[发明专利]一种平面光波导结构及其耦合结构和耦合方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及光波导耦合技术领域，特别是涉及一种平面光波导结构及其耦合结构和耦合方法。

【背景技术】

目前主流的40G/100G光模块基本上还是基于棱镜、透镜、光滤波片等的自由空间耦合技术，其特点是工艺比较复杂，需要主动对光，封装成本高，更大规模的集成非常困难。

另一方面，光子集成技术，泛指有源器件(激光器，探测器，光放大器，光调制器等)和无源器件(分光/合光器，光滤波器，光复用/解复用器等)的集成，从而实现单片多功能的光器件技术。光子集成技术被视为是近期乃至将来，特别是在数据中心等短距离光互联应用中，强有力的光模块技术。然而，如何有效地将单模激光器的光耦合到平面光波导(Planar Lightwave Circuit，PLC)或者其他硅基光集成芯片，还是目前的一个大课题。除了耦合效率以外，如何使得工艺简单易行，可以使用自动设备来达到减低成本的效果，也同样是重要的课题。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题如何有效地将单模激光器的光耦合到平面光波导或者其他硅基光集成芯片。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于平面光波导的耦合结构，所述耦合结构包括单模有源器件和平面光波导，具体的：

所述平面光波导包括用于传递光信号的二氧化硅波导，其中，所述二氧化硅波导由耦合段和传导段构成；

所述耦合段为梯体结构，其中，所述耦合段与所述单模有源器件相耦合的面为梯顶，所述耦合段与所述传导段连接面为梯底；

所述单模有源器件与所述平面光波导之间预设有耦合间隔空隙。

优选的，所述耦合间隔空隙d的取值为5μm-50μm，并且所述耦合间隔空隙中填充有用于折射率匹配的匹配胶。

优选的，在所述单模有源器件具体为中心波长1310nm，远场发射角X方向10°-40°，Y方向10°-45°的高斯型单模半导体激光器时，所述耦合段的梯顶面宽度W1＝2.6μm、梯顶面高度H1＝4.4μm；梯底面宽度W2＝3.3μm，梯底面高度H2＝4.4μm；梯体长度L＝800μm。

优选的，所述单模有源器件的出光面折射率为1.48，则所述匹配胶的折射率为1.48。

优选的，由所述单模有源器件和平面光波导构成的耦合结构具体包括EPON光模块、GPON光模块；数据通信中的高速单信道光模块SFP、SFP+；或者用于40G，100G光传输的并行模块QSFP、QSFP28。

第二方面，本发明实施例提供了一种平面光波导结构，所述平面光波导结构包括用于传递光信号的二氧化硅波导，具体的：

所述二氧化硅波导由耦合段和传导段构成；

所述耦合段为梯体结构，其中，所述耦合段用于与单模有源器件耦合面为梯顶，所述耦合段与所述传导段连接面为梯底。

优选的，所述耦合段的梯顶面宽度W1＝2.6μm、梯顶面高度H1＝4.4μm；梯底面宽度W2＝3.3μm，梯底面高度H2＝4.4μm；梯体长度L＝800μm。

优选的，平面光波导上设置有单模有源器件安装底座，所述底座上设置有焊盘和对位标记。

第三方面，本发明实施例还提供了一种基于平面光波导的耦合方法，平面光波导中的二氧化硅波导由耦合段和传导段构成，所述方法包括：

生成所述平面光波导，所述耦合段为梯体结构，其中梯顶面宽度W1＝2.6μm、梯顶面高度H1＝4.4μm；梯底面宽度W2＝3.3μm，梯底面高度H2＝4.4μm；梯体长度L＝800μm；

在所述平面光波导上生成单模有源器件安装底座，所述底座上设置有焊盘和对位标记；

确认选择的单模有源器件具体为中心波长1310nm，远场发射角X方向10°-40°，Y方向10°-45°的高斯型单模半导体激光器；

将所述半导体激光器按照所述平面光波导上的对位标记完成焊接。

优选的，所述单模有源器件与所述平面光波导在焊接完成后，两者之间存在预设的耦合间隔空隙d，所述方法还包括：

根据激光器的镀膜参数和二氧化硅波导的折射率选择匹配胶，并使用选择的匹配胶填充所述耦合间隔空隙。