[发明专利]一种激光器和硅光芯片的耦合结构和封装结构

说明书

本发明公开了一种激光器和硅光芯片的耦合结构，包括依次设置的激光器、准直透镜、隔离器、耦合透镜、光纤以及硅光芯片，准直透镜和耦合透镜共光轴，光纤和硅光芯片连接，激光器出射光经准直透镜准直后入射隔离器，之后入射耦合透镜汇聚至光纤，通过光纤耦合入硅光芯片。本发明还公开了一种激光器和硅光芯片的封装结构，包括依次连接的光发射组件、光纤以及硅光芯片，光发射组件包括激光器、准直透镜、隔离器及耦合透镜，光发射组件采用TOSA(光发射次模块)工艺封装，其中激光器采用TO(晶体管外形)工艺封装。

技术领域

本发明涉及发光通信技术领域，更准确的说涉及一种激光器和硅光芯片的耦合结构和封装结构。

背景技术

随着光通信技术的不断发展，光电器件朝着更小体积，集成度更高，成本更低的方向发展。集成电路芯片一般在硅片上采用互补金属氧化物半导体集成工艺制作，已经具有很成熟的制作工艺，现在一些厂商将波导制作在硅基衬底侧面，用于传输光路，这样把集成电路芯片功能与光芯片功能集成在同一块硅基芯片上即为硅光芯片。硅光芯片既能实现电信号处理功能例如信号放大器，数字信号处理器等，又能传输光路，实现光信号的滤波、分束、调制等功能，硅光芯片的高度光电集成化减小了光电器件的体积，能够降低功耗和生产成本等，更能胜任数据中心对光通信模块的高端口密度和低成本的迫切需求，具有很好的发展前景。不过，硅光芯片在实际应用中仍存在一些技术难题，其中之一为硅光光源。由于硅是一种间接带隙半导体材料，其发光效率远低于三五族半导体光电子材料，不适合制作光源。

为了实现硅光光源，业界采用的方案有三种：第一种，Intel公司选择在硅光芯片上外延生长三五族半导体光电子材料，然后再在三五族半导体光电子材料进行激光器加工工艺，制作光源；第二种，Luxtera公司选择将三五族DFB芯片、透镜、隔离器制作成一个光源组件，再将这个组件用胶水键合在硅光芯片上；第三种，华为Hisilicon公司选择将激光器芯片波导倒装在硅波导上面，进行倏逝波耦合，将激光器芯片的光耦合到硅光芯片里面去。上述三种方案中，方案一的工艺复杂，芯片可靠性不高，硅材料和三五族半导体光电子材料本身存在晶格失配，在硅材料上外延生长三五族半导体光电子材料，生长过程种会出现很多晶格缺陷，产生比较大的应力，影响芯片的可靠性；方案二中光源组件的加工工艺，密封工序比较复杂，工艺成本比较高；方案三中将激光器芯片波导倒装在硅波导上面，进行倏逝波耦合，需要超高精度的耦合对准设备，对于设备和工艺的要求都很高。综上，现有技术实现硅光光源的方案均有一定的缺陷，存在较大的改进空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种激光器和硅光芯片的耦合结构，包括依次设置的激光器、准直透镜、隔离器、耦合透镜、光纤以及硅光芯片，所述准直透镜和所述耦合透镜共光轴，所述光纤和所述硅光芯片连接，所述激光器出射光经所述准直透镜准直后入射所述隔离器，之后入射所述耦合透镜汇聚至所述光纤，通过所述光纤耦合入所述硅光芯片。

本发明的另一个目的在于提供一种激光器和硅光芯片的封装结构，包括依次连接的光发射组件、光纤以及硅光芯片，所述光发射组件包括激光器、准直透镜、隔离器及耦合透镜，所述光发射组件采用TOSA(光发射次模块)工艺封装，其中所述激光器采用TO(晶体管外形)工艺封装。

为了达到上述目的，本发明提供一种激光器和硅光芯片的耦合结构，包括依次设置的一激光器、一隔离器、一耦合透镜、一光纤以及一硅光芯片，所述光纤与所述硅光芯片连接，所述激光器出射光束，所述光束入射所述隔离器，从所述隔离器出射后入射所述耦合透镜，经所述耦合透镜汇聚至所述光纤后入射所述硅光芯片。

优选地，所述激光器和硅光芯片的耦合结构包括一准直透镜，所述准直透镜设置在所述激光器和所述隔离器之间，所述准直透镜与所述耦合透镜共光轴，所述激光器出射光束，所述光束入射所述准直透镜，经所述准直透镜准直后入射所述隔离器，从所述隔离器出射后入射所述耦合透镜，经所述耦合透镜汇聚至所述光纤后入射所述硅光芯片。

优选地，所述光纤为保偏光纤。