CN112558244A - 一种光芯片倒装耦合的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种光芯片倒装耦合的方法和装置。方法主要包括：使用红外光照射倒装的光芯片的衬底面；接收光芯片反射的红外光，获取光芯片波导面的红外图像；获取光芯片衬底面和待耦合的光器件的可见光图像；将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像进行重叠，根据重叠图像和光器件的可见光图像，对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合。本发明使倒装方式封装的光器件可以与正装光器件一样直接可视化耦合，提高了倒装光芯片的耦合效率和耦合精度。本发明还提供了一种光芯片倒装耦合的装置。

Description

一种光芯片倒装耦合的方法和装置

【技术领域】

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种光芯片倒装耦合的方法和装置。

【背景技术】

光器件高速率、小型化发展的趋势使得封装变得越来越密集，信号走线也要求越来越短。传统的打线封装已很难缩小封装面积或者减短信号线长度。Flip Chip封装可以有效的缩小封装面积，凸点连接形式能大大缩短信号的走线长度，是未来高速率高集成光器件封装的必然选择。

然而，光芯片的Flip Chip封装需要将光芯片按照与常规安装方向相反的方向贴装，即倒装。倒装后的光芯片，光滑的衬底面朝上，而有图案的波导面朝下，常规的耦合平台无法看到被遮挡住的波导面，也无法获取位于波导面上的光口位置，耦合只能盲调，给光路耦合带来了不小的挑战。即使是有源耦合，波导光口大致位置也很难锁定，这样势必造成耦合效率低的问题。

鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，解决光芯片倒装时光芯片的光路和波导光口难以使用常规方式进行定位的情况，是本技术领域待解决的问题。

【发明内容】

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明解决了Flip Chip封装方式下倒装的光芯片的光路耦合校准困难的问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种光芯片倒装耦合的方法，具体为：使用红外光照射倒装的光芯片的衬底面；接收光芯片反射的红外光，获取光芯片波导面的红外图像获取光芯片衬底面和待耦合的光器件的可见光图像；将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像进行重叠，根据重叠图像和光器件的可见光图像，对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合。

优选的，对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合，具体包括：将红外图像和可见光图像调整为相同放大倍数；移动红外图像和/或可见光图像，将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像完全重合，并保持同步移动；移动光芯片和/或待耦合的光器件，将红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件对齐，使光芯片的光口和待耦合的光器件的光路中心在一条线上。

优选的，将红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件对齐，还包括：通过图像识别方式计算红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件的位置差；根据计算所得的位置差移动移动光芯片和/或待耦合的光器件进行对齐。

优选的，对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合之后，还包括：检测光芯片和光器件之间的耦合插损，调整光芯片和待耦合的光器件的位置，使耦合插损达到最小值；或，检测光器件对端的光功率，调整光芯片和待耦合的光器件的位置，使光功率达到最大值。

另一方面，本发明提供了一种光芯片倒装耦合的装置，具体为：包括工作平台1、红外光源2、红外探测器3和可见光探测器4；工作平台1上设置光芯片固定部件11和光器件固定部件12，光芯片固定部件11和光器件固定部件12通过活动部件13在工作平台1上移动，以便于将光芯片固定部件11上放置的光芯片的光口和光器件固定部件12上放置的待耦合光器件的光路对齐；红外光源2的红外光出光口21朝向光芯片固定部件11；红外探测器3的接收器朝向光芯片固定部件11，可见光探测器4的接收器朝向光芯片固定部件11，以便于获取第一方面中所需要的红外图像和可见光图像。

优选的，还包括可见光源5，可见光源5的可见光出光口51朝向光芯片固定部件11。

优选的，还包括支架6，红外光源2、红外探测器3、可见光探测器4和可见光源5通过支架6固定在光芯片固定部件11上方。

优选的，若当红外探测器3和可见光探测器4的设置位置不同，还包括分光器件7，分光器件7位于光芯片固定部件11上放置的光芯片反射的红外光和可见光的光路上，将红外光和可见光分光后，分别传输至相应探测器的接收器。

优选的，活动部件13具体为：垂直位移轨道、水平位移轨道、竖直位移轨道和/或多轴位移微调机构。

优选的，还包括运动控制部件，运动控制部件控制活动部件13进行位移或转动，带动光芯片固定部件11上放置的光芯片的光口和光器件固定部件12上放置的待耦合光器件的光路对齐

