光學中介件的制作方法
【專利摘要】一種光學中介件(100)包括一階衍射光柵耦合器(104)陣列，用于將單模VCSEL(121)陣列發(fā)射的光耦合到光學波導(103)中，所述被發(fā)射的光基本上垂直于所述光學波導(103)；用于將所述光折射至少4度的器件(130)；輸出端口(102)陣列，用于將來自所述光學波導(103)的光以光學方式耦合到光纖陣列或其它光學元件陣列中；以及所述光學波導(103)，用于連接所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列和所述輸出端口陣列(102)以將來自所述衍射光柵(104)的所述光路由到所述輸出端口(102)中。
【專利說明】光學中介件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將單模垂直腔面放射激光器(VCSEL)耦合到光子集成電路(PIC)或光纖，VCSEL為一類發(fā)射垂直于晶圓表面的光的器件。具體而言，本發(fā)明涉及利用光學中介件來增加陣列中單模VCSEL的密度。

【背景技術(shù)】
[0002]超級電腦和數(shù)據(jù)中心推動了對高互聯(lián)帶寬的需求，因為高互聯(lián)帶寬通常促使在實際計算中更為高效地使用微處理器。若距離大于20m，電互聯(lián)是不切實際的，如今光學通常用于這些距離更長的機架到機架的互聯(lián)。由于這些光學互聯(lián)的成本下降，光學互聯(lián)甚至將接替單板到單板的互聯(lián)，最終接替片上互聯(lián)。這些光學互聯(lián)往往采用并聯(lián)光纖架構(gòu)，而不是以不斷增長的比特率運行。這產(chǎn)生了對多個激光源的需要。滿足這種需求的最為引人注目的器件之一是VCSEL，因為其功耗低、尺寸小并適合于晶圓測試。
[0003]在Ray T.Chen等作者在IEEE會議錄2000年6月第88期第6卷中發(fā)表的文章“全嵌入式單板級導波光電互聯(lián)(Fully Embedded Board-Level Guided-Wave OptoelectronicInterconnects) ”中，描述了單板級的光學互聯(lián)，其用于將來自VCSEL的光I禹合到波導中，隨后耦合到硅MSM光檢測器(photodetector)中。如段落“II1.薄膜波導耦合器”中所示，該文章試圖解決表面法線(surface-normal) I比I單板級稱合到波導中的問題。Chen等人未揭示或教示硅級耦合并且本文所研究的表面法線或90度垂直耦合涉及大量光學損耗。
[0004]通過將VCSEL的基板(substrate)直接或間接附接到含有波導的另一基板來安裝單個VCSEL或VCSEL陣列?；蹇蔀椴ＡА⒐?、InP、GaAs等。VCSEL通常以覆晶(flip-chip)方式安裝，即垂直翻轉(zhuǎn)VCSEL以向光耦合器件展示激光，光耦合器件包括平面波導(planarwaveguide)、反射鏡(mirror)、光學檢測器(optical detector)、衍射光柵(diffract1ngrating)等。
[0005]WO 2009/141332揭示了用于通過硅光子集成電路上的衍射光柵在VCSEL和波導之間耦合光的集成光子器件。VCSEL和波導之間的基本上垂直的耦合有利于光纖安裝并降低了封裝成本。
[0006]第2011/133063號美國專利申請案和D.Balaraman等作者撰寫的文章“有機單板或封裝上的芯片到芯片的光電 S0P(Chip-to_Chip Optoelectronics SOP on OrganicBoards or Packages) ”描述了單個VCSEL的光耦合到波導中的其它現(xiàn)有技術(shù)解決方案。除了將來自單個VCSEL的光耦合到導波中這個事實，以及密度問題并未解決之外，這些現(xiàn)有技術(shù)方案還實施了表面法線耦合，即涉及大量損耗的90度垂直耦合。
[0007]隨著在同一系統(tǒng)中用作多個源的VCSEL的數(shù)目增加，最好能夠縮放VCSEL的尺寸。尤其是隨著VCSEL功耗的降低(由于使用VCSEL的距離變短并且VCSEL設計改善)，以及使用更為有效的方式對產(chǎn)生的熱量進行散熱，所以最好再縮小VCSEL的尺寸。
