DE102018214807A1 - Photonic system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein photonisches System, umfassend einen integrierten photonischen Schaltkreis, der zumindest einen thermisch sensitiven Bereich aufweist, zumindest eine Lichtquelle, welche mit dem integrierten photonischen Schaltkreis verbunden ist, und eine Wärmeleitungseinrichtung, die ausgebildet ist, in zumindest einer Richtung einen Wärmefluss in Richtung des thermisch sensitiven Bereichs ausgehend von der Lichtquelle im integrierten photonischen Schaltkreis zumindest teilweise, insbesondere überwiegend zu verhindern.The invention relates to a photonic system comprising an integrated photonic circuit which has at least one thermally sensitive region, at least one light source which is connected to the integrated photonic circuit, and a heat conduction device which is designed to flow heat in at least one direction of the thermally sensitive area starting from the light source in the integrated photonic circuit at least partially, in particular predominantly to be prevented.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein photonisches System.The invention relates to a photonic system.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines photonischen Systems.The invention further relates to a method for producing a photonic system.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt geworden, Licht über Lichtwellenleiter in einen Chip einzukoppeln, wobei hier entweder ein sogenanntes edge coupling, also ein Einkoppeln von Licht an der Chipkante oder ein sogenanntes grating coupling, also ein Einkoppeln auf Gitterkopplern von oben auf die Chipfläche, eingesetzt werden können. Beim edge coupling muss eine hohe Positioniergenauigkeit eingehalten werden, um die maximale Lichtleistung in einen photonischen integrierten Schaltkreis, kurz PIC für photonic integrated circuit, zu übertragen. Beim grating coupling muss zusätzlich zur lateralen Positionierung der Lichtwellenleiter, diese in einem bestimmten Winkel zur Chipfläche, beispielsweise 8° aus der Normalen, auf den Chip ausgerichtet werden, wobei hier ein aktives Ausrichtungsverfahren eingesetzt wird. Als Lichtquellen für das Licht können in bekannter Weise Kantenemitter oder Vertikalemitter, VCSEL, verwendet werden.It has become known to couple light into a chip via optical waveguides, it being possible here to use either a so-called edge coupling, i.e. coupling light on the chip edge, or a so-called grating coupling, i.e. coupling onto grating couplers from above onto the chip surface. With edge coupling, high positioning accuracy must be maintained in order to transfer the maximum light output into a photonic integrated circuit, or PIC for short, for photonic integrated circuit. In the case of grating coupling, in addition to the lateral positioning of the optical waveguides, they have to be aligned with the chip at a certain angle to the chip surface, for example 8 ° from the normal, an active alignment method being used here. Edge emitters or vertical emitters, VCSEL, can be used in a known manner as light sources for the light.
In einem miniaturisierten photonischen System kann die Lichtquelle direkt auf oder in dem photonisch integrierten Schaltkreis angeordnet werden.In a miniaturized photonic system, the light source can be arranged directly on or in the photonically integrated circuit.
Für minimale optische Verluste wird die Lichtquelle, beispielsweise ein oder mehrere Laser direkt in den PIC integriert. Soll die Wellenlänge des Lichts beispielsweise für LIDAR-Anwendungen für Anwendung von FMCW, also Frequency Modulated Continuous Wave, moduliert werden, so werden insbesondere die eine oder mehrere Lichtquellen in den photonischen integrierten Schaltkreis integriert.The light source, for example one or more lasers, is integrated directly into the PIC for minimal optical losses. If the wavelength of light is to be modulated, for example, for LIDAR applications for the use of FMCW, that is to say frequency-modulated continuous wave, the one or more light sources in particular are integrated into the photonic integrated circuit.
