專利名稱：提供電光耦合器的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及光學(xué)器件，并且更具體地，本發(fā)明涉及輸出耦合器。
背景信息當(dāng)在短距離上連接電氣設(shè)備時(shí)，一般使用基于銅線電氣的互聯(lián)，因?yàn)榛阢~線電氣的互聯(lián)可以更簡(jiǎn)單、更便宜和可靠。然而，由于諸如信號(hào)衰減、電磁干擾(EMI)和串?dāng)_的問題，所以隨著微處理器時(shí)鐘頻率繼續(xù)增加，對(duì)于印刷電路板(PCB)上銅線電氣互聯(lián)的帶寬限制也增加。
激光器是眾所周知的通過受激發(fā)射來發(fā)射光并產(chǎn)生具有范圍為從紅外到紫外的頻譜的相干光束的器件，并且可以被用于各種應(yīng)用中。在光通信或聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，半導(dǎo)體激光器可以被用于產(chǎn)生光或光束，在所述光或光束上數(shù)據(jù)或其他信息可以被編碼和傳輸。
附圖簡(jiǎn)要說明在附圖中通過示例性而非限制性的方式圖示說明了本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面的圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面的圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件的再一個(gè)實(shí)施方案的橫截面的圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示互相耦合的多個(gè)耦合器件的實(shí)施方案的圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示通過反射器以光學(xué)方式耦合到光纖的光源的實(shí)施方案的圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示光源到光纖的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個(gè)實(shí)施方案和光纖到光接收器的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示針對(duì)各種未對(duì)準(zhǔn)光源到光纖的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示針對(duì)各種未對(duì)準(zhǔn)光纖到光接收器的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示使用多個(gè)耦合器件和多個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的框圖。
具體實(shí)施例方式
公開了提供電光和/或光電耦合器的方法和裝置。在以下描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明的完整理解。然而，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會(huì)清楚，無需使用這些具體的細(xì)節(jié)可以實(shí)踐本發(fā)明。此外，公知的材料或方法沒有詳細(xì)描述，以避免模糊本發(fā)明。
在整篇說明書中提及“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”意味著結(jié)合該實(shí)施方案描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。因此，“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”在說明書中不同地方的出現(xiàn)不一定全是指同一實(shí)施方案。此外，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案中。
如將要討論的，本發(fā)明的實(shí)施方案提供耦合器件，所述耦合器件包括被圖形化和蝕刻的半導(dǎo)體襯底(substrate)，所述半導(dǎo)體襯底被用來為諸如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)、PIN光電二極管、光纖、集成電路和密封蓋(sealing lid)的光學(xué)器件的集成提供裝配模板。此處所描述的耦合器件的實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于在半導(dǎo)體襯底上采用光刻限定結(jié)構(gòu)的能力，所述光刻限定結(jié)構(gòu)可以被用來使能(enable)各種光學(xué)部件(component)的被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，所述光學(xué)部件例如根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的光纖。
在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)封裝技術(shù)降低對(duì)用于光學(xué)部件的對(duì)準(zhǔn)的精確、耗時(shí)以及最終昂貴的閉環(huán)過程的需要。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，由于內(nèi)置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和尺寸上的經(jīng)濟(jì)而導(dǎo)致的加工半導(dǎo)體材料(例如硅)所固有的低成本，使用被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)技術(shù)來裝配光學(xué)模塊創(chuàng)造了封裝非常低成本的光耦合組件(assembly)的能力。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的耦合器件的實(shí)施方案的額外的優(yōu)勢(shì)在于將其他半導(dǎo)體功能性集成到襯底的能力。
