集成光收發模塊的製作方法

2023-05-11 09:48:41

本實用新型屬於光纖通信領域，涉及有源光纜，光收發模塊。

背景技術：

40Gb/s QSFP有源光纜作為高速大容量光互聯傳輸的解決方案之一，其技術與成本相比於傳統的10Gb/s的銅傳輸電纜具有相當的優勢。傳統的銅線有電纜笨重，彎曲半徑大，功耗高，傳輸距離短，速率低等缺點。而AOC有源光纜與之相比有眾多優勢，比如在鏈路上傳輸功率更低，重量僅為直連銅纜的四分之一，體積約為銅纜的一半，彎曲半徑可以做的更小，在數據中心機房布線更方便，具有更好的空氣流動散熱性，傳輸距離遠。

有源光纜的核心為其中的光收發模塊。目前，諸多40Gb/s的有源光纜的光收發模塊，採用的是850nm波長的垂直腔面雷射器，連接兩收發模塊的光纜多採用多模光纖，這將導致信號在傳輸的過程中有較大的色散和損耗，限制了傳輸距離和數據速率。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於解決傳統依靠分立器件封裝的光收發模塊的成本問題以及速率和傳輸距離的問題，提供一種集成光收發模塊。

本實用新型採用以下方案：

本實用新型提出的一種基於氧化矽矩形光波導的集成光收發模塊，包括矩形氧化矽光波導、兩個45°的V型槽、一個垂直腔面雷射器、一個光子探測器，矩形氧化矽光波導開有兩個45°的V型槽，一個V型槽的垂直頂端安裝垂直腔面雷射器，一個V型槽的垂直頂端安裝光子探測器。

更進一步具體實施例中，所述的矩形氧化矽光波導由一個矩形的高折射率氧化矽波導芯層和位於其周圍的低折射率氧化矽波導包層組成。

更進一步具體實施例中，所述的兩個45°的V型槽的切割深度略大于波導的掩埋深度，其一邊與水平面垂直，另一邊與水平成45°夾角。

更進一步具體實施例中，兩個45°的V型槽與水平成45°夾角邊上分別鍍有第一布拉格反射膜和第二布拉格反射膜。

更進一步具體實施例中，所述的兩個45°的V型槽中的一個V型槽與水平成45°的邊上，在第一布拉格反射膜或第二布拉格反射膜上，還平行鍍有一層金屬反射膜。

更進一步具體實施例中，所述的垂直腔面雷射器通過焊點固定於無金屬反射膜的V型槽之上的金屬導線上。

更進一步具體實施例中，所述的光子探測器通過焊點固定於有金屬反射膜的V型槽之上的金屬導線上。

更進一步具體實施例中，所述的兩個V型槽與垂直腔面雷射器和光子探測器之間的空間內，填充有固化劑。

更進一步具體實施例中，在同一根光波導上，同時排列有垂直腔面雷射器和光子探測器，在同一根波導上進行雙向傳輸，同時收發。

更進一步具體實施例中，發射光信號和接收光信號以單模的形式在矩形波導芯層中傳播。

更進一步具體實施例中，與該收發模塊相連的光纜是由單模光纖或其陣列構成。

一種集成光收發模塊的製備方法，其特徵在於包括以下步驟：

（1） 通過傳統的氧化矽鍍膜、光刻、腐蝕等方法製作具有矩形氧化矽光波導的晶片；

（2）利用與45°V型槽形狀相同的刀頭，由劃片機在晶片上劃出兩個45°V型槽；

（3）利用真空電子束熱蒸發法，將布拉格反射膜鍍於整個晶片的上表面；

（4）利用真空電子束熱蒸發法、光刻、刻蝕或剝離的工藝，鍍上金屬反射膜以及金屬導線，並形成所需圖形；

（5）利用真空電子束熱蒸發法或電鍍法，在金屬電極適當的位置製作焊點；

（6），通過倒裝焊接方法，將垂直腔面雷射器和光子探測器分別與對應的金屬電極焊接，集成於對應的45°V型槽之上；

（7）將固化膠填充到45°V型槽內，直至充滿整個45°V型槽。

本實用新型的有益效果：

（1）本實用新型採用了單模垂直腔面雷射器，實現與單模光纖陣列的配合，可以實現較長距離的光互聯傳輸。

（2）本實用新型是具有低成本，高速率，可實現多通道的集成光收發模塊；

（3）本實用新型的集成光學模塊的製備方法，該製備方法簡單、成本較低、可大規模製作，相比於傳統的分立形式的光收發模塊，可有效降低成本。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構及原理示意圖。

