CN112817102A - 一种光模块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光模块及其制备方法，所述光模块包括：第一光学端口、第二光学端口、波导芯片、光发射单元和光探测单元；其中，所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；所述光发射单元、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接；所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测单元依次光耦合连接。

Description

一种光模块及其制备方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光模块及其制备方法。

背景技术

光通信(Optical Communication)是以光波为载波的通信方式。随着5G通信、云计算、大数据中心等新兴技术的快速发展，市场对数据传输速率和传输容量的要求也越来越高。当前，40G和100G光模块已经成熟布局于5G通信网络和数据中心，200G、400G和800G光模块正迅速发展、逐步迭代，从而实现更大容量、更高速率的光通信网络。在数据爆炸式增长的背景下，如何提供具有更高速率、更高集成度、更小封装以及更低成本的光收发模块，成为光通信领域重要的研究方向。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种光模块及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种光模块，所述光模块包括：

第一光学端口、第二光学端口、波导芯片、光发射单元和光探测单元；

所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；

所述光发射单元、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接；

所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测单元依次光耦合连接。

上述方案中，其中：

所述合波光路部分和/或所述分波光路部分包括阵列波导光栅结构。

上述方案中，其中：

所述阵列波导光栅结构包括输入波导、输入罗兰圆、阵列波导、输出罗兰圆、输出波导。

上述方案中，其中：

所述第一光学端口和所述第二光学端口位于所述波导芯片的同一侧。

上述方案中，其中：

所述波导芯片包括第一端面，所述第一端面为所述波导芯片的与所述第一光学端口和所述第二光学端口光耦合连接的端面，所述第一端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

上述方案中，其中：

所述光发射单元和所述光探测单元位于所述波导芯片的同一侧。

上述方案中，其中：

所述波导芯片在朝向所述光发射单元和所述光探测单元的一侧包括第二端面和第三端面，所述第二端面和所述第三端面不共面；

上述方案中，其中：

所述光发射单元通过所述第二端面与所述合波光路部分光耦合连接。

上述方案中，其中：

所述光探测单元通过所述第三端面与所述分波光路部分光耦合连接。

上述方案中，其中：

所述波导芯片包括第二端面，所述第二端面与所述光发射单元光耦合连接；所述第二端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

上述方案中，其中：

所述第二端面上设置有增透膜。

上述方案中，其中：

所述波导芯片包括第三端面，所述第三端面与所述光探测单元光耦合连接，所述第三端面所在的平面与所述包层所在的平面的夹角为35-48°。

本发明实施例还提供了一种光模块的制备方法，所述方法包括：

提供光发射单元和光探测单元，将所述光发射单元和所述光探测单元分别固定到相应的预设位置；

提供波导芯片，所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；

提供第一光学端口和第二光学端口，将所述波导芯片与所述第一光学端口以及所述第二光学端口连接，所述第一光学端口连接在与所述合波光路部分光耦合连接的位置处，所述第二光学端口连接在与所述分波光路部分光耦合连接的位置处；

将所述波导芯片固定至正确位置，使得所述光发射芯片、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接，所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测芯片依次光耦合连接。

在上述方案中，所述方法还包括：

所述合波光路部分和/或所述分波光路部分包括阵列波导光栅结构。

在上述方案中，所述提供波导芯片，包括：

提供一包括第一端面的波导芯片，所述第一端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°；其中，所述第一光学端口和所述第二光学端口位于所述波导芯片的同一侧，所述第一端面为所述波导芯片待与所述第一光学端口和所述第二光学端口连接的端面。

在上述方案中，所述提供波导芯片，包括：

提供一包括第二端面的波导芯片，所述第二端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°；其中，所述第二端面为所述波导芯片待与所述光发射单元光耦合连接的端面。

