一种应用于光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，包括：管壳或热沉；半导体光电子集成阵列芯片；半导体光电子集成阵列芯片衬底；光学准直透镜阵列；分光棱镜；分光棱镜支架；探测器阵列芯片；光学聚焦透镜阵列；光纤阵列；光纤阵列支架。本发明在光耦合部分通过安装一个分光棱镜将经过光学准直透镜阵列准直的半导体光电子集成阵列芯片输出的部分光信号引入各自对应的探测器阵列芯片中，克服了在半导体光电子集成阵列芯片耦合封装中因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无法安置背光探测器阵列芯片的困难，实现了对半导体光电子集成阵列芯片光信号的实时监测。
【专利说明】一种应用于光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备
【技术领域】
[0001] 本发明属于微波光子学及光通信【技术领域】，更具体说是一种应用于半导体光电子 集成阵列芯片封装的光耦合设备。
【背景技术】
[0002] 光电子集成技术是光纤通信最前沿、最有前途的领域，是未来高速率、大容量信息 网络体系中的主体技术。相对于传统分立的器件，光子集成芯片降低了成本和复杂性，因而 能以更低的成本构建一个具有更多节点的全新的网络结构。
[0003] 单片集成多波长激光器阵列芯片是实现高速率数据传输的核心，对单片集成多波 长激光器阵列芯片的耦合封装显得尤为重要。通常情况下，需要在半导体激光器芯片背面 安装探测器，以监测半导体激光器芯片的发光情况，从而进行反馈控制使之工作在稳定状 态。对于一些特定情况，为了满足通信需要的高频性能，在单片集成多波长激光器阵列芯片 背面安置有复杂的微波微带电路，此时没有足够的空间安置背光探测器。若重新布局微波 微带电路，不仅过程复杂，对封装后的单片集成多波长激光器阵列芯片的高频性能影响也 很大。此外，对于需要双端耦合的半导体光电子器件阵列芯片如光调制器阵列芯片、半导体 光放大器阵列芯片等，安置背光探测器的方案也不再适用。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的 光耦合设备。该设备能在没有足够空间安置背光探测器阵列芯片的情况下，实现对半导体 光电子器件阵列芯片光信号的监测。
[0006] (二）技术方案
[0007] 本发明一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，该阵列光耦合 设备包括：一管壳或热沉；一半导体光电子集成阵列芯片，该阵列芯片可以是单片集成多 波长激光器阵列芯片或是光调制器阵列芯片或是半导体光放大器阵列芯片，用于输出激光 信号；一半导体光电子集成阵列芯片衬底，用于安放半导体光电子集成阵列芯片；一光学 准直透镜阵列，用于将半导体光电子集成阵列芯片输出的发散光转变为平行光；一分光棱 镜，用于将经过光学准直透镜阵列后的平行光分为相互垂直的两个传播方向；一分光棱镜 支架，用于安放分光棱镜；一探测器阵列芯片，用于探测经过分光棱镜后向下90度转向的 激光；一光学聚焦透镜阵列，用于将直接通过分光棱镜的激光会聚到光纤阵列中；一光纤 阵列，用于耦合经过光学聚焦透镜阵列聚焦后出射的激光信号；一光纤阵列支架，用于安放 和固定光纤阵列。
[0008] (三）有益效果
[0009] 利用本发明提出的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，可克服 在半导体光电子集成阵列芯片耦合封装中因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无法安 置背光探测器阵列芯片的困难，通过在光耦合部分安装一个分光棱镜将经过光学准直透镜 阵列准直的半导体光电子集成阵列芯片输出的部分光信号引入各自对应的探测器阵列芯 片中，实现了对半导体光电子集成阵列芯片光信号的实时监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说 明，其中：
[0011] 图1是本发明一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备的示意 图。
[0012] 图2是本发明中探测器阵列芯片安放位置示意图。
【具体实施方式】
[0013] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0014] 本发明提出一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，图1为该 设备的示意图，图2为探测器阵列芯片安放位置示意图。在图1和图2中，各附图标记的含 义如下：
[0015] 1-管壳或热沉； 2-半导体光电子集成阵列芯片；
[0016] 3-光学准直透镜阵列； 4-半导体光电子集成阵列芯片衬底；
[0017] 5-分光棱镜； 6-分光棱镜支架；