Bei heterogener oder monolithischer Integration der Lichtquelle auf bzw. in den PIC entsteht Wärme aufgrund der thermischen Verluste der Lichtquellen. Die Funktion von photonischen Strukturen in dem photonischen integrierten Schaltkreis ist stark temperaturabhängig und deshalb sensitiv gegenüber Temperaturschwankungen und Temperaturgradienten. Zum einen kann beispielsweise die Emissionswellenlänge eines Lasers durch Temperaturschwankungen verschoben werden, zum anderen ändert sich der Brechungsindex der photonischen Werkstoffe bei Änderungen der Temperatur. Um die Wärme abführen zu können, ist es bekannt geworden, den photonisch integrierten Schaltkreis auf ein Substrat aus Keramik aufzubringen, da Keramiken unter anderem gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen. Auch ist es bekannt geworden, Substrate aktiv kühlen und/oder zu beheizen, um die photonischen Systeme auf möglichst definiertem Temperaturniveau zu halten.With heterogeneous or monolithic integration of the light source on or in the PIC, heat is generated due to the thermal losses of the light sources. The function of photonic structures in the photonic integrated circuit is strongly temperature-dependent and therefore sensitive to temperature fluctuations and temperature gradients. On the one hand, the emission wavelength of a laser can be shifted by temperature fluctuations, on the other hand, the refractive index of the photonic materials changes with changes in temperature. In order to be able to dissipate the heat, it has become known to apply the photonically integrated circuit to a ceramic substrate, since ceramics have good thermal conductivity properties, among other things. It has also become known to actively cool and / or heat substrates in order to keep the photonic systems at a temperature level that is as defined as possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein photonisches System bereit, umfassend einen integrierten photonischen Schaltkreis, der zumindest einen temperatursensitiven Bereich aufweist, zumindest eine Lichtquelle, welche mit dem integrierten photonischen Schaltkreis verbunden ist, und eine Wärmeleitungseinrichtung, die ausgebildet ist, in zumindest einer Richtung einen Wärmefluss in Richtung des thermisch sensitiven Bereichs ausgehend von der Lichtquelle im integrierten photonischen Schaltkreis zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, zu verhindern.In one embodiment, the invention provides a photonic system comprising an integrated photonic circuit which has at least one temperature-sensitive region, at least one light source which is connected to the integrated photonic circuit, and a heat conduction device which is embodied in at least one direction To prevent heat flow in the direction of the thermally sensitive region from the light source in the integrated photonic circuit at least partially, in particular predominantly.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines photonischen Systems bereit, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen eines integrierten photonischen Schaltkreises, der zumindest einen thermisch sensitiven Bereich aufweist, auf einem Substrat,
- - Bereitstellen zumindest einer Lichtquelle, welche mit dem integrierten photonischen Schaltkreis verbunden wird,
- - Bereitstellen einer Wärmeleitungseinrichtung, die ausgebildet wird, in zumindest einer Richtung einen Wärmefluss in Richtung des thermisch sensitiven Bereichs ausgehend von der Lichtquelle im integrierten photonischen Schaltkreis zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, zu verhindern.
- Providing an integrated photonic circuit, which has at least one thermally sensitive region, on a substrate,
- Providing at least one light source which is connected to the integrated photonic circuit,
- - Providing a heat conduction device that is designed to at least partially, in particular predominantly, prevent heat flow in at least one direction in the direction of the thermally sensitive region, starting from the light source in the integrated photonic circuit.
Unter dem Begriff „thermisch sensitiver Bereich“ ist insbesondere ein Gebiet, eine Region, ein Bereich oder dergleichen zu verstehen, welcher bei einer Temperaturveränderung, insbesondere Erhöhung einen vorzugsweise negativen oder unerwünschten Einfluss, Effekt oder dergleichen auf eine oder mehrere Komponenten des photonischen Systems hat.The term “thermally sensitive area” is to be understood in particular to mean an area, a region, an area or the like which has a preferably negative or undesirable influence, effect or the like on one or more components of the photonic system when the temperature changes, in particular increases.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass ein kompaktes und kostengünstiges photonisches System mit verbesserter Wärmeableitung und einer verbesserten, also robusteren, Temperaturabhängigkeit bereitgestellt wird. Mit anderen Worten werden temperatursensitive Bereiche des photonischen integrierten Schaltkreises von der Verlustwärme der Lichtquelle zumindest teilweise entkoppelt. Ein weiterer Vorteil ist die serientaugliche Herstellung und Montage.One of the advantages thus achieved is that a compact and inexpensive photonic system with improved heat dissipation and an improved, that is to say more robust, temperature dependence is provided. In other words, temperature-sensitive areas of the photonic integrated circuit are at least partially decoupled from the heat loss of the light source. Another advantage is series production and assembly.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or become apparent thereby.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wärmeleitungseinrichtung eine Begrenzung im integrierten photonischen Schaltkreis. Damit wird auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise ein Wärmefluss zum thermisch sensitiven Bereich des photonischen integrierten Schaltkreis hin vermieden. According to an advantageous development, the heat conduction device includes a limitation in the integrated photonic circuit. A heat flow to the thermally sensitive region of the photonic integrated circuit is thus avoided in a simple and at the same time reliable manner.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich die Wärmeleitungseinrichtung ausgehend von der der Lichtquelle abgewandten Seite des integrierten photonischen Schaltkreises in diesen. Auf diese Weise kann die Lichtquelle beispielsweise auf der Oberseite, die Wärmeleitungseinrichtung von der Rückseite her hergestellt werden, sodass insgesamt die Herstellung vereinfacht wird.According to a further advantageous development, the heat conduction device extends from the side of the integrated photonic circuit facing away from the light source into the latter. In this way, the light source can be produced, for example, on the upper side, and the heat conduction device can be produced from the rear, so that overall the production is simplified.