还提供了一种光通信组件，该通信组件包括衬底，设置在衬底上的第一片上器件及第二片上器件，其中，所述第一片上器件具有第一端口，所述第二片上器件具有第二端口，且所述第一端口与所述第二端口在垂直于衬底的方向具有高差；还包括：

设置在所述第一片上器件和第二片上器件之间的辅助耦合层，且所述辅助耦合层包裹住所述第一端口及第二端口，所述辅助耦合层内倾斜设置有将所述第一端口与所述第二端口连通的波导结构。

在上述实施方案中，通过先在第一片上器件与第二片上器件之间形成辅助耦合层，之后再通过在辅助耦合层制备出波导结构，从而降低了第一片上器件的第一端口和第二片上器件的第二端口的对准精度要求，提高了光通信组件在制备时的成品率，同时提高了光通信组件的生产效率。

在具体的一个方案中，所述第一片上器件及所述第二片上器件均为多个，且多个第一片上器件与多个第二片上器件一一对应；所述辅助耦合层内刻蚀有与每对第一片上器件及第二片上器件对应的波导结构。即该光通信组件可以包含多对一一对应的第一片上器件及第二片上器件，仅需一个辅助耦合层即可刻蚀出与每对第一片上器件及第二片上器件对应的波导结构。

在一个优选的方案中，所述波导结构为直线型波导结构，从而降低耗损。

本发明提供了一种光通信组件的制备方法，该方法包括以下步骤：

将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底的同一表面，其中，所述第一片上器件具有第一端口，所述第二片上器件具有第二端口，且所述第一端口与所述第二端口在垂直于衬底的方向具有高差；

在第一片上器件与第二片上器件之间形成辅助耦合层，且所述辅助耦合层包裹住所述第一端口及第二端口；

在形成的辅助耦合层中制作连通所述第一端口与所述第二端口的波导结构。

在上述方案中，通过先将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底上，之后在第一片上器件及第二片上器件之间包裹辅助耦合层，最后再通过在辅助耦合层内形成波导结构的方法，改善了第一片上器件的第一端口、第二片上器件的第二端口及辅助耦合层的对位精度要求，提高了光通信组件的光耦合效率，进而提高光通信组件的成品率以及生产效率。

其中的将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底的同一表面具体为：通过倒装焊或键合的方式将所述第一片上器件和第二片上器件粘贴到衬底的同一表面；或在衬底的同一表面直接形成第一片上器件及第二片上器件。即第一片上器件、第二片上器件及衬底可以采用分体结构，之后通过焊接、键合或者粘接等形成组装成一体，或者第一片上器件及第二片上器件与衬底为一体结构。即通过不同的制备方式将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底上。

其中的辅助耦合层为聚合物材料制作的辅助耦合层。如：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。

其中的在第一片上器件与第二片上器件之间形成辅助耦合层，且所述辅助耦合层包裹住所述第一片上器件的第一端口及第二片上器件的第二端口具体为：

将液态或胶状的聚合物填充在第一片上器件和第二片上器件之间，并包裹第一片上器件的第一端口及第二片上器件的第二端口，将液态或胶状的聚合物凝固形成辅助耦合层。即通过液态或胶状的聚合物包裹住第一片上器件的第一端口及第二片上器件的第二端口，之后再通过不同的固化方式将聚合物固化形成辅助耦合层，在具体固化时，如采用加热或紫外线照射的方式将液态或胶状的聚合物固化形成辅助耦合层。当然还可以采用其他的已知的固化方法将聚合物固化形成辅助耦合层。

在形成波导结构时，具体为：

获取第一片上器件的第一端口的耦合中心坐标a1及第二片上器件的第二端口的耦合中心坐标a2；

在所述a1与a2的连线之间通过刻蚀在所述辅助耦合层中形成波导结构。即通过确定第一片上器件的第一端口的耦合中心坐标以及第二片上器件的第二端口的耦合中心坐标，之后在两个坐标之间的连线上形成波导结构，即通过波导结构将两个坐标连接，从而保证形成的波导结构能够将第一片上器件的第一端口与第二片上器件的第二端口导通。