在上述方案中，所述提供波导芯片，包括：

提供一包括第二端面的波导芯片，所述第二端面为所述波导芯片待与所述光发射单元光耦合连接的端面；其中，所述第二端面上设置有增透膜。

在上述方案中，所述提供波导芯片，包括：

提供一包括第三端面的波导芯片，所述第三端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为35-48°，其中，所述第三端面为所述波导芯片待与所述光探测单元光耦合连接的端面。

在上述方案中，所述将所述波导芯片固定至正确位置，包括：

通过所述第二光学端口向所述分波光路部分输入包括多个波长的光源信号，所述多个波长的光源信号经过所述分波光路部分而分解为多路输出光信号；

通过所述光探测单元探测多路所述输出光信号，根据探测的响应度大小确定所述波导芯片的固定位置。

本发明实施例所提供的光模块，包括：第一光学端口、第二光学端口、波导芯片、光发射单元和光探测单元；其中，所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；所述光发射单元、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接；所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测单元依次光耦合连接。如此，采用集成合波光路部分和分波光路部分的波导芯片，将光发射和光接收器件集成为一个整体，极大简化封装方法，同时实现了高集成、小型化和低成本，适用于100G、200G、400G至800G高速光模块方案的实现。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1A为本发明实施例提供的光模块的结构示意图；图1B为本发明实施例提供的光模块的局部放大结构示意图；

图2A为本发明实施例提供的波导芯片的结构示意图；图2B为本发明实施例提供的波导芯片的内部阵列波导光栅结构俯视示意图；图2C为本发明实施例提供的光模块的光学端口的侧视图；

图3A为本发明实施例提供的光模块合波作业时的光路示意图；图3B为本发明实施例提供的光模块分波作业时的光路示意图；

图4为本发明实施例提供的光模块的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，当多个元件或层被称为“依次……连接”时，这些元件或层只需满足相应的连接顺序，该些元件或层之间可以存在居间的元件和层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

光收发模块是光通信的核心部件，在一些示例性的100G光模块方案中，光发射和光接收器件为分立的光器件，为了分别匹配分立的光发射和光接收器件，需要设置数量众多的内部光学元器件，这势必带来封装体积过大的问题。相应的，为了完成光模块的封装制备，需要采用多次对准封装，过程繁琐复杂，影响实际生产效率。尤其是当光模块的传输速率成倍增加到200G、400G甚至800G时，由于通道数量的急剧增加，按照上述结构制备的光模块，其封装结构及封装方法随之也变得十分复杂，这不利于光模块小型化封装和低成本大批量制造，阻碍了200G、400G、800G光模块的发展进程。

如图1A-1B所示，本发明实施例提供了一种光模块100，所述光模块100包括：

第一光学端口103、第二光学端口104、波导芯片105、光发射单元106和光探测单元107；

所述光发射单元106、所述波导芯片105以及所述第一光学端口103依次光耦合连接；

所述第二光学端口104、所述波导芯片105以及所述光探测单元107依次光耦合连接。

其中，所述第一光学端口103和/或第二光学端口104还用于在波导芯片105与外部通信系统/模块之间传输光信号。

在实际操作中，所述光发射单元106可以包括多个光发射芯片106-1，所述光探测单元107可以包括多个光探测芯片107-1。所述光发射芯片例如可以为激光器芯片，所述多个光探测芯片例如可以是包含多个芯片的阵列探测器芯片，或者多个独立的单探测器芯片

图2A为本发明实施例提供的波导芯片的结构示意图，图2B为本发明实施例提供的波导芯片的内部阵列波导光栅结构俯视示意图。如图2A-2B所示，所述波导芯片105包括衬底210、包层240以及位于所述衬底210与所述包层240中间的波导芯层220，所述波导芯层220包括合波光路部分221及分波光路部分222。所述合波光路部分221用于实现发射端光信号的波分复用，所述分波光路部分222用于实现接收端光信号的波分解复用。