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Wärmeleitungseinrichtung in Form eines Grabens ausgebildet. Damit wird eine besonders einfache Wärmeleitungseinrichtung zur Verfügung gestellt.According to a further advantageous development, the heat conduction device is designed in the form of a trench. This provides a particularly simple heat conduction device.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umgibt die Wärmeleitungseinrichtung zumindest eine Lichtquelle zumindest teilweise. Damit wird auf besonders zuverlässige Weise eine Lenkung des Wärmeflusses weg vom thermisch sensitiven Bereich des photonischen integrierten Schaltkreises ermöglicht.According to a further advantageous development, the heat conduction device at least partially surrounds at least one light source. This enables the heat flow to be directed away from the thermally sensitive region of the photonic integrated circuit in a particularly reliable manner.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Wärmeleitungseinrichtung mehrere voneinander getrennte Bereiche auf. Damit wird auf zuverlässige Weise der Wärmefluss in eine gewünschte Richtung gelenkt, ohne dass die mechanische Stabilität des photonischen Systems insgesamt wesentlich herabgesetzt wird.According to a further advantageous development, the heat conduction device has a plurality of regions which are separate from one another. This reliably directs the heat flow in a desired direction without significantly reducing the overall mechanical stability of the photonic system.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Wärmeleitungseinrichtung kreissegmentförmig und/oder U-förmig ausgebildet. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass sie einfach herstellbar ist. Darüber hinaus ist ein Vorteil, dass eine zuverlässige Richtung für den Wärmefluss vorgebbar ist und dieser zuverlässig vom thermisch sensitiven Bereich weg- oder abgeleitet werden kann.According to a further advantageous development, the heat conduction device is designed in the form of a segment of a circle and / or U-shaped. One of the advantages achieved is that it is easy to manufacture. In addition, it is an advantage that a reliable direction for the heat flow can be predetermined and this can be reliably removed or derived from the thermally sensitive area.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Wärmeleitungseinrichtung mehrere Bereiche auf, welche in unterschiedlichen Abständen zur zumindest einen Lichtquelle angeordnet sind. Damit wird der Wärmefluss in noch zuverlässigerer Weise vom thermisch sensitiven Bereich weggeleitet beziehungsweise von diesem ferngehalten.According to a further advantageous development, the heat conduction device has a plurality of regions which are arranged at different distances from the at least one light source. The heat flow is thus conducted away from the thermally sensitive area in an even more reliable manner or is kept away from it.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die mehreren Bereiche, die in unterschiedlichen Abständen angeordnet sind, die gleiche Form auf, jedoch sind diese zueinander verdreht angeordnet. Damit wird die Zuverlässigkeit bei der Verhinderung des Wärmeflusses in Richtung des thermisch sensitiven Bereichs erhöht. Dabei wird gleichzeitig die mechanische Stabilität des photonischen Systems nicht wesentlich vermindert.According to a further advantageous development, the plurality of regions which are arranged at different distances have the same shape, but these are arranged rotated relative to one another. This increases the reliability in preventing heat flow in the direction of the thermally sensitive area. At the same time, the mechanical stability of the photonic system is not significantly reduced.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.Preferred embodiments and embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components or elements.
FigurenlisteFigure list
Dabei zeigt in schematischer Form
-
1 ein photonisches System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; -
2 Teile von photonischen Systemen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; -
3 Teile eines photonischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
4 Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 a photonic system according to an embodiment of the present invention; -
2 Parts of photonic systems according to embodiments of the present invention; -
3 Parts of a photonic system according to an embodiment of the present invention; and -
4 Steps of a method according to an embodiment of the present invention.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Im Detail sind in
Auf der linken Seite der
In der Mitte der
Auf der rechten Seite der
In
In
Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt
Weiter erfolgt in einem zweiten Schritt
Weiter erfolgt in einem dritten Schritt
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen zumindest einen der folgenden Vorteile auf:
- - Kostengünstige Herstellung.
- - Kompaktes photonisches System.
- - Gute Entwärmung des photonischen Systems.
- - Serientaugliche Herstellung.
- - Zuverlässiges Betreiben des photonischen Systems.
- - Inexpensive manufacture.
- - Compact photonic system.
- - Good cooling of the photonic system.
- - Production-ready production.
- - Reliable operation of the photonic system.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted to these but can be modified in a variety of ways.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018214807.4A DE102018214807A1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Photonic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018214807.4A DE102018214807A1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Photonic system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102018214807A1 true DE102018214807A1 (en) | 2020-03-05 |
Family
ID=69527362
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018214807.4A Ceased DE102018214807A1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Photonic system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018214807A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023020735A1 (en) * | 2021-08-16 | 2023-02-23 | Robert Bosch Gmbh | Packaging arrangement and lidar system |
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2018
- 2018-08-31 DE DE102018214807.4A patent/DE102018214807A1/en not_active Ceased
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Legal Events
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