两个人的电影免费视频_国产精品久久久久久久久成人_97视频在线观看播放_久久这里只有精品777_亚洲熟女少妇二三区_4438x8成人网亚洲av_内谢国产内射夫妻免费视频_人妻精品久久久久中国字幕

Plc芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件的制作方法

文檔序號(hào):10721422閱讀:730來源:國知局
Plc芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,包括基于輸入光源用的保偏單芯FA、基于PLC的Y型分光器芯片、鈮酸鋰調(diào)制器芯片、基于PLC的諧振環(huán)芯片和PIN光電探測器;平面光波導(dǎo)Y型分光器芯片輸入端耦合粘接保偏單芯FA,輸出端和鈮酸鋰調(diào)制器芯片一端直接對(duì)準(zhǔn)耦合;鈮酸鋰調(diào)制器芯片另外一端和基于PLC的諧振環(huán)芯片直接對(duì)準(zhǔn)耦合;PIN光電探測器通過無源貼片工藝和基于PLC的諧振環(huán)芯片的輸出端對(duì)準(zhǔn)耦合;基于輸入光源用的保偏單芯FA、基于PLC的Y型分光器芯片、鈮酸鋰調(diào)制器芯片、基于PLC的諧振環(huán)芯片和PIN光電探測器均通過混合集成技術(shù)集成在U型基板上。本發(fā)明是一種高精度、小型化、諧振式光纖陀螺用的光學(xué)器件。
【專利說明】
PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感和通信技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種不同襯底材料芯片間的混合集成光學(xué)器件,尤其涉及一種高精度小型化諧振式光纖陀螺用的混合集成光學(xué)器件?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]集成光學(xué)的概念是基于采用微刻蝕技術(shù)在平面襯底上制作光波導(dǎo)元器件,與集成電子學(xué)一樣,它提供批量生產(chǎn)過程中將幾種功能集成到同一個(gè)光路上的潛力,同時(shí)又利于實(shí)現(xiàn)小型化和減少光學(xué)連接。因此,采用多功能集成光學(xué)器件很早就被人們認(rèn)為是研制陀螺的一種非常有前途的技術(shù)途徑。最典型的集成光學(xué)器件的例子就是集成光學(xué)調(diào)制器,也稱為Y波導(dǎo)調(diào)制器。它集成了高于50 dB消光比的偏振器、Y型分束器和兩個(gè)相位調(diào)制器,實(shí)現(xiàn)了光纖陀螺儀所要求的分束器、偏振器和調(diào)制器三種功能,從而有利地減小了光學(xué)器件的數(shù)目和體積,并使調(diào)制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)變得更為簡便。這種采用集成光學(xué)相位調(diào)制器(Y波導(dǎo)) 結(jié)構(gòu)作為高性能光纖陀螺的最佳技術(shù)方案目前被廣泛接受。同樣將光源、探測器、分光器、 耦合器、諧振環(huán)腔集成為一體也能有效地進(jìn)行小型化,混合集成及單片集成器件成為未來發(fā)展的方向。
[0003]混合集成的封裝技術(shù)就是將無源波導(dǎo)芯片和光電有源芯片通過擴(kuò)束準(zhǔn)直或聚焦, 光路轉(zhuǎn)換等光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效率光電轉(zhuǎn)換,在混合集成的光電子集成回路中,光子器件和電子器件根據(jù)各自器件的所選材料、采用的結(jié)構(gòu)和制作工藝的不同,分別制作在不同的襯底材料上,通過焊接、耦合對(duì)準(zhǔn)等封裝技術(shù)固化組合在一起,混合集成的光電子集成回路具有單個(gè)器件可優(yōu)化程度高,產(chǎn)品成品率高,可充分發(fā)揮光子無源器件和電子有源器件的各自性能,選擇各功能器件靈活性更高等優(yōu)點(diǎn)。因此,混合集成技術(shù)在光通信及光傳感領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
[0004]隨著慣性技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)T性系統(tǒng)的體積、重量要求越來越高,不同領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)的精度要求也各有不同,集成化、小型化的光纖陀螺設(shè)計(jì)成為必然。傳統(tǒng)光纖陀螺光學(xué)系統(tǒng)由各個(gè)分立光學(xué)器件組成,通過光纖耦合和熔接連接而成,這種形式的光纖陀螺工藝步驟繁瑣,結(jié)構(gòu)部件復(fù)雜,不易安裝,耦合點(diǎn)熔接點(diǎn)的穩(wěn)定性及可靠性較差,不能滿足慣性系統(tǒng)小型集成化技術(shù)日益發(fā)展的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了提高光纖陀螺的性能指標(biāo),縮小光纖陀螺的體積,實(shí)現(xiàn)光學(xué)陀螺集成化一一即將諧振式陀螺中的光源、分光器、耦合器、電光調(diào)制器及信號(hào)探測器集成在一起,實(shí)現(xiàn)全固態(tài)陀螺,預(yù)熱時(shí)間短,可應(yīng)用于一些需要抗沖擊、耐振動(dòng)等特殊領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種高精度、小型化、諧振式光纖陀螺用的二氧化硅平面光波導(dǎo)(PLC)和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,是將分光器、耦合器、電光調(diào)制器及信號(hào)探測器通過混合集成技術(shù),集成在一個(gè)基板上。