在具体获取两个耦合中心坐标时，采用的方法具体为：在将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底的同一表面后，以衬底上的设定位置为原点，测量第一片上器件的第一端口的耦合中心的标识点的坐标：b1＝(x1，y1，z1)，及第二片上器件的第二端口的耦合中心的标识点的坐标b2＝(x2，y2，z2)；

根据第一片上器件上的第一端口的耦合中心与耦合中心的标识点的已知相对坐标及耦合中心的标识点的坐标b1，获取第一片上器件的第一端口的耦合中心的坐标a1；

根据第二片上器件的第一端口的耦合中心与耦合中心的标识点的已知相对坐标及耦合中心的标识点的坐标b2，获取第二片上器件的第一端口的耦合中心的坐标a2。

即在第一片上器件及第二片上器件固定在衬底上时，首先在第一片上器件及第二片上器件上查找一个比较容易测量的点作为耦合中心的标识点，并且测量出耦合中心的标识点与耦合中心之间的距离。在第一片上器件及第二片上器件安装在或者形成在衬底上后，在衬底上选择一个位置作为原点，并建立三维坐标系，之后，测量第一片上器件的耦合中心的标识点在坐标系中的坐标b1，以及测量第二片上器件的耦合中心的标识点在坐标系中的坐标b2，并通过测量的b1及b2以及已知的耦合中心与耦合中心的标识点坐标得到耦合中心的坐标a1和a2。

在得到a1及a2后，a1及a2之间的直线连接线即为波导结构的设置位置，在具体设置时，可以通过激光直写技术在所述辅助耦合层中形成波导结构。

本发明提供了一种通信设备，该通信设备包括信号发射设备，以及信号接收设备，还包括设置在所述信号发射设备与所述信号接收设备之间并用于信号连接所述信号发射设备与所述信号接收设备的上述任一项所述的光通信组件。

在上述方案中，在上述实施方案中，通过先在第一片上器件与第二片上器件之间形成辅助耦合层，之后再通过在辅助耦合层制备出波导结构，从而降低了第一片上器件的第一端口和第二片上器件的第二端口的对准精度要求，提高了光通信组件在制备时的成品率，提高了光通信组件的生产效率。进而提高了通信设备的生产效率以及通信效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光通信组件的俯视图；

图2为本发明实施例提供的光通信组件的侧视图；

图3为本发明另一实施例提供的光通信组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的光通信组件的制备流程图；

图5为本发明实施例提供的光通信组件的制备流程图。

附图标记：

1-衬底 2-辅助耦合层 21-波导结构

3-第一片上器件 4-第二片上器件

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一并参考图1及图2，本发明实施例还提供了一种光通信组件，该通信组件包括衬底1，设置在衬底1上的第一片上器件3及第二片上器件4；其中，第一片上器件3具有第一端口，第二片上器件4具有第二端口，且所述第一端口与所述第二端口在垂直于衬底的方向具有高差；还包括：

设置在第一片上器件3和第二片上器件4之间的辅助耦合层2，且辅助耦合层2包裹住第一端口及第二端口，辅助耦合层2内倾斜设置有将第一端口与第二端口连通的波导结构21。

在上述实施例中，通过先在第一片上器件3与第二片上器件4之间形成辅助耦合层2，之后再通过在辅助耦合层2制备出波导结构21，从而降低了第一片上器件的第一端口和第二片上器件的第二端口的对准精度要求，提高了光通信组件在制备时的成品率，同时提高了光通信组件的生产效率。

在本实施例提供的光通信组件中，由于波导结构21采用后期形成的方式，因此，在具体设置时，第一片上器件3的第一端口与第二片上器件4的第二端口可以处于不同的高度，如图2所示，在一个具体的方案中，第一片上器件3的第一端口及第二片上器件4的第二端口之间具有高度差(该高度差为以图2所示的光通信组件的放置方向为参考方向时，在竖直方向上的高度差)，辅助耦合层2内刻蚀的波导结构21为倾斜设置。通过上述方式，使得第一片上器件3和第二片上器件4在设置时，位置更加灵活，可以使用不同高度的片上器件作为光传输的部件，增大了光通信组件的器件可选择性。

