專利名稱：提供電光耦合器的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及光學(xué)器件，并且更具體地，本發(fā)明涉及輸出耦合器。
背景信息當(dāng)在短距離上連接電氣設(shè)備時(shí)，一般使用基于銅線電氣的互聯(lián)，因?yàn)榛阢~線電氣的互聯(lián)可以更簡單、更便宜和可靠。然而，由于諸如信號衰減、電磁干擾(EMI)和串?dāng)_的問題，所以隨著微處理器時(shí)鐘頻率繼續(xù)增加，對于印刷電路板(PCB)上銅線電氣互聯(lián)的帶寬限制也增加。
激光器是眾所周知的通過受激發(fā)射來發(fā)射光并產(chǎn)生具有范圍為從紅外到紫外的頻譜的相干光束的器件，并且可以被用于各種應(yīng)用中。在光通信或聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，半導(dǎo)體激光器可以被用于產(chǎn)生光或光束，在所述光或光束上數(shù)據(jù)或其他信息可以被編碼和傳輸。
附圖簡要說明在附圖中通過示例性而非限制性的方式圖示說明了本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件的一個實(shí)施方案的橫截面的圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件的另一個實(shí)施方案的橫截面的圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件的再一個實(shí)施方案的橫截面的圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示互相耦合的多個耦合器件的實(shí)施方案的圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示通過反射器以光學(xué)方式耦合到光纖的光源的實(shí)施方案的圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示光源到光纖的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個實(shí)施方案和光纖到光接收器的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個實(shí)施方案的圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示針對各種未對準(zhǔn)光源到光纖的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個實(shí)施方案的圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示針對各種未對準(zhǔn)光纖到光接收器的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)的一個實(shí)施方案的圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示使用多個耦合器件和多個系統(tǒng)設(shè)備的系統(tǒng)的一個實(shí)施方案的框圖。
具體實(shí)施例方式
公開了提供電光和/或光電耦合器的方法和裝置。在以下描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)，以提供對本發(fā)明的完整理解。然而，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會清楚，無需使用這些具體的細(xì)節(jié)可以實(shí)踐本發(fā)明。此外，公知的材料或方法沒有詳細(xì)描述，以避免模糊本發(fā)明。
在整篇說明書中提及“一個實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”意味著結(jié)合該實(shí)施方案描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案中。因此，“在一個實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”在說明書中不同地方的出現(xiàn)不一定全是指同一實(shí)施方案。此外，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一個或更多個實(shí)施方案中。
如將要討論的，本發(fā)明的實(shí)施方案提供耦合器件，所述耦合器件包括被圖形化和蝕刻的半導(dǎo)體襯底(substrate)，所述半導(dǎo)體襯底被用來為諸如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)、PIN光電二極管、光纖、集成電路和密封蓋(sealing lid)的光學(xué)器件的集成提供裝配模板。此處所描述的耦合器件的實(shí)施方案的一個優(yōu)勢在于在半導(dǎo)體襯底上采用光刻限定結(jié)構(gòu)的能力，所述光刻限定結(jié)構(gòu)可以被用來使能(enable)各種光學(xué)部件(component)的被動對準(zhǔn)，所述光學(xué)部件例如根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的光纖。