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:包括鈮酸鋰調(diào)制器芯片和諧振環(huán)芯片,所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片、諧振環(huán)芯片的對(duì)接處設(shè)置有實(shí)現(xiàn)降低端面回?fù)p的傾斜耦合面;諧振環(huán)芯片的輸入、輸出波導(dǎo)分別與鈮酸鋰調(diào)制器芯片的輸入、輸出波導(dǎo)相對(duì)應(yīng)耦合,耦合波導(dǎo)之間設(shè)置有3°至8°的夾角。
[0007]作為優(yōu)選,所述耦合波導(dǎo)之間設(shè)置夾角為5°。
[0008]作為優(yōu)選,所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片、諧振環(huán)芯片的對(duì)接處的傾斜耦合面為呈10°角傾斜的平行四邊形。
[0009]作為優(yōu)選,所述諧振環(huán)芯片包括諧振環(huán)腔輸出錐形波導(dǎo)、諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)、 諧振環(huán)腔傳輸波導(dǎo),所述諧振環(huán)腔輸出錐形波導(dǎo)、諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)的耦合端設(shè)置有相對(duì)其耦合面5°的傾斜角,所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片的輸入、輸出波導(dǎo)相對(duì)其耦合面不做傾斜設(shè)置。
[0010]作為優(yōu)選,所述諧振環(huán)芯片是基于平面光波導(dǎo)工藝的芯片。
[0011]作為優(yōu)選,進(jìn)一步包括基于輸入光源用的保偏單芯FA、基于PLC的Y型分光器芯片、 PIN光電探測器;所述平面光波導(dǎo)Y型分光器芯片輸入端與所述保偏單芯FA直接對(duì)準(zhǔn)耦合, 輸出端和所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片一端直接對(duì)準(zhǔn)耦合;所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片另外一端和基于PLC的諧振環(huán)芯片直接對(duì)準(zhǔn)耦合;所述PIN光電探測器和基于PLC的諧振環(huán)芯片的輸出端直接對(duì)準(zhǔn)耦合。
[0012]作為優(yōu)選,所述基于PLC的Y型分光器芯片與所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片的耦合端面緊貝占,耦合端面通過光學(xué)紫外膠粘接,起折射率匹配和固定作用;所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片與基于PLC的諧振環(huán)芯片發(fā)的耦合端面緊貼,耦合端面通過光學(xué)紫外膠粘接,在分布耦合過程中設(shè)置輔助保偏輸入光纖來監(jiān)控輸出光功率;所述PIN光電探測器通過無源貼片工藝和基于 PLC的諧振環(huán)芯片的輸出端直接對(duì)準(zhǔn)耦合。
[0013]作為優(yōu)選,所述保偏單芯FA為慢軸輸入,和鈮酸鋰調(diào)制器芯片起偏軸向保持一致; 保持器件的單偏振傳輸,消除TOL對(duì)諧振環(huán)芯片的影響。
[0014]作為優(yōu)選,所述保偏單芯FA和Y型分光器輸入錐形波導(dǎo)邊緣粘接,中間滴光學(xué)紫外膠固化;利用平面光波導(dǎo)的保偏特性,實(shí)現(xiàn)單偏振傳輸。
[0015]作為優(yōu)選,所述Y型分光器芯片基于平面光波導(dǎo)工藝實(shí)現(xiàn),設(shè)置傳輸波導(dǎo)和分光波導(dǎo)兩部分,芯片10°角傾斜切片,成平行四邊形;相比鈮酸鋰基底的分光器,PLC波導(dǎo)傳輸損耗小,相對(duì)折射率差大,可以實(shí)現(xiàn)更小的波導(dǎo)彎曲半徑,減小器件尺寸。
[0016]作為優(yōu)選,所述諧振環(huán)芯片基于平面光波導(dǎo)工藝實(shí)現(xiàn),設(shè)置諧振環(huán)腔輸出錐形波導(dǎo)、諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)和諧振環(huán)腔傳輸波導(dǎo),芯片10°角傾斜切片,成平行四邊形;所述諧振環(huán)腔輸出錐形波導(dǎo)、諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)均傾斜5°角,諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)間距為d,d>5mm;采用基于PLC的微環(huán)諧振腔芯片代替保偏光纖環(huán),實(shí)現(xiàn)PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器芯片間的直接耦合對(duì)準(zhǔn),去掉了芯片間連接的保偏FA及光纖熔接點(diǎn),減小了封裝體積,簡化了光纖陀螺的工藝步驟。