作为一个优选的方案，为了降低光信号在传播时的耗损，该波导结构采用直线型波导。但是应当理解的是，本实施例提供的波导结构不仅限于上述的直线型，还可以采用其他的形式，如弯曲的形式。

在具体的一个方案中，如图3所示，第一片上器件3及第二片上器件4均为多个，且多个第一片上器件3与多个第二片上器件4一一对应；辅助耦合层2内刻蚀有与每对第一片上器件3及第二片上器件对应的波导结构21。继续参考图3，本实施例提供的衬底1中，设置了两列片上器件，其中一列为第一片上器件3，另一列为第二片上器件4，且位于同一排的第一片上器件3和第二片上器件4为一对，且两者之间通过波导结构21连通，在具体设置时，多个第一片上器件3及第二片上器件4共用一个辅助耦合层2，只需在辅助耦合层2中形成针对每对片上器件的波导结构21即可，从而简化了光通信器件的结构组成，降低了光通信组件的安装精度，提高了光通信组件的生产效率。

请参考图4，图4示出了本实施例提供的光通信组件的制备流程图。

本发明提供了一种光通信组件的制备方法用以降低光通信组件的，该方法包括以下步骤：

在上述方法中，通过先将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底上，之后在第一片上器件及第二片上器件之间包裹辅助耦合层，最后再通过在辅助耦合层内形成波导结构的方法，改善了第一片上器件的第一端口、第二片上器件的第二端口及辅助耦合层的对位精度要求，由于辅助耦合层中的波导结构采用安装后才进行加工，因此，在第一片上器件及第二片上器件安装时，第一片上器件的第一端口及第二片上器件的第二端口只需大致对准即可(位置偏差可能到几十微米的量级)，从而降低了第一片上器件、第二片上器件及辅助耦合层对位时的精度。提高光通信组件的成品率以及生产效率。此外，由于波导结构采用后期加工的效果，从而保证了波导结构连通第一片上器件及第二片上器件的准确度，进而提高了光通信组件的通信效果。

为了方便理解本实施例提供的光通信组件的制备方法，下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的描述。

参考图5，图5示出了本发明实施例提供的光通信组件的制备方法。同时，为了方便理解，可以一并参考图1及图2，其中，图1示出了通过本方法制备成的光通信组件的俯视图，图2示出了通过本方法制备的光通信组件的侧视图。

本发明实施例提供的光通信组件的安装精度提供了一种光通信组件的制备方法，如图5所示，该制备方法包括以下步骤：

步骤001：将第一片上器件3及第二片上器件4固定在衬底1的同一表面；其中，第一片上器件3具有第一端口，第二片上器件4具有第二端口，且所述第一端口与所述第二端口在垂直于衬底的方向具有高差；

具体的，第一片上器件3、第二片上器件4及衬底1可以采用不同的结构形式，如：第一片上器件3、第二片上器件4与衬底1采用单独的结构时，此时在组装时，第一片上器件3、第二片上器件4采用连接方法固定在衬底1上形成一个稳定的连接，在具体连接时，可以采用倒装焊、键合或者粘接等不同的连接方式，将第一片上器件3和第二片上器件4固定在衬底1的同一表面；在第一片上器件3、第二片上器件4及衬底1为一体结构时，第一片上器件3、第二片上器件4为在衬底1的同一表面直接形成第一片上器件3及第二片上器件4。在采用该方式时，该衬底1可以为硅衬底、玻璃等能够传播光的材质。较佳的该衬底1为硅材料制备的衬底。在具体的制备过程时，以硅材料为例，首先选用一块硅材料，之后在硅材料上进行刻蚀或者雕刻的加工方式，在硅材料上直接刻蚀出或雕刻出第一片上器件3及第二片上器件4，从而一体形成第一片上器件3、第二片上器件4及硅衬底1。