[0018] 7-探测器阵列芯片； 8-光学聚焦透镜阵列；
[0019] 9-光纤阵列； 10-光纤阵列支架。
[0020] 图1和图2所示，本发明提出的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合 设备包括：
[0021] 管壳或热沉1，该管壳或热沉1为可阀、钨铜或陶瓷材料。
[0022] 半导体光电子集成阵列芯片2,该半导体光电子集成阵列芯片2可以是单片集成 多波长激光器阵列芯片或是光调制器阵列芯片或是半导体光放大器阵列芯片，通过锡焊固 定在半导体光电子集成阵列芯片衬底4上，用于输出激光信号。其中各个芯片单元依次纵 向等间隔排列，间距与数量根据实际需求设定，在芯片制作工艺允许的情况下，可以为任意 值，并不局限于图1所示的五个。
[0023] 半导体光电子集成阵列芯片衬底4,该半导体光电子集成阵列芯片衬底4为长条 形，通过焊锡或银胶纵向固定在管壳或热沉1上，用于安放半导体光电子器件阵列芯片2。
[0024] 光学准直透镜阵列3,该光学准直透镜阵列3是以硅或石英为材质的一整体结构 的条形透镜，该光学准直透镜阵列3外部可做金属外套用于保护和焊接，其中该整体的条 形透镜上包括多个准直透镜单元，准直透镜单元的数量与半导体光电子器件阵列芯片单元 的数量相同。各个准直透镜单元也是等间距纵向排列，间距与半导体光电子器件阵列芯片 单元的排列间隔相同，保证半导体光电子器件阵列芯片2中各个芯片单元和准直透镜单元 进行相对，二者之间的连线是水平方向的，也就是各个准直透镜单元以特定间距纵向排列， 与半导体光电子集成阵列芯片2单元一一对应。该光学准直透镜阵列3通过激光焊或紫外 胶固定在管壳或热沉1上，用于将半导体光电子集成阵列芯片2输出的发散光转变为平行 光。
[0025] 分光棱镜5,该分光棱镜5为石英或玻璃材质，该分光棱镜5形状为一矩形，分光长 度与半导体光电子集成阵列芯片2出射光区域相匹配，通过激光焊或紫外胶固定在分光棱 镜支架6上，用于将经过光学准直透镜阵列后的光信号分为相互垂直的两个传播方向，大 部分光按原方向直接通过该分光棱镜5,另一小部分光向下转向90度入射到位于分光棱镜 5下方的探测器阵列芯片7中。
[0026] 分光棱镜支架6,该分光棱镜支架6可由可阀或石英加工，通过激光焊或紫外胶固 定在管壳或热沉1上，用于安放分光棱镜5,该分光棱镜支架6由两平行的条形垫脚组成，两 垫脚的高度应足以保证在分光棱镜5的下方可以安放探测器阵列芯片7。
[0027] 探测器阵列芯片7,该探测器阵列芯片7通过锡焊或银胶固定在管壳或热沉1上， 位于分光棱镜5的下方，该探测器阵列芯片7接收的是经过光学准直透镜阵列3准直的部 分平行光，每个探测器阵列芯片单元等间距纵向排列，间距与半导体光电子器件阵列芯片 单元的排列间隔相同，所接收的平行光与半导体光电子集成阵列芯片2单元一一对应。
[0028] 光学聚焦透镜阵列8,该光学聚焦透镜阵列8是以硅或石英为材质的一整体结构 的条形透镜，该光学聚焦透镜阵列外部可做金属外套用于保护和焊接，该光学聚焦透镜阵 列8结构与光学准直透镜阵列类似，由多个聚焦透镜单元组成，聚焦透镜单元的数量与半 导体光电子器件阵列芯片单元的数量相同。各个聚焦透镜单元也是等间距纵向排列，间距 与半导体光电子器件阵列芯片单元的排列间隔相同。也就是，光学聚焦透镜阵列8上的每 个聚焦透镜单元以特定间距纵向排列，与光学准直透镜阵列3单元一一对应。该光学聚焦 透镜阵列8通过激光焊或紫外胶固定在管壳或热沉1上，用于将直接通过分光棱镜5的光 信号会聚到光纤阵列9中。
[0029] 光纤阵列9,该光纤阵列9通过激光焊或紫外胶固定在光纤阵列支架10上，用于耦 合经过光学聚焦透镜阵列8聚焦后出射的激光信号，该光纤阵列9接收的每一束激光信号 与光学聚焦透镜阵列8中的每一个聚焦透镜单元相对应。
[0030] 光纤阵列支架10,该光纤阵列支架10可由可阀或石英加工，呈长条形，通过激光 焊或紫外胶纵向固定在管壳或热沉1上，用于安放阵列光纤9。
[0031] 需要说明的是，根据封装器件性能的要求，本实施例中管壳或热沉1(包括引脚、 光输入端、电输入端等，在图中并未画出）可以有不同的设计，并不局限于图中所示；管壳 或热沉1上各元件的位置应精细调整，以保证光耦合效率最大；半导体光电子集成阵列芯 片2与探测器阵列芯片7应通过引腿或金丝与管壳或热沉1引脚焊接相连，在图中没有画 出这些连接。
[0032] 至此，已经结合附图对本发明一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦 合设备进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种应用于半导体 光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备有了清楚的认识。
[0033] 此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、 形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。