在一個實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，被動對準(zhǔn)封裝技術(shù)降低對用于光學(xué)部件的對準(zhǔn)的精確、耗時(shí)以及最終昂貴的閉環(huán)過程的需要。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，由于內(nèi)置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和尺寸上的經(jīng)濟(jì)而導(dǎo)致的加工半導(dǎo)體材料(例如硅)所固有的低成本，使用被動對準(zhǔn)技術(shù)來裝配光學(xué)模塊創(chuàng)造了封裝非常低成本的光耦合組件(assembly)的能力。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的耦合器件的實(shí)施方案的額外的優(yōu)勢在于將其他半導(dǎo)體功能性集成到襯底的能力。
如將要討論的，在各個實(shí)施方案中，所述半導(dǎo)體襯底可以包括驅(qū)動器和/或接收器集成電路以及高速微帶或共面?zhèn)鬏斁€，以工作在高頻下，并且通過通路(via)連接到下面的印刷電路板(PCB)。在這些實(shí)施方案中，可以通過將所述PCB與刀片服務(wù)器或其他包括IC或其他部件的PCB板上的連接器配對，來實(shí)現(xiàn)連接器化(connectorization)。在一個實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，具有集成電路的耦合器件還可以被用作網(wǎng)絡(luò)處理器本身，或者可以被用于其他適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。
為了圖示說明，圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，示出耦合器件101的一個實(shí)施方案的橫截面的圖。如在所描繪的實(shí)施方案中示出的，耦合器件101包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底103中的第一溝槽105。第一反射器107被限定在第一半導(dǎo)體襯底103中第一溝槽105的第一端。在一個實(shí)施方案中，第一反射器107關(guān)于第一溝槽105的軸成一角度。第一光纖109被設(shè)置在第一溝槽105中所述第一溝槽105的第二端處。在一個實(shí)施方案中，第一溝槽105是這樣的溝槽或凹槽，即所述溝槽或凹槽在半導(dǎo)體襯底103中被限定為V型凹槽、U型凹槽等等，從而當(dāng)光纖109被設(shè)置或者容納在溝槽105中時(shí)，光纖109在溝槽105中以被動方式對準(zhǔn)。
在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件111被安裝在第一半導(dǎo)體襯底103上，所述光學(xué)器件111靠近所述第一溝槽105，從而光學(xué)器件111通過第一反射器107以光學(xué)方式耦合到第一光纖109。在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件111是光源，并且通過反射器107輸出光信號113到光纖109。在另一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件111是光接收器，并且通過發(fā)射器107從光纖109接收光信號113。在再一個實(shí)施方案中，多個溝槽105在半導(dǎo)體襯底103中被限定，對應(yīng)的光纖109被設(shè)置在每個分別的溝槽105中，并且對應(yīng)的光學(xué)器件111靠近對應(yīng)的溝槽105被設(shè)置，從而光束109從耦合器件101傳輸通過每個分別的光纖109或者通過每個分別的光纖109被耦合器件101接收。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，光學(xué)耦合器101的實(shí)施方案使用半導(dǎo)體襯底103作為用于光學(xué)器件111的封裝襯底。
在其中光學(xué)器件111是光源的實(shí)施方案中，光學(xué)器件111包括諸如VCSEL的激光器或者或其他適當(dāng)光源。在其中光學(xué)器件111是光接收器的實(shí)施方案中，光學(xué)器件111包括例如PIN光電二極管的光電探測器或其他適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)探測器。
如圖1的實(shí)施方案中所示，半導(dǎo)體襯底103被安裝在PCB 115上。在一個實(shí)施方案中，PCB由諸如FR4材料或其他適當(dāng)材料的玻璃纖維環(huán)氧樹脂層壓材料制造。在一個實(shí)施方案中，PCB 115包括以電氣方式耦合到半導(dǎo)體103的接觸體(contact)117。在一個實(shí)施方案中，接觸體117通過導(dǎo)體121和焊料突起123或其他適當(dāng)?shù)碾姎膺B接以電氣方式耦合到半導(dǎo)體襯底103。在一個實(shí)施方案中，接觸體117被安排在PCB 115上以提供邊緣連接器，在一個實(shí)施方案中所述邊緣連接器被耦合來接收或傳輸電信號119。