步骤002：以衬底1上的设定位置为原点，测量第一片上器件3的第一端口的耦合中心的标识点的坐标：b1＝(x1，y1，z1)，及第二片上器件4的第二端口的耦合中心的标识点的坐标b2＝(x2，y2，z2)；

具体的，在衬底1上选择一个位置作为原点，在衬底1为长方体时，该位置点可以选择为衬底1上的一个边角点、一个边的中心点，或者位于第一片上器件3及第二片上器件4之间的一个点作为原点，并根据该原点建立三维坐标系，之后，测量第一片上器件3的耦合中心的标识点在坐标系中的坐标b1，以及测量第二片上器件4的耦合中心的标识点在坐标系中的坐标b2，一并参考图1及图2，图1及图2示出了一种光通信组件在制备成后的结构，其中，如图2所示，该光通信组件中的标识点的高度不同，因此，测量的坐标b1及b2包含在x、y、z方向的值，即b1＝(x1，y1，z1)、b2＝(x2，y2，z2)。

步骤003：获取第一片上器件3的第一端口的耦合中心坐标a1及第二片上器件4的第二端口的耦合中心坐标a2；

具体的，根据第一片上器件3上的第一端口的耦合中心与耦合中心的标识点的已知相对坐标及耦合中心的标识点的坐标b1，获取第一片上器件3的第一端口的耦合中心的坐标a1；根据第二片上器件4的第一端口的耦合中心与耦合中心的标识点的已知相对坐标及耦合中心的标识点的坐标b2，获取第二片上器件4的第一端口的耦合中心的坐标a2。

在第一片上器件3及第二片上器件4固定在衬底1上时，首先在第一片上器件3及第二片上器件4上查找一个比较容易测量的点作为耦合中心的标识点，并且测量出耦合中心的标识点与耦合中心之间的相对坐标，具体的，以标识点为原点，建立坐标系，测量耦合中心的坐标，或者以耦合中心为坐标，建立坐标系，测量标识点的坐标，从而获取耦合中心与耦合中心的标识点之间的相对坐标；在结合测量的b1及b2得到耦合中心的坐标a1和a2。

步骤004：在第一片上器件3与第二片上器件4之间形成辅助耦合层2，且辅助耦合层2包裹住第一片上器件3的第一端口及第二片上器件4的第二端口；

具体的，其中的辅助耦合层2为聚合物材料制作的辅助耦合层。如：聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。在具体制备时，将液态或胶状的聚合物填充在第一片上器件3和第二片上器件4之间，并包裹第一片上器件3的第一端口及第二片上器件4的第二端口，将液态或胶状的聚合物凝固形成辅助耦合层2。即通过液态或胶状的聚合物包裹住第一片上器件3的第一端口及第二片上器件4的第二端口，之后再通过不同的固化方式将聚合物固化形成辅助耦合层2，在具体固化时，如采用加热或紫外线照射的方式将液态或胶状的聚合物固化形成辅助耦合层2。当然还可以采用其他的已知的固化方法将聚合物固化形成辅助耦合层2。

步骤005：在形成的辅助耦合层2中制作连通第一片上器件3的第一端口与第二片上器件4的第二端口的波导结构21。

在具体设置时，通过步骤003获取第一片上器件3的第一端口的耦合中心坐标a1及第二片上器件4的第二端口的耦合中心坐标a2；在a1与a2的连线之间通过刻蚀在辅助耦合层2中形成波导结构21。形成波导的意思为在辅助耦合层2中有一块区域，它以内的折射率大于它以外的折射率，这样就可以对光进行束缚传播(类似于一个水管)。

即通过确定第一片上器件3的第一端口的耦合中心坐标a1以及第二片上器件4的第二端口的耦合中心坐标a2，之后在两个坐标之间的连线上形成波导结构21，从而保证形成的波导结构21能够将第一片上器件3的第一端口与第二片上器件4的第二端口导通。在具体设置时，可以通过激光直写技术在辅助耦合层2中形成波导结构21。