[0008]遺憾的是，VCSEL或VCSEL陣列的尺寸迄今為止尚不能縮放。這是必須要找到一種方法將來自VCSEL陣列的光耦合到光纖中的原因。如今，VCSEL陣列通過將光纖陣列直接放置在VCSEL陣列之上或者使用反射鏡陣列將光旋轉(zhuǎn)90度來耦合到光纖。有時對光纖端進行微加工(micro-machine)和處理以將反射鏡集成到光纖頭中。在多數(shù)情況下，I禹合損耗通過使用光學路徑中的透鏡陣列得以改善。在所有情況下，耦合器件的間距(pitch)由光纖間距決定。如今，行業(yè)標準為250um，但是如客戶有特別要求也可使用稍微更小的間距。
[0009]在發(fā)明名稱為“共振腔增強型VCSEL/波導光柵耦合器(ResonantCavity Enhanced VCSEL/ffaveguide Grating Coupler)” 的第 6829286 號美國專利案和在文章“用于容錯、自選路由的光網(wǎng)絡的高集成、基于VCSEL的光電器件(Highly-1ntegrated, VCSEL-Based Optoelectronics for Fault-Tolerant, Self-RoutingOptical Networks)”中，P.S.Guilfoyle等發(fā)明人/作者描述了用于將來自VCSEL陣列的光率禹合到光纖陣列中的光稱合器。Guilfoyle等人描述的光稱合器包括兩個反射鏡(例如，參見US6829286的第2欄第4行和權(quán)利要求1)和兩個反射鏡之間的共振腔中的表面法線光柵結(jié)構(gòu)(例如參見US6829286的第2欄第2行、圖2至8、圖34和35、圖39至41A和權(quán)利要求11)以將光垂直I禹合到波導中或?qū)⒐獯怪盜禹合出波導。US6829286中揭不的光I禹合器相當復雜，因為其需要兩個反射鏡，并且其耦合效率有限，因為光耦合器通過將VCSEL光以90度耦合到波導中的表面法線光柵結(jié)構(gòu)實施垂直耦合，這無可避免地涉及到大量損耗。如第2欄第28至32行所示，US6829286還利用了多模VCSEL，其進一步降低了效率，因為這種多模VCSEL消耗了過多功率。
[0010]直到不久之前，某些集成電路(IC)的尺寸才受到其焊盤(bond pad)尺寸的限制。用于連接IC的焊線需要最小尺寸的焊盤和與相鄰焊線的最小間隔，并且這些焊線通常位于IC的邊緣周圍以最小化焊線長度。具有重分布層(redistribut1n layer)和娃穿孔(Through Silicon Vias)的娃中介件的出現(xiàn)改變了這種情況?？稍O計IC使其具有焊盤和凸塊(明顯小于焊線接合的焊盤)并且焊盤可以安置在芯片上的任意位置。IC隨后可以覆晶方式安裝在硅中介件上，該硅中介件將信號‘重分布’或擴散到中介件反面的更大的焊盤上。通過這種方式，‘昂貴的’ IC的尺寸被最小化。
[0011]以與IC的尺寸受到電信號離開芯片所需的區(qū)域的限制相同的方式，VCSEL陣列的尺寸受到接收來自VCSEL的光輸出所需的區(qū)域的限制。
[0012]本發(fā)明的一個目標在于揭示一種布置，該布置將來自VCSEL陣列的光耦合到波導中并且隨后將光路由到可以連接到標準光纖陣列的輸出端口，這種布置克服了上面確定的現(xiàn)有解決方案的技術(shù)問題。具體而言，一個目標是揭不一種位于VCSEL和光學波導之間的硅級光耦合器，該硅級光耦合器為高度可再生的并且與現(xiàn)有解決方案相比，在降低功耗方面提高了效率，具有更高的可實現(xiàn)密度以及降低了光學耦合損耗。
[0013]本發(fā)明的另一目標在于公開一種改進的布置，該布置用于使用衍射光柵耦合器將來自布置為陣列形式的多個VCSEL的光耦合到集成在光學中介件中的波導中，多個VCSEL發(fā)射與芯片平面垂直或近似垂直的光。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明，上述目標通過權(quán)利要求1所述的光學中介件實現(xiàn)，所述光學中介件包括:
[0015]a.一階衍射光柵耦合器陣列，用于將單模垂直腔面放射激光器或VCSEL陣列發(fā)射的光耦合到光學波導中，所述被發(fā)射的光基本上垂直于所述光學波導；