在一個實(shí)施方案中，耦合器件101還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底127中的電路125，所述第二半導(dǎo)體襯底127被安裝在第一半導(dǎo)體103上。如所描繪的實(shí)施方案中示出的，電路125通過導(dǎo)體129和接觸體131以電氣方式耦合在光學(xué)器件111和PCB 115之間。在一個實(shí)施方案中，用于耦合光學(xué)器件111和PCB 115的導(dǎo)體129可以使用通孔通路、線接合或其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。在一個實(shí)施方案中，電路125包括例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)驅(qū)動器和/或控制電路的電路，以驅(qū)動和/或控制光學(xué)器件111。
例如，在其中光學(xué)器件111包括光源的實(shí)施方案中，電路125被耦合以接收電信號119，并且協(xié)助光學(xué)器件111進(jìn)行從電信號119到合適功率水平的光信號113的電光轉(zhuǎn)換。在這樣做時(shí)，光學(xué)器件111響應(yīng)于電信號119輸出光信號113。在一個實(shí)施方案中，光信號113從光學(xué)器件111的VCSEL被引導(dǎo)至反射器107，所述反射器107在半導(dǎo)體襯底103中被限定在溝槽105的端部。接著，光信號113從反射器107被引導(dǎo)至光纖109中并通過光纖109，所述光纖109被設(shè)置在溝槽105的另一端。
在其中光學(xué)器件111包括光接收器的實(shí)施方案中，光信號113被引導(dǎo)通過光纖109，并且以光學(xué)方式被耦合，以通過被反射器107反射的方式由光學(xué)器件111的光接收器接收。電路125被耦合到光學(xué)器件111，并且被調(diào)適為幫助光學(xué)器件111進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以將光信號113轉(zhuǎn)換為合適值的電信號119。在這樣做時(shí)，電路127響應(yīng)于光信號113在接觸體117處輸出電信號119。
如圖1中所示，耦合器件101還包括蓋(lid)133，在一個實(shí)施方案中，所述蓋被安裝在半導(dǎo)體襯底103之上，并且封住光學(xué)器件111。在一個實(shí)施方案中，蓋133保護(hù)所封住的物體。在一個實(shí)施方案中，蓋133為光學(xué)器件111提供真空密封，和/或提供EMI屏蔽，所述EMI屏蔽提高耦合器件101的效率和性能，并且?guī)椭沟镁哂休^低光功率而具有較長傳播距離的非常高度敏感的鏈路成為可能。
如圖示中所示出的，在一個實(shí)施方案中，蓋133還幫助夾住和/或固定光纖109到第一溝槽105中。隨著光纖109被固定在第一溝槽105中，光纖109以被動方式對準(zhǔn)，從而光信號113通過第一反射器107與光學(xué)器件111適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。
盡管在圖1的實(shí)施方案中耦合器件101被圖示為具有一個光學(xué)器件111、一個溝槽105和一根光纖109，但是可以意識到，在其他實(shí)施方案中，多個對應(yīng)的光學(xué)器件111、溝槽105和光纖109可以被包括在耦合器件101中。例如，在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件111中的一個可以是光發(fā)射器，而另一個光學(xué)器件111可以是光接收器。每一個光學(xué)器件111被靠近溝槽105中分別的一個來安裝到半導(dǎo)體襯底103。每一個分別的溝槽包括分別的反射器107以及在所述溝槽中以被動方式對準(zhǔn)的分別的光纖，從而光信號被適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)。在這樣的實(shí)施方案中，耦合器件101被調(diào)適為既傳輸又接收光信號113，并且進(jìn)行對應(yīng)的電光和/或光電轉(zhuǎn)換。在另一個實(shí)施方案中，多個光學(xué)器件111是光發(fā)射器和/或多個光學(xué)器件111是光接收器。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件201的另一個實(shí)施方案的橫截面的圖。在圖2中所圖示的耦合器件201的實(shí)施方案與圖1中所圖示的耦合器件101的實(shí)施方案共有相似之處。例如，如圖2中所示，耦合器件201包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底203中的第一溝槽205。第一反射器207被限定在第一半導(dǎo)體襯底203中的第一溝槽205中。第一光纖209被設(shè)置在第一溝槽205中。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)光纖209被設(shè)置或者容納在溝槽205中時(shí)，光纖209在溝槽205中以被動方式對準(zhǔn)。