通过上述方式形成的波导结构21满足以下特点：

1)具有一个连续的区域，该区域中的折射率大于该区域外的折射率；

2)该区域一端与第一片上器件3的第一端口相连，另一端与第二片上器件4的第二端口相连；

3)该区域与第一片上器件3的第一端口相连的部分以a1为中心坐标或者包含a1；

4)该区域与第二片上器件4的第二端口相连的部分以a2为中心坐标或者包含a2；

5)信号光在该光波导中传输时，能够被该光波导有效的束缚，而不产生较大的损耗。

通过上述描述可以看出，本实施例提供的光通信组件的制备方法，通过先将第一片上器件3及第二片上器件4固定在衬底1上，之后在第一片上器件3及第二片上器件4之间包裹辅助耦合层2，最后再通过在辅助耦合层2内形成波导结构21的方法，改善了第一片上器件3的第一端口、第二片上器件4的第二端口及辅助耦合层2的对位精度要求，提高了光通信组件的光耦合效率，进而提高光通信组件的成品率以及生产效率。

本发明实施例还提供了一种通信设备，该通信设备包括信号发射设备，以及信号接收设备，还包括设置在所述信号发射设备与所述信号接收设备之间并用于信号连接所述信号发射设备与所述信号接收设备的上述任一项所述的光通信组件。

在上述实施例中，在上述实施方案中，通过先在第一片上器件3与第二片上器件4之间形成辅助耦合层2，之后再通过在辅助耦合层2制备出波导结构21，从而降低了第一片上器件的第一端口和第二片上器件的第二端口的对准精度要求，提高了光通信组件在制备时的成品率，提高了光通信组件的生产效率。进而提高了通信设备的生产效率以及通信效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种光通信组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取第一片上器件的第一端口的耦合中心坐标a1及第二片上器件的第二端口的耦合中心坐标a2；其具体为：

在所述第一片上器件及所述第二片上器件上分别查找一个点作为所述第一端口的耦合中心的标识点、及所述第二端口的耦合中心的标识点；

在将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底的同一表面后，以衬底上的设定位置为原点，测量第一片上器件的第一端口的耦合中心的标识点的坐标：b1＝(x1，y1，z1)，及第二片上器件的第二端口的耦合中心的标识点的坐标b2＝(x2，y2，z2)；

根据第二片上器件的第一端口的耦合中心与耦合中心的标识点的已知相对坐标及耦合中心的标识点的坐标b2，获取第二片上器件的第一端口的耦合中心的坐标a2；

在所述a1与a2的连线之间通过刻蚀在所述辅助耦合层中形成波导结构。

2.如权利要求1所述的光通信组件的制备方法，其特征在于，所述将第一片上器件及第二片上器件固定在衬底的同一表面具体为：

通过倒装焊或键合的方式将所述第一片上器件和第二片上器件粘贴到衬底的同一表面；或

在衬底的同一表面直接形成第一片上器件及第二片上器件。

3.如权利要求1所述的光通信组件的制备方法，其特征在于，所述辅助耦合层为聚合物材料制作的辅助耦合层。

4.如权利要求1所述的光通信组件的制备方法，其特征在于，所述在第一片上器件与第二片上器件之间形成辅助耦合层，且所述辅助耦合层包裹住所述第一片上器件的第一端口及第二片上器件的第二端口具体为：

将液态或胶状的聚合物填充在第一片上器件和第二片上器件之间，并包裹第一片上器件的第一端口及第二片上器件的第二端口，将液态或胶状的聚合物凝固形成辅助耦合层。

5.如权利要求4所述的光通信组件的制备方法，其特征在于，所述将液态或胶状的聚合物凝固形成辅助耦合层具体为：

通过加热或紫外线照射将所述液态或胶状的聚合物固化形成辅助耦合层。

6.如权利要求1所述的光通信组件的制备方法，其特征在于，所述在所述a1及a2的连线之间通过刻蚀在所述辅助耦合层中形成波导结构具体为：在所述a1及a2的连线之间通过激光直写技术在所述辅助耦合层中形成波导结构。