圖2是未劃V型槽的普通矩形波導示意圖。

圖3是未劃V型槽的普通矩形波導截面圖。

圖4是本實用新型的製作過程示意圖。

圖5是本實用新型的製作過程示意圖。

圖6是本實用新型的製作過程示意圖。

圖7是本實用新型的製作過程示意圖。

圖8是本實用新型的製作過程示意圖。

圖1-8中：1—垂直腔面雷射器、2—光子探測器、3—焊點、4—金屬電極、 5—氧化矽波導芯層、6—氧化矽波導包層、7a—第一布拉格反射膜、7b—第二布拉格反射膜、7c—第三布拉格反射膜、7d—第四布拉格反射膜、8—金屬反射膜、9—固化膠、10a—第一V型槽，10b-第二V型槽。

具體實施方式

以下將附圖對本實用新型具體結構及製備方法進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例只是本實用新型的一部分實施例，而不是全部實施例，基於本實用新型的實施例，本領域的技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的其他實施例，均屬於本實用新型保護的範圍。

圖1為模塊整體的工作示意圖，發射調製光經外電路調製後由垂直腔面雷射器1發出，垂直腔面雷射器1的波長位於布拉格反射膜7的反射波長位置。經布拉格反射膜7反射後，由芯層氧化矽光波導5引導出去與單模光纖進行耦合；接收調製光由單模光纖引導進波導芯層5，接收光波長位於布拉格反射膜7的透射波長位置，透射後經過另一段芯層光波導5，以及之後的金屬膜反射鏡8，入射到光子探測器2上。

配合參閱圖4-8，圖4為本實用新型的關鍵的第一步示意圖，在普通的掩埋型氧化矽光波導上使用定製刀頭，利用劃片機在波導上劃出兩個相同的V型槽10。

如圖5，刻槽完成後，用膜系設計軟體設計出滿足要求的布拉格反射膜7，利用電子束沉積，將膜層的結構整個沉積在光波導上。由於材料沉積的方向是垂直於晶片表面，因此45°V型槽10與波導垂直的那條邊上不會鍍上布拉格反射膜7。

如圖6，再利用同樣的方法將金屬反射膜8鏡面鍍在其中一個鍍有布拉格反射膜7的V型槽10上，使之完整覆蓋波導芯層區域面積。再在適當的位置鍍上金屬電極4，之後在金屬電極4上鍍上一層焊點3。

如圖7，隨後，將垂直腔面雷射器1和光子探測器2焊接在V型槽10邊緣的金屬電極4上，以便與電路部分進行連接。

如圖8，將固化膠9填充至V型槽10內，直至到達垂直腔面雷射器1和光子探測器2下表面為止，匹配光波導的折射率，能夠有效的減小光功率的損耗，提高傳輸的效率。

光學模塊的製備方法，包括步驟：

（1）通過傳統的氧化矽鍍膜、光刻、腐蝕等方法製作具有氧化矽矩形光波導的晶片；

（2）利用與45°V型槽形狀相同的刀頭，由劃片機在晶片上劃出兩個45°V型槽；

（3）利用真空電子束熱蒸發法，將布拉格反射膜鍍於整個晶片的上表面；

（4）利用真空電子束熱蒸發法、光刻、刻蝕或剝離的工藝，鍍上金屬反射膜以及金屬導線，並形成所需圖形；

（5）利用真空電子束熱蒸發法或電鍍法，在金屬電極適當的位置製作焊點；

（6）通過倒裝焊接方法，將垂直腔面雷射器和光子探測器分別與對應的金屬電極焊接，集成於對應的45°V型槽之上；

（7）將固化膠填充到45°V型槽內，直至充滿整個45°V型槽。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。