[发明专利]光栅耦合器及其与光纤的耦合结构和封装结构

权利要求书

1.一种光栅耦合器，其特征在于，包括：

SOI衬底的硅衬底层(1)、光波导结构、光耦合光栅(5)，所述光波导结构是由下至上的SOI衬底的二氧化硅中间层(2)、SOI衬底的硅顶层(3)和上包层(4)构成，所述SOI衬底的硅顶层(3)上设有光耦合光栅(5)，所述上包层(4)位于所述光耦合光栅(5)上方，所述SOI衬底的硅衬底层(1)上刻蚀有刻蚀孔(6)。

2.根据权利要求1所述的光栅耦合器，其特征在于：

所述SOI衬底的硅顶层(3)上设有背后光栅(8)；所述上包层(4)的上表面设有顶部光栅(9)；所述背后光栅(8)位于光耦合光栅(5)的背后。

3.根据权利要求2所述的光栅耦合器，其特征在于：

所述上包层(4)上表面覆盖有光反射金属层(10)；以及在通过干法刻蚀刻蚀掉所述光耦合光栅(5)背后的光波导结构的各层的垂直端面覆盖有光反射金属层(10)。

4.根据权利要求3所述的光栅耦合器，其特征在于：

所述通过干法刻蚀刻蚀掉光耦合光栅(5)背后的光波导结构的各层的垂直端面为光耦合光栅(5)背后的上包层(4)、SOI衬底的硅顶层(3)，和SOI衬底的二氧化硅中间层(2)直至SOI衬底的硅衬底层(1)的上表面。

5.根据权利要求3或4所述的光栅耦合器，其特征在于：

所述光反射金属层(10)中金属为Au、Al、Ni、Cu的一种或者几种；所述光反射金属层(10)与上包层(4)相接触的底部设有一薄层粘附层，所述粘附层材料为Ti、TiW、Ta或TaN。

6.根据权利要求1至4任一项所述的光栅耦合器，其特征在于：

所述刻蚀孔(6)通过干法刻蚀穿过SOI衬底的硅衬底层(1)止于SOI衬底的二氧化硅中间层(2)下表面。

7.根据权利要求6所述的光栅耦合器，其特征在于：

所述刻蚀孔(6)的轴线与SOI衬底的表面垂直；刻蚀孔(6)的轴心与光耦合光栅(5)在XY平面上的中心在Z方向上相重合。

8.根据权利要求1至4任一项所述光栅耦合器的光栅耦合器与光纤的耦合结构，其特征在于：

SOI衬底上光栅耦合器与光纤的耦合结构包括SOI衬底的硅衬底层(1)、由下至上为SOI衬底的二氧化硅中间层(2)、SOI衬底的硅顶层(3)和上包层(4)构成的光波导结构，以及位于SOI衬底的硅顶层(3)上的光耦合光栅(5)；所述SOI衬底的硅衬底层(1)上刻蚀有刻蚀孔(6)，所述刻蚀孔(6)轴心与光耦合光栅(5)中心重合，光纤(7)插入所述刻蚀孔(6)内，即实现光耦合光栅和光纤的无源自对准和定位。

9.根据权利要求8所述的光栅耦合器与光纤的耦合结构，其特征在于：

所述刻蚀孔(6)孔径比光纤(7)的直径大5-15微米。

10.根据权利要求8所述的光栅耦合器与光纤的耦合结构，其特征在于：

所述光栅耦合器与光纤的耦合结构适用于一维光栅耦合器阵列与一维光纤阵列的耦合结构或完全复制扩展成二维光栅耦合器面阵与二维光纤阵列的耦合结构。

11.根据权利要求1至4任一项所述光栅耦合器的光栅耦合器与光纤的耦合的封装结构，其特征在于：

SOI衬底上光栅耦合器的芯片通过焊球(12)倒扣在基片上，基片与芯片之间灌入底部填充介质，刻蚀孔内插入通过紫外固化胶固定的光纤。