如將要討論的，在各個(gè)實(shí)施方案中，所述半導(dǎo)體襯底可以包括驅(qū)動(dòng)器和/或接收器集成電路以及高速微帶或共面?zhèn)鬏斁€，以工作在高頻下，并且通過通路(via)連接到下面的印刷電路板(PCB)。在這些實(shí)施方案中，可以通過將所述PCB與刀片服務(wù)器或其他包括IC或其他部件的PCB板上的連接器配對(duì)，來實(shí)現(xiàn)連接器化(connectorization)。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，具有集成電路的耦合器件還可以被用作網(wǎng)絡(luò)處理器本身，或者可以被用于其他適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。
為了圖示說明，圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，示出耦合器件101的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面的圖。如在所描繪的實(shí)施方案中示出的，耦合器件101包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底103中的第一溝槽105。第一反射器107被限定在第一半導(dǎo)體襯底103中第一溝槽105的第一端。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一反射器107關(guān)于第一溝槽105的軸成一角度。第一光纖109被設(shè)置在第一溝槽105中所述第一溝槽105的第二端處。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一溝槽105是這樣的溝槽或凹槽，即所述溝槽或凹槽在半導(dǎo)體襯底103中被限定為V型凹槽、U型凹槽等等，從而當(dāng)光纖109被設(shè)置或者容納在溝槽105中時(shí)，光纖109在溝槽105中以被動(dòng)方式對(duì)準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件111被安裝在第一半導(dǎo)體襯底103上，所述光學(xué)器件111靠近所述第一溝槽105，從而光學(xué)器件111通過第一反射器107以光學(xué)方式耦合到第一光纖109。在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件111是光源，并且通過反射器107輸出光信號(hào)113到光纖109。在另一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件111是光接收器，并且通過發(fā)射器107從光纖109接收光信號(hào)113。在再一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)溝槽105在半導(dǎo)體襯底103中被限定，對(duì)應(yīng)的光纖109被設(shè)置在每個(gè)分別的溝槽105中，并且對(duì)應(yīng)的光學(xué)器件111靠近對(duì)應(yīng)的溝槽105被設(shè)置，從而光束109從耦合器件101傳輸通過每個(gè)分別的光纖109或者通過每個(gè)分別的光纖109被耦合器件101接收。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，光學(xué)耦合器101的實(shí)施方案使用半導(dǎo)體襯底103作為用于光學(xué)器件111的封裝襯底。
在其中光學(xué)器件111是光源的實(shí)施方案中，光學(xué)器件111包括諸如VCSEL的激光器或者或其他適當(dāng)光源。在其中光學(xué)器件111是光接收器的實(shí)施方案中，光學(xué)器件111包括例如PIN光電二極管的光電探測(cè)器或其他適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)探測(cè)器。
如圖1的實(shí)施方案中所示，半導(dǎo)體襯底103被安裝在PCB 115上。在一個(gè)實(shí)施方案中，PCB由諸如FR4材料或其他適當(dāng)材料的玻璃纖維環(huán)氧樹脂層壓材料制造。在一個(gè)實(shí)施方案中，PCB 115包括以電氣方式耦合到半導(dǎo)體103的接觸體(contact)117。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸體117通過導(dǎo)體121和焊料突起123或其他適當(dāng)?shù)碾姎膺B接以電氣方式耦合到半導(dǎo)體襯底103。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸體117被安排在PCB 115上以提供邊緣連接器，在一個(gè)實(shí)施方案中所述邊緣連接器被耦合來接收或傳輸電信號(hào)119。
在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器件101還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底127中的電路125，所述第二半導(dǎo)體襯底127被安裝在第一半導(dǎo)體103上。如所描繪的實(shí)施方案中示出的，電路125通過導(dǎo)體129和接觸體131以電氣方式耦合在光學(xué)器件111和PCB 115之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于耦合光學(xué)器件111和PCB 115的導(dǎo)體129可以使用通孔通路、線接合或其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，電路125包括例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)驅(qū)動(dòng)器和/或控制電路的電路，以驅(qū)動(dòng)和/或控制光學(xué)器件111。
例如，在其中光學(xué)器件111包括光源的實(shí)施方案中，電路125被耦合以接收電信號(hào)119，并且協(xié)助光學(xué)器件111進(jìn)行從電信號(hào)119到合適功率水平的光信號(hào)113的電光轉(zhuǎn)換。在這樣做時(shí)，光學(xué)器件111響應(yīng)于電信號(hào)119輸出光信號(hào)113。在一個(gè)實(shí)施方案中，光信號(hào)113從光學(xué)器件111的VCSEL被引導(dǎo)至反射器107，所述反射器107在半導(dǎo)體襯底103中被限定在溝槽105的端部。接著，光信號(hào)113從反射器107被引導(dǎo)至光纖109中并通過光纖109，所述光纖109被設(shè)置在溝槽105的另一端。
