CN210894789U - 一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件及其耦合方法,硅光组件包括激光器5、硅光芯片6、基板7、椭球透镜一1,所述椭球透镜一1椭圆球面101上镀增反膜,所述激光器5光输出端与所述椭球透镜一1焦点一104对准,所述硅光芯片6光输入端与所述椭球透镜一1焦点二103对准,所述硅光芯片6固定于所述基板7上,所述激光器5固定于所述硅光芯片6上,所述椭球透镜一1固定于所述基板7一侧。本实用新型利用椭圆球体固有的两焦点直接的光反射特性,将激光器、硅光芯片、光耦合装置固定于同一基板,在提高耦合效率的同时,能够减少耦合部件,且耦合后的组件抗机械震动性能良好,可以实现高效稳定的耦合效率。
Description
技术领域
本发明涉及硅光组件及其耦合方法,具体涉及到一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件及其耦合方法。
背景技术
硅光芯片在最近几年逐渐进入到各个领域,尤其是通讯领域,硅光的低成本和优秀的光学性能也初步显现。然而作为进入大规模应用最大的障碍, 封装的难度和成本是工业界亟待解决的问题。在通信以及数通领域,光纤是作为信号传输的主要介质,激光器是作为光信号产生的主要器件, 所以作为封装的核心问题之一,如何做到高效率、 低成本、高可靠性的将他们耦合成为了大家广泛关注的焦点。
现阶段比较常见的耦合方式有两种,一种是双透镜耦合,这种方案通常用于激光器耦合, 通过第一个凸透镜做到准直, 然后通过第二个透镜再聚焦到硅光芯片上,这种做法可以做到较高的耦合效率以及比较高的调整容差。另一种方法是直接耦合,这种方案通常用于光纤耦合。普通的单模光纤或者透镜光纤直接对准硅光光口,待对准后用黏着剂粘合。
作为第一种方案的双透镜耦合方案,由于物料较多,成本较高,调节光路的参数很多,时间成本较高。而且耦合时需要考虑夹具大小,通常无法做到高集成度,占用空间较大。
第二种方案直接耦合,这种方法虽然简单,但是由于光纤和硅光芯片放在不同的介质上,在温度变化时,很容易出现形变,导致耦合效率变化。
以上这两种方案由于耦合对象通常分开放置,可能会由于受空气温度、湿度、或震动的影响,耦合效率发生变化等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,利用椭圆球体固有的光学特性,将硅光芯片、激光器、光纤直接固定于同一基板上,解决硅光组件耦合后易受温度、湿度或震动的影响产生形变,可以使硅光组件耐温湿性能提高,耦合效果更稳定。
本发明提供一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,包括激光器5、硅光芯片6、基板7、椭球透镜一1,所述椭球透镜一1椭圆球面101上镀增反膜,所述激光器5光输出端与所述椭球透镜一1焦点一104对准,所述硅光芯片6光输入端与所述椭球透镜一1焦点二103对准,所述硅光芯片6固定于所述基板7上,所述激光器5固定于所述硅光芯片6上,所述椭球透镜一1固定于所述基板7一侧。
进一步地,所述硅光芯片6光输出端还与椭球透镜二2焦点一204对准,所述椭球透镜二2焦点二203对准光纤8,所述光纤8固定于所述硅光芯片6上。可以更进一步减少耦合组件,降低工艺难度,减少制造成本。
进一步地,所述椭球透镜一1其焦点一104与焦点二103连线垂直于所述硅光芯片6所在平面,且焦点一104与焦点二103均在椭球透镜一1本体内。
进一步地,所述椭球透镜二2其焦点二203不在所述椭球透镜二2本体内。依然能保持其固有的光学特性,同时还能减小椭球透镜二的尺寸,可以更进一步提高组件集成度。
可以作为优选,所述椭球透镜一1、椭球透镜二2为二氧化硅、硅、高分子聚合物的一种。
可以作为优选,所述基板7采用硅片、金属片、电路板、陶瓷板中的一种。
附图说明
图1为实施例一中椭球透镜一侧面及正面示意图
图2为实施例二中椭球透镜二侧面与正面示意图
图3为实施例二中椭球透镜二光线发散示意图
图4为实施例一中硅光组件侧面示意图
图5为实施例二中硅光组件侧面示意图
图6为实施例二中硅光组件俯视示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一:
如图4所示,本实施例提供一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件耦合方法,基板7上用胶水粘结或直接焊接硅光芯片6,椭球透镜一1固定于基板7的一侧边沿,安装时调整其位置,使硅光芯片6的光输入端与椭球透镜一1的焦点一104对准。
激光器5倒装焊于硅光芯片6上部,先将激光器5光输出端对准椭球透镜一1的焦点二103,然后进行焊接固定。
基板7可以采用硅片、电路板等材料,椭球透镜一1一般采用二氧化硅材料,也可以选择硅或者高分子聚合物材料。
将硅光芯片6、激光器5、椭球透镜一1直接固定于同一基板7上,机械稳定性好,不易受到外界震动影响,耦合效果较稳定。
图1所示为椭球透镜一1的侧面与正面视图,椭圆球面101上镀增反膜,镀增反膜可以实现目标波长的光尽可能多的反射,增加椭球透镜一1的光汇聚效果。焦点一104、焦点二103在椭球透镜一1的剖面102上。
耦合装配好后的硅光组件,激光器5的发射端口处于椭球透镜一1的一个焦点一104上,其发出光经由椭球透镜一1的椭圆球面101反射,光线经过反射汇聚在椭球透镜的另一个焦点103上,经硅光芯片6的光输入端,最终会被耦合进入硅光芯片6的波导。