[0016]b.用于從發(fā)射所述光的所述基本垂直的方向?qū)⑺龉庹凵渲辽?度的器件，其中所述器件置于所述單模VCSEL陣列和所述一階衍射光柵耦合器陣列之間。
[0017]c.輸出端口陣列,用于將來自所述光學波導的光以光學方式I禹合到光纖陣列或其它光學元件陣列中；以及
[0018]d.所述光學波導，用于將所述一階衍射光柵耦合器陣列耦合到所述輸出端口陣列以將來自所述一階衍射光柵的所述光路由到所述輸出端口中。
[0019]因此，集成在芯片中的根據(jù)本發(fā)明的光子器件包括第一組光子波導，每個光子波導連接到一階衍射光柵耦合器的一端。多個一階衍射光柵耦合器布置為一個陣列。所述一階衍射光柵耦合器用于將接收到的光以偏離所述表面法線方向至少4度的角度衍射到所述芯片平面中的所述光子波導中。由于使用了一階光柵以及合適的偏離理想法線方向的角度，耦合效率大幅提升。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件還利用一階衍射光柵耦合器將來自單模VCSEL的光耦合到所述光學波導中。使用這類一階衍射光柵耦合器，例如在作者為StefanStankowski的文章“光柵稱合器一物理學和工程學的邊界處的現(xiàn)代物理學(GratingCouplers-Modern Physics at the Border Between Physics and Engineering)，，中已知，以及單模VCSEL增強了所述光學中介件的可再生性并且降低了功耗，尤其當信號沿著光纖發(fā)送超過100米的距離時。
[0021]一階折射比各種現(xiàn)有技術(shù)解決方案中已知的表面法線衍射更為有效，所述表面法線衍射涉及約50%的光學損耗，除非使用了反射鏡和相位控制。然而，所述一階折射需要將來自所述單模VCSEL的所述光折射至少4度。具體角度取決于所述一階光柵的設計，并且可以通過上述引用的文章中Stefan Stankowski給出的公式推算得出。在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件，通過中間折射器件或部件實現(xiàn)折射。這種器件的一個示例是光楔或棱鏡。替代性的折射器件為例如菲涅爾透鏡，或者厚度均勻但有效折射率可變的透鏡。在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件的優(yōu)選實施例中，將所述VCSEL光折射至少8度。在另一優(yōu)選實施例中，將所述光折射至少12度。
[0022]應注意，根據(jù)本發(fā)明的所述集成光子器件可以可選地包括含有一個或多個(無源或有源)光學功能的光子集成電路(PIC)以通過某種方式處理所述光子波導中的所述光。適當時，所述第一組光子波導將連接到所述Pic的輸入端。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的所述集成光子器件還包括一種機械結(jié)構(gòu)，所述機械結(jié)構(gòu)在相對所述光學中介件的位置處物理上支撐所述VCSEL陣列；以及電互聯(lián)，用于將驅(qū)動信號從產(chǎn)生驅(qū)動信號的位置或從驅(qū)動信號被帶到所述中介件上的位置路由到所述VCSEL陣列，所述驅(qū)動信號為驅(qū)動所述VCSEL陣列所必需。
[0024]術(shù)語“集成”意味著所述光學中介件中包含的所有元件均在相同芯片上制造。
[0025]所述輸出端口被合適地間隔開以連接到光纖陣列。
[0026]總的來說，本發(fā)明涉及高密度的“光學中介件”，其使用一階衍射光柵將來自密集單模VCSEL陣列的光耦合到光學波導中并隨后將所述光路由到輸出端口，所述輸出端口被合適地間隔開這樣它們可以連接到標準光纖陣列。由于所述一階衍射光柵通常小于20平方微米，有可能將一階衍射光柵陣列以明顯小于在現(xiàn)有技術(shù)中使用光纖陣列或反射鏡布置可達到的間距進行布置。所述陣列可以很容易地以2D模式進行布置。因此，所述單模VCSEL陣列可以非常密集，但仍然與‘行業(yè)標準’光纖陣列連接。此外，單模VCSEL的使用降低了功耗并且一階衍射光柵的使用增強了光學耦合效率、總體結(jié)構(gòu)保持簡單，不需要反射鏡、相位校正或可能復雜化光學中介件的可再生性的其它部件。