在其中光學(xué)器件111包括光接收器的實(shí)施方案中，光信號(hào)113被引導(dǎo)通過光纖109，并且以光學(xué)方式被耦合，以通過被反射器107反射的方式由光學(xué)器件111的光接收器接收。電路125被耦合到光學(xué)器件111，并且被調(diào)適為幫助光學(xué)器件111進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以將光信號(hào)113轉(zhuǎn)換為合適值的電信號(hào)119。在這樣做時(shí)，電路127響應(yīng)于光信號(hào)113在接觸體117處輸出電信號(hào)119。
如圖1中所示，耦合器件101還包括蓋(lid)133，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述蓋被安裝在半導(dǎo)體襯底103之上，并且封住光學(xué)器件111。在一個(gè)實(shí)施方案中，蓋133保護(hù)所封住的物體。在一個(gè)實(shí)施方案中，蓋133為光學(xué)器件111提供真空密封，和/或提供EMI屏蔽，所述EMI屏蔽提高耦合器件101的效率和性能，并且?guī)椭沟镁哂休^低光功率而具有較長(zhǎng)傳播距離的非常高度敏感的鏈路成為可能。
如圖示中所示出的，在一個(gè)實(shí)施方案中，蓋133還幫助夾住和/或固定光纖109到第一溝槽105中。隨著光纖109被固定在第一溝槽105中，光纖109以被動(dòng)方式對(duì)準(zhǔn)，從而光信號(hào)113通過第一反射器107與光學(xué)器件111適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。
盡管在圖1的實(shí)施方案中耦合器件101被圖示為具有一個(gè)光學(xué)器件111、一個(gè)溝槽105和一根光纖109，但是可以意識(shí)到，在其他實(shí)施方案中，多個(gè)對(duì)應(yīng)的光學(xué)器件111、溝槽105和光纖109可以被包括在耦合器件101中。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件111中的一個(gè)可以是光發(fā)射器，而另一個(gè)光學(xué)器件111可以是光接收器。每一個(gè)光學(xué)器件111被靠近溝槽105中分別的一個(gè)來安裝到半導(dǎo)體襯底103。每一個(gè)分別的溝槽包括分別的反射器107以及在所述溝槽中以被動(dòng)方式對(duì)準(zhǔn)的分別的光纖，從而光信號(hào)被適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。在這樣的實(shí)施方案中，耦合器件101被調(diào)適為既傳輸又接收光信號(hào)113，并且進(jìn)行對(duì)應(yīng)的電光和/或光電轉(zhuǎn)換。在另一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)光學(xué)器件111是光發(fā)射器和/或多個(gè)光學(xué)器件111是光接收器。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件201的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面的圖。在圖2中所圖示的耦合器件201的實(shí)施方案與圖1中所圖示的耦合器件101的實(shí)施方案共有相似之處。例如，如圖2中所示，耦合器件201包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底203中的第一溝槽205。第一反射器207被限定在第一半導(dǎo)體襯底203中的第一溝槽205中。第一光纖209被設(shè)置在第一溝槽205中。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)光纖209被設(shè)置或者容納在溝槽205中時(shí)，光纖209在溝槽205中以被動(dòng)方式對(duì)準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件211被安裝到第一半導(dǎo)體襯底203，從而光學(xué)器件211通過第一反射器207以光學(xué)方式耦合到第一光纖209。在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件211是光源，并且通過反射器207輸出光信號(hào)213到光纖209。在另一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件211是光接收器，并且通過發(fā)射器207從光纖209接收光信號(hào)213。
在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體襯底203被安裝在PCB 215上。在一個(gè)實(shí)施方案中，PCB215包括通過導(dǎo)體221和焊料突起223以電氣方式耦合到半導(dǎo)體203的接觸體217。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸體217提供連接器，在一個(gè)實(shí)施方案中所述連接器被耦合來接收和/或傳輸電信號(hào)219。在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器件201還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底227中的電路225，所述第二半導(dǎo)體襯底227被安裝到第一半導(dǎo)體203。電路225通過導(dǎo)體229和接觸體231以電氣方式耦合在光學(xué)器件211和PCB 215之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，電路225包括用于驅(qū)動(dòng)和/或控制光學(xué)器件211的電路。