在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件211被安裝到第一半導(dǎo)體襯底203，從而光學(xué)器件211通過第一反射器207以光學(xué)方式耦合到第一光纖209。在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件211是光源，并且通過反射器207輸出光信號213到光纖209。在另一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件211是光接收器，并且通過發(fā)射器207從光纖209接收光信號213。
在一個實(shí)施方案中，半導(dǎo)體襯底203被安裝在PCB 215上。在一個實(shí)施方案中，PCB215包括通過導(dǎo)體221和焊料突起223以電氣方式耦合到半導(dǎo)體203的接觸體217。在一個實(shí)施方案中，接觸體217提供連接器，在一個實(shí)施方案中所述連接器被耦合來接收和/或傳輸電信號219。在一個實(shí)施方案中，耦合器件201還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底227中的電路225，所述第二半導(dǎo)體襯底227被安裝到第一半導(dǎo)體203。電路225通過導(dǎo)體229和接觸體231以電氣方式耦合在光學(xué)器件211和PCB 215之間。在一個實(shí)施方案中，電路225包括用于驅(qū)動和/或控制光學(xué)器件211的電路。
如圖2中所示，耦合器件201還包括蓋233。在圖2所描繪的實(shí)施方案中，蓋233被安裝在基本上全部的半導(dǎo)體襯底203之上，并且封住光學(xué)器件211以及第二半導(dǎo)體襯底227。在一個實(shí)施方案中，蓋233保護(hù)所封住的物體，并且提供真空密封，和/或提供EMI屏蔽。在圖2所描繪的實(shí)施方案中，第二半導(dǎo)體襯底227被安裝在已經(jīng)在第一半導(dǎo)體襯底203中蝕刻或形成的溝槽或開口中。在這樣的實(shí)施方案中，蓋233的總高度可以被減少到適應(yīng)(accommodate)第二半導(dǎo)體襯底227。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示耦合器件301的再一個實(shí)施方案的橫截面的圖。在圖3中所圖示的耦合器件301的實(shí)施方案與圖1和圖2中圖示出其實(shí)施例的耦合器件101和201的實(shí)施方案共有相似之處。例如，如圖3中所示，耦合器件301包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底303中的第一溝槽305。第一反射器307被限定在第一半導(dǎo)體襯底303中的第一溝槽305中。在一個實(shí)施方案中，第一反射器307關(guān)于第一溝槽305的軸成一角度。第一光纖309被設(shè)置在第一溝槽305中。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)光纖309被設(shè)置或者容納在溝槽305中時(shí)，光纖309在溝槽305中以被動方式對準(zhǔn)。
在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件311被靠近第一溝槽305來安裝到第一半導(dǎo)體襯底303，從而光學(xué)器件311通過第一反射器307以光學(xué)方式耦合到第一光纖309。在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件311是光源，并且通過反射器207輸出光信號313到光纖309。在另一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件311是光接收器，并且通過發(fā)射器307從光纖309接收光信號313。
在一個實(shí)施方案中，半導(dǎo)體襯底303被安裝在PCB 315上。在一個實(shí)施方案中，PCB315包括通過導(dǎo)體321和焊料突起323以電氣方式耦合到半導(dǎo)體303的接觸體317。在一個實(shí)施方案中，接觸體317提供連接器，在一個實(shí)施方案中所述連接器被耦合來接收和/或傳輸電信號319。
在一個實(shí)施方案中，耦合器件301還包括被直接集成到第一半導(dǎo)體襯底303中的電路325。如在圖3示出的實(shí)施方案中所示，電路325通過導(dǎo)體329和接觸體331以電氣方式耦合在光學(xué)器件311和PCB 315之間。在一個實(shí)施方案中，電路325包括用于驅(qū)動和/或控制光學(xué)器件311的電路。
