Y7T252 激光器与硅光芯片的耦合

更新时间:2021-09-09 07:09:05 阅读量:726

Y7T249 硅光芯片与光纤的耦合方式

今天是T249的姊妹篇,还是剖视图,我们光纤通信的单模光纤可传输的1260-1650nm这个波段,增益材料无非就是两种,InGaAsP或者AlGaInAs,与增益材料可以匹配晶格的就是InP了,用他们来做P型、N型半导体的电流注入通道。形成光电转换的激光器。


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用硅来做光波导,要想维持单模,就得缩小波导尺寸才行,一大就成了多模,传输性能严重受限。 硅波导的厚度很多厂家设置在220nm,在T249,我们也看到了很多用于耦合的模斑转换的侧剖面图。


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硅是间接带隙,发不了光,目前在光模块中还得指望InP做激光器单模光源。

Y6T125 间接带隙可以做探测器,不能做激光器

InP光源,硅做调制器,这就意味着需要二者耦合。最简单的,各自做,然后用一个透镜来聚焦,耦合。

思路简单,难处就在于,硅波导太小了,需要高精度耦合设备,还得考虑高低温封装材料的膨胀系数不一致导致的光路相对位移


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另一种方式,咱们很常见的激光器和光纤的耦合,这是光器件的传统,而且反正硅光芯片都要和光纤做耦合的啊。 

光纤是能弯曲移动的,两端各自耦合,这倒是迁就了产线工艺。付出的代价就是耦合损耗很大。

比如合订本的第571页类型


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有些厂家,把激光器独立封装,再盖个内斜形面的金属上盖,光从水平转为垂直,把硅光芯片的光输入端用垂直耦合光栅来做。也挺好。比如合订本第581页后的立体图


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好处是激光器可以放在硅光芯片的上面,另外一种是激光器先贴在上盖,经过光路转换后再通过微透镜聚焦在硅光芯片的垂直耦合光栅上,上下俩图异曲同工。


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还有一体成型的,在硅的衬底上刻蚀出相对高度台阶,把激光器倒扣下来,因为P型层是生长的,高度精确,而N型INP衬底是减薄的,厚度误差很大。倒扣后激光器的波导高度,和硅光芯片的波导高度,通过硅衬底的各种台阶来保障Z轴耦合精准度,现在用的挺多的。比如合订本第410页,第642页的类型


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如果能把激光器和硅光芯片的波导,封装的足够近,也可以辅助激光器前端的一个结构微调,不用透镜,也能使用。好处是终于可以不用透镜了,那个挺占地方的。


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再就是硅和InP异质键合,在硅光片子上形成混合激光器,InP做增益层(且没有原来的InP衬底,厚度很小),谐振腔用硅来做,可以用光栅,也可以用微环。

好处是,足够小,光的耦合效率很高,难处是InP和硅的晶格不适配,且用氧化硅做键合层,他们的热膨胀系数差异非常大,有可靠性风险


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