[发明专利]波导芯片和PD阵列耦合的对准装置及利用其对准的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光通信领域光学传输介质和半导体光电子器件的混合集成方法，特别涉及的是光波导芯片和光探测器件之间的光学对准装置以及对准方法，本发明属于通信领域。

 

背景技术

光通信技术日益发展，其传输速率也在不断提高。目前，40G技术已经发展成熟，40G技术未来的发展方向是逐步降低设备成本。接下来几年，100G技术将逐步代替40G技术成为主流的高速新传输商用技术。速率在不断提升，但通信系统的本质没有变，光通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收端组成，其中需要使用光学发射器、光学传输介质和光学接收器。LD(Laser Diode，激光二极管)或VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直表面发射激光器)主要被用作光学发射器，光纤、PLC(Planar Lightwave Circuit，平面光波电路)器件主要被用作光学传输介质，半导体光电子器件，例如PD(Photo-Diode，光电二极管)主要被用作光电接收器。在光学接收机中，光信号经过波导芯片进入PD中实现光到电的转换，光信号从波导芯片PD的耦合技术是光学接收机中一个关键技术。

高速光通信的发展越来越迅速，其中一个很重要的特点是器件集成度提高，光子集成技术将更广泛的应用在系统中。100G光通信中采用PM-QPSK调制，PM-QPSK是一种偏振的复用及相位的调制，其接收机的电速率达25Gbps。因为光探测器的带宽与半导体材料内载流子穿越时间和信号处理电路响应时间有关，所以与低速PD相比高速PD光电探测器具有更小的穿越时间，其光敏面也更小。例如，HAMAMATSU公司的速率为500Mbps的PD，其光敏面大小为0.3mm；速率为1Gbps的PD，光敏面大小约为0.2mm；某公司25Gbps的PD，其光敏面大小为24um。

波导芯片与PD对准目前有以下常用方案：

采用传统机械标识的无源对准方案，通过机械标识，标明PD及波导预先设计的位置，通过贴片分别把PD和波导粘接到标识位置，机械标识容易达到0.1mm的精度，满足低速PD的耦合对准的精度要求。而对于高速PD来说，其光敏面仅24um，其对准精度需要达10um，机械标识精度已经不能满足高速PD的准精度要求。

监控光电流的有源对准方式，即给波导芯片输入红外光，并且让光探测器处于运行状态，反复、仔细调整波导的位置，使光探测器输出光电流达到最大值，此时耦合效率最高。有源对准方式通过皮安表监控光电流，光电流最大时，耦合效率最高，这种方案是耦合对准的一种常用方案。但是对于100G的接收机来说，这种对准方式有以下弊病：1）100G接收机中采用的四个一组的PD阵列，采用有源对准时需要同时监控四路电信号，而耦合对准时有6个维度需要调节，6维调节保证光电流同时到达最大值就不是一件容易的事。2）有源对准时需要监控光电流，监控光电流就必须从PD上面镀金焊盘引出额外的金线供皮安表探测，而对于高频电路来说，这种额外引出测试线的方法将破坏其高频特性，至其速率达不到要求的25Gbps。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在的缺点与不足，提供了一种波导芯片和PD阵列耦合的对准装置以及利用其对准的方法，特别是针对波导芯片和高速PD阵列耦合的主动光学对准，把原本现有技术采用的电流的测量转换为光学图像位置的监控,从而避免了测量PD电流时额外打线而破坏模块电路的高频特性。

本发明所采用的技术方案是：

一种波导芯片和PD阵列耦合的对准装置，所述的对准装置包括有红外CCD监测系统、六维微调架、夹持单元、波导支撑架、模块支架、待耦合对准模块、待耦合对准模块的封装外盒、基板；所述的红外CCD监测系统由红外CCD、三维微调架，红外CCD支架和监视器、照明光源和LED光源组成；其响应谱线涵盖可见光和近红外光波段；所述的待耦合对准模块包括波导芯片和PD阵列，其被封装在封装外盒内；所述的夹持单元设置在六维微调架上，且其上固定有波导支撑架；所述的六维微调架旁设置有模块支架，模块支架上固定有待耦合对准模块的封装外盒，封装外盒底部固定设置有基板，基板上设置有PD阵列，PD阵列的光敏面向上；所述的波导芯片固定在波导支撑架上，其输出光斑垂直向下，其位置位于PD阵列的上方；所述的红外CCD倾斜放置对准PD阵列。

所述的六维微调架通过驱动模块与电脑连接，由电脑控制其6维方向的移动。

所述PD阵列采用高速PD阵列，所述高速PD阵列的速率大于10Gbps。