一種集成的半導體光學器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成的半導體光學器件。
【背景技術(shù)】
[0002]光通信領(lǐng)域的光電子器件包含光發(fā)射器，光探測器、光衰減器等多種不同類型，目前這些類型的器件沿用已久并已大規(guī)模的制造。為保證光電子器件長時間的穩(wěn)定工作，防止外部水汽等環(huán)境物質(zhì)進入到器件內(nèi)部從而造成其功能元件的損壞，通常每個半導體光學器件的內(nèi)部功能元件將在低水汽的惰性環(huán)境中封焊于管殼及其配套蓋板內(nèi)部。光電子器件通常使用光導纖維進行光學耦合至外部光學設(shè)備，光導纖維通過管殼尾管端口實現(xiàn)與外部的連接，并同時需要保證管殼尾管端口處的氣密性密封。以下以泵浦半導體激光器以及為可調(diào)光衰減器例簡單介紹一下典型的半導體光學器件的結(jié)構(gòu)。
[0003]如圖1所示為典型的半導體光學器件的結(jié)構(gòu)示意圖，氮化鋁熱沉120以及光電功能單元130依次安置于半導體致冷器(TEC，Thermoelectric Cooler)載體110上，其組合體安裝于管殼140內(nèi)部。光纖組件200通過管殼尾管150進入管殼140內(nèi)部，以實現(xiàn)與光電功能單元130的耦合對準。光電功能單元的耦合對準一般通常采用有源對準方式，通過檢測激光器輸出光功率與調(diào)整光纖橫向、縱向以及進退方向的位置來實現(xiàn)。光纖是由工作人員在相對較小的范圍在橫向、縱向以及進退方向上移動，直到實現(xiàn)光電功能單元以及光纖之間的最優(yōu)光耦合。當檢測到最優(yōu)光耦合的最大信號后，將環(huán)氧樹脂膠160注入到氮化鋁熱沉120安裝有光電功能單元130位置的旁邊區(qū)域，并且將裸光纖210覆蓋，采用一定方法將環(huán)氧樹脂膠160固化，而使裸光纖210與氮化鋁熱沉120固定在一起，形成了光纖與光電功能單元的對準固定。如圖2所示半導體光學器件中的光纖組件的結(jié)構(gòu)示意圖，光纖組件200由125um裸光纖210焊接在后鎳管240上制成，其中裸光纖210在后鎳管安裝區(qū)域表面做有一層金屬化230 ( 一般是鍍鎳鍍金)，利用共晶焊料220 ( 一般是金錫焊料)使裸光纖210與后鎳管240焊接在一起。后鎳管240的作用是與管殼尾管150用焊料焊接在一起，形成管殼的氣密性封裝。
[0004]如圖3所示為典型的可調(diào)光學衰減器(Variable Optical Attenuator, VOA)的結(jié)構(gòu)不意圖，包括一個雙光纖準直器310、一片擋光式的微電機系統(tǒng)(Micro ElectroMechanical-Sy stem, MEMS)可調(diào)光學衰減器芯片320和一個光電探測芯片(PhotoDetector，PD) 330。擋光式的MEMS VOA芯片320固定在雙光纖準直器310和光電探測芯片330之間，且三者的中心位于同一軸線上。MEMS VOA芯片320與光電探測芯片330相對的MEMS VOA芯片320的面上通常鍍有高反射膜，即MEMS VOA單面鍍有起分光作用的高反射膜(High-reflecting Film)，其反射率通常為95%?99%。該可調(diào)光學衰減器還包括起固定作用的TO管座340，用于光電探測芯片330的固定?？烧{(diào)光學衰減器在工作過程中與外部控制電路相連，依靠控制電路進行調(diào)節(jié)可調(diào)光學衰減器的衰減量實現(xiàn)光路中信號穩(wěn)定調(diào)諧的目。該控制電路也可以與MEMS VOA芯片320和光電探測芯片330相連，且根據(jù)光電探測芯片330探測的電流，調(diào)節(jié)MEMS VOA芯片320的衰減參數(shù)，進而調(diào)節(jié)光強衰減量。
[0005]如圖4所示為現(xiàn)有技術(shù)中可調(diào)光學衰減器的工作原理示意圖，圖4中信號光從雙光纖準直器TO的一根光纖進入，入射到單面鍍有高反射膜的擋光式的MEMS VOA芯片320上，由于單面鍍有高反射膜，其中大部分光(大約占95% — 99)在MEMS VOA芯片320上的高反射膜的一端反射后又返回到雙光纖準直器320中，經(jīng)聚焦后進入另一根光纖射出，還有小部分的透射光(約占5% — 1% )從MEMS VOA芯片320的高反射膜的另一端射出，入射到光電探測芯片330上，得到透射光強的電信號。因MEMS VOA芯片320上的高反射膜的反射和透射系數(shù)均為常數(shù)，根據(jù)透射光強的電信號得到透射光強度，再根據(jù)透射光強度計算得出反射光的強度。系統(tǒng)預設(shè)一給定值，當反射光強度小于給定值時，光電探測芯片330探測到透射光強度也較小，輸出較小的電信號，控制電路接收到較小的電信號后驅(qū)動MEMSVOA芯片320調(diào)節(jié)衰減參數(shù)，使得衰減量減小，反射光強度相應的增大；當反射光強度大于給定值時，探測到較大的電信號，控制電路接收到較大的電信號后驅(qū)動MEMS VOA芯片320調(diào)節(jié)衰減參數(shù)，使得衰減量增大，反射光強度相應的減小，如此實現(xiàn)光路信號穩(wěn)定調(diào)諧。
