CN216285839U - 一种光子芯片和耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种光子芯片和耦合装置，包括：光子芯片光输入端、调制器和光子芯片光输出端，所述光子芯片光输入端与所述调制器的输入端通过光波导连接，所述调制器的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端与所述调制器的输出端通过光波导一一对应连接。本实用新型中的光模块省去耦合过程中的芯片工作点控制，为光子芯片提供了更高的可生产性。
Description
技术领域
本实用新型涉及光通信技术领域，特别涉及一种光子芯片和耦合装置。
背景技术
互联网、大数据处理、5G通信以及高清电视等业务的迅速发展对通信速率和容量提出了较大的需求。传统电互联受制于铜材料的物理限制，目前已经达到发展瓶颈。光互联是一种将传输信号加载在光载波上，利用光纤作为媒质进行传输的方式，具有损耗低、无串扰，无电磁兼容，以及高带宽、高速率和低成本的优势，其使通信领域取得了革命性的发展。光互联技术分为两类，一类基于III-V族半导体材料，另一类基于硅等材料与现有的成熟的CMOS工艺。其中，基于III-V族半导体材料的光互联技术因工艺复杂、加工困难、集成度不高的缺陷，限制了未来大规模光电子集成发展。而基于硅等材料与现有的成熟的CMOS工艺的硅光技术可将光子功能和智能电子功能结合在一起，可提供潜力巨大的高速光互联解决方案。在一颗硅光子芯片上，可以实现光波导、耦合器、分束器、滤波器、调制器、探测器等无源和有源光器件的集成，可在片内形成完整的收、发光路。并且，基于硅等材料与现有的成熟的CMOS工艺的硅光技术制成的硅波导器件具有高折射率差的特点，使得光器件的尺寸相比于传统光器件得到了一个甚至几个量级的减小。此外，基于硅等材料与现有的成熟的CMOS工艺的硅光技术可以与传统的CMOS工艺相兼容，使得基于硅等材料与现有的成熟的CMOS工艺的硅波导器件成本低和便于量产。正是基于这些优势，硅光技术经过近二十多年的快速发展，已经建立起一套完善的平台进行设计、制造、测试和封装，应用于数据中心领域和电信级的光收发器件以及光学信号处理器件。
其中，硅光技术的关键在于实现芯片片内光波导与外部激光信号或光纤间的有效耦合。芯片耦合技术方案主要分为端面耦合和光栅耦合，各自对应的封装方案也是多种多样。端面耦合中有IBM方案、Interposer方案以及lensed-fiber方案等等；光栅耦合具有代表性的有斜切光纤方案、Chiral Photonics方案以及Micro-optical bench方案。而无论哪种方案，其耦合过程中都需要耦合输出反馈来指导下一步操作以达到最优的耦合效率。其中普遍使用的方式是：选出芯片中上下相移器的一路光信号设计片内光电探测器用于接收光信号，耦合时，利用高速探针控制相移器工作点，使光信号经过耦合器后大部分进入接有光电探测器的光路，同时使用键合金线或是探针引出光电探测器信号，从而通过调整需要的耦合器件与芯片相对位置来完成硅光芯片的耦合。此种耦合技术操作复杂，器件间敏感性高，耦合过程中对相移器进行工作点控制，存在较高的操作规范要求，不利于日后硅光技术的产业化、自动化。
因此，有必要研发一种新的光子芯片和耦合装置，以简化光子芯片的耦合工艺。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光子芯片和耦合装置，以解决现有的光子芯片和耦合装置耦合工艺复杂操作难度大的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种光子芯片，包括：光子芯片光输入端、调制器和光子芯片光输出端，所述光子芯片光输入端与所述调制器的输入端通过光波导连接，所述调制器的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端与所述调制器的输出端通过光波导一一对应连接。
可选的，所述调制器为马赫-曾德尔调制器。
可选的，所述调制器包括第一耦合器、第二耦合器、光波导、第一相移器和第二相移器，所述光子芯片光输入端与所述第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的两个输出端通过光波导分别与所述第一相移器和所述第二相移器的输入端连接，所述第一相移器和所述第二相移器的输出端通过光波导与所述第二耦合器的输入端连接，所述第二耦合器的两个光输出端与所述光子芯片光输出端通过光波导连接。
可选的，所述光子芯片的各路所述光子芯片光输出端互相平行，且相邻的所述光子芯片光输出端之间的距离小于0.3mm。
可选的，所述光子芯片为硅基光子芯片。
可选的，所述调制器的数量为一个或者多个。
本实用新型还提供一种耦合装置，包括：光子芯片和光电探测器，所述光子芯片包括光子芯片光输入端、调制器和光子芯片光输出端，所述光子芯片光输入端与所述调制器的输入端通过光波导连接，所述调制器的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端与所述调制器的输出端通过光波导一一对应连接，所述光电探测器用于接收所述光子芯片光输出端的出射光信号。
可选的，所述光电探测器为一个大面积光电探测器或者为多个分立的光电探测器。
可选的，还包括激光芯片和透镜组，所述激光芯片产生的激光经过透镜组后从光子芯片光输入端进入光子芯片内，由光子芯片光输出端出射后进入光电探测器。