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：利用红外光可透过一定厚度玻璃、石英或者硅等材料的原理，通过红外光的反射，在光芯片的硅衬底面图像上呈现位于光芯片波导面的图像，根据呈现于衬底面图像上的光口位置进行光芯片的光路耦合校准，对倒装的光芯片的光路进行快速、简便、精准的耦合。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光芯片倒装耦合的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种光芯片倒装耦合的方法原理示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光芯片倒装耦合的方法原理示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种光芯片倒装耦合的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种光芯片倒装耦合的耦合坐标计算方法示意图；

图6为本发明实施例提供的一种光芯片倒装耦合的装置结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种光芯片倒装耦合的装置结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种光芯片倒装耦合的装置结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种光芯片倒装耦合的装置结构示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种光芯片倒装耦合的装置结构示意图；

其中，附图标记如下：

1：工作平台，11：光芯片固定部件，12：光器件固定部件，13：活动部件，2：红外光源，21：红外光出光口，3：红外探测器，4：可见光探测器，5：可见光源，51：可见光出光口，6：支架，7：分光器件。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种特定功能系统的体系结构，因此在具体实施例中主要说明各结构模组的功能逻辑关系，并不对具体软件和硬件实施方式做限定。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

使用Flip Chip贴装时，为了使用凸点连接形式对光芯片的进行接线，需要将光芯片倒装，光口所在的波导面接触电路板，衬底面暴露在外，与普通打线封装的方式相反。进行光芯片耦合时，需要将光口和待耦合的光器件对齐，但倒装的情况下光口与电路板接触，被衬底面遮挡，无法通过直视与光器件对齐，或根据可见光图像获知光口位置。在实际使用中，一些类型的光芯片使用了硅、石英或玻璃作为衬底面的材质，而红外光可以透过玻璃、石英或者硅材质，因此，将红外光照射到这些类型的倒装的光芯片上后，红外光可以穿透衬底面到达波导面。红外光在不同的材质、界面、结构中吸收的百分比不同，被光芯片中不同部分反射的光强也不同，利用红外探测器检测光芯片反射的红外光信号，并对光信号进行图像处理后，可以清晰的看到芯片波导面上光口的形貌。再利用图像处理将红外成像和可见光成像进行实时重叠，通过红外图像获取光芯片波导面上各部件在衬底面上对应的位置，即可像正装耦合一样通过可视图像快速的找到光口位置并进行对准耦合。

如图1所示，本发明实施例提供的光芯片倒装耦合的方法具体步骤如下：

步骤101：使用红外光照射倒装的光芯片的衬底面。

本发明实施例中，如图2所示，可以通过光芯片反射的红外图像得到被衬底面遮挡的光口位置。为了获得反射的红外图像，需要向光芯片照射红外光。由于光芯片的衬底面具有一定厚度，为了确保红外光能够穿透衬底面，获得衬底面之下光口的清晰图像，需要使用具有较强穿透能力的近红外光，波长范围为780～2526nm，近红外光可以在不对材料进行处理的情况下穿透衬底面，不会对光芯片造成损伤。优选的，使用穿透效果最好且反射图像最清晰的1100nm波长的红外光源。在实际使用中，可以根据需要选择合适的红外光源设置方式：红外光源可以由光芯片的正上方垂直照射到光芯片的衬底面，也可以由侧边照射或者斜角度照射；可以使用单个点状红外光源垂直于衬底面照射，也可以使用单个环状红外光源环绕光芯片，也可以使用一个或多个点状红外光源由侧边或斜角度照射。在本实施例中，为了确保红外光透过衬底面达到波导面，因此衬底面的材质需要为红外光可穿透的硅材质、石英材质或玻璃材质等，因此光芯片的种类一般为以硅或玻璃等为衬底的光电芯片，如硅光芯片。

步骤102：接收光芯片反射的红外光，获取光芯片波导面的红外图像。

红外光源照射到光芯片衬底面后，穿过衬底面到达光芯片的波导面，再经波导面反射后穿过衬底面射出。波导面中不同材料对于红外光的吸收率和反射率不同，因此，使用红外探测器获取到波导面反射的红外光，并生成相应的红外图像后，可以通过红外图像查看波导面各部件的位置和结构。

进一步的，在本发明实施例中，为了对光芯片和光纤等光学器件进行耦合，需要调整光芯片的位置进行移动和调整，使光口与光学器件对准。因此，为了便于查看移动是否到位，本实施例提供的方法中优选使用实时红外图像，以准确获取光口的当前位置。