[0027]較小的單模VCSEL陣列，現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明很容易連接到光纖陣列，具有很多優(yōu)點。
[0028]第一，每個晶圓上的單模VCSEL的數(shù)目增加，這樣使得光學部件價格更低。由于II1-V族材料和處理非常昂貴，這樣可以造成巨大差別，甚至造成總系統(tǒng)成本的巨大差別。
[0029]第二，存在產(chǎn)率問題，收率通常是區(qū)域相關(guān)的，因為其與材料相關(guān)。在具有多個激光器的陣列中，所有激光器均必須工作或者該陣列是無用的。所以不僅晶圓上的每個單模VCSEL陣列價格下降，而且待工作的單模VCSEL的百分比上升。
[0030]第二，由于娃和II1-V族材料之間的熱膨脹失配,在具有其中一種材料覆晶在另一材料之上的系統(tǒng)中，在熱失配成為問題之前，存在某個最大尺寸。使用更為密集的陣列意味著在該尺寸下可以安裝更多的激光源。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的所述“光學中介件”可以在許多不同的基板上制造。為了制造高效的一階衍射光柵耦合器，波導材料和包覆材料需要足夠的折射率對比度(通常大于20% )。典型的材料組合包括硅/ 二氧化硅、氮化硅/ 二氧化硅、氮氧化硅/ 二氧化硅、氧化鉭/ 二氧化硅、或兩種合適的聚合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想出更多組合，上述僅為一些示例。
[0032]可提出一階衍射光柵，其通過薄膜被部分蝕刻或完全蝕刻。在另一項實施例中，可使用與所述光柵平行并位于所述光柵(光發(fā)起側(cè)的相反側(cè))后面特定距離的反射元件以進一步增強光學耦合效率。
[0033]支撐所述一階衍射光柵和波導的所述基板還可包括電中介件，例如以避免電串音問題，或者允許IC (例如，VCSEL驅(qū)動器)之上的3D堆棧。
[0034]在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件的優(yōu)選實施例中，如權(quán)利要求2所述，從所述輸出端口陣列到所述光纖陣列或其它光學元件陣列中的光耦合為“平面外”或“平面內(nèi)”耦合。換言之，所述輸出端口可與所述芯片的平均平面垂直(或接近垂直)或水平布置。
[0035]進一步如權(quán)利要求3所述，所述輸出端口陣列中的所述輸出端口被間隔開以連接到光纖陣列或其它光學元件陣列中的各個光纖或其它光學元件。此處應注意，所述輸出端口之間必須有足夠的間隔以允許所述光纖與所述輸出端口連接。
[0036]在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件的優(yōu)選實施例中，如權(quán)利要求4所述，所述一階衍射光柵耦合器陣列中的一階衍射光柵被間隔開以連接到所述單模VCSEL陣列中的各個單模VCSEL。所述單模VCSEL陣列的位置相對于用于連接電信號路由的所述光學中介件而布置。單模VCSEL優(yōu)選地如 申請人:的第EP11160547.3號專利申請“VCSEL的基座布置(asubmount arrangement for VCSELs) ” 中所述進行安裝。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件的優(yōu)選實施例中，如權(quán)利要求5所述，所述單模VCSEL陣列的間距和/或所述光纖陣列的間距不一致，和/或光纖陣列中的光纖為多芯光纖。
[0038]在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件的另一實施例中，如權(quán)利要求6所述，多個單模VCSEL陣列和/或多個光纖陣列連接到所述中介件。
[0039]在上文中，兩個元件之間的術(shù)語“和/或”意味著兩個元件之一或兩個元件。
[0040]進一步如權(quán)利要求7所述，所述單模VCSEL陣列的間距小于250微米。
[0041]有可能在同一芯片的單模VCSEL陣列和輸出光纖之間增加額外的集成電路。
