一種用于光學(xué)耦合的光纖陣列制作方法及耦合方法、器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光通信器件的制作方法，具體涉及一種用于光學(xué)耦合的光纖陣列制作方法，特別是涉及一種應(yīng)用于硅光芯片耦合的光纖陣列制作方法及其耦合方法、硅光芯片器件，本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著CMOS工藝的不斷發(fā)展，IC芯片流片工藝的特征尺寸越來越小，這為以亞微米尺寸光波導(dǎo)為基礎(chǔ)的硅光子學(xué)提供了廣闊的發(fā)展空間。與傳統(tǒng)的InP集成光電子芯片相比，硅光芯片具有尺寸小、集成度高、成本低廉等眾多優(yōu)勢，作為目前片上光互聯(lián)最有前途的解決方案之一，硅光子學(xué)已經(jīng)成為業(yè)界里面炙手可熱的研究課題。
[0003]然而，盡管硅光子具有很多得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，但是在產(chǎn)業(yè)化的道路上卻面臨著若干技術(shù)難題，其中一個技術(shù)難題便是光纖與硅光芯片的耦合。單模光纖的芯徑為125μπι，模斑大小約為ΙΟμπι，而硅基光波導(dǎo)的特征尺寸都在亞微米量級，二者之間存在嚴(yán)重的模斑失配，如果直接做親合對準(zhǔn)，會造成很大的親合損耗。
[0004]—種解決該問題的方法是，采用模斑變換器(SSC)結(jié)構(gòu)，光纖的光進(jìn)入SSC，光波在SSC中傳播的過程中，模斑被逐漸壓縮至亞微米尺寸，與硅光波導(dǎo)匹配，進(jìn)入硅波導(dǎo)。
[0005]SSC結(jié)構(gòu)一般通過特定的工藝加工在硅光芯片上，對于懸臂梁型的SSC耦合結(jié)構(gòu)，由于懸臂波導(dǎo)的存在，其耦合端面往往不能通過直接的機(jī)械拋光來制作，而是用刻蝕的方法來實(shí)現(xiàn)。硅光芯片的厚度一般在數(shù)百微米的量級，SSC耦合端面的刻蝕深度通常會小于芯片厚度，因?yàn)檫@個高度差的存在，硅光芯片邊緣SSC耦合端面處會形成一個臺階，這給芯片和光纖的耦合帶來了一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提出了一種用于光學(xué)耦合的光纖陣列制作方法及其耦合方法、器件，該方法可以制作臺階型光纖陣列與臺階型耦合端面的硅光芯片進(jìn)行耦合。該方法簡單易行，利于大批量的生產(chǎn)，可快速實(shí)現(xiàn)光纖與硅光芯片的對準(zhǔn)耦合并且不受通道數(shù)的限制。
[0007]根據(jù)硅光芯片耦合端面臺階的尺寸，制作耦合端面帶有臺階結(jié)構(gòu)的光纖陣列，然后將硅光芯片用膠固定在基板上，置于光學(xué)耦合平臺進(jìn)行通光耦合對準(zhǔn)。光纖陣列與硅光芯片對準(zhǔn)后，在光纖陣列下方，加上厚度合適的墊塊，加紫外膠固化后墊塊和光纖陣列固定在基板上，并老化。然后加匹配液在光纖陣列和硅光芯片的耦合端面，并固化。最終實(shí)現(xiàn)光纖陣列和硅光芯片的耦合封裝。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]—種用于光學(xué)耦合的光纖陣列制作方法，包括如下步驟:步驟1、將光纖陣列末端的涂覆層去除，露出足夠長度的裸纖;步驟2、將裸纖壓入V型槽中，裸線末端與V型槽末端對齊，在壓入V型槽的裸纖上蓋上蓋玻片固定，該蓋玻片不覆蓋V型槽的末端，該蓋玻片的末端與V型槽的末端相隔大于與該光纖陣列耦合的硅光芯片臺階深度的距離，使光纖陣列的末端在V形槽的支撐下形成一個臺階;步驟3、在未被蓋玻片蓋住的裸纖上點(diǎn)膠固定住裸纖;在光纖陣列末端的臺階處涂上與V型槽末端平齊的填充物;步驟4、將光纖陣列端面拋光，拋光完成后除去填充物，露出臺階。
[0010]所述步驟3中的填充物軟化后具有流動性、固化后可被拋光、易去除的理化性質(zhì)。
[0011]所述步驟3中的填充物采用石蠟或者松香或者熱塑類樹脂。
[0012]所述步驟3中采用加熱石蠟融化，滴于光纖陣列末端的臺階處，使石蠟在常溫下慢慢凝固填充滿整個臺階區(qū)域。
[0013]所述步驟4中光纖陣列端面拋光采用O度角拋光，拋光后置于顯微鏡下觀察光纖端面，若端面有瑕疵則繼續(xù)拋光，直至得到滿足要求的拋光端面。
[0014]所述步驟4中除去填充物方法具體如下:將拋光完成的光纖陣列置于盛有酒精的燒杯中，采用溫度40攝氏度、功率50W、超聲10分鐘進(jìn)行超聲清洗，觀察石蠟是否完全脫落，重復(fù)此超聲清洗操作，直到石蠟完全脫落，取出光纖陣列。
[0015]所述步驟3中裸纖上采用紫外膠，點(diǎn)膠量以充分覆蓋住裸纖為宜，照射紫外光使膠固化。
[0016]用于以上方法所制作的光纖陣列與硅光芯片相耦合的方法，包括:
[0017]步驟5、使用一個光纖陣列夾具夾持一個光纖陣列，并使該光纖陣列的臺階部與硅光芯片的輸入端的耦合端面相對準(zhǔn)，將此光纖陣列作為輸入端光纖陣列；使用另一個光纖陣列夾具夾持另一個光纖陣列，并使該光纖陣列的臺階部與硅光芯片的輸出端的耦合端面相對準(zhǔn)，將此光纖陣列作為輸出端光纖陣列;使輸入端光纖陣列和輸出端光纖陣列的蓋玻片與硅光芯片的劃片端面相對;將輸入端光纖陣列的首尾兩根光纖接在光源上，將輸出端光纖陣列的首尾兩根光纖接在光功率計(jì)上，調(diào)整兩個光纖陣列夾具，使得通過兩根光纖輸入光功率計(jì)的光功率調(diào)到最大，此時輸入端光纖陣列和輸出端光纖陣列的首尾兩根光纖實(shí)現(xiàn)耦合對準(zhǔn)，其他未通光的光纖則按照光纖陣列和芯片耦合結(jié)構(gòu)的加工精度實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn);步驟6、在懸空的輸入端光纖陣列和輸出端光纖陣列下方分別墊入墊塊，將墊塊固定在芯片基板；用折射率匹配膠滴于輸入端光纖陣列和輸出端光纖陣列與硅光芯片之間的縫隙，使折射率匹配膠固化。
[0018]所述硅光芯片的輸入側(cè)和輸出側(cè)分別包括耦合端面和劃片端面，所述耦合端面帶有耦合結(jié)構(gòu)，耦合端面和劃片端面之間預(yù)留有一段保護(hù)距離，形成臺階狀的硅光芯片端面，其特征在于:在V形槽的支撐下形成在光纖陣列末端臺階深入硅光芯片一側(cè)端面的臺階內(nèi)，使得光纖陣列的末端與一側(cè)的耦合端面相耦合，光纖陣列的蓋玻片末端與硅光芯片的劃片端面相對。
[0019]光纖陣列的V型槽5的間距和硅光耦合結(jié)構(gòu)的間距相同，誤差不超過±2μπι。
[0020]本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]本發(fā)明提供了一種光纖陣列與硅光芯片的低成本耦合封裝方法；
[0022]本發(fā)明使用臺階型光纖陣列解決了普通光纖陣列由于和芯片耦合端面距離遠(yuǎn)導(dǎo)致的耦合損耗大的問題。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明中臺階型硅光芯片的示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明中臺階型光纖陣列的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明中臺階型光纖陣列的涂膠和填充物示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明中耦合過程示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明中耦合完成的光纖陣列和硅光芯片示意圖；
[0028]其中:
[0029]1:硅光芯片；2:芯片耦合端面；
[0030]3:芯片劃片端面；4:蓋玻片；
[0031]5: V型槽；6:裸纖；
[0032]7:光纖涂覆層；8:蓋玻片固定膠；
[0033]9:裸纖固定膠；10:填充物；
[0034]11:輸入端光纖陣列； 12:輸出端光纖陣列；
[0035]13:墊塊；14:基板；
[0036]15:親合匹配膠；16:墊塊固定膠；
[0037]17:微調(diào)架；18:光纖陣列夾具；
[0038]19:光源；20:光功率計(jì)；
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對發(fā)明中的光纖陣列與硅光芯片的耦合方法做出詳細(xì)說明。
[0040]圖1是待耦合硅光芯片I的示意圖，芯片耦合端面2為帶有特定耦合結(jié)構(gòu)的耦合端面，由CMOS工藝中的感應(yīng)耦合等離子體工藝刻蝕而成，芯片劃片端面3為劃片端面。為了避免劃片的時候破壞耦合端面，一般在芯片加工的時候會在芯片耦合端面和劃片端面之間預(yù)留一段保護(hù)距離，所以形成了臺階狀的芯片端面。
[0041]圖2是針對圖1中的芯片尺寸制作的光纖陣列組裝。由末端去掉涂覆層7的4芯光纖陣列6、V型槽5、蓋玻片4點(diǎn)膠固定組成，光纖陣列蓋玻片4的厚度應(yīng)小于硅光芯片I的厚度，這樣能保證纖芯中心和芯片耦合結(jié)構(gòu)中心能順利對準(zhǔn)，并在光纖陣列下方墊入合適的墊塊13;按圖3將光纖點(diǎn)膠9固定，并在光纖陣列的臺階上涂上填充物10進(jìn)行端面拋光，拋光完成后，去除填充物10，露出臺階。
[0042]光纖陣列制作完成后，如圖3所示，就可以按照圖4的框圖搭建耦合平臺進(jìn)行光纖陣列與娃光芯片的親合。將輸入光纖陣列11的首尾兩根光纖接在光源19上，將輸出光纖陣列12的首尾兩根光纖接在光功率計(jì)20上，使用六維微調(diào)架17調(diào)整光纖陣列夾具18，將兩根光纖的光功率調(diào)到最大，此時首尾兩根光纖實(shí)現(xiàn)耦合對準(zhǔn)，其他未通光的光纖則按照光纖陣列和芯片耦合結(jié)構(gòu)的加工精度實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。
[0043]耦合對準(zhǔn)后，用折射率匹配液固定光纖陣列和芯片，然后在懸空的光纖陣列下方，放入尺寸合適的墊塊13。墊塊13墊入后，用膠將墊塊13固定在基板14上，完成光纖陣列與硅光芯片的耦合。
[0044]具體操作步驟如下:
[0045]步驟1、將光纖陣列末端的光纖涂覆層7用剝纖鉗去處，露出裸纖6;裸纖6的端面用切割刀進(jìn)行切割，保證切割端面平齊；
[0046]步驟2、將裸纖6壓入已設(shè)計(jì)加工