步骤103：获取光芯片衬底面和待耦合的光器件的可见光图像。

在本实施例中，需要将光器件位置与光芯片上的光口位置对应进行耦合，而光口位置需要使用红外图像获得，无法直接观察。为了将红外图像中的光口位置、光口与衬底面的相对位置、以及光器件的位置进行对应，需要采集光芯片衬底面的可见光图像和待耦合的光器件的可见光图像，通过图像显示设备和图像处理工具将其与红外图像相对应。进一步的，进行耦合时需要调整光器件的位置，为了便于查看移动是否到位，本实施例提供的方法中优选使用实时可见光图像，以准确获取光芯片衬底面和光器件的当前位置。

步骤104：将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像进行重叠，根据重叠图像和光器件的可见光图像，对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合。

获得光芯片的红外图像和光芯片的可见光图像后，将光芯片的红外图像和可见光图像进行重叠，同时查看红外图像和可见光图像，即可将光芯片的波导面上各结构的位置对应在衬底面的图像上，准确获取光口相对于衬底面的位置，实现和正装耦合时一样直接可视化对准的耦合操作。如图3所示，为图像重叠后显示效果的示意图，其中实线为可见光图像，虚线为红外图像。

如图4所示，具体可以使用以下步骤完成耦合：

步骤201：将红外图像和可见光图像调整为相同放大倍数。

获取红外图像和可见光图像时，由于图像获取设备的位置、设备分辨率或参数设置可能不同，为了准确将红外图像和可见光图像进行重叠，避免图像放大尺寸不同导致的位置偏差，需要先将红外图像和可见光图像调整为同样放大倍数，使两个图像完全重叠。

进一步的，在本实施例提供的方法实际使用中，红外探测器和可见光探测器可以位于光芯片正上方，也可以位于其它能够接收到反射的红外光和可见光图像的位置。当红外探测器和可见探测器位于光芯片的斜上方，或红外探测器和可见光探测器的位置不同时，红外图像和可见光图像中可能包含不同角度的光芯片图像，无法直接进行重叠。因此，还需要对红外图像和可见光图像进行图像角度校正，使两种光芯片图像的大小和角度都一致。在必要的情况下，还可以对红外图像和可见光图像进行图像处理，提高图片的清晰度，或对光口等重要部件进行标注，方便耦合时进行对准。

在实际实施过程中，对图片进行大小、角度和清晰度的调整，可以通过调整红外探测器和可见光探测器的位置、角度和工作参数等完成，也可以通过图像处理软件完成。

步骤202：移动红外图像和可见光图像，将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像完全重合，并保持同步移动。

进行耦合时，需要将红外图像中的光口与可见光图像中的光器件位置对准，因此需要将图像查看界面上显示的红外图像和可见光图像放置在同一坐标系内，以保证图像的相对位置关系与实际物品的相对位置关系一致。由于红外图像中显示的光芯片波导面和可见光图像中显示的光芯片衬底面在物理上位置重叠，因此在完成步骤201中的图像处理过程中，可以移动红外图像和可见光图像的位置，将红外图像中显示的光芯片波导面和可见光图像中显示的光芯片衬底面图像重叠，完成红外图像和可见光图像的位置坐标的对准。位置坐标对准之后，即可通过红外图像获知光口在衬底面上的对应位置，将光口与可见光图像中的光器件位置进行对应。进一步的，将红外图像和可见光图像的坐标进行对准之后，还需要保持红外图像和可见光图像的同步移动，以保证光芯片移动和调整时波导面的红外图像和衬底面的可见光图像始终重叠，始终可以根据红外图像获取光口在衬底面上的对应位置。

步骤203：移动光芯片和待耦合的光器件，将红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件对齐，使光芯片的光口和待耦合的光器件的光路中心在一条线上。

为了对光芯片和光器件进行耦合，需要将光器件对准光芯片的光口，使光口和光器件的光路中心在一条线上。经过步骤202将光芯片的红外图像和可见光图像重叠后，光芯片波导面的结构可视化的显示在衬底面的图像之上，移动光芯片和待耦合的光器件，根据可视化图像将光口和光器件对准，即可完成耦合。