[0006]目前許多多級光學放大器對于泵浦激光器輸出光功率以及輸出光波長的需求有所提高，傳統(tǒng)的使用單一泵浦光源進行激光分裂已經(jīng)無法實現(xiàn)足夠的光功率輸出，而且對于一些放大器所需要的對于不同級放大器使用不用波長的要求更加無法實現(xiàn)。因此，目前許多光學放大器通常使用了諸如圖1所示的多個獨立封裝的泵浦器件作為源并需要與之配套的多個諸如圖3所示的可調(diào)光學衰減器以及光探測器。
[0007]與此同時，隨著通信行業(yè)日新月異的發(fā)展，縮減半導體光學器件的尺寸以及成本降低的需求也更加迫切，但是使用多個獨立封裝的泵浦器件改善的空間有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種集成的半導體光學器件，以解決現(xiàn)有技術(shù)半導體光學器件的改善空間有限的問題。
[0009]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種集成的半導體光學器件，光學器件包括:半導體光電功能單元510、光纖固定點520、光纖530、氮化鋁過渡塊540、半導體制冷器載體550、管殼560和尾管910 ；
[0010]所述半導體光電功能單元510的數(shù)量為至少兩個，包括半導體激光器、光電二極管和可調(diào)光衰減器；所述至少兩個的半導體光電功能單元510為任意數(shù)量的所述半導體激光器、光電二極管和可調(diào)光衰減器的任意組合，各個所述半導體光電功能單元510采用彼此獨立或協(xié)作的方式運作；
[0011]所述光纖固定點520和光纖530的數(shù)量相等且該數(shù)量與所述半導體光電功能單元510的類型和數(shù)量相對應；
[0012]所述尾管910設(shè)置于所述管殼560的一個側(cè)面上，各個所述光纖固定點520對應設(shè)置于各個所述半導體光電功能單元510的靠近所述尾管910 —側(cè)的附近，所述半導體光電功能單元510通過多根穿過所述尾管910的所述光纖530光學耦合至外部設(shè)備。
[0013]本發(fā)明提供的一種集成的半導體光學器件的第一優(yōu)選實施例中:所述氮化鋁過渡塊540為氮化鋁過渡塊、鎢銅熱沉，或者半導體致冷器，或者半導體致冷器與過渡塊的組合體。
[0014]本發(fā)明提供的一種集成的半導體光學器件的第二優(yōu)選實施例中:所述半導體光學器件500內(nèi)部還設(shè)有安裝于所述氮化鋁過渡塊540之上的屏蔽罩570 ;
[0015]所述屏蔽罩570包括一個上底面平板，以及垂直于該上底面平板的多個平行設(shè)置的隔板；
[0016]所述隔板的數(shù)量與所述半導體光電功能單元510的數(shù)量相對應，保證各個所述半導體光電功能單元510與其對應的所述光纖530的耦合區(qū)域之間相對隔離。
[0017]本發(fā)明提供的一種集成的半導體光學器件的第三優(yōu)選實施例中:所述光纖530靠近所述管殼560內(nèi)部的一端為基本光導纖維，靠近所述管殼560外部的一端的所述基本光導纖維外部有保護套層534 ;
[0018]所述尾管910包括靠近所述管殼560 —端的第一管段和遠離所述管殼560 —端的第二管段；所述尾管910的所述第一管段的內(nèi)徑大于所述基本光導纖維的外徑，小于所述保護套層534的外徑；所述第二管段的內(nèi)徑大于所述保護套層534的外徑；
[0019]光纖530是否包含保護套層534的分界點位于第二管段內(nèi)。
[0020]本發(fā)明提供的一種集成的半導體光學器件的第四優(yōu)選實施例中:通過使用密閉填充膠920完成所述保護套層534、所述尾管910以及所述基本光導纖維相互之間的固定并形成所述管殼560的氣密性封裝:
[0021]首先對所述光纖530位于所述第一管段內(nèi)的部分與所述尾管910之間通過所述填充膠920固定連接；其次對所述光纖530位于所述第二管段內(nèi)的部分以及所述保護套層534與所述尾管910之間通過填充膠固定920連接；最后對所述保護套層534的端部與尾管910端部之間通過所述填充膠920固定連接。
[0022]本發(fā)明提供的一種集成的半導體光學器件的第五優(yōu)選實施例中:空心圓柱體形的所述保護套層534單獨制出后，用機械的方式將其添加到所述基本光導纖維上；
[0023]所述保護套層534的內(nèi)徑比基本光導纖維的外徑大；
[0024]所述保護套層534的材質(zhì)包括四氟乙烯共聚物。
[0025]本發(fā)明提供的一種集成的半導體光學器件的第六優(yōu)選實施例中:所述光纖530為任意數(shù)量的任意類型的光纖組合而成；所述光纖的類型包括保偏光纖、單模光纖和布拉格光柵；
[0026]每根所述光纖530在端面通常通過研磨或削切加工形成透鏡，所述光纖530的接近端面透鏡位置部分，固定地連接至各個所述光纖固定點520 ;
[0027]所述光纖530的端面相對于所述半導體光電功能單元510的輸出/輸入設(shè)置在縱向和旋轉(zhuǎn)位置上，通過檢測激光器輸出光功率與調(diào)整所述光纖530橫向、縱向以及進退方向的位置來實現(xiàn)其與所述半導體光電功能單元510的耦合對準，當檢測到最優(yōu)光