在实际操作中，所述衬底和所述包层的折射率小于所述波导芯层的折射率。示例性的，所述衬底和包层的材料可以为半导体或绝缘体材料，例如硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、玻璃等；所述波导芯层的材料可以为半导体材料或介电材料，例如硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、玻璃、碳化硅等。

如图2B所示，在一实施例中，所述合波光路部分221和/或分波光路部分222的波导结构均包括阵列波导光栅。具体的，所述合波光路部分221的阵列波导光栅结构包括依次光耦合连接的合波输入波导227-1、合波输入罗兰圆226-1、合波阵列波导225-1、合波输出罗兰圆224-1、合波输出波导223-1；分波光路部分222的阵列波导光栅结构包括依次光耦合连接的分波输入波导223-2、分波输入罗兰圆224-2、分波阵列波导225-2、分波输出罗兰圆226-2、分波输出波导227-2。所述合波输出波导223-1和/或所述分波输入波导223-2为单路光波导，所述合波输入波导227-1和/或分波输出波导227-2为等间距排列的四路光波导(本文所述等间距排列指波导芯片内部的多路光波导暴露在波导芯片端面的多个端部之间的间距相等)。所述合波光路部分221和所述分波光路部分222两部分的波导结构完全相同。

在一些实施例中，所述合波输入波导227-1和/或分波输出波导227-2还可以为包括其他波导数量的多路光波导，例如可以为二路、八路、十六路，或其他符合应用需求的数目的多路光波导。在一些实施例中，所述多路光波导中的多条波导还可以为非等间距排列(本文所述非等间距排列指波导芯片内部的多路光波导暴露在波导芯片端面的多个端部之间的间距不相等)。在一些实施例中，所述合波光路部分和所述分波光路部分两部分的波导结构可以不完全相同。

如图2A所示，在一实施例中，所述波导芯片105包括第一端面231，所述第一端面231为所述波导芯片105的与所述第一光学端口103和所述第二光学端口104光耦合连接的端面，所述第一端面231所在的平面与所述包层240所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

所述波导芯片105还可以包括第二端面232，所述第二端面232与所述光发射芯片106-1光耦合连接；所述第二端面232所在的平面与所述包层240所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。通过上述角度的设置，能够起到减少反射的作用，减少传输过程中光信号的损耗。

所述波导芯片105还可以包括一第三端面233，所述第三端面233与所述光探测芯片107-1光耦合连接，所述第三端面233所在的平面与所述包层240所在的平面之间的夹角为35-48°。基于该角度的设置，出射光能够满足全反射条件，如此可以减少传输过程中光信号的损耗，且能够兼顾加工工艺难度。

在一实施例中，所述第二端面232上还可以设置增透膜，通过第二端面232特殊角度以及增透膜的联合作用起到更优抗反射的效果，使光发射芯片发出的光信号能最大限度地进入波导芯片中。

上述所有实施例中的所述第一光学端口103和/或第二光学端口104例如可以为单芯光学端口。图2C为本发明实施例提供的光模块的光学端口的侧视图，如图2C，在实际操作中，所述第一光学端口103和/或第二光学端口104与所述波导芯片105连接的连接端面240可以为一斜面。所述斜面所在的平面与第一光学端口103和/或第二光学端口104的下表面所在的平面之间的夹角与所述波导芯片105的第一端面231与所处包层240所在的平面之间的夹角相等，例如可以为78-86°或94-102°。通过将第一光学端口103和/或第二光学端口104的端面设置为斜面，使得第一光学端口103和/或第二光学端口104能够与波导芯片105装配至一个平面。

如图2B所示，在一实施例中，所述第一光学端口103和第二光学端口104位于所述波导芯片105的同一侧。在其他实施例中，所述第一光学端口和所述第二光学端口可以位于所述波导芯片的不同侧。当所述第一光学端口与第二光学端口位于波导芯片不同侧时，所述波导芯片具有分别于所述第一光学端口、第二光学端口连接的两个侧面，上述两个侧面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角均为78-86°或94-102°。