经过步骤101-步骤104，利用红外光可以穿透硅材料的特性，通过波导面反射的红外光获取波导面的图像，并将波导面的图像叠加在衬底面的可见光图像上，使倒装的光芯片获得了与正装光芯片类似的视觉效果，可以直接通过可视化图像完成光路耦合，避免了因为倒装光芯片无法直接观察到光口位置而造成的耦合找光对准困难。

对于仅有单条光路进行耦合的情况下，如单个光口和单根光纤耦合，或单个光口、单个光纤阵列或单个平面波导耦合，经过一次步骤101-步骤104即可完成耦合。对于有多条光路进行耦合的情况下，如多个光口分别和不同的光器件耦合，在完成一次耦合后，还需要对其余每一个光口进行一次步骤104，分别对每一条光路进行耦合校准。进一步的，每完成一个光口的耦合后，需要对耦合的部位进行点胶固定，以避免再次移动时出现光路偏差。

在光路耦合精度要求较高的场景中，步骤201-步骤203还可以进行如下优化，以提高光路耦合的精度以及耦合效率。根据具体使用需要，下述技术方案可以择一使用，也可以在不冲突的情况下使用多种方案的组合。

(1)在步骤203中进行耦合时，直接通过视觉进行光芯片或光器件的移动可能会产生观察误差。为了减少视觉误差造成的位置偏差，可以通过图像识别系统计算红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件的位置差，再根据计算所得的位置差移动移动光芯片或待耦合的光器件进行对齐。具体的，如图5所示，可以使用图像识别系统识别光口和光器件的轮廓，再根据轮廓分别计算光口和光器件的光路中心线与光端面交叉点的位置坐标，图中光口的光路中心线与光端面交叉点为A点，光器件光路中心线与光端面交叉点为B点，计算A点和B点的水平方向x和y坐标差，即可获得光芯片或光器件需要在x和y方向上移动的距离值。

(2)在步骤201进行图像缩放，以及步骤202进行图像重叠时，可以使用图像处理的方式完成。使用图像识别系统识别红外图像中衬底面的外轮廓特征点的坐标，如矩形衬底面四个顶点的坐标，与可见光图像中相同相应特征点的坐标一一匹配，即可计算出图像缩放的倍数和图像移动的坐标，使用图像处理系统进行相应的缩放和图像移动，即可完成图像重叠。

(3)在步骤203中，手动调节光芯片或光器件的位置，移动精确性较差，微调过程比较繁琐。在本实施例的某些场景中，使用运动控制部件对光芯片和光器件的位置进行控制，获得A点和B点的水平方向x和y坐标差之后，可以将坐标差发送至运动控制部件，由运动控制部件直接根据坐标差对光芯片或光器件进行移动，自动完成耦合对准。

(4)由于红外图像和可见光图像都为二维图像，既能作为水平方向上的位置参考，无法获知光口和光器件竖直方向是否对准；另一方面，图像误差或移动误差也会造成光路偏差导致耦合不准。因此，还需要其它辅助方式进行检测，以确认光口和光器件的光路完全耦合对准，达到最好的耦合效果。例如：由于耦合插损值越低耦合精度越高，因此可以检测光芯片和光器件之间的耦合插损，调整光芯片和待耦合的光器件的位置，使耦合插损达到最小值，达到最高的耦合精度；或，由于耦合精度越高光功率损耗越小，因此可以检测光器件对端的光功率，调整光芯片和待耦合的光器件的位置，使光功率达到最大值，达到最高的耦合精度。

本实施例提供的光芯片倒装耦合的方法，使用红外图像和可见光图像共同提供光口和光器件的位置信息，使倒装方式封装的光器件可以与正装光器件一样直接可视化耦合，提高了倒装光芯片的耦合效率和耦合精度。

实施例2：

在上述实施例1提供的光芯片倒装耦合的方法的基础上，本发明还提供了一种可用于实现上述方法的光芯片倒装耦合的装置，如图6所示，是本发明实施例的装置架构示意图，图中实线箭头所示光路方向为可见光光路，虚线箭头所示光路方向为红外光路。

光芯片倒装耦合装置包括工作平台1、红外光源2、红外探测器3和可见光探测器4。

工作平台1上设置光芯片固定部件11和光器件固定部件12，分别用于固定待耦合的光芯片和待耦合的光器件。光芯片固定部件11和光器件固定部件12通过活动部件13在工作平台1上移动，以便于移动光芯片固定部件11上放置的光芯片和光器件固定部件12上放置的待耦合光器件，将光芯片的光口和光器件的光路对齐。优选的，为了使光芯片和光器件移动平稳，避免外部震动影响耦合精度，工作台1为光学防震工作台，具有一定的防震功能。