如圖3中所示，耦合器件301還包括蓋333。在圖3所描繪的實(shí)施方案中，蓋333被安裝在半導(dǎo)體襯底303之上并且封住光學(xué)器件311。在一個實(shí)施方案中，蓋333保護(hù)所封住的物體，并且提供真空密封，和/或提供EMI屏蔽。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示互相耦合的多個耦合器件401A和401B的實(shí)施方案的圖。在一個實(shí)施方案中，耦合器件401A基本上類似于耦合器件401B。在一個實(shí)施方案中，耦合器件401A和401B還基本上類似于上面所討論的耦合器件101、201和/或301的實(shí)施方案中的至少一個。例如，如圖4的實(shí)施方案中所圖示的，耦合器件401A包括蓋以及安裝在PCB 415之上的半導(dǎo)體襯底433和403。在一個實(shí)施方案中，接觸體417被包括在PCB 415上，以提供到耦合器401A的電氣連接。
在圖4所圖示的實(shí)施方案中，耦合器件401A和401B通過多根光纖409A和409B耦合在一起。在一個實(shí)施方案中，光纖409A和409B使多個光信號或光束能夠在耦合器件401A和401B之間被傳輸和接收。在一個實(shí)施方案中，光纖409A和409B在耦合器件401A和401B之間提供雙向光學(xué)耦合。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，詳細(xì)地圖示通過反射器以光學(xué)方式耦合到光纖的光源的實(shí)施方案的圖。如所描繪的實(shí)施方案所示，溝槽505被限定在半導(dǎo)體襯底503中。在一個實(shí)施方案中，基本上平面的反射器507A被限定在溝槽505的端部。在另一個實(shí)施方案中，具有曲率的反射507B被限定在溝槽505的第一端。在一個實(shí)施方案中，諸如金屬化的和/或其他合適材料的反射材料被圖形化在反射器507A或507B上，以提高反射器507A或507B的反射率。
如在描繪的實(shí)施方案中所示，光纖509被設(shè)置在溝槽505中所述溝槽505的第二端處。在一個實(shí)施方案中，溝槽505被限定在半導(dǎo)體襯底503中，從而當(dāng)光纖509被設(shè)置在溝槽509中時(shí)，光纖509以被動方式與溝槽505中對準(zhǔn)。在一個實(shí)施方案中，光學(xué)器件511是例如VCSEL的光源，并且將光信號513引導(dǎo)到反射器507A和507B，接著所述光信號513從反射器507A和507B被引導(dǎo)到光纖509。如圖5的實(shí)施方案中所示，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，分別從反射器507A和/或507B反射的光信號513A和/或513B被引導(dǎo)到光纖509中。
在圖5所示的實(shí)施方案中，注意到光信號513被圖示為通過自由空間被引導(dǎo)通過溝槽505。在其他實(shí)施方案中，注意到溝槽505可以可選地包括透鏡555和/或波導(dǎo)557和/或其他合適的光學(xué)件(optical element)中的一種或更多種，從而以光學(xué)方式耦合光學(xué)器件511和光纖509。
可以意識到，盡管光學(xué)器件511在圖5中被圖示為光源，但是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，光學(xué)器件511還可以是光接收器，并且光信號513還可以通過反射器507A或507B從光纖509被引導(dǎo)到光學(xué)器件511。
用本發(fā)明的實(shí)施方案解決的技術(shù)問題包括光源和光纖之間的耦合損耗和/或光纖和光接收器之間的耦合損耗。在一個實(shí)施方案中，多模光纖(MMF)被用作所述光纖。為了圖示說明，圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示光源到光纖的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)的一個實(shí)施方案和光纖到光接收器的耦合損耗作為距離的函數(shù)的一個實(shí)施方案的圖637。具體來說，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，圖637的曲線639示出VCSEL到MMF的仿真的耦合損耗(以dB為單位)作為從所述VCSEL到所述MMF的光學(xué)路徑距離(以μm為單位)的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，圖637的曲線641示出MMF到PIN光電探測器的仿真的耦合損耗(以dB為單位)作為從所述MMF到所述PIN光電探測器的光學(xué)路徑距離(以μm為單位)的函數(shù)。如從曲線639和641可以觀察到的，對于小于100μm的距離來說，存在很少的耦合損耗。
