[发明专利]一种三维光子桥接路径的设计方法

说明书

本发明涉及一种三维光子桥接路径的设计方法，包括以下步骤：S1：根据芯片上的标识，确定待加工光波导的起始点和终止点；S2：在起始点和终止点周边各取1个待测量点，确定4个待测量点；S3：确定每个测量点的三维坐标；S4：根据测量点的三维坐标确定待加工光波导的传输轨迹；S5：将待加工光波导的三维传输轨迹等间距分成N个节点；S6：根据待连接芯片端口的尺寸，规划待加工光波导的xy截面上的加工路径；S7：将xy截面路径映射到三维传输轨迹等间距的N个节点，确定待加工三维光波导数据结构；S8：根据待加工光波导的三维数据，进行切片处理。

技术领域

本发明属于硅光芯片耦合封装领域，具体涉及一种三维光子桥接路径的设计方法。

背景技术

硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的集成芯片，主要由光源、调制器、探测器、无源波导器件等组成，将多种光器件集成在同一硅基衬底上。硅光芯片具有集成度高、成本低、传输带宽更高等特点，成为半导体和通信企业的竞争热点，是大数据、人工智能、未来移动通信等新兴产业的基础性支撑技术，可广泛应用于大数据中心、5G、物联网等产业。

硅光芯片对高端光器件的带宽、集成度、性能、功耗、可靠性和成本等要求极高，硅光器件之间的低损耗耦合以及大密度集成等关键技术问题需要解决。其中，耦合封装技术与光芯片的设计密切相关，是影响大规模生产的主要因素。针对硅光芯片的耦合封装，主要分端面耦合和光栅耦合两种。对应的封装方案有很多种，典型的有：采用V型槽的光纤阵列进行端面耦合；借助于聚合物波导，将单模光纤耦合进入硅波导中；采用特殊的工艺制成二维光纤阵列，或者采用斜切40度的光纤，进行光栅耦合；采用借助于微透镜、棱镜等光学元件耦合；还有Flip-chip方案倒装耦合等。但是，这些耦合集成方法对贴装的精度要求较高，需要花费较多的时间进行对准调节。该领域的大多数商业产品都依赖于需要耦合元件的光电子芯片的独立组装，组装这些系统需要复杂的主动对准技术，在器件开发过程中持续监控耦合效率，这种方式成本高且产量低，致使硅光集成芯片量产困难重重。

而借鉴金属打线的思路，采用激光纳米三维直写技术，将硅光芯片的出光口与单模光纤相连的光子桥接方案，实现了不同光芯片、芯片与光纤之间的耦合互联。在光子桥接技术中起到连接作用的“线”不再是金属，而是利用激光直写制作的三维光波导。利用这种光子桥接技术可以在光电子芯片之间有效地进行耦合，从而大大简化光学系统的组装过程，有效避免了传统光学组装技术所依赖的复杂且成本高昂的高精度对准技术，并且制备简单快捷，利于大规模的生产。光子桥接技术在键合形状和轨迹方面有显著优势，可取代传统的光学组装技术。

三维光子桥接技术可以作为一种附加的光子集成技术，实现三维的光子芯片耦合集成。该方案的优势非常明显，成本可进一步降低。

但实际应用中需要进一步提高其性能指标，尤其是硅光芯片与光纤间、不同芯片之间光损耗问题，主要包含端口之间的耦合损耗和传输过程中的传输损耗等。因此，需要一种三维光子桥接路径的设计方法实现低损耗的光波导耦合。解决现有技术中存在的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种三维光子桥接路径的设计方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种三维光子桥接路径的设计方法，包括以下步骤：

S1：根据芯片上的标识，确定待加工光波导的起始点和终止点；

S2：在起始点和终止点周边各取1个待测量点，确定4个待测量点；

S3：确定每个测量点的三维坐标；

S4：根据测量点的三维坐标确定待加工光波导的传输轨迹；

S5：将待加工光波导的三维传输轨迹等间距分成N个节点；

S6：根据待连接芯片端口的尺寸，规划待加工光波导的xy截面上的加工路径；

S7：将xy截面路径映射到三维传输轨迹等间距的N个节点，确定待加工三维光波导数据结构；