在进行光路耦合时，需要将光芯片和光器件水平方向的x和y坐标以及竖直方向的z坐标都对齐，因此需要进行三维方向的位置条件，在某些场景中还需要两个方向的转动轴。因此，活动部件13至少具有三维位移微调功能，但不限于三维微调，以带动光芯片固定部件11上的光芯片和光器件固定部件12上的光器件进行移动和转动，实现光路对齐，完成步骤104中对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合的功能。

进一步的，在光芯片和光器件的外形及光路位置固定的场景中，光芯片固定部件11和光器件固定部件12可以通过固定部件的结构设计或设置相应的夹具，初步保证其上固定的光芯片和光器件的x、y或z轴位置坐标一致，以减少耦合时的位移操作，提高耦合效率。例如，通过光芯片固定部件11和光器件固定部件12可以通过固定部件的结构设计或设置相应的夹具，使光芯片的光口和光器件位于同一水平面上，减少了z方向的耦合校准操作；或，光芯片固定部件11和光器件固定部件12的x或y方向中轴线位于同一条滑动轨道上，初步确保相应坐标的同轴。

为了获取实施例1中所需要的红外图像，需要对光芯片进行红外光照射，并获取反射的红外光信号。红外光源2的红外光出光口21朝向光芯片固定部件11，向光芯片固定部件11上的光芯片发出红外光，完成步骤101中使用红外光照射光芯片的衬底面的功能。红外探测器3的接收器朝向光芯片固定部件11，获取光芯片固定部件11上光芯片反射回的红外光信号，完成步骤102中获取光芯片波导面的红外图像的功能。

另一方面，为了获取实施例1中所需要的可见光图像，可见光探测器4的接收器朝向光芯片固定部件11，获取光芯片固定部件11上光芯片的可见光图像，以及光芯片光口附近的光器件的可见光图像，完成步骤103中获取光芯片衬底面和待耦合的光器件的可见光图像的功能。在本实施例的一般使用场景中，可见光探测器4可以使用具有足够分辨率的黑白或彩色电荷耦合器件(Charge-coupled Device，简写为：CCD)实现。

进一步的，红外探测器3获得的红外光信号和可见光探测器4获得的可见光信号，都可以通过数据端口发送至外部的图像处理设备转换为图像数据。图像处理设备生成的图像数据，还可以通过数据端口发送至外部显示设备，在外部显示设备中同时呈现光芯片波导面红外图像、光芯片衬底面可见光图像和光器件可见光图像，并将两种图像进行重叠处理，完成步骤210和步骤202中图像处理重叠的功能。

在本实施例的具体实施场景中，根据实际使用需要，红外探测器3和可见光探测器4可以集成为一个探测器，简化装置结构，降低成本；也可以分别使用两个探测器，分别接受两种不同的信号，获得更好的信号精度。同样的，可以仅使用一个能够同时处理红外光信号和可见光信号的图像处理设备，也可以分别使用单独的红外光信号处理设备和可见光信号处理设备。但是，为了保证红外图像和可见光图像的位置对应匹配，仅使用一个外部显示设备。具体的，可以使用能够接收图像数据、运行图像处理系统、并具有图像显示功能的PC机、工控机、PDA或移动终端等设备进行图像处理和显示。

在某些实施场景中，环境可见光明亮且稳定，可以使用环境可见光作为可见光源。但是，在某些实施场景中，环境可见光的亮度可能过强、过弱、被遮挡或不稳定，无法获取稳定清晰的可见光图像。因此，本实施例提供的装置中还可以使用可见光源5，可见光源5的可见光出光口51朝向光芯片固定部件11，为光芯片和光器件提供稳定的可见光照明，使可见光探测器4可以获得清晰稳定的可见光图像。进一步的，为了适应不同的环境温度和环境亮度，在本实施例的优选方案中，红外光源2和可见光源5亮度可调节，以便于在不同的环境中都可以获取清晰的图像。