如图2B所示，在一实施例中，所述光发射单元106和所述光探测单元107可以位于所述波导芯片105的同一侧；所述第二端面232和第三端面233可以位于所述波导芯片105朝向所述光发射单元106和所述光探测单元107-1的同一侧。如图2A所示，所述第二端面232和所述第三端面233可以不共面。在其他实施例中，所述光发射单元及所述光探测单元并不限定必须位于所述波导芯片的同一侧，实际上，所述光发射单元和所述光探测单元可以根据实际需求设置为在所述波导芯片的同一侧或不同侧，也即第二端面与第三端面可以位于所述波导芯片的同一侧或者不同侧。

进一步的，在一些实施例中，如图1A所示，所述光模块100还可以包括底板101、电路板102、光发射驱动芯片108和跨阻放大器芯片109，所述电路板102覆盖所述底板101的部分区域，所述光发射驱动芯片108和所述跨阻放大器芯片109位于所述电路板102上，所述波导芯片105、所述光发射单元106和所述光探测单元107-1位于所述底板101未被所述电路板102覆盖的区域。所述跨阻放大器芯片109与所述光探测单元107电连接，所述光发射驱动芯片108与所述光发射单元106电连接，所述光发射驱动芯片108用于驱动光发射单元106发射光信号。

在实际操作中，示例性的，所述底板101例如可以为金属底板；所述电路板102例如可以为PCBA。

进一步的，如图1B所示，在一些实施例中，所述光模块100还可以包括支撑层110，所述支撑层110位于所述波导芯片105与所述底板101之间。

在实际操作中，所述支撑层110可以与所述底板101直接接触，所述支撑层110的材料可以为玻璃、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、有机聚合物等材料。

进一步的，如附图1B所示，在一些实施例中，所述光模块100还可以包括多个透镜106-2和多个隔离器106-3；

其中，所述透镜106-2可以为球透镜或非球透镜，所述隔离器106-3可以为阵列隔离器或多个独立隔离器。

图3A为本发明实施例提供的光模块合波作业时的光路示意图。如图3A所示，所述光发射单元106包括多个光发射芯片106-1；所述多个光发射芯片106-1、多个透镜106-2、多个隔离器106-3构成多条光发射通道；所述光发射芯片106-1与所述光发射驱动芯片108电连接。合波作业时，所述光发射驱动芯片108控制光发射芯片106-1发射光信号，多路并列的光发射芯片106-1发射的光信号波长分别为λ₁、λ₂、λ₃……λ₄，所述光发射芯片106-1发出的光信号为发散光，通过透镜106-2聚焦，经隔离器106-3进入波导芯片105的合波光路部分221实现光信号的波分复用，实现将多个波长的光信号合成一路从另一侧第一单路光波导223-1输出，并通过第一光学端口103与外部通信系统\模块进行连接。

在实际操作中，所述光发射芯片106-1、透镜106-2以及隔离器106-3构成的每条光通道的间距与位置均与所述波导芯片105的合波部分221内的合波输入波导227-1中的多路光波导一一对应。

所述一一对应可以采用如下方案实现，如图3A所示，所述合波输入波导227-1中的多路光波导以d1为间距等间距排列，其中最外侧的光波导通路距离底板101边缘的距离为L1，所述多个光发射芯片106-1以d2为间距等间距排列，所述多个光发射芯片106-1中位于最外侧的光发射芯片106-1距离底板101边缘的距离为L2，其中，d2＝d1，L2＝L1。

应当理解，上述位置关系仅为一种实施可能的举例说明，所述多个光发射单元的间距与位置并不局限于上述等间距的方式，在其他实施例中，所述多路光波导、多路透镜、隔离器以及所述多个光发射芯片可以包括非等间距等其他设置方式，这些排布方式只需能够使所述多个光发射芯片、多路透镜、隔离器与合波输入波导的多路光波导一一对应即可。