实施例二:
如图5和图6所示,本实施例提供一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,采用椭球透镜耦合硅光芯片6、激光器5、光纤8。基板7上固定硅光芯片6,可采用胶水粘合的方式固定。再将椭球透镜一1固定于基板7侧沿,并调整其位置,使其焦点一104对准硅光芯片6的光输入端。
激光器5倒装焊于硅光芯片6上部,焊接前调整其位置,使激光器5光输出端对准椭球透镜一1的焦点二103。
椭球透镜二2固定于基板7侧沿,并调整其位置,使其焦点一204对准硅光芯片6的光输出端。光纤8固定于硅光芯片6上,其对准椭球透镜二2焦点二203。光纤8可用金属套筒或胶水固化等方式固定于硅光芯片6上。
图2为椭球透镜二2的侧面及正面示意图,椭圆球面201可以镀增反膜,以增加光反射效率,焦点一204在其剖面202上,焦点二203不在椭球透镜二2实体几何空间内。但由于耦合对象(如激光器、光纤)发散角不大,且发散距离较短,从椭球一个焦点上发出的光仍可以被反射到另一个焦点上,如图3所示。
耦合装配好后的硅光组件,激光器5的发射端口处于椭球透镜一1的一个焦点上,其发出光经由椭球透镜一1的椭圆球面101反射,光线经过反射汇聚在椭球透镜一1另一个焦点上,即硅光芯片的入光口位置,最终会被耦合进入硅光芯片的波导。在硅光芯片光出口端,硅光芯片光出口位置同样位于椭球透镜二2的一个焦点上,光从硅光波导出射,经由椭球透镜反射面反射,最终汇聚在椭球透镜二2的另一个焦点,即光纤纤芯的端面中心,最终被耦合进入光纤。
从上述实施例的描述中可以得知,椭球透镜一1与椭球透镜二2功能相同,都用于汇聚光波。可以理解为椭球透镜一1与椭球透镜二2是同一技术手段的不同表现形式,在耦合应用场景中可以互换替代使用,即激光器5与硅光芯片6之间也可采用椭球透镜二2进行耦合,光纤8与硅光芯片6之间也可采用椭球透镜一1进行耦合。当然在不脱离本发明的总的构思的情况下,椭球透镜其他形式也应当理解为本发明的保护内容,如改变椭球透镜的切割大小、焦点设置位置等。
上述实施例仅列举了较佳的具体技术方案及技术手段,不排除在本发明权利要求范围内,有其他可以解决该技术问题的等换技术手段的替换形式,也应当理解为本发明要求保护的内容。
Claims (6)
1.一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,其特征在于:包括激光器(5)、硅光芯片(6)、基板(7)、椭球透镜一(1),所述椭球透镜一(1)椭圆球面(101)上镀增反膜,所述激光器(5)光输出端与所述椭球透镜一(1)焦点一(104)对准,所述硅光芯片(6)光输入端与所述椭球透镜一(1)焦点二(103)对准,所述硅光芯片(6)固定于所述基板(7)上,所述激光器(5)固定于所述硅光芯片(6)上,所述椭球透镜一(1)固定于所述基板(7)一侧。
2.根据权利要求1所述的基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,其特征在于:所述硅光芯片(6)光输出端还与椭球透镜二(2)焦点一(204)对准,所述椭球透镜二(2)焦点二(203)对准光纤(8),所述光纤(8)固定于所述硅光芯片(6)上。
3.根据权利要求1所述的基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,其特征在于:所述椭球透镜一(1)其焦点一(104)与焦点二(103)连线垂直于所述硅光芯片(6)所在平面,且焦点一(104)与焦点二(103)均在椭球透镜一(1)本体内。
4.根据权利要求2所述的基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,其特征在于:所述椭球透镜二(2)其焦点二(203)不在所述椭球透镜二(2)本体内。
5.根据权利要求1或2所述的基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,其特征在于:所述椭球透镜一(1)、椭球透镜二(2)为二氧化硅、硅、高分子聚合物的一种。
6.根据权利要求1所述的基于椭圆球镜的高度集成硅光组件,其特征在于:所述基板(7)采用硅片、金属片、电路板、陶瓷板中的一种。
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CN201922164495.2U CN210894789U (zh) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | 一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件 |
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CN110888207A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-17 | 杭州芯耘光电科技有限公司 | 一种基于椭圆球镜的高度集成硅光组件及其耦合方法 |
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