在本实施例中，红外光源2和可见光源5的数量和设置位置不做限定，能够提供足够的光照强度，并且不阻挡红外探测器3和可见光探测器4获取图像即可。具体的，可以使用一个同时发出红外光和可见光的光源，设置在光芯片正上方的一定高度，使红外光和可见光都可以垂直反射；可以分别使用一个或多个红外光源，以及一个或多个可见光源，便于对不同光源分别进行调节；也可以使用一个环状光源或多个点状光源环绕在光芯片上方，以防止光源和红外探测器3、可见光探测器4互相遮挡。

进行光路耦合时，需要通过活动部件13移动光芯片固定部件11和光器件固定部件12，以带动光芯片和光器件的光路对齐。活动部件13具体可以使用独立的垂直位移轨道、水平位移轨道和竖直位移轨道进行调节，也可以配合多轴位移微调机构进行更精密的调节。

进一步的，在某些实施场景中，为了配合图像处理结果进行更精确的位置调节，装置中还包括运动控制部件，运动控制部件控制活动部件13进行位移或转动，带动光芯片固定部件11上放置的光芯片的光口和光器件固定部件12上放置的待耦合光器件的光路对齐。图像处理设备将位移坐标发送至运动控制部件，运动控制部件向活动部件13发送运动指令，控制活动部件13进行移动和定位，完成光芯片和光器件的耦合移动到位。使用运动控制部件进行自动移动，相对于手动移动精度更高，速度也更快，可以进一步提高耦合精度和耦合效率。

为了便于固定红外光源2、红外探测器3、可见光探测器4和可见光源5，如图7所示，装置中还可以设置支架6。红外光源2、红外探测器3、可见光探测器4和可见光源5通过支架6固定在光芯片固定部件11上方，以方便对下方光芯片固定部件11上的光芯片进行光照或图像获取。在具体实施中，支架6的形状和位置根据其上固定的器件位置需要确定，可以使用图7中的十字结构，也可以使用垂直结构，或使用其他便于固定和调节光源和探测器位置和朝向的结构。

进一步的，为了便于调节各器件的固定位置和角度，各器件与支架6之间采用活动连接，各器件都可以在支架6上进行移动、位置锁定、旋转和旋转角度锁定。为了便于器件移动，支架6上可以包括垂直位移轨道、水平位移轨道等，红外光源2和可见光源5分别固定在分光器件7的正上方和侧方的轨道上，红外探测器3和可见光探测器4在光轴方向可沿轨道移动位置。

在本实施例中，红外探测器3和可见光探测器4优选设置在光芯片固定部件11的正上方，以正面获取光芯片的红外图像和可见光图像。若无法设置在正上方而设置在侧上方，需要在获取图像后进行图像处理，以消除倾斜角度造成的图像形变和误差；也可以使用光学器件改变光路，以获取与设置在正上方相同的正面图像。

具体的，红外探测器3和可见光探测器4可以使用以下结构进行设置，也可以根据具体需要选择其它能够完成红外图像和可见光图像获取的设置方式。

(1)如图8所示，当红外探测器3和可见光探测器4集成为一个探测器时，可以放置于光芯片固定部件11的垂直上方，红外光源2、可见光源5和探测器三者光轴中心重合，图中实线箭头为光芯片反射的可见光光路，虚线箭头为光芯片反射的红外光路。该结构直接获取光芯片正上方的图像，获取到的图像不会产生角度偏差，位置值的获取更准确。

(2)如图9所示，当红外探测器3和可见光探测器4位置不同时，还包括分光器件7，分光器件7位于光芯片固定部件11上放置的光芯片反射的红外光和可见光的光路上，将红外光和可见光分光后，分别传输至相应探测器的接收器，图中实线箭头为光芯片反射的可见光光路，虚线箭头为光芯片反射的红外光路。红外探测器3，可见光探测器4，红外光源2，可见光源5的光轴中心都在分光器件7的光学中心处汇合；分光器件7固定在支架6的水平轨道和垂直轨道交叉处，在红外探测器3和可见光探测器4分别使用时，分光器件7用于可见光路的转向，使不在同一位置的红外探测器3和可见光探测器4同时接受光芯片衬底面的可见光图像和波导面的红外图像。使用该结构，即使红外探测器3或可见光探测器4的物理位置不在光芯片正上方，也可以实现获取光芯片正面图像的效果。具体的，分光器件7可以使用分光棱镜、光纤分光器等实现。