用本發(fā)明的實(shí)施方案解決的另一個技術(shù)問題包括光學(xué)部件未對準(zhǔn)的容限(tolerance)，所述容限強(qiáng)烈地依賴于部件之間的物理距離。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，光束將快速地發(fā)散，并且，在部件之間較短的距離且緊密平行的孔徑(aperture)的情況下，耦合損耗減小。光學(xué)路徑的長度具有兩個主要的分量，即水平距離和垂直距離。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，為了減輕半導(dǎo)體襯底或管芯(die)對光路的遮蔽，垂直距離主要由光束的發(fā)散性來確定。水平距離由光學(xué)孔徑相對于半導(dǎo)體襯底的邊緣的位置以及由對管芯邊緣和光纖端面(facet)之間距離的裝配容限兩者來確定。對于45°的耦合鏡和具有(對于850納米的MM VCSEL來說典型為)～14°的發(fā)散角度的VCSEL來說，光學(xué)路徑的長度將為～150μm；對于接收路徑來說具有類似的長度。使用這些值，可以計(jì)算光學(xué)路徑對由于管芯和光纖的放置過程或玻璃纖維的切角(cleave angle)而造成的角度未對準(zhǔn)和橫向未對準(zhǔn)的敏感性。分析示出，在150μm處，±2度的傾斜角度導(dǎo)致＜1dB的附加損耗。
為了圖示說明，圖7和8是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示針對各種未對準(zhǔn)光源到光纖的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)以及光纖到光接收器的耦合損耗關(guān)系作為距離的函數(shù)的實(shí)施方案的圖。例如，圖7的圖737示出例如多模850納米VCSEL到MMF的排列對橫向未對準(zhǔn)的敏感性。具體來說，曲線743示出具有偏移等于0的仿真的耦合損耗，曲線745示出具有偏移等于約10μm的仿真的耦合損耗，并且曲線747示出具有偏移等于約20μm的仿真的耦合損耗。
在圖8所圖示的實(shí)施方案中，圖837示出例如MMF到直徑為80μm的光電二極管未對準(zhǔn)的敏感性。具體來說，曲線843示出具有偏移等于0的仿真的耦合損耗，曲線845示出具有偏移等于約10μm的仿真的耦合損耗，并且曲線847示出具有偏移等于約20μm的仿真的耦合損耗。
在圖7和8兩者中，圖737和圖837示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，10μm或更小的側(cè)向未對準(zhǔn)在距離為150μm處導(dǎo)致＜1dB的額外耦合損耗。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖示使用耦合到多個系統(tǒng)設(shè)備的多個耦合器件的系統(tǒng)的一個實(shí)施方案的框圖。具體來說，系統(tǒng)949包括耦合到第二系統(tǒng)設(shè)備953的第一系統(tǒng)設(shè)備951。系統(tǒng)951包括耦合器件901A，并且系統(tǒng)設(shè)備953包括耦合器件901B。在一個實(shí)施方案中，耦合器件901A和901B基本上類似于上面所討論的耦合器件中的至少一種。在一個實(shí)施方案中，系統(tǒng)設(shè)備951和953是基于電子的，并且通過光纖909互相耦合。在工作中，系統(tǒng)設(shè)備951生成要被傳輸?shù)较到y(tǒng)設(shè)備953的電子信號919。在這樣做時(shí)，電子信號919在耦合器件901A中被轉(zhuǎn)換為光信號913。光信號913通過光纖909從耦合器件901A被引導(dǎo)到耦合器件901B。接著，光信號913在耦合器901B中被轉(zhuǎn)換回電信號919，并且隨后被系統(tǒng)設(shè)備953接收。在一個實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，系統(tǒng)設(shè)備951和953之間的通信可以是單向或雙向的。
在前面的詳細(xì)描述中，已經(jīng)參照本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明的方法和裝置。然而，很顯然，可以對本發(fā)明作出各種修改和改變而不偏離本發(fā)明的寬泛精神和范圍。因此，本說明書和附圖被視為圖示說明性的而非限定性的。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一溝槽的第一端的第一反射器，所述第一反射器相對于所述第一溝槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端的第一光纖；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光源，所述光源靠近所述第一溝槽，所述光源通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光源包括垂直腔表面發(fā)射激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括印刷電路板，所述第一半導(dǎo)體襯底被安裝在所述印刷電路板上，其中所述印刷電路板包括耦合到所述光源的接觸體。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被安裝在所述半導(dǎo)體襯底之上的蓋，以封住所述光源。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適為夾住所述第一溝槽中的所述第一光纖，其中所述第一光纖以被動方式與所述第一溝槽對準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底中的電路，所述第二半導(dǎo)體襯底被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底，其中所述電路以電氣方式耦合到所述光源。