如圖2中所示，耦合器件201還包括蓋233。在圖2所描繪的實(shí)施方案中，蓋233被安裝在基本上全部的半導(dǎo)體襯底203之上，并且封住光學(xué)器件211以及第二半導(dǎo)體襯底227。在一個(gè)實(shí)施方案中，蓋233保護(hù)所封住的物體，并且提供真空密封，和/或提供EMI屏蔽。在圖2所描繪的實(shí)施方案中，第二半導(dǎo)體襯底227被安裝在已經(jīng)在第一半導(dǎo)體襯底203中蝕刻或形成的溝槽或開口中。在這樣的實(shí)施方案中，蓋233的總高度可以被減少到適應(yīng)(accommodate)第二半導(dǎo)體襯底227。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件301的再一個(gè)實(shí)施方案的橫截面的圖。在圖3中所圖示的耦合器件301的實(shí)施方案與圖1和圖2中圖示出其實(shí)施例的耦合器件101和201的實(shí)施方案共有相似之處。例如，如圖3中所示，耦合器件301包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底303中的第一溝槽305。第一反射器307被限定在第一半導(dǎo)體襯底303中的第一溝槽305中。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一反射器307關(guān)于第一溝槽305的軸成一角度。第一光纖309被設(shè)置在第一溝槽305中。在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)光纖309被設(shè)置或者容納在溝槽305中時(shí)，光纖309在溝槽305中以被動(dòng)方式對(duì)準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件311被靠近第一溝槽305來安裝到第一半導(dǎo)體襯底303，從而光學(xué)器件311通過第一反射器307以光學(xué)方式耦合到第一光纖309。在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件311是光源，并且通過反射器207輸出光信號(hào)313到光纖309。在另一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件311是光接收器，并且通過發(fā)射器307從光纖309接收光信號(hào)313。
在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體襯底303被安裝在PCB 315上。在一個(gè)實(shí)施方案中，PCB315包括通過導(dǎo)體321和焊料突起323以電氣方式耦合到半導(dǎo)體303的接觸體317。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸體317提供連接器，在一個(gè)實(shí)施方案中所述連接器被耦合來接收和/或傳輸電信號(hào)319。
在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器件301還包括被直接集成到第一半導(dǎo)體襯底303中的電路325。如在圖3示出的實(shí)施方案中所示，電路325通過導(dǎo)體329和接觸體331以電氣方式耦合在光學(xué)器件311和PCB 315之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，電路325包括用于驅(qū)動(dòng)和/或控制光學(xué)器件311的電路。
如圖3中所示，耦合器件301還包括蓋333。在圖3所描繪的實(shí)施方案中，蓋333被安裝在半導(dǎo)體襯底303之上并且封住光學(xué)器件311。在一個(gè)實(shí)施方案中，蓋333保護(hù)所封住的物體，并且提供真空密封，和/或提供EMI屏蔽。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示互相耦合的多個(gè)耦合器件401A和401B的實(shí)施方案的圖。在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器件401A基本上類似于耦合器件401B。在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器件401A和401B還基本上類似于上面所討論的耦合器件101、201和/或301的實(shí)施方案中的至少一個(gè)。例如，如圖4的實(shí)施方案中所圖示的，耦合器件401A包括蓋以及安裝在PCB 415之上的半導(dǎo)體襯底433和403。在一個(gè)實(shí)施方案中，接觸體417被包括在PCB 415上，以提供到耦合器401A的電氣連接。
在圖4所圖示的實(shí)施方案中，耦合器件401A和401B通過多根光纖409A和409B耦合在一起。在一個(gè)實(shí)施方案中，光纖409A和409B使多個(gè)光信號(hào)或光束能夠在耦合器件401A和401B之間被傳輸和接收。在一個(gè)實(shí)施方案中，光纖409A和409B在耦合器件401A和401B之間提供雙向光學(xué)耦合。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，詳細(xì)地圖示通過反射器以光學(xué)方式耦合到光纖的光源的實(shí)施方案的圖。如所描繪的實(shí)施方案所示，溝槽505被限定在半導(dǎo)體襯底503中。在一個(gè)實(shí)施方案中，基本上平面的反射器507A被限定在溝槽505的端部。在另一個(gè)實(shí)施方案中，具有曲率的反射507B被限定在溝槽505的第一端。在一個(gè)實(shí)施方案中，諸如金屬化的和/或其他合適材料的反射材料被圖形化在反射器507A或507B上，以提高反射器507A或507B的反射率。
如在描繪的實(shí)施方案中所示，光纖509被設(shè)置在溝槽505中所述溝槽505的第二端處。在一個(gè)實(shí)施方案中，溝槽505被限定在半導(dǎo)體襯底503中，從而當(dāng)光纖509被設(shè)置在溝槽509中時(shí)，光纖509以被動(dòng)方式與溝槽505中對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)器件511是例如VCSEL的光源，并且將光信號(hào)513引導(dǎo)到反射器507A和507B，接著所述光信號(hào)513從反射器507A和507B被引導(dǎo)到光纖509。如圖5的實(shí)施方案中所示，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，分別從反射器507A和/或507B反射的光信號(hào)513A和/或513B被引導(dǎo)到光纖509中。
在圖5所示的實(shí)施方案中，注意到光信號(hào)513被圖示為通過自由空間被引導(dǎo)通過溝槽505。在其他實(shí)施方案中，注意到溝槽505可以可選地包括透鏡555和/或波導(dǎo)557和/或其他合適的光學(xué)件(optical element)中的一種或更多種，從而以光學(xué)方式耦合光學(xué)器件511和光纖509。