[0017]作為優(yōu)選,所述Y型分光器芯片和諧振環(huán)芯片輸入輸出端為模場轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)錐形波導(dǎo),輸入端錐形波導(dǎo)和光纖模場匹配,輸出端錐形波導(dǎo)和鈮酸鋰調(diào)制器芯片模場匹配,Y型分光器傳輸波導(dǎo)和諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)的傳輸波導(dǎo)分別與鈮酸鋰調(diào)制器芯片傳輸波導(dǎo)輸入端、輸出端之間成5°夾角;模場轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)錐形波導(dǎo),使PLC芯片傳輸波導(dǎo)和LN調(diào)制器芯片傳輸波導(dǎo)之間模場匹配,芯片間直接耦合損耗小,實(shí)現(xiàn)端面約〇.2dB的耦合損耗,與鈮酸鋰調(diào)制器芯片和光纖耦合損耗相近,同時(shí)輸入端、輸出端之間成5°夾角設(shè)計(jì)能有效降低由于二氧化硅波導(dǎo)和鈮酸鋰波導(dǎo)折射率不匹配導(dǎo)致的回波損耗,省去芯片端面間鍍膜工藝步驟。
[0018]作為優(yōu)選,所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片包括大面積接地電極、行波調(diào)制電極、兩條鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)、兩條鈮酸鋰傳輸波導(dǎo);所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片調(diào)制電極周圍設(shè)計(jì)大面積接地電極,并通過金絲鍵合,使接地線將調(diào)制電極包裹形成屏蔽罩;具有減小電極間的串?dāng)_和防止外界電磁波干擾的作用。
[0019]作為優(yōu)選,所述鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)和鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)均為直條型波導(dǎo),兩條鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)間距為d,d>5mm;可以非常有效的減小調(diào)制電極之間的電串?dāng)_和調(diào)制波導(dǎo)之間的光串?dāng)_。
[0020]作為優(yōu)選,所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片厚度比Y型分光器芯片和諧振環(huán)芯片大0.3mm; 所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片高度突出,鈮酸鋰調(diào)制器芯片底面跟U型基板的U型凹面直接粘接, 粘接用膠為導(dǎo)熱硅膠;所述基于輸入光源用的保偏單芯FA、基于PLC的Y型分光器芯片、鈮酸鋰調(diào)制器芯片、基于PLC的諧振環(huán)芯片和PIN光電探測器與U型基板之間設(shè)置有U型墊片,U型墊片的U型面向上,底面跟U型基板直接粘接,粘接用膠為熱固化膠;所述U型墊片的U型槽寬度與鈮酸鋰調(diào)制器芯片的寬度相等,其材料為膨脹系數(shù)小的石英材料;U型基板對(duì)耦合芯片組件具有加固作用,提高混合集成光學(xué)器件的可靠性。
[0021]本發(fā)明提供的一種PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件的封裝方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟1:按照諧振環(huán)芯片的圖形形狀和Y形分光器芯片的圖形形狀制作掩膜板,對(duì)6英寸硅襯底晶元基板進(jìn)行PECVD、光刻及刻蝕后,獲得Y型分光器芯片及諧振環(huán)芯片;步驟2:按照鈮酸鋰調(diào)制器芯片的圖形形狀分別制作波導(dǎo)層掩膜板及金屬電極掩膜板, 通過在鈮酸鋰晶體上擴(kuò)散Ti離子形成波導(dǎo),獲得鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)及鈮酸鋰傳輸波導(dǎo),通過套刻、剝離工藝,獲得大面積接地電極和行波調(diào)制電極;步驟3:對(duì)Y型分光器芯片及諧振環(huán)芯片輸入輸出耦合端口所在的側(cè)邊緣及保偏單芯FA 耦合端分別拋光打磨,對(duì)鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)及鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)所在的側(cè)邊緣分別拋光打磨, 