[发明专利]一种具有侧向V形槽的激光刻写光纤连接器

说明书

本申请公开了一种具有侧向V形槽的用于光子芯片和光纤耦合的激光刻写光纤连接器，包括：激光刻写波导，其模式尺寸在一端与光子芯片(硅光或其它平面光波导芯片)波导匹配，用于和光子芯片的表面垂直耦合或边缘耦合；在另一端与光纤模式匹配，用于和输入输出光纤的对接耦合；在所述连接器上形成侧向V形槽，该V形槽具有V型槽角度，以对准激光刻写波导的位置。本发明的优点是：结构简单，作为硅光子和/或平面光波线路芯片的回流焊接兼容的光学输入输出(IO)接口。使用激光刻写的侧向V形槽的结构，用于玻璃光纤连接器与标准MT光纤阵列连接器的匹配接口，该标准MT光纤阵列连接器具有用于光子波导芯片和光纤之间的低差损耦合的突出定位针。所述光纤连接器具有低差损和低成本的特点。

技术领域

本发明涉及一种具有侧向V形槽的激光刻写光纤连接器。

背景技术

当今世界，无论是高性能计算还是数据中心应用所需的电子系统性能正变得越来越依赖于数据通讯和互连技术。光互连技术由于在通讯距离和能量效率方面具有明显的优势，其应用逐步深入渗透到系统互连结构的各个层次中。标准化可插拔式光电收发模块已经成为链路距离大于5米，数据传输速率高于10Gbps互连通讯所广泛采用的解决方案。然而，随着系统对I/O总带宽需求的不断增长，电子功能芯片和收发器模块之间的电信号传输正在成为制约高效率通信的瓶颈。公认的解决方案是采用电子与光子技术的紧密集成。自然的技术演进路线将会是从板基光收发模块(板上光互联)逐步发展到专用集成电路(ASIC)多模块封装光互联，并最后发展成为基于2.5D或3D技术光电一体集成的具有高速大带宽光输入输出的ASIC封装(片上光互连)。对于短距离数据传输速率小于25Gbps的数据互连通讯(<100m)，基于VCSEL的解决方案在可插拔光模块和板基光收发模块方面会以其成本优势持续保持竞争力。然而，由数据中心和云计算等驱动的对于系统规模扩展的需求，正使基于硅光子(SiP)技术的单模光纤解决发案变得更有竞争力。特别是在未来高密度、大带宽、高能效的互联在大于100m的距离和超过EDR的数据传输速率的场合，硅光子技术将具有独特的优势。要实现具有高效，大带宽光输入输出的ASIC，基于硅光子技术的光、电一体集成是公认的唯一可行方案。

目前，由于硅波导和单模光纤之间的模式尺寸不匹配，实现光纤到SiP芯片的低差损、低成本耦合仍然是一个大的挑战。。目前常用的方法包括使用基于V型槽的光纤阵列通过有源对准和SiP芯片上的光栅耦合器实现表面垂直耦合，或和SiP芯片上的基于模斑尺寸转换器(SSC)硅波导耦合器实现直接边缘对接耦合，并粘合到SIP芯片上。这样的基于V型槽光纤阵列尾纤的IO对于可插拔的模块来说可能是足够的，但是对于MCM封装或光、电一体集成ASIC封装的光学输入输出来说是不够的。因为这后两者都需要回流焊兼容的光学IO接口集成技术。

光子波导芯片的回流焊兼容的光学IO接口需要一个与光纤阵列分离的片上波导到光纤耦合的适配连接器。使用苏格兰Hurio Watt大学和OptoScribe等公司提出的基于超快脉冲激光直接激光刻写技术，可以在玻璃坯件内直接刻写低折射率对比的三维(3D)光波导结构，如图1所示[1,3]。通过控制激光刻写的波导核芯尺寸和折射率，可以在玻璃中实现具有不同模式尺寸的3D光波导。除了局部改变玻璃材料的折射率外，激光刻技术还可以改变材料的化学性质，从而实现选择性蚀刻。通过选择性刻蚀激光刻写材料，也可以在玻璃基片上实现3D机械结构。结合这两个激光刻写特性，我们就可以建造一个玻璃材料的芯片/光纤连接器。这个连接器上有激光刻写的光波导，在一端和光子芯片的波导模式尺寸匹配并实现表面垂直耦合或直接边缘对接耦合；而在另一端和通用单模光纤模式匹配并直接边缘对接耦合。在芯片端，上述玻璃连接器可以和芯片输入输出耦合器对准后粘合在芯片上。但是，实现连接器和光纤阵列的低成本、低差损耦合需要特殊对准结构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有侧向V形槽的激光刻写光纤连接器，其使结构简单，利于系统集成。