本实用新型提供的一种光子芯片和耦合装置，具有以下有益效果：
通过将所述光电探测器设置在所述光子芯片外，在进行光子芯片耦合的光强监控时，光子芯片输出端的出光功率总和与光子芯片上调制器的工作点无关，从而省去耦合过程中的芯片工作点控制为光子芯片提供了更高的可生产性，并且可节省高速探针或键合金线的物料消耗，简化了耦合装置，此外，光电探测器可重复使用，可降低成本。另外，光子芯片包括两路以上的输出方式可使光子芯片在部分光子芯片输出端出现性能劣化时仍能继续正常使用，为光子芯片生产提升了至少一倍的容错性，同时可提升光子芯片的良率。
附图说明
图1是本实用新型实施例中耦合装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中耦合系统的一种结构示意图；
图3是本实用新型实施例中耦合系统的另一种结构示意图。
附图标记说明：
100-光子芯片；110-光子芯片光输入端；120-调制器；121-第一耦合器；122-第二耦合器；123-第一相移器；124-第二相移器；130-光子芯片光输出端；
200-光电探测器；
510-工作平台；
520-第一活动装置；
530-第二活动装置；
540-夹持装置；
550-第三活动装置；
560-图像获取装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的光子芯片和耦合装置作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
参考图1，图1是本实用新型实施例中光模块的结构示意图，本实施例提供一种光子芯片100，包括：光子芯片光输入端110、调制器120和光子芯片光输出端130，所述光子芯片光输入端110与所述调制器120的输入端通过光波导连接，所述调制器120的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端130与所述调制器120的输出端通过光波导一一对应连接。
通过将所述光电探测器200设置在所述光子芯片100外，在进行光子芯片100耦合的光强监控时，光子芯片光输出端130的出光功率总和与光子芯片100上调制器120的工作点无关，从而省去耦合过程中的芯片工作点控制，可为光子芯片100提供更高的可生产性，并且可节省高速探针或键合金线的物料消耗，可简化耦合装置，此外，光电探测器200可重复使用，可降低成本。另外，光子芯片100包括两路以上的输出方式可使光子芯片100在部分光子芯片光输出端130出现性能劣化时仍能继续正常使用，为光模块生产提升了至少一倍的容错性，同时可提升光模块的良率。
其中，所述调制器120可为马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)。
具体的，参考图1，所述调制器120包括第一耦合器121、第二耦合器122、光波导、第一相移器123和第二相移器124，所述光子芯片光输入端110与所述第一耦合器121的输入端连接，所述第一耦合器121的两个输出端通过光波导分别与所述第一相移器123和所述第二相移器124的输入端连接，所述第一相移器123和所述第二相移器124的输出端通过光波导与所述第二耦合器122的输入端连接，所述第二耦合器122的两个光输出端与所述光子芯片光输出端130通过光波导连接。
所述光子芯片100为硅基光子芯片。
本实施例中，所述光子芯片100的各路所述光子芯片光输出端130互相平行，且相邻的所述光子芯片光输出端130之间的距离小于0.3mm。
本实施例中，所述调制器120的数量为一个。在其它的实施例中，所述调制器120的数量可为多个，也就是说所述光子芯片100上与所述调制器120的输入端通过光波导连接的光子芯片光输入端110的数量也对应为多个，对应的所述光子芯片光输出端130的数量也为多个。例如，所述调制器120为马赫-曾德尔调制器，这种情况下单个所述调制器120的输出端为2个，所述调制器120的输入端为1个，所述调制器120的数量为N个(其中N为正整数)，则所述光子芯片光输入端110的数量为N个，N个所述调制器120的输出端一共为2N个，对应的所述光子芯片光输出端130的数量也为2N个。当然，所述调制器可不相同，即不都为马赫-曾德尔调制器，此时对应的所述光子芯片光输出端130的数量与单个调制器的输出端的数量有关，也与所述调制器120的数量有关。
本实施例还提供一种耦合装置，包括：光子芯片100和光电探测器200，所述光子芯片100包括光子芯片光输入端110、调制器120和光子芯片光输出端130，所述光子芯片光输入端110与所述调制器120的输入端通过光波导连接，所述调制器120的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端130与所述调制器120的输出端通过光波导一一对应连接，所述光电探测器200用于接收所述光子芯片光输出端130的出射光信号。
所述光电探测器200为一个大面积光电探测器200或者为多个分立的光电探测器200，且当多个探测器为多个分立的光电探测器200时，所述光电探测器200的数量与所述光子芯片光输出端130的数量相等，且所述光电探测器200与所述光子芯片光输出端130一一对应。
所述光模块还包括激光芯片和透镜组，所述激光芯片产生的激光经过透镜组后从光子芯片光输入端110进入光子芯片100内，从光子芯片光输出端130出射后进入光电探测器200。
