CN108988950A - 一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块及其制备方法，包括至少一个具有四个45°抛光内端面的矩形氧化硅光波导、至少一个垂直腔面激光器和至少一个光子探测器，其制备方法为：利用45°刀头将矩形波导切割成三段，由划片机在芯片上切割出四个45°内端面；采用真空电子束热蒸发等对应工艺镀上布拉格反射膜、金属膜以及金属导线和焊点；再用折射率匹配胶将切割镀膜后的矩形波导粘合，同时在内端面狭缝上方一定区域涂上匹配胶；最后通过倒装焊接的方法，将垂直腔面激光器和光子探测器分别与对应的金属电极焊接，集成于内端面狭缝之上，本发明低成本，高速率，可实现多通道传输数据。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块及其制备方法。
背景技术
40Gb/s QSFP有源光缆作为高速大容量光互联传输的解决方案之一，其技术与成本相比于传统的10Gb/s的铜传输电缆具有相当的优势。传统的铜线有电缆笨重，弯曲半径大，功耗高，传输距离短，速率低等缺点。而AOC有源光缆与之相比有众多优势，比如在链路上传输功率更低，重量仅为直连铜缆的四分之一，体积约为铜缆的一半，弯曲半径可以做的更小，在数据中心机房布线更方便，具有更好的空气流动散热性，传输距离远。
有源光缆的核心为其中的光收发模块。目前，诸多40Gb/s的有源光缆的光收发模块，采用的是850nm波长的垂直腔面激光器，连接两收发模块的光缆多采用多模光纤，这将导致信号在传输的过程中有较大的色散和损耗，限制了传输距离和数据速率。
发明内容
本发明的目的在于解决传统依靠分立器件封装的光收发模块的成本问题以及速率和传输距离的问题，提供一种新型的低成本，高速率，可实现多通道的集成光收发模块。
本发明的技术方案是：一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，包括至少一个具有四个45°抛光内端面的矩形氧化硅光波导、至少一个垂直腔面激光器和至少一个光子探测器。
进一步地，所述矩形氧化硅光波导由一个矩形的高折射率氧化硅芯层和位于其周围的低折射率氧化硅包层组成。
进一步地，所述内端面中一个面上镀有布拉格反射膜。
进一步地，所述内端面中另一个面上镀有金属反射膜。
进一步地，所述垂直腔面激光器通过焊点定位于无金属反射膜的内端面构成狭缝的上方。
进一步地，所述光子探测器通过焊点固定于有金属反射膜的内端面构成狭缝的上方。
进一步地，所述矩形氧化硅光波导的各内端面之间用折射率匹配胶连接，使芯层介质连续。
进一步地，所述集成光收发模块的发射光信号和接收光信号都是以单模的形式在矩形波导芯层中传播。
进一步地，与所述集成光收发模块相连的光缆是由单模光纤或其阵列构成。
一种制造上述集成光收发模块的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过传统的氧化硅镀膜、光刻、腐蚀等方法制作具有氧化硅矩形光波导和辅助定位直线标记的芯片；
步骤二、利用45°刀头，由划片机在芯片上切割出四个45°内端面，将矩形波导切割成三段；
步骤三、将四个45°内端面用研磨抛光机进行抛光；
步骤四、利用真空电子束热蒸发法进行内端面镀膜，将布拉格反射膜镀于芯片的45°内端面，从而使其中一个内端面被镀上布拉格反射膜；
步骤五、利用真空电子束热蒸发法、光刻、刻蚀或剥离的工艺，在其中一个45°内端面镀上金属反射膜，并在内端面狭缝边缘镀上金属电极，并形成所需图形；
步骤六、利用真空电子束热蒸发法或电镀法，在金属电极适当的位置制作焊点；
步骤七、将固化匹配胶填充到两组已经镀上膜的内端面之间，以固定好两组内端面，以便于垂直腔面激光器出射光的耦合以及光子探测器入射光的耦合；
步骤八、通过倒装焊接方法，将垂直腔面激光器和光子探测器分别与对应的金属电极焊接，集成于对应内端面狭缝之上，制得成品。
本发明的有益效果是：本发明在同一根光波导经切割镀膜后，同时排列有垂直腔面激光器和探测器，并可结合不同波长的垂直腔面激光器实现多通道双向传输，具有良好的扩展性。
工作时，发射调制光经外电路调制后由垂直腔面激光器发出，垂直腔面激光器的波长位于布拉格反射膜的反射波长位置，经布拉格反射膜反射后，由芯层氧化硅光波导引导出，与单模光纤进行耦合；接收调制光由单模光纤引导进波导芯层，接收光波长位于布拉格反射膜的透射波长位置，透射后经过另一段芯层光波导，以及之后的金属膜反射镜，入射到光子探测器上，实现与单模光纤阵列的配合，可以实现较长距离的光互联传输。
附图说明
图1是现有技术中普通矩形波导的横向剖视图；
图2是现有技术中普通矩形波导的竖向剖视图；
图3是本发明的结构示意图；
图4-8是本发明各制造步骤中的状态示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
