【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光芯片，尤其涉及一种光学耦合系统及耦合方法。
技术介绍
1、基于光子集成器件的接口尺寸通常远小于电子集成器件的接口尺寸导致耦合对准困难，所以光子集成芯片的测试和封装环节成本增加，通常占整个光子集成器件制作成本的80％。现有的集成光子器件测试手段包括光学特性测试和电学特性测试。光学特性测试即光输入端连接激光器，通过光纤阵列把光耦合进芯片，在芯片的输出端用光纤阵列把光耦合出来，连接光功率计、光谱仪等测试设备，进行插入损耗、波长响应等性能参数的表征。
2、其中，光芯片与光纤的耦合是实现光信号传输的关键环节之一。良好的光芯片与光纤耦合工艺不仅可以提高光信号的传输效率和可靠性，还可以减小光器件尺寸，降低成本。
3、目前，硅光子芯片的光耦合封装大多采用边缘耦合器进行，用传统的人工耦合方式，这庞大的工作量将会非常耗时、效率很低。并且目前的自动耦合系统，采用多个自由度同时调节方案，耦合耗费时间。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种光学耦合系统及耦合方法，该光学耦合系统针对硅光子芯片的大规模商用需要解决与光纤的对准效率问题，本专利技术提出一种高效精准对准方案，采用测量法布里-珀罗腔自由光谱范围原理实现了光纤与光芯片之间的间距测量，一次位置调节即可完成的一个自由度的高效、精准自动耦合。
2、根据本专利技术的一方面，提供一种光学耦合系统，用于将光纤阵列的第一端与光芯片中的波导耦合对准，所述光学耦合系统包括光源、环行器、光谱分析仪、光功率计、三维
3、所述光源的输出端与所述环行器的第一端连接，所述光纤阵列的第二端中第一光纤与所述环行器的第二端连接，所述光谱分析仪的光输入端与所述环行器的第三端连接，所述光纤阵列的第二端中第二光纤与所述光功率计的光输入端连接，所述光功率计、所述光谱分析仪和所述三维位移台均与所述控制单元连接；
4、将所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构，所述光源出射的光线经过所述环行器的第一端口、第二端口、所述第一光纤后入射到所述光芯片，反射光经过所述第一光纤、所述环行器的第二端口、第三端口后传输至所述光谱分析仪中；
5、所述控制单元用于根据所述光谱分析仪采集的法布里-珀罗干涉结构的光谱峰值和自由光谱范围，计算所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离；
6、所述控制单元还用于控制所述三维位移台在第一方向上移动，以使所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离在预设距离范围内；
7、所述控制单元还用于控制所述三维位移台在第二方向和/或第三方向上移动，当所述光功率计检测到的光功率最大时，所述光纤阵列与所述光芯片耦合对准完成；
8、其中，所述第一方向为所述光纤阵列指向所述光芯片的方向，所述第二方向和所述第三方向在所述光纤阵列的第一端所在平面内，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直。
9、可选的，还包括显微成像装置，所述显微成像装置与所述控制单元连接，所述显微成像装置用于对所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导成像，在所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时粗对准。
10、可选的，所述显微成像装置包括工业相机。
11、可选的，在所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时粗对准时，所述控制单元控制所述三维位移台在所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向上移动的最大行程为4mm，分度为10μm。
12、可选的，所述控制单元控制所述三维位移台在所述第二方向和所述第三方向上移动的最大行程为300μm，分度为1μm。
13、可选的，所述控制单元根据以下公式计算所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离：
14、
15、其中，d表示所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离，λ1和λ2表示所述光谱分析仪中相邻两个光谱峰值，fsr表示法布里-珀罗干涉结构的自由光谱范围。
16、可选的，所述光芯片包括第一端口和第二端口，所述第一光纤输出的部分光线从所述第一端口耦合入所述光芯片内，在所述光芯片内部传输后由所述第二端口输出，再经过所述第二光纤传输后输入所述光功率计。
17、可选的，所述光芯片包括边缘耦合器，所述光纤阵列的第一端与所述边缘耦合器的波导对准耦合。
18、根据本专利技术的另一方面，提供一种光学耦合方法，利用上述的光学耦合系统将光纤阵列的第一端与光芯片中的波导耦合对准，所述光学耦合方法包括：
19、将光纤阵列的第一端与光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构；
20、控制光源开启，所述光源出射的光线经过环行器的第一端口、第二端口、第一光纤后入射到所述光芯片，反射光经过所述第一光纤、所述环行器的第二端口、第三端口后传输至所述光谱分析仪中；
21、所述控制单元根据所述光谱分析仪采集的法布里-珀罗干涉结构的光谱峰值和自由光谱范围，计算所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离；
22、所述控制单元控制所述三维位移台在第一方向上移动，以使所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离在预设距离范围内；
23、所述控制单元控制所述三维位移台在第二方向和/或第三方向上移动，当光功率计检测到的光功率最大时，所述光纤阵列与所述光芯片耦合对准完成。
24、可选的，光学耦合系统包括显微成像装置；在将光纤阵列的第一端和光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时，利用显微成像装置对所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导成像，以实现所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导的粗对准。