可以意識(shí)到，盡管光學(xué)器件511在圖5中被圖示為光源，但是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，光學(xué)器件511還可以是光接收器，并且光信號(hào)513還可以通過反射器507A或507B從光纖509被引導(dǎo)到光學(xué)器件511。
用本發(fā)明的實(shí)施方案解決的技術(shù)問題包括光源和光纖之間的耦合損耗和/或光纖和光接收器之間的耦合損耗。在一個(gè)實(shí)施方案中，多模光纖(MMF)被用作所述光纖。為了圖示說明，圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示光源到光纖的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)的一個(gè)實(shí)施方案和光纖到光接收器的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個(gè)實(shí)施方案的圖637。具體來說，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖637的曲線639示出VCSEL到MMF的仿真的耦合損耗(以dB為單位)作為從所述VCSEL到所述MMF的光學(xué)路徑距離(以μm為單位)的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖637的曲線641示出MMF到PIN光電探測(cè)器的仿真的耦合損耗(以dB為單位)作為從所述MMF到所述PIN光電探測(cè)器的光學(xué)路徑距離(以μm為單位)的函數(shù)。如從曲線639和641可以觀察到的，對(duì)于小于100μm的距離來說，存在很少的耦合損耗。
用本發(fā)明的實(shí)施方案解決的另一個(gè)技術(shù)問題包括光學(xué)部件未對(duì)準(zhǔn)的容限(tolerance)，所述容限強(qiáng)烈地依賴于部件之間的物理距離。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，光束將快速地發(fā)散，并且，在部件之間較短的距離且緊密平行的孔徑(aperture)的情況下，耦合損耗減小。光學(xué)路徑的長(zhǎng)度具有兩個(gè)主要的分量，即水平距離和垂直距離。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，為了減輕半導(dǎo)體襯底或管芯(die)對(duì)光路的遮蔽，垂直距離主要由光束的發(fā)散性來確定。水平距離由光學(xué)孔徑相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的邊緣的位置以及由對(duì)管芯邊緣和光纖端面(facet)之間距離的裝配容限兩者來確定。對(duì)于45°的耦合鏡和具有(對(duì)于850納米的MM VCSEL來說典型為)～14°的發(fā)散角度的VCSEL來說，光學(xué)路徑的長(zhǎng)度將為～150μm；對(duì)于接收路徑來說具有類似的長(zhǎng)度。使用這些值，可以計(jì)算光學(xué)路徑對(duì)由于管芯和光纖的放置過程或玻璃纖維的切角(cleave angle)而造成的角度未對(duì)準(zhǔn)和橫向未對(duì)準(zhǔn)的敏感性。分析示出，在150μm處，±2度的傾斜角度導(dǎo)致＜1dB的附加損耗。
為了圖示說明，圖7和8是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示針對(duì)各種未對(duì)準(zhǔn)光源到光纖的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)以及光纖到光接收器的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)的實(shí)施方案的圖。例如，圖7的圖737示出例如多模850納米VCSEL到MMF的排列對(duì)橫向未對(duì)準(zhǔn)的敏感性。具體來說，曲線743示出具有偏移等于0的仿真的耦合損耗，曲線745示出具有偏移等于約10μm的仿真的耦合損耗，并且曲線747示出具有偏移等于約20μm的仿真的耦合損耗。
在圖8所圖示的實(shí)施方案中，圖837示出例如MMF到直徑為80μm的光電二極管未對(duì)準(zhǔn)的敏感性。具體來說，曲線843示出具有偏移等于0的仿真的耦合損耗，曲線845示出具有偏移等于約10μm的仿真的耦合損耗，并且曲線847示出具有偏移等于約20μm的仿真的耦合損耗。
在圖7和8兩者中，圖737和圖837示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，10μm或更小的側(cè)向未對(duì)準(zhǔn)在距離為150μm處導(dǎo)致＜1dB的額外耦合損耗。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示使用耦合到多個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的多個(gè)耦合器件的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的框圖。具體來說，系統(tǒng)949包括耦合到第二系統(tǒng)設(shè)備953的第一系統(tǒng)設(shè)備951。系統(tǒng)951包括耦合器件901A，并且系統(tǒng)設(shè)備953包括耦合器件901B。在一個(gè)實(shí)施方案中，耦合器件901A和901B基本上類似于上面所討論的耦合器件中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)設(shè)備951和953是基于電子的，并且通過光纖909互相耦合。在工作中，系統(tǒng)設(shè)備951生成要被傳輸?shù)较到y(tǒng)設(shè)備953的電子信號(hào)919。在這樣做時(shí)，電子信號(hào)919在耦合器件901A中被轉(zhuǎn)換為光信號(hào)913。光信號(hào)913通過光纖909從耦合器件901A被引導(dǎo)到耦合器件901B。接著，光信號(hào)913在耦合器901B中被轉(zhuǎn)換回電信號(hào)919，并且隨后被系統(tǒng)設(shè)備953接收。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，系統(tǒng)設(shè)備951和953之間的通信可以是單向或雙向的。