波導(dǎo)中的輻射模將進(jìn)入芯片襯底被吸收或者散射,消除輻射模對(duì)光學(xué)芯片耦合端口的影響,減小輻射模對(duì)相鄰調(diào)制波導(dǎo)的干擾;步驟4:保偏單芯FA和Y型分光器輸入錐形波導(dǎo)邊緣粘接,中間滴光學(xué)紫外膠固化;Y型分光器芯片輸出端和鈮酸鋰調(diào)制器芯片耦合對(duì)準(zhǔn),兩條Y分支輸出波導(dǎo)分別對(duì)準(zhǔn)鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo),兩條Y型分光器傳輸波導(dǎo)分別對(duì)準(zhǔn)鈮酸鋰傳輸波導(dǎo),在鈮酸鋰調(diào)制器芯片輸出端輔助光纖陣列監(jiān)控輸出光功率,在最佳插損值時(shí)將Y型分光器芯片和鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)耦合端面用光學(xué)紫外膠粘接;去掉監(jiān)控輸出光功率的輔助光纖陣列,將鈮酸鋰調(diào)制器芯片輸出端和諧振環(huán)芯片端面耦合,輔助光纖陣列監(jiān)控諧振環(huán)腔輸出端輸出光功率,在最佳插損值時(shí)將鈮酸鋰調(diào)制器芯片和諧振環(huán)芯片耦合端面用光學(xué)紫外膠粘接;最終得到耦合組件;步驟5:將耦合組件放置于U型墊片上,鈮酸鋰調(diào)制器芯片底面跟U型凹面直接緊貼,接觸面用導(dǎo)熱硅膠粘接;步驟6:將面入式PIN光電探測器經(jīng)由一個(gè)陶瓷墊塊轉(zhuǎn)換為側(cè)面入光,然后通過無源對(duì)準(zhǔn)貼片的工藝將陶瓷墊塊粘接在U型墊片上,使PIN光電探測器的光敏面正對(duì)諧振環(huán)芯片和Y型分光器芯片的輸出端;獲得光學(xué)組件;步驟7:將光學(xué)組件設(shè)置于模塊盒內(nèi),底面跟盒體直接緊貼,盒體和U型墊片底面用熱固化膠粘接,將鈮酸鋰調(diào)制器芯片的大面積接地電極和行波調(diào)制電極通過金線鍵合的方式跟盒體引腳相連,通過金線鍵合,使行波調(diào)制電極周圍與大面積接地電極連接,接地線將行波調(diào)制電極包裹。[〇〇22]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:①本發(fā)明的光學(xué)器件采用基于PLC的微環(huán)諧振腔芯片代替保偏光纖環(huán),實(shí)現(xiàn)PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器芯片間的直接耦合對(duì)準(zhǔn),去掉了芯片間連接的保偏FA及光纖熔接點(diǎn),減小了封裝體積,簡化了光纖陀螺的工藝步驟,提高了器件的穩(wěn)定性;②本發(fā)明的光學(xué)器件中通過Y型分光器芯片實(shí)現(xiàn)可調(diào)激光器輸入光一分二的目的,相比鈮酸鋰基底的分光器,PLC波導(dǎo)傳輸損耗小,相對(duì)折射率差大,可以實(shí)現(xiàn)更小的波導(dǎo)彎曲半徑,減小器件尺寸;③本發(fā)明的光學(xué)器件中鈮酸鋰調(diào)制器芯片兩條調(diào)制波導(dǎo)間距設(shè)計(jì)為d(d>5mm),可以非常有效的減小調(diào)制電極之間的電串?dāng)_和調(diào)制波導(dǎo)之間的光串?dāng)_;④本發(fā)明的光學(xué)器件在鈮酸鋰調(diào)制器芯片調(diào)制電極周圍設(shè)計(jì)大面積接地電極,并通過金線鍵合,使接地線將調(diào)制電極包裹,具有減小電極間的串?dāng)_和防止外界電磁波干擾的作用;⑤本發(fā)明光學(xué)芯片中的模場轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),使PLC芯片傳輸波導(dǎo)和LN調(diào)制器芯片傳輸波導(dǎo)之間模場匹配,芯片間直接耦合損耗小,實(shí)現(xiàn)端面約〇.2dB的耦合損耗,與芯片和光纖耦合損耗相近;⑥本發(fā)明的光學(xué)器件中鈮酸鋰調(diào)制器芯片和PLC芯片耦合端面成10°角傾斜(平行四邊形),PLC芯片傳輸波導(dǎo)和鈮酸鋰調(diào)制器傳輸波導(dǎo)之間有5°夾角,這種封裝設(shè)計(jì)能有效降低由于二氧化硅波導(dǎo)(1.46)和鈮酸鋰波導(dǎo)(2.2)折射率不匹配導(dǎo)致的回波損耗,省去芯片端面間鍍膜工藝步驟;⑦本發(fā)明的光學(xué)器件通過U型墊片,補(bǔ)償鈮酸鋰調(diào)制器芯片和PLC芯片之間的高度差, 同時(shí)和芯片底面完全貼合粘接,對(duì)耦合芯片組件具有加固作用,提高光學(xué)器件的可靠性;⑧本發(fā)明的光學(xué)器件將面入式光電探測器芯片經(jīng)由一個(gè)陶瓷墊塊轉(zhuǎn)換為側(cè)面入光,然后通過無源對(duì)準(zhǔn)貼片的工藝和PLC芯片的輸出端對(duì)準(zhǔn)耦合,工藝步驟操作簡單快捷?!靖綀D說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的諧振環(huán)芯片及Y型分光器芯片和鈮酸鋰調(diào)制器芯片混合集成整體結(jié)構(gòu)圖;圖2是本發(fā)明實(shí)施例的諧振環(huán)芯片及Y型分光器芯片和鈮酸鋰調(diào)制器芯片耦合組件結(jié)構(gòu)圖圖3是本發(fā)明實(shí)施例的諧振環(huán)芯片及Y型分光器芯片和鈮酸鋰調(diào)制器芯片耦合組件側(cè)視圖;圖4是本發(fā)明實(shí)施例的U型墊片結(jié)構(gòu)圖。【具體實(shí)施方式】