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適為封住所述第二半導(dǎo)體襯底和所述光源。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適來為所述第二半導(dǎo)體襯底和所述光源提供電磁干擾屏蔽。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括集成在所述第一半導(dǎo)體襯底中的電路，其中所述電路以電氣方式耦合到所述光源。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一反射器具有曲率。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一反射器基本上是平面的。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括波導(dǎo)，通過所述波導(dǎo)所述光源以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括透鏡，通過所述透鏡所述光源以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第二溝槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第二溝槽的第一端的第二反射器，所述第二反射器相對于所述第二溝槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第二溝槽中所述第二溝槽的第二端的第二光纖；被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光接收器，所述光接收器靠近所述第二溝槽，所述光接收器通過所述第二反射器以光學(xué)方式耦合到所述第二光纖。
15.一種裝置，包括在第一半導(dǎo)體襯底中被蝕刻的第一凹槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一凹槽的第一端的第一反射器，所述第一反射器相對于所述第一凹槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第一凹槽中所述第一凹槽的第二端的第一光纖；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光接收器，所述光接收器靠近所述第一凹槽，所述光接收器通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括印刷電路板，所述第一半導(dǎo)體襯底被安裝在所述印刷電路板上。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括被安裝在所述半導(dǎo)體襯底之上的蓋，以封住所述光接收器。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述蓋被調(diào)適為夾住所述第一凹槽中的所述第一光纖，其中所述第一光纖以被動方式與所述第一凹槽對準(zhǔn)。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，還包括以電氣方式耦合到所述光接收器的電路。
20.如權(quán)利要求15所述的裝置，還包括被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第二凹槽；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第二凹槽的第一端的第二反射器，所述第二反射器相對于所述第二凹槽的軸成一角度；被設(shè)置在所述第二凹槽中所述第二凹槽的第二端的第二光纖；被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光源，所述光源靠近所述第二凹槽，所述光源通過所述第二反射器以光學(xué)方式耦合到所述第二光纖。
21.一種系統(tǒng)，包括包括電氣電路的第一系統(tǒng)設(shè)備；以電氣方式被耦合以從所述第一系統(tǒng)設(shè)備接收電信號的第一耦合器件，所述第一耦合器件包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽，所述第一溝槽具有在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第一端和第二端；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一溝槽的所述第一端的第一反射器，所述第一反射器相對于所述第一溝槽的軸成一角度；具有第一端和第二端的第一光纖，其中所述第一光纖的所述第一端被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光源，所述光源靠近所述第一溝槽，所述光源通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖，所述光源被調(diào)適為響應(yīng)于第一電信號，通過所述第一光纖的所述第一端傳輸?shù)谝还庑盘?；以及耦合到所述第一光纖的第二系統(tǒng)設(shè)備，所述第二系統(tǒng)設(shè)備從所述第一光纖的所述第二端接收所述第一光信號。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述光源是垂直腔側(cè)發(fā)射激光器。