如图3所示，一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，包括至少一个具有四个45°抛光内端面10的矩形氧化硅光波导、至少一个垂直腔面激光器1和至少一个光子探测器2，所述矩形氧化硅光波导由一个矩形的高折射率氧化硅芯层5和位于其周围的低折射率氧化硅包层6组成，所述内端面中一个面上镀有布拉格反射膜7，所述内端面中另一个面上镀有金属反射膜8，所述垂直腔面激光器1通过焊点3定位于无金属反射膜8的内端面10构成狭缝的上方，所述光子探测器2通过焊点3固定于有金属反射膜8的内端面10构成狭缝的上方，所述矩形氧化硅光波导的各内端面10之间用折射率匹配胶9连接，使芯层介质连续，所述集成光收发模块的发射光信号和接收光信号都是以单模的形式在矩形波导芯层中传播，与所述集成光收发模块相连的光缆是由单模光纤或其阵列构成。
本发明工作时，发射调制光经外电路调制后由垂直腔面激光器1发出，垂直腔面激光器1的波长位于布拉格反射膜7的反射波长位置；经布拉格反射膜7反射后，由芯层氧化硅光波导5引导出，与单模光纤进行耦合；接收调制光由单模光纤引导进波导芯层5，接收光波长位于布拉格反射膜7的透射波长位置，透射后经过另一段芯层光波导5，以及之后的金属膜反射镜8，入射到光子探测器2上。
一种制造上述集成光收发模块的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过传统的氧化硅镀膜、光刻、腐蚀等方法制作具有氧化硅矩形光波导和辅助定位直线标记的芯片；
步骤二、如图4所示，在普通的掩埋型氧化硅光波导上使用定制刀头，利用划片机在波导上划出四个相同的45°内端面10，将矩形波导切割成三段；
需要指出的是，本步骤为为本发明最关键的第一步；
步骤三、将四个45°内端面10用研磨抛光机进行抛光；
步骤四、如图5所示，刻内端面10完成后，用膜系设计软件设计出满足要求的布拉格反射膜7，利用电子束沉积进行内端面镀膜，将膜层的结构沉积在相应的45°内端面10上；
步骤五、如图5所示，再利用同样的方法将金属反射膜8镜面镀在其中一个45°内端面10上，使之完整覆盖波导芯层区域面积，并如图6所示，再在适当的位置镀上金属电极4；
步骤六、如图6所示，利用真空电子束热蒸发法或电镀法，在金属电极4适当的位置制作焊点3；
步骤七、如图7所示，将固化胶9填充至45°内端面10之间，以匹配光波导的折射率，能够有效的减小光功率的损耗，提高传输的效率。
步骤八、如图8所示，将垂直腔面激光器1和光子探测器2焊接在45°内端面10边缘的金属电极4上，以便与电路部分进行连接。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于:包括至少一个具有四个45°抛光内端面的矩形氧化硅光波导、至少一个垂直腔面激光器和至少一个光子探测器。
2.如权利要求1所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述矩形氧化硅光波导由一个矩形的高折射率氧化硅芯层和位于其周围的低折射率氧化硅包层组成。
3.如权利要求2所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述内端面中一个面上镀有布拉格反射膜。
4.如权利要求3所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述内端面中另一个面上镀有金属反射膜。
5.如权利要求4所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述垂直腔面激光器通过焊点定位于无金属反射膜的内端面构成狭缝的上方。
6.如权利要求4所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述光子探测器通过焊点固定于有金属反射膜的内端面构成狭缝的上方。
7.如权利要求2所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述矩形氧化硅光波导的各内端面之间用折射率匹配胶连接，使芯层介质连续。
8.如权利要求1所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：所述集成光收发模块的发射光信号和接收光信号都是以单模的形式在矩形波导芯层中传播。
9.如权利要求1所述的一种基于氧化硅矩形光波导的集成光收发模块，其特征在于：与所述集成光收发模块相连的光缆是由单模光纤或其阵列构成。
10.制造如权利要求1所述的集成光收发模块的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过传统的氧化硅镀膜、光刻、腐蚀等方法制作具有氧化硅矩形光波导和辅助定位直线标记的芯片；
步骤二、利用45°刀头，由划片机在芯片上切割出四个45°内端面，将矩形波导切割成三段；
步骤三、将四个45°内端面用研磨抛光机进行抛光；
步骤四、利用真空电子束热蒸发法进行内端面镀膜，将布拉格反射膜镀于芯片的45°内端面，从而使其中一个内端面被镀上布拉格反射膜；
步骤五、利用真空电子束热蒸发法、光刻、刻蚀或剥离的工艺，在其中一个45°内端面镀上金属反射膜，并在内端面狭缝边缘镀上金属电极，并形成所需图形；
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步骤八、通过倒装焊接方法，将垂直腔面激光器和光子探测器分别与对应的金属电极焊接，集成于对应内端面狭缝之上，制得成品。
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