[0024]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明,下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述,應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。[〇〇25]請(qǐng)見圖1和圖2,本發(fā)明提供的一種PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,利用混合集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)鈮酸鋰波導(dǎo)芯片和PLC芯片的直接耦合對(duì)準(zhǔn),包括保偏單芯FA101、基于PLC的Y型分光器芯片102、鈮酸鋰調(diào)制器芯片103、基于PLC的諧振環(huán)芯片104、陶瓷墊塊 112、PIN光電探測器113、U型墊片;通過芯片特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及混合集成封裝技術(shù),將分光器、 起偏器、調(diào)制器、光學(xué)諧振環(huán)腔集成在一個(gè)U型基板114上,替代傳統(tǒng)光纖陀螺中分立光學(xué)器件,提高了光纖陀螺光學(xué)系統(tǒng)的集成度。諧振環(huán)芯片104的輸入、輸出波導(dǎo)分別與鈮酸鋰調(diào)制器芯片103的輸入、輸出波導(dǎo)相對(duì)應(yīng)耦合,耦合波導(dǎo)之間設(shè)置有3°至8°的夾角(本實(shí)施例的耦合波導(dǎo)之間設(shè)置夾角為5° )。
[0026]鈮酸鋰調(diào)制器芯片103包括兩條鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108、兩條鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)109、大面積接地電極106、行波調(diào)制電極107;鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108和鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)109均為直條型波導(dǎo),為減小調(diào)制電極之間的電串?dāng)_和光串?dāng)_,兩條調(diào)制波導(dǎo)間距設(shè)計(jì)為d(d>5mm),鈮酸鋰調(diào)制器芯片103切割成平行四邊形,切割斜面為10°角,如圖4所示。鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108和鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)109均通過在鈮酸鋰晶體上擴(kuò)散Ti離子形成波導(dǎo),波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散型,大面積接地電極106和行波調(diào)制電極107均為鈦鉑金電極,通過套刻,剝離工藝實(shí)現(xiàn)。
[0027]Y型分光器芯片由Y型分光器傳輸波導(dǎo)119和Y型分光器輸入錐形波導(dǎo)105兩部分組成,諧振環(huán)芯片由諧振環(huán)腔輸出/輸入錐形波導(dǎo)1 l〇a/b,諧振環(huán)腔傳輸波導(dǎo)111,諧振環(huán)腔輸出端118組成。
[0028]Y型分光器芯片102和諧振環(huán)芯片104的加工是選用二氧化硅材料制作的,使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝實(shí)現(xiàn),其二氧化硅的波導(dǎo)傳輸損耗為0.0ldB/cm。一般平面光波導(dǎo)傳輸波導(dǎo)橫截面為4 ? 5x4 ? 5um或者6umx6um,而鈮酸鋰調(diào)制器芯片波導(dǎo)為折射率漸變型,橫截面為lOxlOum,本發(fā)明設(shè)計(jì)基于PLC的錐形波導(dǎo),使得平面光波導(dǎo)端面和鈮酸鋰調(diào)制器芯片103波導(dǎo)模場要進(jìn)行有效匹配,端面進(jìn)行高效的耦合,平面光波導(dǎo)輸入/輸出錐形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)110如圖4所示。[〇〇29]平面光波導(dǎo)Y型分光器芯片102的Y分支輸出波導(dǎo)間距及諧振環(huán)芯片104輸入波導(dǎo)間距均設(shè)計(jì)為d*C0S(15° )/C0S(10°),和鈮酸鋰調(diào)制器芯片103調(diào)制波導(dǎo)間距匹配,Y型分光器芯片102和諧振環(huán)芯片104切割成平行四邊形,切割面為10°角,芯片輸入和輸出波導(dǎo)與芯片切割面成15°,因此設(shè)計(jì)輸入輸出波導(dǎo)相對(duì)水平方向傾斜5°,如圖4所示。