25、本专利技术实施例提供的光学耦合系统，用于将光纤阵列的第一端与光芯片中的波导耦合对准，光学耦合系统包括光源、环行器、光谱分析仪、光功率计、三维位移台和控制单元，光纤阵列或光芯片固定于三维位移台上，三维位移台待定光纤阵列或光芯片移动实现对准。在对光纤阵列与光芯片进行耦合对准时，先将光纤阵列的第一端与光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构，然后使光源出射的光线经过环行器的第一端口、第二端口、第一光纤后入射到光芯片，反射光经过第一光纤、环行器的第二端口、第三端口后传输至光谱分析仪中；利用控制单元根据光谱分析仪采集的法布里-珀罗干涉结构的光谱峰值和自由光谱范围，计算光纤阵列的第一端与光芯片的波导之间的距离；利用控制单元控制三维位移台在第一方向上移动，以使光纤阵列的第一端与光芯片的波导之间的距离在预设距离范围内，从而一次性完成水平方向一个自由度的高精度对准；最后控制单元控制三维位移台在第二方向和/或第三方向上移动，当光功率计检测到的光功率最大时，光纤阵列与光芯片耦合对准完成；其中，第一方向为光纤阵列指向光芯片的方向，第二方向和第三方向在光纤阵列的第一端所在平面内，第一方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光学耦合系统，其特征在于，用于将光纤阵列的第一端与光芯片中的波导耦合对准，所述光学耦合系统包括光源、环行器、光谱分析仪、光功率计、三维位移台和控制单元，所述光纤阵列或所述光芯片固定于所述三维位移台上；
2.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，还包括显微成像装置，所述显微成像装置与所述控制单元连接，所述显微成像装置用于对所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导成像，在所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时粗对准。
3.根据权利要求2所述的光学耦合系统，其特征在于，所述显微成像装置包括工业相机。
4.根据权利要求2所述的光学耦合系统，其特征在于，在所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时粗对准时，所述控制单元控制所述三维位移台在所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向上移动的最大行程为4mm，分度为10μm。
5.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述控制单元控制所述三维位移台在所述第二方向和所述第三方向上移动的最大行程为300μm，分度为1μ
6.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述控制单元根据以下公式计算所述光纤阵列的第一端与所述光芯片的波导之间的距离：
7.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述光芯片包括第一端口和第二端口，所述第一光纤输出的部分光线从所述第一端口耦合入所述光芯片内，在所述光芯片内部传输后由所述第二端口输出，再经过所述第二光纤传输后输入所述光功率计。
8.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述光芯片包括边缘耦合器，所述光纤阵列的第一端与所述边缘耦合器的波导对准耦合。
9.一种光学耦合方法，其特征在于，利用权利要求1～8任一所述的光学耦合系统将光纤阵列的第一端与光芯片中的波导耦合对准，所述光学耦合方法包括：
10.根据权利要求9所述的光学耦合方法，其特征在于，光学耦合系统包括显微成像装置；在将光纤阵列的第一端和光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时，利用显微成像装置对所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导成像，以实现所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导的粗对准。
...【技术特征摘要】
1.一种光学耦合系统，其特征在于，用于将光纤阵列的第一端与光芯片中的波导耦合对准，所述光学耦合系统包括光源、环行器、光谱分析仪、光功率计、三维位移台和控制单元，所述光纤阵列或所述光芯片固定于所述三维位移台上；
2.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，还包括显微成像装置，所述显微成像装置与所述控制单元连接，所述显微成像装置用于对所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导成像，在所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时粗对准。
3.根据权利要求2所述的光学耦合系统，其特征在于，所述显微成像装置包括工业相机。
4.根据权利要求2所述的光学耦合系统，其特征在于，在所述光纤阵列的第一端和所述光芯片的波导相对设置形成法布里-珀罗干涉结构时粗对准时，所述控制单元控制所述三维位移台在所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向上移动的最大行程为4mm，分度为10μm。
5.根据权利要求1所述的光学耦合系统，其特征在于，所述控制单元控制所述三维位移台在所述第二方向和所述第三方向上移动的最大行程为300μ...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵远洋，安雪碧，葛玉德，
申请(专利权)人：合肥硅臻芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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