所述光探测单元107包括多个光探测芯片107-1，所述多个光探测芯片107-1与所述跨阻放大器芯片109电连接。

图3B为本发明实施例提供的光模块分波作业时的光路示意图。在工作中，外部通信系统\模块的光信号为一路波长分别为λ₁、λ₂、λ₃……λ₄的复用光信号，通过第二光学端口104进入到波导芯片105分波光路部分222一侧的分波输入波导223-2中。包含多个波长信息的光信号，经过分波输入罗兰圆224-2、分波阵列波导225-2、分波输出罗兰圆226-2实现波分解复用分成多路独立的光信号，每一路光信号对应一个波长，分别进入波导芯片105中对应的分波输出波导227-2的多路光波导中。上述每一路光信号在波导芯片105右侧第三端面233发生全反射，偏转向下传输到对应光探测芯片107-1的光敏面上，实现光信号的接收。

在实际操作中，所述多个光探测芯片107-1构成的每条光通道的间距与位置均与所述波导芯片105的分波输出波导227-2中的多路光波导一一对应。

所述一一对应可以采用如下方案实现，如图3A所示，所述分波输出波导227-2中的多路光波导以d3为间距等间距排列，其中最外侧的光波导距离底板101边缘的距离为L3，所述多个光探测芯片以d4为间距等间距排列，所述多个光探测芯片107-1中位于最外侧的光探测芯片距离底板101边缘的距离为L4，其中，d4＝d3，L4＝L3。

应当理解，上述位置关系仅为一种实施可能的举例说明，所述多个光探测芯片的间距与位置并不局限于上述等间距的方式，在其他实施例中，所述多路光波导以及所述多个光探测芯片可以包括非等间距等其他设置方式，这些排布方式只需能够使所述多个光探测芯片与分波输出波导的多路光波导一一对应即可。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种光模块的制备方法，所述方法包括：

步骤401、提供光发射单元和光探测单元，将所述光发射单元和所述光探测单元分别固定到相应的预设位置；

步骤402、提供波导芯片，所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；

步骤403、提供第一光学端口和第二光学端口，将所述波导芯片与所述第一光学端口以及所述第二光学端口连接，所述第一光学端口连接在与所述合波光路部分光耦合连接的位置处，所述第二光学端口连接在与所述分波光路部分光耦合连接的位置处；

步骤404、将所述波导芯片固定至正确位置，使得所述光发射芯片、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接，所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测芯片依次光耦合连接。

执行步骤401，提供光发射单元和光探测单元，将所述光发射单元和所述光探测单元分别固定到相应的预设位置，具体可以包括：

提供光发射单元、光探测单元和多个隔离器，所述光发射单元包括多个光发射芯片，所述光探测单元包括多个光探测芯片；

确定多个光发射芯片、多个光探测芯片以及多个隔离器的预设位置；

根据确定出的预设位置，将所述多个光发射芯片、多个光探测芯片以及多个隔离器固定到相应的预设位置上。

其中，所述确定多个光发射芯片、多个光探测芯片以及多个隔离器的预设位置，可以包括：

根据波导芯片内部波导结构以及所述波导芯片在光路设计中的具体位置确定所述多个光发射芯片、多个光探测芯片以及多个隔离器的预设位置；所述多个光发射芯片、多个光探测芯片的预设位置使得所述多个光发射芯片、多个隔离器构成的多个光发射通道与所述合波光路部分的多路光波导一一对应光耦合连接，所述多个光探测芯片构成的多个光接收通道与所述分波光路部分的多路光波导一一对应光耦合连接。