参考图2和图3，图2是本实用新型实施例中耦合系统的一种结构示意图，图3是本实用新型实施例中耦合系统的另一种结构示意图，本实施例还提供一种耦合系统，包括：工作平台510；设置在所述工作平台510上用于支撑激光芯片及其透镜组的第一活动装置520；设置在所述工作平台510上用于支撑光子芯片100的第二活动装置530；用于夹持所述光电探测器200的夹持装置540；设置在所述工作平台510上用于支撑所述夹持装置540的第三活动装置550；以及用于获取光模块的图像信息的图像获取装置560；其中，所述第二活动装置530位于所述第一活动装置520和所述第三活动装置550之间。
本实施例中，所述第一活动装置520、第二活动装置530和所述第三活动装置550具有三维调整功能。在其它的实施例中，所述第一活动装置520、第二活动装置530和所述第三活动装置550可具有三维以上的调整功能。
所述图像获取装置560为CCD，通过设置CCD获取光模块的上部和侧面的图像信息，从而便于准确对准位置，避免器件间损伤。
所述工作平台510具有防震功能。
采用所述光模块耦合装置进行光模块耦合的过程如下：
首先，将激光芯片及其透镜组固定在第一活动装置520上，将光子芯片100固定在第二活动装置530上，将光电探测器200固定在夹持装置540上，并将夹持装置540固定在第三活动装置550上，然后结合CCD显示的图像信息，调整第一活动装置520、第二活动装置530和所述第三活动装置550，以使激光芯片、透镜组、光子芯片100和光电探测器200水平，并使激光芯片及其透镜组与光子芯片100同轴放置，光子芯片100与光电探测器200同轴设置。
然后，驱动激光芯片出光，使激光芯片输出稳定波长及功率的光束，光束经过透镜组照射到光子芯片100上，在此同时读取光电探测器200信号大小。微调光电探测器200的位置以得到在不移动激光芯片及其透镜组位置的状况下，光电探测器200可接收的最大光强位置并固定光电探测器200的位置。
其次，持续观察光电探测器200获得的信号的大小，使用第一活动装置520调整激光芯片及其透镜组位置，使得光进入光子芯片100并从光子芯片100射出，并读取光电探测器200信号。经过不断调整后，使光电探测器200获得的光信号最大，进而将激光芯片及其透镜组与光子芯片100的位置固定，完成硅光芯片耦合。
其中，在调整第一活动装置520的位置时，可通过手动的方式或者自动方式进行调整。
上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (9)
1.一种光子芯片，其特征在于，包括：光子芯片光输入端、调制器和光子芯片光输出端，所述光子芯片光输入端与所述调制器的输入端通过光波导连接，所述调制器的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端与所述调制器的输出端通过光波导一一对应连接。
2.如权利要求1所述的光子芯片，其特征在于，所述调制器为马赫-曾德尔调制器。
3.如权利要求2所述的光子芯片，其特征在于，所述调制器包括第一耦合器、第二耦合器、光波导、第一相移器和第二相移器，所述光子芯片光输入端与所述第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的两个输出端通过光波导分别与所述第一相移器和所述第二相移器的输入端连接，所述第一相移器和所述第二相移器的输出端通过光波导与所述第二耦合器的输入端连接，所述第二耦合器的两个光输出端与所述光子芯片光输出端通过光波导连接。
4.如权利要求1所述的光子芯片，其特征在于，所述光子芯片的各路所述光子芯片光输出端互相平行，且相邻的所述光子芯片光输出端之间的距离小于0.3mm。
5.如权利要求1所述的光子芯片，其特征在于，所述光子芯片为硅基光子芯片。
6.如权利要求1所述的光子芯片，其特征在于，所述调制器的数量为一个或者多个。
7.一种耦合装置，其特征在于，包括：光子芯片和光电探测器，所述光子芯片包括光子芯片光输入端、调制器和光子芯片光输出端，所述光子芯片光输入端与所述调制器的输入端通过光波导连接，所述调制器的输出端的数量为至少两个，所述光子芯片光输出端与所述调制器的输出端通过光波导一一对应连接，所述光电探测器用于接收所述光子芯片光输出端的出射光信号。
8.如权利要求7所述的耦合装置，其特征在于，所述光电探测器为一个大面积光电探测器或者为多个分立的光电探测器。
9.如权利要求7所述的耦合装置，其特征在于，还包括激光芯片和透镜组，所述激光芯片产生的激光经过透镜组后从光子芯片光输入端进入光子芯片内，由光子芯片光输出端出射后进入光电探测器。
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|---|---|---|---|---|
| CN116743266A (zh) * | 2023-08-15 | 2023-09-12 | 北京弘光向尚科技有限公司 | 一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统及方法 |
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| CN116743266B (zh) * | 2023-08-15 | 2023-10-20 | 北京弘光向尚科技有限公司 | 一种可配置的光子芯片光输入信号路由系统及方法 |
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