[0034] 综上所述，本发明一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，可 克服在半导体光电子集成阵列芯片耦合封装中因微波微带电路复杂或需双端光耦合而无 法安置背光探测器阵列芯片的困难，在光耦合部分通过安装分光棱镜将一部分光信号引入 探测器阵列芯片中，实现了对半导体光电子器件阵列芯片光信号的实时监测。
[0035] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【权利要求】
1. 一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，该设备包括：半导体光 电子集成阵列芯片，该阵列芯片是单片集成多波长激光器阵列芯片或是光调制器阵列芯片 或是半导体光放大器阵列芯片，用于输出激光信号；导体光电子集成阵列芯片衬底，用于安 放半导体光电子集成阵列芯片；光学准直透镜阵列，用于将半导体光电子集成阵列芯片输 出的发散光转变为平行光；分光棱镜，用于将经过光学准直透镜阵列后的平行光分为相互 垂直的两个传播方向；分光棱镜支架，用于安放分光棱镜；探测器阵列芯片，用于探测经过 分光棱镜后向下90度转向的激光；光学聚焦透镜阵列，用于将直接通过分光棱镜的激光会 聚到光纤阵列中；光纤阵列，用于耦合经过光学聚焦透镜阵列聚焦后出射的激光信号；光 纤阵列支架，用于安放和固定光纤阵列。
2. 根据权利要求1所述的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，其特 征在于，所述半导体光电子集成阵列芯片是单片集成多波长激光器阵列芯片或是光调制阵 列芯片或是半导体光放大器阵列芯片，其输出光经过光学准直透镜阵列后转变为平行光， 该平行光经过分光棱镜后，小部分平行光被向下折射90度进入探测器阵列芯片，大部分平 行光进入光学聚焦透镜阵列，经过光学聚焦透镜阵列聚焦后，耦合进入光纤阵列。
3. 根据权利要求1所述的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，其特 征在于，所述光学准直透镜阵列是以硅或石英为材质的一整体结构的条形透镜，其中每个 准直透镜单元以特定间距与所述半导体光电子集成阵列芯片单元一一对应。
4. 根据权利要求1所述的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，其特 征在于，所述分光棱镜形状为一矩形，分光长度与半导体光发射器件阵列芯片出射光区域 相匹配。
5. 根据权利要求1所述的一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备， 其特征在于，所述分光棱镜支架由两平行的条形垫脚组成，两垫脚的高度保证在分光棱镜 下方能够安放探测器阵列芯片。
6. 根据权利要求1所述的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，其特 征在于，该设备进一步包括管壳或热沉，所述管壳或热沉为可阀、钨铜或陶瓷材料，所述探 测器阵列芯片位于分光棱镜的下方，通过锡焊固定在管壳或热沉上，每个探测器阵列芯片 单元所接收的平行光与半导体光电子集成阵列芯片单元一一对应。
7. 根据权利要求1所述的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，其特 征在于，所述光学聚焦透镜阵列是以硅或石英为材质的一整体结构的条形透镜，其中每个 聚焦透镜单元以特定间距与光学准直透镜阵列单元一一对应。
8. 根据权利要求1所述的应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备，其特 征在于，所述半导体光电子集成阵列芯片衬底、光学准直透镜阵列、分光棱镜支架、光学聚 焦透镜阵列、光纤阵列支架通过激光焊或紫外胶固定在管壳或热沉上。
9. 根据权利要求1所述的一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设备， 其特征在于，所述半导体光电子集成阵列芯片通过锡焊固定在半导体光电子集成阵列芯片 衬底上。
10. 根据权利要求1所述的一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设 备，其特征在于，所述光纤阵列通过激光焊或紫外胶固定在光纤阵列支架上。
11. 根据权利要求1所述的一种应用于半导体光电子集成阵列芯片封装的光耦合设 备，其特征在于，所述分光棱镜通过激光焊或紫外胶固定在分光棱镜支架上。
【文档编号】G02B6/32GK104122636SQ201410344629
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】王欣, 邓晔, 刘建国, 祝宁华 申请人:中国科学院半导体研究所