在实际操作中，所述多个光发射芯片、多个隔离器的预设位置，可以通过以下方式确定：

如图3A所示，所述合波输入波导227-1的多路光波导以d1为间距的均匀排列，其中位于最边缘的光波导与底板边缘的距离为L1。据此可确定多个光发射芯片106-1也为均匀等间距排列，相邻光发射芯片的间距d2＝d1，所述多个光发射芯片106-1中位于最边缘的光发射芯片106-1与底板边缘的距离L2＝L1；多个隔离器106-3也为均匀等间距排列，相邻隔离器的间距d5＝d1，所述多个隔离器106-3中位于最边缘的隔离器与底板边缘的距离L5＝L1，且每个所述隔离器位于波导芯片105与每个光发射芯片106-1之间。

相应的，所述多个光探测芯片的预设位置，可以通过以下方式确定：

例如，如图3A所示，所述分波输出波导227-2为以d3为间距的均匀排列的多路光波导，其中位于最边缘的光波导与底板边缘的距离为L3；据此可确定多个光探测芯片107-1也为均匀等间距排列，其中相邻光探测芯片的间距d4＝d3，所述多个光探测芯片107-1中位于最边缘的光探测芯片107-1与底板边缘的距离L4＝L3。

在实际操作中，所述光发射芯片可以为激光器芯片，所述多个光探测芯片可以是包含多个芯片的阵列探测器芯片，或者多个独立的单探测器芯片。

执行步骤402，所述提供波导芯片，所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分，具体可以包括以下工艺：

提供晶圆衬底；在所述晶圆衬底上形成波导芯层；

掺杂所述波导芯层；

刻蚀所述波导芯层，形成多个合波光路部分和多个分波光路部分，所述合波光路部分与所述分波光路部分均包括输入波导、输入罗兰圆、阵列波导、输出罗兰圆、输出波导结构；

在所述波导芯层上形成包层；

切割上述步骤得到的结构获得多个波导芯片，所述每个波导芯片包括一个合波光路部分和一个分波光路部分。

在实际操作中，所述衬底和所述包层的材料可以为硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、玻璃等；所述波导芯层的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、玻璃、碳化硅等。所述形成波导芯层和/或所述形成包层可以采用薄膜工艺实现制备，例如可采用薄膜沉积工艺，示例性的，如等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)等；所述掺杂波导芯层可以采用如等离子体注入、杂质层扩散等工艺实现；或者，所述掺杂波导芯层还可以采用原位掺杂工艺在生长过程中完成；所述刻蚀波导芯层可以采用干/湿法刻蚀工艺实现，示例性的，例如反应离子刻蚀、等离子体刻蚀等工艺等等；本领域技术人员应当理解，在进行干/湿法刻蚀之前，还可以包括曝光、显影等光刻步骤。所述输入波导和/或输出波导可以为多路光波导，所述多路光波导例如可以为二路、四路、八路或十六路，以及其他符合应用需求的数目的多路光波导；所述多路光波导中相邻通路光波导之间的间距可以设置为相等或不相等。

在一实施例中，在所述切割得到多个波导芯片之后，所述将所述波导芯片与第一光学端口以及第二光学端口连接的步骤之前，所述方法还包括：

提供支撑层，将所述支撑层固定到所述波导芯片的包层所在的一侧上。

在实际操作中，所述支撑层的材料可以为玻璃、氧化硅、氮化硅、有机聚合物等。所述将支撑层固定到所述波导芯片的包层所在的一侧上，具体可以采用粘接或键合等工艺。

在一些实施例中，所述将所述支撑层固定到所述波导芯片的包层所在的一侧上之后，所述方法还包括：

研磨所述波导芯片待与第一光学端口和第二光学端口连接的第一端面、待与光发射芯片光耦合连接的第二端面以及待与光探测芯片光耦合连接的第三端面以形成具有特定角度的端面；

抛光所述第一端面、所述第二端面以及所述第三端面；

通过镀膜工艺在所述第二端面上形成增透膜。

具体的，所述研磨所述波导芯片待与第一光学端口和第二光学端口连接的第一端面以形成具有特定角度的端面，例如为，如图2B所示，研磨所述第一端面231，使得所述第一端面231所在的平面与所述包层240所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