(3)如图10所示，当红外探测器3和可见光探测器4分别位于器件平台正上方和侧方时，红外光源2和红外光探测器3固定在支架6的垂直轨道上，可见光源5和可见光探测器4则以一定角度固定到支架6的水平轨道上，图中实线箭头为光芯片反射的可见光光路，虚线箭头为光芯片反射的红外光路。当可见光以一定角度照到光芯片上时，可见光探测器4也以一定角度接收反射回来的光信号。该结构无需分光棱镜，光路结构的设置和校准比较简单，但可见光图像的成像具有一定角度，需要后期使用图像处理方式进行角度校正，以匹配正面的红外图像。

使用本实施例提供的光芯片倒装耦合的装置，可以方便的完成实施例1中光芯片倒装耦合的方法所需要的红外图像和可见光图像的获取，并通过红外图像和可见光图像可视化的完成光芯片与光器件的耦合，提高耦合的精度和效率。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光芯片倒装耦合的方法，其特征在于：

使用红外光照射倒装的光芯片的衬底面；

接收光芯片反射的红外光，获取光芯片波导面的红外图像；

获取光芯片衬底面和待耦合的光器件的可见光图像；

将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像进行重叠，根据重叠图像和光器件的可见光图像，对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合。

2.根据权利要求1所述的光芯片倒装耦合的方法，其特征在于，所述对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合，具体包括：

将红外图像和可见光图像调整为相同放大倍数；

移动红外图像和/或可见光图像，将光芯片波导面的红外图像和光芯片衬底面的可见光图像完全重合，并保持同步移动；

移动光芯片和/或待耦合的光器件，将红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件对齐，使光芯片的光口和待耦合的光器件的光路中心在一条线上。

3.根据权利要求2所述的光芯片倒装耦合的方法，其特征在于，所述将红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件对齐，还包括：

通过图像识别方式计算红外图像中光芯片的光口和可见光图像中的待耦合的光器件的位置差；

根据计算所得的位置差移动移动光芯片和/或待耦合的光器件进行对齐。

4.根据权利要求1所述的光芯片倒装耦合的方法，其特征在于，所述对光芯片的光路和待耦合的光器件的光路进行耦合之后，还包括：

检测光芯片和光器件之间的耦合插损，调整光芯片和待耦合的光器件的位置，使耦合插损达到最小值；

或，检测光器件对端的光功率，调整光芯片和待耦合的光器件的位置，使光功率达到最大值。

5.一种光芯片倒装耦合的装置，其特征在于：

包括工作平台(1)、红外光源(2)、红外探测器(3)和可见光探测器(4)；

工作平台(1)上设置光芯片固定部件(11)和光器件固定部件(12)，光芯片固定部件(11)和光器件固定部件(12)通过活动部件(13)在工作平台(1)上移动，以便于将光芯片固定部件(11)上放置的光芯片的光口和光器件固定部件(12)上放置的待耦合光器件的光路对齐；

红外光源(2)的红外光出光口(21)朝向光芯片固定部件(11)；

红外探测器(3)的接收器朝向光芯片固定部件(11)，可见光探测器(4)的接收器朝向光芯片固定部件(11)，以便于获取权利要求1-4中所需要的红外图像和可见光图像。

6.根据权利要求5所述的光芯片倒装耦合的装置，其特征在于：还包括可见光源(5)，可见光源(5)的可见光出光口(51)朝向光芯片固定部件(11)。

7.根据权利要求6所述的光芯片倒装耦合的装置，其特征在于：还包括支架(6)，红外光源(2)、红外探测器(3)、可见光探测器(4)和可见光源(5)通过支架(6)固定在光芯片固定部件(11)上方。

8.根据权利要求5所述的光芯片倒装耦合的装置，其特征在于：若红外探测器(3)和可见光探测器(4)的设置位置不同，还包括分光器件(7)，分光器件(7)位于光芯片固定部件(11)上放置的光芯片反射的红外光和可见光的光路上，将红外光和可见光分光后，分别传输至相应探测器的接收器。

9.根据权利要求5所述的光芯片倒装耦合的装置，其特征在于，所述活动部件(13)具体为：垂直位移轨道、水平位移轨道、竖直位移轨道和/或多轴位移微调机构。

10.根据权利要求5所述的光芯片倒装耦合的装置，其特征在于：还包括运动控制部件，运动控制部件控制活动部件(13)进行位移或转动，带动光芯片固定部件(11)上放置的光芯片的光口和光器件固定部件(12)上放置的待耦合光器件的光路对齐。

Images