[0030]鈮酸鋰調(diào)制器芯片103上的接地電極和調(diào)制電極通過金線鍵合的方式和模塊合體連接,兩路相位相差180°的調(diào)制電信號(hào)通過盒體對(duì)應(yīng)的引腳施加在兩條行波調(diào)制電極107 上,本發(fā)明中將鍵合金線使接地線將調(diào)制電極包裹,具有減小電極間的串?dāng)_和防止外界電磁波干擾的作用,減少噪聲對(duì)陀螺系統(tǒng)的影響。
[0031]平面光波導(dǎo)Y型分光器芯片102輸入端耦合粘接一個(gè)保偏單芯FA101,輸出端和鈮酸鋰調(diào)制器芯片103—端直接對(duì)準(zhǔn)耦合,耦合端面緊貼,端面縫隙點(diǎn)光學(xué)紫外膠117,起折射率匹配和固定作用;鈮酸鋰調(diào)制器芯片103的另一端和諧振環(huán)芯片104直接耦合對(duì)準(zhǔn),同樣, 耦合端面緊貼,端面縫隙點(diǎn)光學(xué)紫外膠117,在分布耦合過程中需要輔助保偏輸入光纖116 來監(jiān)控輸出光功率,最終得到芯片耦合組件。
[0032]鈮酸鋰調(diào)制器芯片103厚度比Y型分光器芯片102和諧振環(huán)芯片104大0.3mm,芯片耦合組件如圖2所示,鈮酸鋰調(diào)制器芯片103高度突出,耦合組件放置于U型墊片上,鈮酸鋰調(diào)制器芯片103底面跟U型凹面115直接緊貼,粘接用膠可以是導(dǎo)熱硅膠,U型墊塊具有加固耦合組件的作用。
[0033]U型墊片設(shè)置于模塊盒內(nèi),其U型面向上,底面跟盒體直接緊貼,粘接用膠可以是熱固化膠,U型墊片的U型槽寬度設(shè)計(jì)與鈮酸鋰調(diào)制器芯片103的寬度相等,其材料為膨脹系數(shù)小的石英材料。
[0034]本發(fā)明是一種不同襯底材料芯片間的混合集成光學(xué)器件,襯底材料可以為二氧化娃平面光波導(dǎo)(PLC)、銀酸鋰(LiNb03)、聚合物(Polymer)等,在其中一種材料上實(shí)現(xiàn)無源傳輸波導(dǎo),另一種實(shí)現(xiàn)光電有源部分,芯片結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多種光電器件,包括:定向耦合器,多模干涉耦合器,Y型分光器,還包括光電調(diào)制器、光電光柵,可調(diào)光衰減器。
[0035]本發(fā)明提供的一種PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件的封裝方法,包括以下步驟:步驟1:按照諧振環(huán)芯片的圖形形狀和Y形分光器芯片的圖形形狀制作掩膜板,對(duì)6英寸硅襯底晶元基板進(jìn)行PECVD、光刻及刻蝕后,獲得Y型分光器芯片102及諧振環(huán)芯片104;步驟2:按照鈮酸鋰調(diào)制器芯片的圖形形狀分別制作波導(dǎo)層掩膜板及金屬電極掩膜板, 通過在鈮酸鋰晶體上擴(kuò)散Ti離子形成波導(dǎo),獲得鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108及鈮酸鋰傳輸波導(dǎo) 109,通過套刻、剝離工藝,獲得大面積接地電極106和行波調(diào)制電極107;步驟3:對(duì)Y型分光器芯片102及諧振環(huán)芯片104輸入輸出耦合端口所在的側(cè)邊緣及保偏單芯FA101耦合端分別拋光打磨,對(duì)鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108及鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)109所在的側(cè)邊緣分別拋光打磨,波導(dǎo)中的輻射模將進(jìn)入芯片襯底被吸收或者散射,消除輻射模對(duì)光學(xué)芯片耦合端口的影響,減小輻射模對(duì)相鄰調(diào)制波導(dǎo)的干擾;步驟4:保偏單芯FA101和Y型分光器輸入錐形波導(dǎo)105邊緣粘接,中間滴光學(xué)紫外膠117 固化;Y型分光器芯片102輸出端和鈮酸鋰調(diào)制器芯片103耦合對(duì)準(zhǔn),兩條Y分支輸出波導(dǎo)分別對(duì)準(zhǔn)鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108,兩條Y型分光器傳輸波導(dǎo)119分別對(duì)準(zhǔn)鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)108,在銀酸鋰調(diào)制器芯片103輸出端輔助光纖陣列監(jiān)控輸出光功率,在最佳插損值時(shí)將Y型分光器芯片102和鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)108耦合端面用光學(xué)紫外膠117粘接;去掉監(jiān)控輸出光功率的輔助光纖陣列,將鈮酸鋰調(diào)制器芯片103輸出端和諧振環(huán)芯片104端面耦合,輔助光纖陣列監(jiān)控諧振環(huán)腔輸出端118輸出光功率,在最佳插損值時(shí)將鈮酸鋰調(diào)制器芯片103和諧振環(huán)芯片104耦合端面用光學(xué)紫外膠117粘接;最終得到耦合組件;步驟5:將耦合組件放置于U型墊片上,鈮酸鋰調(diào)制器芯片103底面跟U型凹面115直接緊貝占,接觸面用導(dǎo)熱硅膠粘接;步驟6:將面入式PIN光電探測器113經(jīng)由一個(gè)陶瓷墊塊112轉(zhuǎn)換為側(cè)面入光,然后通過無源對(duì)準(zhǔn)貼片的工藝將陶瓷墊塊112粘接在U型墊片上,使PIN光電探測器113的光敏面正對(duì) Y型分光器芯片和諧振環(huán)芯片的輸出端,獲得光學(xué)組件;步驟7:將光學(xué)組件設(shè)置于模塊盒內(nèi),底面跟盒體直接緊貼,盒體和U型墊片底面用熱固化膠粘接,將鈮酸鋰調(diào)制器芯片103的大面積接地電極106和行波調(diào)制電極107通過金線鍵合的方式跟盒體引腳相連,通過金線鍵合,使行波調(diào)制電極107周圍與大面積接地電極106 連接,接地線將行波調(diào)制電極107包裹。