在前面的詳細(xì)描述中，已經(jīng)參照本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明的方法和裝置。然而，很顯然，可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改和改變而不偏離本發(fā)明的寬泛精神和范圍。因此，本說明書和附圖被視為圖示說明性的而非限定性的。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一溝槽的第一端的第一反射器，所述第一反射器相對(duì)于所述第一溝槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端的第一光纖；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光源，所述光源靠近所述第一溝槽，所述光源通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光源包括垂直腔表面發(fā)射激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括印刷電路板，所述第一半導(dǎo)體襯底被安裝在所述印刷電路板上，其中所述印刷電路板包括耦合到所述光源的接觸體。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被安裝在所述半導(dǎo)體襯底之上的蓋，以封住所述光源。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適為夾住所述第一溝槽中的所述第一光纖，其中所述第一光纖以被動(dòng)方式與所述第一溝槽對(duì)準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底中的電路，所述第二半導(dǎo)體襯底被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底，其中所述電路以電氣方式耦合到所述光源。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適為封住所述第二半導(dǎo)體襯底和所述光源。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適來為所述第二半導(dǎo)體襯底和所述光源提供電磁干擾屏蔽。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括集成在所述第一半導(dǎo)體襯底中的電路，其中所述電路以電氣方式耦合到所述光源。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一反射器具有曲率。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一反射器基本上是平面的。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括波導(dǎo)，通過所述波導(dǎo)所述光源以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括透鏡，通過所述透鏡所述光源以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第二溝槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第二溝槽的第一端的第二反射器，所述第二反射器相對(duì)于所述第二溝槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第二溝槽中所述第二溝槽的第二端的第二光纖；被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光接收器，所述光接收器靠近所述第二溝槽，所述光接收器通過所述第二反射器以光學(xué)方式耦合到所述第二光纖。
15.一種裝置，包括在第一半導(dǎo)體襯底中被蝕刻的第一凹槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一凹槽的第一端的第一反射器，所述第一反射器相對(duì)于所述第一凹槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第一凹槽中所述第一凹槽的第二端的第一光纖；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光接收器，所述光接收器靠近所述第一凹槽，所述光接收器通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括印刷電路板，所述第一半導(dǎo)體襯底被安裝在所述印刷電路板上。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括被安裝在所述半導(dǎo)體襯底之上的蓋，以封住所述光接收器。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適為夾住所述第一凹槽中的所述第一光纖，其中所述第一光纖以被動(dòng)方式與所述第一凹槽對(duì)準(zhǔn)。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，還包括以電氣方式耦合到所述光接收器的電路。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第二凹槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第二凹槽的第一端的第二反射器，所述第二反射器相對(duì)于所述第二凹槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第二凹槽中所述第二凹槽的第二端的第二光纖；被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光源，所述光源靠近所述第二凹槽，所述光源通過所述第二反射器以光學(xué)方式耦合到所述第二光纖。