[0042]可選地，所述光學中介件可包括一個或多個光處理功能，用于將來自所述一階衍射光柵耦合器的光耦合到所述輸出端口。這樣，所述單模VCSEL陣列還可用作光子集成電路(PIC)的多個激光源。
[0043]在根據(jù)本發(fā)明的所述光學中介件的一項實施例中，如權(quán)利要求8所述，一個或多個光學功能集成在所述一階衍射光柵耦合器陣列和所述輸出端口陣列之間。
[0044]在另一項實施例中，如權(quán)利要求9所述,一個或多個電功能集成在所述光學中介件中。
[0045]除權(quán)利要求1所述的光學中介件之外，本發(fā)明提供了用于在單模垂直腔面放射激光器或VCSEL陣列和光纖陣列或其它光學元件陣列之間耦合光的對應方法，所述方法如權(quán)利要求10所述并包括:
[0046]a.將所述單模VCSEL陣列發(fā)射的光耦合到一階衍射光柵耦合器陣列中，所述單模VCSEL陣列發(fā)射的所述光的方向基本上與耦合到所述一階衍射光柵耦合器陣列的光學波導垂直。
[0047]b.在所述單模VCSEL陣列和所述一階衍射光柵耦合器陣列之間從發(fā)射所述光的所述基本垂直的方向?qū)⑺龉庹凵渲辽?度；
[0048]c.將來自所述一階衍射光柵耦合器陣列的所述光耦合到光學波導中；
[0049]d.通過所述光學波導將所述光耦合到輸出端口陣列；以及
[0050]e.將來自所述輸出端口陣列的所述光耦合到所述光纖陣列或其它光學元件陣列中。
[0051]在實施例中，如權(quán)利要求11所述，所述方法還包括以下步驟:通過所述一階衍射光柵稱合器陣列和所述輸出端口之間的一個或多個光學功能稱合所述光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1a示出了組成根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例的一部分的單個元件100，其包括光楔、一階光柵和導波。
[0053]圖1b示出了根據(jù)圖1a的發(fā)明的光學中介件的實施例中的一階衍射光柵陣列、光學波導和輸出端口陣列的俯視圖，圖1c示出了其3D圖，其中為了清晰起見，僅顯示了光學電路。
[0054]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例中的用于將光耦合到波導中的一階衍射光柵的一個示例的橫截面視圖；
[0055]圖3示出了用于設計根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的三個實施例中使用的一階衍射光柵的較高折射率材料部分的三種選項的橫截面視圖；
[0056]圖4示出了具有水平輸出耦合的根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例的俯視圖；
[0057]圖5示出了不具有上包覆的根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例中的輸出耦合器的3D圖；
[0058]圖6示出了圖5的實施例的懸臂耦合器的橫截面視圖；
[0059]圖7是在根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例中在輸入一階衍射光柵和輸出耦合器之間引入的光學功能的示例的功能圖；以及
[0060]圖8示出了具有一階衍射光柵耦合器的根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例的橫截面視圖，所述光學中介件支持單模VCSEL和單模VCSEL周圍的氣密密封。

【具體實施方式】
[0061]參考符號由附圖編號和部件編號指示。每個部件盡可能在不同的附圖中保留其部件編號。
