[发明专利]混合集成光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及在一个光学组件中集成并对准光学部件。本申请所称的光学组件通常是用于光纤系统的混合、集成的光学组件。本发明申请可以扩展到其他技术领域，例如光学感测、医疗光学和生物光子学。

背景技术

通常需要光学器件或组件来执行复杂功能，而且这种需求日渐增加。这些功能包括例如光放大、光滤波、光隔离、光再生、检测并发射光信号。器件执行这些功能的能力通常紧密依赖于构成器件的材料介质。由于不同材料介质具有固有的性质以及可有效加工成工作器件的能力，所以一些材料介质比其他材料介质更适于某些功能。

随着光学组件所需功能数量增加，把多个光学器件集成在一个组件中是有益的。还希望每个部件或功能光学元件是针对一个或多个特定功能而加工并优化的。因而，需要某种形式的集成，以把不同部件机械接合并光学连接在一起。

混合集成是把单独形成并优化的器件组合到一个工作组件中的方法。混合集成系统中，模块或组件通常包括安装光学元件的母板。母板还可包括一个或多个内置光学部件。

这些内置光学部件通常是由聚合物、硅或硅基材料形成的无源集成光波导。无源波导通常在材料、横截面和制造方法方面进行了优化，以具有低传输损耗以及/或者到其他集成的光学部件的低耦合损耗。

有几种把单独的光学部件混合集成在一起的方法。每个方法必须解决的一个关键问题是独立的集成的光学部件之间的光耦合。

美国专利申请US2003/0091262公开了在光学部件之间使用机械对准的一种混合集成方法，其中，把有源光学器件贴附并电连接到子板。然后，通过用倒装法把子组件安装到波导母板上(下文对倒装法进行详细描述)并以机械方式使子板和母板上的机械定位阻挡装置(stop)对准来把组合的子板子组件和有源器件以机械以及电气方式连接到波导母板上。

美国专利文件US6118917描述了在集成方法中使用机械对准件的另一种方法。该文件中，光纤阵列以机械方式位于光纤块中的槽内。光纤块也具有对准槽，其机械地位于对准平台上的对准脊上。

美国专利文件US6250819描述了在集成方法中使用机械对准件的另一种方法。该文件中，母板包括一组或多组平行槽，这些槽用于机械查找和定位光纤和母型的开口微结构组。通过把公型微结构的杆滑动并嵌入在靠着母型微结构的一端而把公型微结构安装在母型微结构中，这样，把包括公型微结构的集成光学电路芯片集成到母板上。

公开了把机械对准用于光学集成的其他文件包括US5966486、EP0703477、WO9315424、WO2006/059510和GB2379995。

US2003/0091262中的组装和光学对准方法包括在波导芯片中磨出腔、在波导芯片上形成定位阻挡装置、在支撑有源部件的子组件上形成基准区域，一个基准区域定位有源部件，一个用于和包覆层以及定位阻挡装置的表面啮合，然后，把子组件连接到波导芯片。

G Wenger等在Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，volume 3，number 6，December 1997的文章“Self aligned packaging of an 8X8InGaAsP-InP switch”(下文称为“Wenger”)描述了在母板上提供精确对准基准边缘和区域的一种方法。该文件描述了把硅芯片上的V形槽作为用于集成安装在第二芯片上的信号光纤的对准基准区域。这些对准用的V形槽是和主凹陷不同的单独凹陷，主凹陷中集成了信号光纤。

在Wenger中，在第二芯片上形成的V形槽容纳单独的对准光纤，这些光纤进而位于主芯片上单独的对准V形槽中。安装在第二芯片上的对准光纤独立于第二芯片上集成的信号光纤而安装，因而，可以引起自身的几何形状和位置误差，这些误差和信号光纤最终的实际安装位置无关。几何形状误差可包括对准光纤横截面的缺陷，而位置误差可由第二芯片和/或主芯片上的单独对准V形槽的设计和/或制造误差造成。因而，第二芯片和主芯片上的单独V形槽中容纳的单独对准光纤可包括与信号光纤位置误差无关的误差。这样，Wenger的对准系统可能无法充分补偿由信号光纤定位件的制造误差引起的信号光纤位置偏移。

把光纤集成到具有多个光学输入通道的器件中时，通常使用光纤的平行阵列。这些光纤通常借助于或不借助于V形槽被安装在长方形块上。然后，同时抛光所述块和光纤，以提供和支撑块的边缘对准的经抛光的光纤端面阵列。然后，在母板接口处把安装在块上的光纤阵列和波导或其他部件对准。