CN1303485A - 光纤与波导的耦合 - Google Patents

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Abstract

提供一种将光纤(1)和光芯片上的波导(3)耦合的装置,该装置包括在该芯片中用来容纳光纤的通道,该通道包括V形槽(2),该V形槽的侧面将光纤在垂直于该光纤光轴的方向定位,以使该光纤与波导定位对准,该通道还包括邻近该波导端部的端面(4A),该通道的端面(4A)基本是平的,并基本垂直于该芯片平面,其法线向该波导的光轴倾斜,因此通过定位光纤使得它的倾斜端面与该通道的端面成平面接触,使带有倾斜端面(2A)的光纤能够与该波导的端都成紧密对接关系,并围绕其光轴与之旋转对准。

Description

光纤与波导的耦合
技术领域
本发明涉及一种将光纤与光芯片上的波导耦合的装置。
背景技术
对于将光纤与集成在光芯片上的波导耦合以确保该光纤和波导彼此对准、并为光信号从光纤向波导以及从波导向光纤传送提供低损耗耦合来讲，已经提出并使用了多种不同的结构。
在WO97/42534中披露了一种已知的耦合光纤与波导的方法。在该结构中，在绝缘体上设有硅的芯片中设有V形槽。由于该V形槽被刻蚀的方式，使得该槽的端面与该芯片的平面不相垂直而是向其倾斜的。因此，为了确保在光纤的端部和波导的端部之间具有近距离的对接关系，该波导被设计成为伸出该槽的倾斜端面。这种结构在很多情况下适用，但是在某些情况下，该波导的伸出部分可能不够坚固，不足以承受它可能会遇到的奇刻条件。
本发明希望提供一种不同的结构，它更加坚固，但仍然简单且易于制造，并且容易在光纤和波导之间无源对准。
发明概述
本发明提供一种在光芯片上将光纤与波导耦合的装置，该装置包括一个芯片上的用于容纳光纤的通道，该通道包括一个V形槽，该V形槽侧面将该光纤定位在与该光纤的光轴垂直的方向，以将该光纤与波导对准，所述通道还包括一个与波导的端部邻近的端面，该通道的端面基本是平的，并与该芯片平面基本垂直，其法向向该波导的光轴倾斜，因此通过定位光纤使其倾斜端面与该通道的端面成平面接触，可以使带有倾斜端面的光纤与波导的端部形成紧密邻接关系，并同时关于它的光轴旋转对准。
从以下的描述和说明书后的权利要求书中可以清楚的看到本发明的优选特征。
附图的简要说明
下面仅仅以例示方式，并参考附图对本发明进行进一步的说明。
图1是WO97/42534中描述的先有技术结构的示意图。
图2是本发明实施方案的装置的示意平面图。
图3是图2沿A-A线的截面图。
图4是图2所示特征的更为详细的放大示意图。
图5是图2沿B-B线的截面图。
本发明的最佳实施方式
图1显示了位于绝缘芯片中的V形槽2中的光纤1，它与在该芯片上硅层中形成的脊形波导3对准，图1还显示了该波导是如何伸出该V形槽的倾斜端面2A，从而使得该光纤的端面1A与该波导3的端面3A形成近距离的对接关系的。
应当注意此处“近距离的对接关系”是指每一个面都彼此相接触，或者相互之间非常近(例如小于15微米的距离)，以在它们之间提供一个低光损耗的耦合。该耦合的光损耗优选为1dB或更低。
应当注意，波导和光纤之间的“对准”是指它们的端面对准，从而在它们之间提供一个低光损耗的耦合。后面将进一步描述，就共轴的意义而言，该波导和光纤的光轴彼此之间通常没有对准。
在图2和图3所示的结构中，光纤1所处的通道包括两部分，第一部分包括形式为V形槽2的定位部件，第二部分提供了一个垂直于芯片平面的端面，该端面的法线向该波导3的光轴倾斜。这种端面是通过如下方法形成的，也就是首先以传统的方式，即湿各向异性的刻蚀方法形成V形槽2，然后通过一个大致为矩形的掩模在该V形槽2的端部进行干各向异性刻蚀，例如等离子刻蚀，而除去该V形槽端部的倾斜端面，并形成该通道的第二部分4(这里称为通道4)，该第二部分4的侧壁4A提供了所述垂直端面。
图2和图3显示了通过这种干刻蚀的方法形成的通道4，它比V形槽2略宽、略深，但是只要除去足够的材料以确保位于V形槽2中的光纤1能沿着该槽2滑动，从而该光纤的端面2A与该通道4的垂直面4A成近距离的对接关系，那么这一点也不是很重要。
如图2和图3所示，脊形波导3止于该垂直面4A。或者，如以下参考图4所描述的那样，该脊形波导3的端部从该垂直面4A处稍微后移。因此，波导3无需为了使光纤1的端部与之成近距离的对接关系而伸出通道4。
该通道4也可以作为接受和容纳粘合剂和/或阻焊剂的凹槽，以适当地固定光纤1，并由此防止粘合剂或阻焊剂流向光纤/波导的接口。
图4是图2的平面视图的放大视图，其中该倾斜面的角度被放大。如图4所示，光纤1的端面1A与该光纤1的光轴F之间不是垂直关系，其法线N与光轴F成A角度倾斜，该角度一般为约7度。同样地，波导3的端面3A的法线M与该波导3的光轴W之间成B角度倾斜，该角度一般为约3度。波导3和V形槽2也被按照它们轴之间的倾斜角为4度来制造，因此光纤1的光轴F与该波导的光轴W之间的倾斜角为4度。所以，光纤和波导的端面1A和3A彼此平行。
光纤1和波导3的端面的法线分别与其各自的光轴倾斜，这样减少了来自于各自零件之间的接口以及周围环境的背反射，该倾斜角是根据波导3和光纤1的折射率而选择的，从而使得沿着该波导传播的光被按照Snell定律折射，成为沿着光纤1的光轴F传播的光。因此，光纤1关于它的光轴F呈适当的旋转取向这一点很重要，可以使光纤1的端面与波导3的端面成适当的旋转对准关系。这一点可以这样实现，也就是使通道4的端面也成对应于该光纤切割角的角度，即该端面4A的法线也和槽2的纵向轴成A角度，从而通过将光纤1定位成其倾斜端面1A与该通道4的端面4A成平面接触，使得该光纤的端面1A与波导的端面3A适当的旋转对准，并成近距离的对接关系。
