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硅光耦合封装新方案:熔接光纤与硅光芯片

这篇笔记介绍一篇最近的硅光封装进展。美国罗切斯特大学研究小组最近报道了一种新型的硅光芯片耦合封装方案 Optica 6, 549(2019),即使用熔接的方法将光纤与端面耦合器连接,耦合损耗为1dB。文章的链接为https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-6-5-549 。

耦合封装是硅光产品大批量生产中的重要环节之一。能否实现快速、低成本、高耦合效率的硅光芯片封装,直接决定了产品的竞争力。Rochester大学的新方案,其结构示意图如下,

(图片来自文献1)

耦合器为悬臂梁型端面耦合器,悬臂在芯片外凸出一部分,用于和光纤连接。通过CO2激光器的照射,SiO2悬臂和裸纤熔接在一起,SiO2悬臂与光纤之间形成稳定的化学键。SiO2强烈吸收10.6um波长的光。实验中CO2激光器的功率为9W, 照射时间为0.5s。

实验中他们采用的SiN taper作为耦合器,光场从SiN波导中转换成SiO2悬臂的波导模式,进而再耦合到单模光纤中,其结构示意图如下图所示。悬臂凸出部分的长度为10um,宽度从12um变为14um。

(图片来自文献2)

SiN taper尖端的宽度为180nm, taper长度为100um。研究人员计算了该方案的容差,1dB的容差约为+/- 2.4um,如下图所示,

(图片来自文献1)

实验中,他们测得熔接完之后,耦合损耗约为1.3dB,  此时再采用折射率为1.3825的胶水,耦合损耗可降低至1dB,如下图所示,

(图片来自文献1)

相比于现有的耦合封装方案(可参看硅光芯片的耦合封装),光纤熔接的方法显得特别简单,既不需要额外的结构设计(V-groove, 聚合物,interposer等),也不需要特殊的光纤(斜切光纤,二维光纤阵列等)。唯一需要的是一个高功率的CO2激光器。该方案成本低,不需要复杂的工艺流程,有望实现大批量生产。目前实验中仍然需要一个可见光激光器,用于光纤和悬臂间的对准。如果能做到passive alignment, 将会是更大的进步。另外一点,如果是光纤阵列的耦合,工艺该如何改进?目前CO2出射的激光是通过透镜聚焦到SiO2和光纤的界面上,这可能是实验的一个难点。

· 2019-05-01 09:37  本新闻来源自:光学小豆芽,版权归原创方所有

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