所述研磨所述波导芯片待与光发射芯片光耦合连接的第二端面以形成具有特定角度的端面，例如为，如图2B所示，研磨所述第二端面232，使得所述第二端面232所在的平面与所述包层240所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

所述研磨所述波导芯片待与光探测芯片光耦合连接的第三端面以形成具有特定角度的端面，例如为，如图2B所示，研磨所述第三端面233，以使得所述第三端面233所在的平面与所述包层240所在的平面之间的夹角为35-48°。

执行步骤403，在实际操作中，所述第一光学端口与所述第二光学端口例如可以为单芯光学端口。

进一步的，如图2C所示，所述第一光学端口103和/或第二光学端口104与所述波导芯片105连接的连接端面240可以为一斜面。所述斜面所在的平面与第一光学端口103和/或第二光学端口104的下表面所在的平面之间的夹角与所述波导芯片105的第一端面231与所处包层240所在的平面之间的夹角相等，例如可以为78-86°或94-102°。通过将第一光学端口103和/或第二光学端口104的端面研磨为斜面，使得第一光学端口103和/或第二光学端口104能够与波导芯片105装配至一个平面。

执行步骤404，在实际操作中，所述将所述波导芯片固定至正确位置，可以采用光耦合方式将波导芯片固定至正确位置。具体为，通过所述第二光学端口向所述分波光路部分输入包括多个波长的光源信号，所述多个波长的光源信号经过所述分波光路部分而分解为多路输出光信号；通过所述光探测单元探测多路所述输出光信号，根据探测的响应度大小确定所述波导芯片的固定位置并固定。由于前面设计好了各个光发射通道、光探测通道的位置和间距(包括发射部分的光发射芯片和隔离器)，因此这里通过光耦合，控制分波光路部分分波输出波导与光探测芯片通道一一对准，则光发射部分也将会同时实现一一对准。本发明的光模块制备方法节省了确定光发射部分位置以及固定的步骤，实现了工艺简化和成本节约的技术效果。

此外，在一些实施例中，在将所述光发射芯片和所述光探测芯片分别固定到相应的预设位置之前，所述方法还包括：

提供底板和电路板，将所述电路板与所述底板连接；

在实际操作中，所述底板可以为金属底板；所述电路板可以为PCBA；所述电路板与所述底板可以采用胶粘或键合等方式连接。

在一实施例中，所述将电路板与所述底板连接之后，所述将光发射芯片和光探测芯片分别固定到相应的预设位置之前，所述方法还包括：

提供光发射驱动芯片和跨阻放大器芯片，将所述光发射驱动芯片和跨阻放大器芯片分别固定到所述电路板的相应位置上；

在实际操作中，采用贴装设备将所述光发射驱动芯片和跨阻放大器芯片贴装到所述电路板的相应位置上。

在一实施例中，所述固定所述波导芯片至正确位置之后，所述方法还包括：

提供透镜，将透镜固定到正确位置。

在实际操作中，所述提供透镜，将透镜固定到正确位置，具体可以包括：提供多个透镜，通过所述光发射驱动芯片控制光发射芯片发光，根据第一光学端口检测到的光功率大小，从而将多个透镜一一耦合到相应的正确位置固定。

在一实施例中，所述提供波导芯片之后，所述将波导芯片与第一光学端口、第二光学端口连接之前，所述方法还包括：

提供一支撑层，将所述支撑层固定到所述波导芯片的包层所在的一侧上。在实际操作中，例如，将所述支撑层与所述波导芯片的包层所在的一侧通过粘接方式固定。其中，所述支撑层的材料可以为玻璃、氧化硅、氮化硅、有机聚合物等。

需要说明的是，本发明提供的光模块以及光模块的制备方法实施例属于同一构思；各实施例所记载的技术方案中各技术特征之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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 (14)