波导3的端面3A优选从通道4的端面4A处后移一个例如4微米的微小距离，以允许在设备制造过程中出现的光刻掩模没有对准的现象，并在光纤沿着槽2滑动与该端面4A相接触时保护波导的端面3A免受光纤1的碰撞。
如果需要，在波导的端面3A和光纤的端面1A的缝隙之间可以使用与该光纤折射率匹配的折射率匹配化合物。
如上所述，在波导端部的小平面角度B一般为3度，以使硅脊形波导减少那里的背反射。但是也可以采用例如最多为9度的其它角度。
与平面角为3度的硅波导3一同使用的光纤的切割角A一般为约7度。但是也可以使用其它适当的切割角。但是在每种情况下，安排这些角使得沿着波导的光轴传播的光被按照Snell定律折射，成为沿着光纤的光轴F传播的光。
图4所示的虚线V表示V形槽的起始端，即在通道4形成之前该V形槽的倾斜端面2A与芯片的上表面相交之处(并因此显示了刻蚀该V形槽所使用的掩模的端部位置)。该通道4覆盖了V形槽2的端部，其覆盖长度f足以除去足够的倾斜端面2A，以防止它与光纤的下侧相接触。该长度f一般在光纤直径的0.35-0.5倍之间，即当光纤的直径为约125微米时，f在45-60微米之间。可以理解，不需要除去倾斜端面2A的全部，因为光纤1被支撑在V形槽中，它的下侧与该V形槽的底部隔开(如图1和图5所示)，但是在实际中，f的尺寸一般足以除去倾斜端面2A的全部(如图3所示)。
通道4的长度e(见图4)一般比长度f略大，以允许光刻掩模的不对准现象以及其它的制造公差，当光纤的直径为约125微米时，e一般在50-65微米之间。
应当注意，只要用来刻蚀通道4的掩模的位置和V形槽覆盖长度f如上所述，那么也可以先形成通道4，在通道4被刻蚀之后再形成V形槽。
图5是图2沿B-B线的剖面图，表示通过V形槽2的截面。如该图所示，光纤1被支撑在V形槽的侧面2B和2C上，因此该光纤被定位在两个正交方向，即垂直和水平方向，因此使得该光纤的芯1B与波导3对准。这种定位V形槽中的光纤的方式是已知的。
该光纤延伸跨越通道4的部分是悬空的，但是由于这部分的长度一般是65微米或更小，这不会有什么影响。
可以理解，上述结构提供了一个比先有技术更坚固的构造，在现有技术中，波导部分伸出V形槽的端部。
如上所述，该设备优选设置在硅芯片上，最优选设置在绝缘体上设有硅的芯片上。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1．一种将光纤和光芯片上的波导耦合的方法，该方法包括：在该芯片上形成一个通道用来容纳该光纤，该通道的第一部分包括一个定位部件，以将光纤在垂直于该光纤光轴的两个正交方向定位，从而使该光纤与波导定位对准，该第一部分通过干刻蚀方法形成，该通道的第二部分包括邻近该波导端部的端面，该第二部分通过干刻蚀方法形成，该通道的端面基本是平的，并基本垂直于该芯片的平面，其法线向该波导的光轴倾斜，因此通过定位光纤使得它的倾斜端面与该通道的端面成平面接触，使带有倾斜端面的光纤能够与该波导的端部成紧密对接关系，并围绕其光轴与之旋转对准。
2．如权利要求1的方法，其中该定位部件包括一个V形槽，该V形槽的设置使得它的侧面将该光纤定位在所述正交方向。
3．如权利要求1或2的方法，其中该通道的端面向该波导的光轴倾斜直至9度的第一角度(B)，该角度优选基本为3度。
4．如权利要求3的方法，其中当所述第一角度(B)基本为3度时，该通道的端面向该波导的光轴倾斜基本为7度的第二角度(A)。
5．如上述任何一个权利要求的方法，其中该波导位于该通道内，该波导的端部与该通道端面隔开，优选的间隔距离为直至4微米。
6．如上述任何一个权利要求的方法，其中该通道第二部分的宽度至少与该通道第一部分的宽度一样。
7．如上述任何一个权利要求的方法，其中该通道的第二部分在平行与所述定位部件轴的方向的长度至少为该光纤直径的0.35倍，优选为在该光纤直径的0.35-0.5倍之间。
8．如上述任何一个权利要求的方法，其中该光芯片包括硅，并优选是绝缘体上设有硅的芯片。
9．光纤和光芯片上的波导耦合的装置，方法包括：在该芯片上形成一个通道用来容纳该光纤，该通道的第一部分通过湿刻蚀方法形成，包括一个定位部件，以将光纤在垂直于该光纤光轴的两个正交方向定位，从而使该光纤与波导定位对准，该通道的第二部分通过干刻蚀方法形成，带有邻近该波导端部的端面，该通道的端面基本是平的，并基本垂直于该芯片的平面，其法线向该波导的光轴倾斜，因此通过定位光纤使得它的倾斜端面与该通道的端面成平面接触，使带有倾斜端面的光纤能够与该波导的端部成紧密对接关系，并围绕其光轴与之旋转对准。
权利要求书
按照条约第19条的修改
修改后的主权利要求涉及一种光纤和光芯片上的波导耦合的方法，其中形成一个通道，该通道的第一部分通过湿刻蚀方法形成，用来将光纤在垂直于该光纤光轴的方向定位，该通道的第二部分通过干刻蚀方法形成，以提供一个基本垂直于该芯片平面的平端面，但是向该波导的光轴倾斜，以便于该光纤的倾斜端面与该通道的端面旋转对准。当该通道的第一部分包括一个V形槽时，因为湿刻蚀方法在结晶平面之后进行，该方法特别有利，其中一般形成该V形槽使其端面向该芯片的平面倾斜；用来形成该通道第二部分的干刻蚀方法形成一个垂直于该芯片平面并与该波导的光轴成选定角度的端面。新的权利要求9涉及一种通过这种方法形成的装置。所引用的先有技术没有披露或教导这种方法。