23.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述第一耦合器件還包括被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第二溝槽，所述第二溝槽具有在所述第一半導(dǎo)體襯底中的第一端和第二端；被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第二溝槽的所述第一端的第二反射器，所述第二反射器相對于所述第二溝槽的軸成一角度；具有第一端和第二端的第二光纖，其中所述第二光纖的所述第一端被設(shè)置在所述第二溝槽中所述第二溝槽的第二端；以及被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底的光接收器，所述光接收器靠近所述第二溝槽，所述光接收器通過所述第二反射器以光學(xué)方式耦合到所述第二光纖，所述光接收器被調(diào)適為從所述第二光纖的所述第一端接收第二光信號，其中所述第一系統(tǒng)設(shè)備被調(diào)適為響應(yīng)于所述第二光信號接收第二電信號。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，還包括被包含在第二半導(dǎo)體襯底中的電路，所述第二半導(dǎo)體襯底被安裝在所述第一半導(dǎo)體襯底上，所述電路耦合到所述光源并且耦合到所述光接收器，所述電路被耦合來接收所述第一電信號，以從所述光源傳輸所述第一光信號，所述光接收器被耦合來接收所述第二光信號，以從所述電路傳輸所述第二電信號。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括被安裝在所述半導(dǎo)體襯底之上的蓋，以封住所述光源和所述光接收器。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，所述蓋被調(diào)適為夾住所述第一溝槽中的所述第一光纖，并且夾住所述第二溝槽中的所述第二光纖。
27.一種方法，包括將第一電信號轉(zhuǎn)換為第一光信號；從被限定在第一溝槽的第一端的第一反射器反射所述第一光信號，所述第一溝槽被限定在第一半導(dǎo)體襯底中；以及將從所述第一反射器反射的所述光信號引導(dǎo)到第一光纖中，所述第一光纖被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括從被設(shè)置在第二溝槽中所述第二溝槽的第二端的第二光纖接收第二光信號，所述第二溝槽被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中；從第二反射器反射所述第二光信號，所述第二反射器被限定在所述半導(dǎo)體襯底中所述第二溝槽的第一端；以及將從所述第二反射器反射的所述第二光信號轉(zhuǎn)換為第二電信號。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中將所述第一電信號轉(zhuǎn)換為所述第一光信號的操作包括用被設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底中的電路接收所述第一電信號，所述第二半導(dǎo)體襯底被安裝在所述第一半導(dǎo)體襯底上；以及響應(yīng)于所述第一電信號，驅(qū)動垂直腔表面發(fā)射激光器，所述垂直腔表面發(fā)射激光器被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底，所述垂直腔表面發(fā)射激光器靠近所述第一溝槽并且被調(diào)適為將所述第一光信號引導(dǎo)到所述第一反射器。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括用被安裝在所述第一半導(dǎo)體襯底之上的蓋封住所述光源；以及以被動方式將所述第一光纖與所述第一溝槽對準(zhǔn)。
全文摘要
一種電光耦合器件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的裝置包括被限定在第一半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽。第一反射器被限定在所述第一半導(dǎo)體襯底中所述第一溝槽的第一端。所述第一反射器相對于所述第一溝槽的軸成一角度。第一光纖被設(shè)置在所述第一溝槽中所述第一溝槽的第二端。光源被安裝到所述第一半導(dǎo)體襯底，所述光源靠近所述第一溝槽。所述光源通過所述第一反射器以光學(xué)方式耦合到所述第一光纖。
文檔編號H04B10/24GK1950742SQ200580014369
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者安德魯·奧爾多伊諾, 馬里奧·帕尼西亞 申請人:英特爾公司