[0036]本發(fā)明的二氧化硅平面光波導(dǎo)和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件應(yīng)用在光纖陀螺時(shí),光源發(fā)出的窄線寬激光由保偏單芯FA進(jìn)入錐形波導(dǎo),錐形波導(dǎo)改變模斑的大小使其與Y型分光器芯片模斑匹配,通過Y分支波導(dǎo)分為功率相當(dāng),相位相同的兩束光,傳輸光經(jīng)由兩條鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)進(jìn)行電光相位調(diào)制,變成相位相反的兩束光由諧振環(huán)腔兩個(gè)輸入錐形波導(dǎo)輸入諧振環(huán)腔,形成兩個(gè)方向上的諧振光束,經(jīng)過諧振環(huán)腔后,光波信號(hào)分別經(jīng)由耦合器被光電探測器轉(zhuǎn)換為輸出電信號(hào).本發(fā)明的集成光學(xué)器件通過芯片特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及混合集成封裝技術(shù),將分光器、起偏器、調(diào)制器、光學(xué)諧振環(huán)腔集成在一個(gè)U型的石英基板上,替代傳統(tǒng)光纖陀螺中分立光學(xué)器件,提高了光纖陀螺光學(xué)系統(tǒng)的集成度,實(shí)現(xiàn)了小型化光學(xué)陀螺一種新的封裝的方法。
[0037]應(yīng)當(dāng)理解的是,本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解的是,上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì),并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下,在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下,還可以做出替換或變形,均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi),本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:包括鈮酸鋰調(diào)制器芯 片(103)和諧振環(huán)芯片(104),所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)、諧振環(huán)芯片(104)的對(duì)接處設(shè) 置有實(shí)現(xiàn)降低端面回?fù)p的傾斜耦合面;諧振環(huán)芯片(104)的輸入、輸出波導(dǎo)分別與鈮酸鋰調(diào) 制器芯片(103)的輸入、輸出波導(dǎo)相對(duì)應(yīng)耦合,耦合波導(dǎo)之間設(shè)置有3°至8°的夾角。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述耦合波導(dǎo)之間設(shè)置夾角為5°。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)、諧振環(huán)芯片(104)的對(duì)接處的傾斜耦合面為呈10°角傾斜的平 行四邊形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述諧振環(huán)芯片(104)包括諧振環(huán)腔輸出錐形波導(dǎo)(110a)、諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)(110b)、諧 振環(huán)腔傳輸波導(dǎo)(111),所述諧振環(huán)腔輸出錐形波導(dǎo)(ll〇a)、諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)(110b) 的耦合端設(shè)置有相對(duì)其耦合面5°的傾斜角,所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片的輸入、輸出波導(dǎo)相對(duì) 其耦合面不做傾斜設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特 征在于:進(jìn)一步包括基于輸入光源用的保偏單芯FA( 101 )、基于PLC的Y型分光器芯片(102)、 PIN光電探測器(113);所述平面光波導(dǎo)Y型分光器芯片(102)輸入端與所述保偏單芯FA (101)直接對(duì)準(zhǔn)耦合,輸出端和所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)—端直接對(duì)準(zhǔn)耦合;所述鈮酸 鋰調(diào)制器芯片(103)另外一端和基于PLC的諧振環(huán)芯片(104)直接對(duì)準(zhǔn)耦合;所述PIN光電探 測器(113 )和基于PLC的諧振環(huán)芯片(104 )的輸出端直接對(duì)準(zhǔn)耦合。