[发明专利]微光学互连元器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微光学互连元器件(1)，微光学互连元器件包括光学平台，光学平台包括衬底(10)和至少一个光学对准结构(4)，衬底限定第一衬底表面，至少一个光学对准结构布置在第一衬底表面上，光学对准结构(4)适用于固定光学元器件和/或布置为对准结构以适应另一互连元器件(1)。光学平台进一步包括光偏转元件(30)，光偏转元件总体积小于1mm³，并且由折射率高于1的材料制成。光偏转元件(30)包括面向所述光学对准结构(4)的面(30”)，并且具有弯曲的反射表面(32)，使得入射到所述第一面(30”)的入射光束(200，202)偏转60°至120°之间的角度，所述入射光束(200，202)可以从所述衬底(10)的外部或内部提供。本发明进一步涉及一种光学器件(2)和光学系统(21)，光学器件包括至少一个光学互连元器件(1)，光学系统包括至少一个光学器件(2)。本发明还涉及一种光学互连元器件(1)的批量制备工艺。

技术领域

本发明涉及光学互连器件的领域，光学互连器件包括光耦合器和光波导，例如，集成在芯片或光学或光子平台上的光波导和光纤。

更准确地，本发明涉及微光学器件，微光学器件包括将光纤集成到波导的耦合器和具有光滑曲面的反射光学微元器件。

除了反射曲面之外，光学互连元器件还包括机械对准结构，使得能够简单的插入光学元件和/或光纤(“即插即用”)。

本发明还涉及光学互连元器件的批量制备方法。

背景技术

在依赖紧凑型光学系统的多个市场中(例如，电信、数据通信市场、计量学和光子传感器)，不断需要低成本的紧凑型的光学系统和器件以提供更高的数据速率、更高的密度以及在恶劣环境中提供高的可靠性。集成光子电路(Integrated photonics circuits，PIC)受益于系统集成度的增加和通过减小光模尺寸而显著增强的强度。这不仅对于非线性效应和传感特别有用，而且对于通信、空间、量子和其他应用也特别有用。

与光子集成电路(PIC)相关的典型挑战是通过光纤或光纤束将光耦合到芯片中和/或将光耦合出芯片的能力。光纤可以用于将光导向或收集到光子芯片或从光子芯片导向或收集光，该光子芯片通常在Si衬底S、S1、S2上实现。此外，光纤是远距离数据传输的首选。目前，如图1和图2所示，可用的用于输入/输出耦合的技术都是基于芯片级方法，并且涉及布置在平台FP1、FP2上的光纤的精确有源对准(图2)。在图1中详细说明的一些变体中，由光纤SF提供的光通过连续监测传输并且试图使传输最大化并且通过例如粘合或焊接固定布置而耦合到“光栅图案”G或“锥形波导”W，“光栅图案”G或“锥形波导”W可能布置在光学平台(通常是光子芯片)的边缘处的埋氧化层BO上。对于每个芯片，该“串行工艺”都必须依次重复，并且导致最终产品的封装成本显著增加。通常，光子封装占光子芯片总成本的80％以上。请参阅以下出版物：E.Fuchs等，光波技术学报，2006，doi:10.1109/JLT.2006.875961。

此外，用于从光纤耦合光和/或将光耦合到光纤中的对接耦合解决方案需要很大体积的空间和/或额外的光纤支撑结构，并且很难确保可靠的连接，连接通常依赖于胶水的使用。随着光学的过渡越来越接近于器件(例如，连接系统，甚至是单片芯片的集成)，对提供小型化光学解决方案的需求越来越大。特别地，互连需要耦合到有源光学器件(例如，激光器、LED和检测器)以及光电板中的波导和光子集成电路(PIC)中的波导。此外，在芯片到芯片耦合的情况下，对于不同材料制成的PIC在同一封装上进行异构集成，必须具有紧凑型非共面的光学互连器。多种平面内紧凑型连接解决方案依赖于衍射光栅(参考文献1)、反射曲面镜(参考文献2)、45°角光纤上的微透镜(参考文献3)或布置在V形槽硅光学台架上的分面镜(参考文献5)。

然而，这些解决方案中的大多数提供了不可接受的小的耦合效率、需要有源对准和/或需要复杂的制造方法或仍然依赖于串行工艺，这增加了最终器件的成本。