1.一种光模块，其特征在于，包括：第一光学端口、第二光学端口、波导芯片、光发射单元和光探测单元；其中，

所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；

所述光发射单元、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接；

所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测单元依次光耦合连接。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，其中：

所述合波光路部分和/或所述分波光路部分包括阵列波导光栅。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一光学端口和所述第二光学端口位于所述波导芯片的同一侧；

所述波导芯片包括第一端面，所述第一端面为所述波导芯片的与所述第一光学端口和所述第二光学端口光耦合连接的端面，所述第一端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光发射单元和所述光探测单元位于所述波导芯片的同一侧；

所述波导芯片在朝向所述光发射单元和所述光探测单元的一侧包括第二端面和第三端面，所述第二端面和所述第三端面不共面；

所述光发射单元通过所述第二端面与所述合波光路部分光耦合连接；

所述光探测单元通过所述第三端面与所述分波光路部分光耦合连接。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述波导芯片包括第二端面，所述第二端面与所述光发射单元光耦合连接；所述第二端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第二端面上设置有增透膜。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述波导芯片包括第三端面，所述第三端面与所述光探测单元光耦合连接，所述第三端面所在的平面与所述包层所在的平面的夹角为35-48°。

8.一种光模块的制备方法，其特征在于，包括：

提供光发射单元和光探测单元，将所述光发射单元和所述光探测单元分别固定到相应的预设位置；

提供波导芯片，所述波导芯片包括衬底、包层以及位于所述衬底与所述包层中间的波导芯层，所述波导芯层包括合波光路部分及分波光路部分；

提供第一光学端口和第二光学端口，将所述波导芯片与所述第一光学端口以及所述第二光学端口连接，所述第一光学端口连接在与所述合波光路部分光耦合连接的位置处，所述第二光学端口连接在与所述分波光路部分光耦合连接的位置处；

将所述波导芯片固定至正确位置，使得所述光发射芯片、所述合波光路部分以及所述第一光学端口依次光耦合连接，所述第二光学端口、所述分波光路部分以及所述光探测芯片依次光耦合连接。

9.根据权利要求8所述的光模块的制备方法，其特征在于，其中：

所述合波光路部分和/或所述分波光路部分包括阵列波导光栅结构。

10.根据权利要求8所述的光模块的制备方法，其特征在于，所述提供波导芯片，包括：提供一包括第一端面的波导芯片，所述第一端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°；其中，所述第一光学端口和所述第二光学端口位于所述波导芯片的同一侧，所述第一端面为所述波导芯片待与所述第一光学端口和所述第二光学端口连接的端面。

11.根据权利要求8所述的光模块的制备方法，其特征在于，所述提供波导芯片，包括：提供一包括第二端面的波导芯片，所述第二端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为78-86°或94-102°；其中，所述第二端面为所述波导芯片待与所述光发射单元光耦合连接的端面。

12.根据权利要求8所述的光模块的制备方法，其特征在于，所述提供波导芯片，包括：提供一包括第二端面的波导芯片，所述第二端面为所述波导芯片待与所述光发射单元光耦合连接的端面；其中，所述第二端面上设置有增透膜。

13.根据权利要求8所述的光模块的制备方法，其特征在于，所述提供波导芯片，包括：提供一包括第三端面的波导芯片，所述第三端面所在的平面与所述包层所在的平面之间的夹角为35-48°，其中，所述第三端面为所述波导芯片待与所述光探测单元光耦合连接的端面。

14.根据权利要求8所述的光模块的制备方法，其特征在于，所述将所述波导芯片固定至正确位置，包括：

通过所述第二光学端口向所述分波光路部分输入包括多个波长的光源信号，所述多个波长的光源信号经过所述分波光路部分而分解为多路输出光信号；

通过所述光探测单元探测多路所述输出光信号，根据探测的响应度大小确定所述波导芯片的固定位置。

Images