[0062]圖1a所示為根據(jù)本發(fā)明的光學中介件中的單個元件100，該元件包括一階衍射光柵104，用于折射從單模VCSEL121接收到的光的光楔130，以及將一階衍射光柵104耦合到輸出端口的光學波導103,輸出端口未在圖1a中不出但是集成在光學中介件中。單模VCSELl21覆晶安裝在由隔板141和142支撐的基座120上。應注意，或者，單模VCSEL121可覆晶安裝在具有凹槽的基座上，如Cal1pa NV提交的發(fā)明名稱為“VCSEL的基座布置(ASubmount Arrangement for VCSELs) ”的歐洲專利申請案EP2506370A1中所揭不的那樣。從下至上，圖1a所示為基板105(例如,娃基板)、下包覆層(underclad layer) 106、平面光學波導103、一階衍射光柵耦合器104、上包覆層(overclad layer) 108和光折射楔130。光折射楔130將從單模VCSEL121接收到的光折射至少4度，使得垂直耦合固有的光學損耗被避免，并且一階衍射光柵104可以將VCSEL光以較高效率耦合到光學波導103中。
[0063]圖1b部分示出了光學中介件的同一實施例，所述光學中介件包含三個主要區(qū)域:接受單模VCSEL陣列的區(qū)域101、接受光纖陣列的區(qū)域102以及單模VCSEL陣列和光纖陣列之間的光路由103。光學中介件的區(qū)域101中的一階衍射光柵耦合器陣列用于耦合來自單模VCSEL陣列的光并且密集地間隔開，而區(qū)域102中的一階衍射光柵耦合器陣列用于將光耦合到光纖陣列中并且其間隔更大。為了清晰起見，將電信號帶入單模VCSEL陣列所需的光學中介件的部件和將單模VCSEL陣列保持在恰當?shù)奈恢盟璧牟考丛趫D1b中示出。
[0064]在圖1c中，一階衍射光柵標記為104。基板105包括下包覆層材料106，其折射率比光路由103的波導材料的要低。光學中介件可選地具有覆蓋波導的“上包覆”材料，其折射率比波導材料的更低，“上包覆”材料未在圖1c中示出。
[0065]圖2所示為圖1c的一階衍射光柵104的實施例的橫截面視圖。按如下順序依次疊加層:
[0066]-基板205 ；
[0067]-可選地，反射元件207；
[0068]-具有較低折射率材料的下包覆層206；
[0069]-具有較高折射率材料的波導層203；以及
[0070]-可選地，具有較低折射率材料的上包覆層208。
[0071]基板205可為硅、玻璃、陶瓷等?？蛇x反射元件207可為薄反射層或者其可為分布布拉格反射器(DBR)。較低折射率材料206可為二氧化硅、聚合物或其折射率低于所選波導材料折射率的任意其它材料。較高折射率波導材料203可為硅、多晶硅、氮化硅、氮氧化娃、聚合物、銀酸鋰、磷化銦、砷化鎵、hydex(專利材料)或其折射率高于所選下包覆材料折射率的任意其它材料。
[0072]圖3所示為一階衍射光柵104的較高折射率材料部分203的三個實施例的橫截面視圖。設計這些結(jié)構(gòu)，這樣光柵周期等于有效折射率除以工作波長，使得工作波長在接近垂直的角度滿足布拉格條件。通過這種方式，一階模式可以從“平面外”有效地耦合到波導中，反之亦然。因此，我們參照以下衍射光柵耦合器設計論文:D.Vermeulen等人在光學快訊18917期第18278至18283頁(2010年)發(fā)表的“通過使用高級的CMOS兼容絕緣體上娃平臺實現(xiàn)的高效率光纖到芯片的光柵稱合器(High efficiency fiber-to-chip gratingcouplers realised using an advanced CMOS compatible Silicon—on—InsulatorPlatform) ” ；Van Laere等人在光子技術(shù)快報第19期第23卷(2007年)發(fā)表的“用于絕緣體上娃集成電路的緊湊型聚焦光柵稱合器(Compact focusing frating couplers forsilicon-on-1nsulator Integrated circuits) ” ;以及 D.Taillaert 在歐洲光通信會議第30至31頁(2001年)上提交的“用于耦合到高折射率對比度的波導的高效率平面外光纖率禹合器(A high efficiency out-of-plane fiber coupler for coupling to high indexcontrast waveguides)”。
[0073]圖4所示為具有水平輸出耦合器409的根據(jù)本發(fā)明的光學中介件的實施例的俯視圖。這些耦合器布置在波導403的平面中。光纖陣列面向芯片邊緣。
[0074]圖5所示為圖4的水平輸出耦合器409的3D圖。