21.一種系統(tǒng)，包括包括電氣電路的第一系統(tǒng)設(shè)備；以電氣方式被耦合以從所述第一系統(tǒng)設(shè)備接收電信號(hào)的第一耦合器件，所述第一耦合器件包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽，所述第一溝槽具有在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第一端和第二端；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一溝槽的所述第一端的第一反射器，所述第一反射器相對(duì)于所述第一溝槽的軸成一角度；具有第一端和第二端的第一光纖，其中所述第一光纖的所述第一端被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光源，所述光源靠近所述第一溝槽，所述光源通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖，所述光源被調(diào)適為響應(yīng)于第一電信號(hào)，通過所述第一光纖的所述第一端傳輸?shù)谝还庑盘?hào)；以及耦合到所述第一光纖的第二系統(tǒng)設(shè)備，所述第二系統(tǒng)設(shè)備從所述第一光纖的所述第二端接收所述第一光信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述光源是垂直腔側(cè)發(fā)射激光器。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述第一耦合器件還包括被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第二溝槽，所述第二溝槽具有在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第一端和第二端；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第二溝槽的所述第一端的第二反射器，所述第二反射器相對(duì)于所述第二溝槽的軸成一角度；具有第一端和第二端的第二光纖，其中所述第二光纖的所述第一端被設(shè)置在所述第二溝槽中所述第二溝槽的第二端；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光接收器，所述光接收器靠近所述第二溝槽，所述光接收器通過所述第二反射器以光學(xué)方式耦合到所述第二光纖，所述光接收器被調(diào)適為從所述第二光纖的所述第一端接收第二光信號(hào)，其中所述第一系統(tǒng)設(shè)備被調(diào)適為響應(yīng)于所述第二光信號(hào)接收第二電信號(hào)。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底中的電路，所述第二半導(dǎo)體襯底被安裝在所述第一半導(dǎo)體襯底上，所述電路耦合到所述光源并且耦合到所述光接收器，所述電路被耦合來接收所述第一電信號(hào)，以從所述光源傳輸所述第一光信號(hào)，所述光接收器被耦合來接收所述第二光信號(hào)，以從所述電路傳輸所述第二電信號(hào)。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括被安裝在所述半導(dǎo)體襯底之上的蓋，以封住所述光源和所述光接收器。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，所述蓋被調(diào)適為夾住所述第一溝槽中的所述第一光纖，并且夾住所述第二溝槽中的所述第二光纖。
27.一種方法，包括將第一電信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一光信號(hào)；從被限定在第一溝槽的第一端的第一反射器反射所述第一光信號(hào)，所述第一溝槽被限定在第一半導(dǎo)體襯底中；以及將從所述第一反射器反射的所述光信號(hào)引導(dǎo)到第一光纖中，所述第一光纖被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括從被設(shè)置在第二溝槽中所述第二溝槽的第二端的第二光纖接收第二光信號(hào)，所述第二溝槽被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中；從第二反射器反射所述第二光信號(hào)，所述第二反射器被限定在所述半導(dǎo)體襯底中所述第二溝槽的第一端；以及將從所述第二反射器反射的所述第二光信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二電信號(hào)。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中將所述第一電信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述第一光信號(hào)的操作包括用被設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底中的電路接收所述第一電信號(hào)，所述第二半導(dǎo)體襯底被安裝在所述第一半導(dǎo)體襯底上；以及響應(yīng)于所述第一電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)垂直腔表面發(fā)射激光器，所述垂直腔表面發(fā)射激光器被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底，所述垂直腔表面發(fā)射激光器靠近所述第一溝槽并且被調(diào)適為將所述第一光信號(hào)引導(dǎo)到所述第一反射器。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括用被安裝在所述第一半導(dǎo)體襯底之上的蓋封住所述光源；以及以被動(dòng)方式將所述第一光纖與所述第一溝槽對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
一種電光耦合器件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的裝置包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽。第一反射器被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一溝槽的第一端。所述第一反射器相對(duì)于所述第一溝槽的軸成一角度。第一光纖被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端。光源被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底，所述光源靠近所述第一溝槽。所述光源通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
文檔編號(hào)H04B10/24GK1950742SQ200580014369
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者安德魯·奧爾多伊諾, 馬里奧·帕尼西亞 申請(qǐng)人:英特爾公司