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述保偏單芯FA( 101)為慢軸輸入,和鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)起偏軸向保持一致。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述保偏單芯FA(101)和Y型分光器輸入錐形波導(dǎo)(105)邊緣粘接,中間通過光學(xué)紫外膠(117) 粘接。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述Y型分光器芯片(102)基于平面光波導(dǎo)工藝實(shí)現(xiàn),設(shè)置傳輸波導(dǎo)和分光波導(dǎo)兩部分,芯片 10°角傾斜切片,成平行四邊形。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述諧振環(huán)腔輸入錐形波導(dǎo)(ll〇b)間距為d,d> 5mm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)包括大面積接地電極(106)、行波調(diào)制電極(107)、兩條鈮酸鋰 調(diào)制波導(dǎo)(108)、兩條鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)(109);所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)調(diào)制電極周圍設(shè) 計(jì)大面積接地電極(106),并通過金絲鍵合,使接地線將調(diào)制電極包裹形成屏蔽罩。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于:所 述鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo)(108)和鈮酸鋰傳輸波導(dǎo)(109)均為直條型波導(dǎo),兩條鈮酸鋰調(diào)制波導(dǎo) (108)間距為d,d>5mm。12.根據(jù)權(quán)利要求7-11任意一項(xiàng)所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其 特征在于:所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)厚度比Y型分光器芯片(102)和諧振環(huán)芯片(104)大0.3mm;所述鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)高度突出,鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)底面跟U型基板 (114)的U型凹面(115)直接粘接,粘接用膠為導(dǎo)熱硅膠;所述基于輸入光源用的保偏單芯FA (101)、基于PLC的Y型分光器芯片(102)、鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)、基于PLC的諧振環(huán)芯片 (104)和PIN光電探測器(113)均通過混合集成技術(shù)集成在U型基板(114)上。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的PLC芯片和鈮酸鋰調(diào)制器混合集成光學(xué)器件,其特征在于: 所述基于輸入光源用的保偏單芯FA(101)、基于PLC的Y型分光器芯片(102)、鈮酸鋰調(diào)制器 芯片(103)、基于PLC的諧振環(huán)芯片(104)和PIN光電探測器(113)與U型基板(114)之間設(shè)置 有U型墊片,U型墊片的U型面向上,底面跟U型基板(114)直接粘接,粘接用膠為熱固化膠;所 述U型墊片的U型槽寬度與鈮酸鋰調(diào)制器芯片(103)的寬度相等,其材料為膨脹系數(shù)小的石 英材料。
【文檔編號(hào)】G01C19/72GK106092080SQ201610729788
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月26日
【發(fā)明人】梁雪瑞, 江雄, 馬衛(wèi)東
【申請(qǐng)人】武漢光迅科技股份有限公司
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1
鹤岗市| 玉山县| 桑植县| 大竹县| 杂多县| 营口市| 乌什县| 渭南市| 丹东市| 沽源县| 东平县| 竹北市| 来凤县| 乌审旗| 遵义市| 桦川县| 饶平县| 微博| 郓城县| 马龙县| 东乌珠穆沁旗| 和静县| 剑川县| 南岸区| 宝鸡市| 城口县| 大荔县| 丽江市| 睢宁县| 大悟县| 竹北市| 凯里市| 河西区| 莱州市| 醴陵市| 若尔盖县| 榕江县| 清流县| 辉县市| 阿瓦提县| 阿荣旗|