[0075]耦合器409包括具有較低折射率包覆材料的懸臂510。懸臂510周圍移除了基板材料505。將高折射率材料503按照錐形向下越來越細，形成細尖503’，從而迫使光進入懸臂510中，在懸臂510中，密封性不是很好并且光束尺寸更好地匹配光纖。
[0076]在基板中沿著懸臂510對腔511進行蝕刻。腔511最好使用折射率比包覆材料還低的另一材料進行填充。設計這種折射率差和懸臂510的尺寸，使得懸臂中的模態(tài)輪廓與其將耦合到的光纖匹配良好。
[0077]圖6所示為圖5的實施例的懸臂耦合器的橫截面視圖。
[0078]圖7為在輸入衍射光柵和輸出I禹合器之間引入的附加光學電路的不例的功能圖。
[0079]圖8所示為光學中介件的實施例的橫截面視圖。以與芯片平面垂直或接近垂直的方向?qū)碜訴CSEL801的光進行耦合。未在圖8中示出的折射元件在光到達一階衍射光柵耦合器804之前將光折射至少4度。一階衍射光柵耦合器804將光耦合到波導803中。波導803施加于下包覆層806頂部。下包覆層806施加于DBR814上，而DBR814施加于基板805上。在波導803的頂部施加上包覆層808。金屬履帶形式的電連接812和金屬凸塊支撐813向單模VCSEL801提供電連接?！瓹AP’815保護單模VCSEL陣列并在單模VCSEL陣列801周圍創(chuàng)建局部氣密密封。
[0080]光學中介件還包含，例如:
[0081]-將單模VCSEL陣列機械固定或支撐在一階階輸入光柵上方的結(jié)構(gòu)；
[0082]-在輸入f禹合器和輸出f禹合器之間的某個點以某種方式處理光的光子部件或集成電路。
[0083]盡管已通過參考特定的實施例說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然明白本發(fā)明不局限于上述說明性的實施例的細節(jié)，并且可以在不不脫離其范圍的情況下對本發(fā)明實現(xiàn)各種改變和修改。因此，本發(fā)明的實施例在各方面被視作說明性和非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非以上描述來指示，并且因此在權(quán)利要求的等價性的意義和范圍之內(nèi)出現(xiàn)的所有變化旨在被包含于其中。換言之，其被預期覆蓋落在基本底層原理的范圍之內(nèi)的及其本質(zhì)屬性在本專利申請案中所述的任何和全部的修改、變化或等效物。此外，本專利申請案的讀者可以理解詞語“包括”不排除其它元件或步驟，詞語“一”不排除多個，并且計算機系統(tǒng)、處理器或另一集成單元等單個元件可實現(xiàn)權(quán)利要求所述的若干方法的功能。權(quán)利要求書中的任意參考符號不應解釋為限制各個相關(guān)的權(quán)利要求。當術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”以及相似的術(shù)語在【具體實施方式】或權(quán)利要求中使用時，其被引入在類似的元件或步驟之間進行區(qū)分，并且其不必描述序列順序或時間順序。類似地，術(shù)語“頂部”、“底部”、“在……上”、“在……下”以及相似的術(shù)語被引入用于說明性目的，并且不必表示相對位置。將理解，如此使用的術(shù)語在合適情況下可以互換，并且本發(fā)明的實施例能夠根據(jù)本發(fā)明以其它順序或不同于以上所描述或所說明的方向進行操作。
【權(quán)利要求】
1.一種光學中介件(100)，其特征在于，包括: a.一階衍射光柵耦合器(104)陣列，用于將單模垂直腔面放射激光器或VCSEL(121)陣列發(fā)射的光耦合到光學波導(103)中，所述被發(fā)射的光基本上垂直于所述光學波導(103)； b.用于從所述單模VCSEL(121)陣列發(fā)射所述光的所述基本垂直的方向?qū)⑺龉庹凵渲辽?度的器件(130)，所述器件(103)置于所述單模VCSEL (121)陣列和所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列之間； c.輸出端口(102)陣列,用于將來自所述光學波導(103)的光以光學方式I禹合到光纖陣列或其它光學元件陣列中；以及 d.