Claims (10)

1．将光纤和光芯片上的波导耦合的装置，该装置包括一个在该芯片中用来容纳光纤的通道，该通道包括将光纤在垂直于该光纤光轴的两个正交方向定位的定位部件，以使该光纤与波导对准，该通道还包括一个邻近该波导端部的端面，该通道端面基本是平的，并基本垂直于该芯片平面，该通道的法线向该波导的光轴倾斜，因此通过定位光纤使得它的倾斜端面与该通道的端面成平面接触，使带有倾斜端面的光纤能够与该波导的端部成紧密对接关系，并且围绕它的光轴与之旋转对准。
2．如权利要求1的装置，其中该定位部件包括一个V形槽，该V形槽的设置使得它的侧面将该光纤定位在所述正交方向。
3．如权利要求1或2的装置，其中该通道的端面向该波导的光轴倾斜直至9度的第一角度(B)，该角度优选基本为3度。
4．如权利要求3的装置，其中当所述第一角度(B)基本为3度时，该通道的端面向该波导的光轴倾斜基本为7度的第二角度(A)。
5．如上述任何一个权利要求的装置，其中该波导的端部与该通道端面隔开，优选的间隔距离为直至4微米。
6．如上述任何一个权利要求的装置，其中该通道包括两部分，第一部分包括所述定位部件，第二部分包括所述端面，该第二部分的宽度至少与该第一部分的宽度一样。
7．如上述任何一个权利要求的装置，其中该通道的第二部分在平行与所述定位部件轴的方向的长度至少为该光纤直径的0.35倍，优选在该光纤直径的0.35-0.5倍之间。
8．如权利要求6或7的装置，其中该通道的第一部分通过湿刻蚀方法形成，该通道的第二部分通过干刻蚀方法形成。
9．如上述任何一个权利要求的装置，其中该光芯片包括硅，并优选是绝缘体上有硅的芯片。
10．大致如以上参考附图2-7所描述的光纤和波导耦合的装置。
CN99805394A 1998-05-01 1999-04-30 光纤与波导的耦合 Pending CN1303485A (zh)

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