所述光學波導(103)，用于將所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列耦合到所述輸出端口陣列(102)以將來自所述一階衍射光柵路由器(104)的所述光路由到所述輸出端口(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學中介件(100)，其特征在于，從所述輸出端口(102)陣列至IJ所述光纖陣列或其它光學元件陣列中的光耦合為“平面外”或“平面內(nèi)”耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學中介件(100)，其特征在于，所述輸出端口(102)陣列中的輸出端口被間隔開以連接到所述光纖陣列或其它光學元件陣列中的各光纖或其它光學兀件。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光學中介件(100)，其特征在于，所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列中的一階衍射光柵耦合器被間隔開以連接到所述單模VCSEL(121)陣列中的各單模VCSEL，所述單模VCSEL (121)陣列的位置相對于所述用于連接電信號路由(812)的光學中介件而確定。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光學中介件(100),其特征在于，所述單模VCSEL(121)陣列的間距和/或所述光纖陣列的間距不一致，和/或所述光纖陣列中的光纖為多芯光纖。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光學中介件(100),其特征在于，多個單模VCSEL(121)陣列和/或多個光纖陣列連接到所述光學中介件(100)。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光學中介件(100),其特征在于，所述單模VCSEL(121)陣列的間距小于250微米。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光學中介件(100)，其特征在于，進一步包括所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列和所述輸出端口(102)陣列之間的一個或多個光學功能。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的光學中介件(100)，其特征在于，進一步包括電功能。
10.一種用于在單模垂直腔面放射激光器或VCSEL (121)陣列和光纖陣列或其它光學元件陣列之間耦合光的方法，其特征在于，所述方法包括: a.將所述單模VCSEL(121)陣列發(fā)射的光耦合到一階衍射光柵耦合器(104)陣列中，所述單模VCSEL(121)陣列發(fā)射的光的方向基本上與耦合到所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列的光學波導(103)垂直； b.在所述單模VCSEL(121)陣列和所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列之間從發(fā)射所述光的所述基本垂直的方向?qū)⑺龉庹凵渲辽?度； c.將來自所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列的所述光耦合到所述光學波導(103)中； d.通過所述光學波導(103)將光耦合到輸出端口(102)陣列；以及 e.將來自所述輸出端口(102)陣列的光耦合到所述光纖陣列或其它光學元件陣列中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進一步包括以下步驟:通過所述一階衍射光柵耦合器(104)陣列和所述輸出端口(102)陣列之間的一個或多個光學功能耦合所述光。
【文檔編號】G02B6/34GK104350403SQ201380029661
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】湯姆·柯林斯, 塞巴斯蒂安·拉德努瓦 申請人:華為技術(shù)有限公司