高速率光電接收接口及其制作方法與流程

本發明涉及廣電和通訊行業光接收產品的光電耦合應用領域。

背景技術：

通訊行業光接收部分現有的應用芯片，光敏面直徑55～75μm，由于正(N)負(P)極分處于芯片底面和頂面，厚度在155μm左右，結電容達到了0.5pF以上。以康寧光纖為例，n_core＝1.4682、n_cladding＝1.4677，實測及分析計算NA在0.11～0.13，輸入光纖被水平貼(加一反射斜面)時，其出纖光斑直徑在側出口處約為29μm。而當下光纖與芯片耦合的普遍做法為：光纖被水平貼裝通過反射斜面垂直進行耦合到芯片光敏面，傳輸的速率只能在5Gbps以下。但在通訊行業對于傳輸高速率的追求下，25Gbps的應用時高速率芯片光敏面通常設計在10～11μm，因應用時光纖的光斑已遠大于芯片光敏面，此時只有借助透鏡類的光學元件會聚光束，達到應用的基本要求。所以使用的光學鏡片精度要求高，加工及裝配難度大，造成成本上升。

技術實現要素：

本發明的目的之一在于提供一種便于加工裝配的高速率光電接收接口。

本發明的另一目的在于提供一種便于加工裝配的高速率光電接收接口的制作方法。

本發明的目的可以這樣實現，設計一種高速率光電接收接口，包括光探測芯片、光纖、玻璃毛細管，玻璃毛細管固定在光纖的末端，光纖插入玻璃毛細管伸至玻璃毛細管末端，玻璃毛細管末端端頭放置在光探測芯片的光敏面上；

光探測芯片的正、負極設置在芯片頂面，正極與負極呈半隔離結構；光探測芯片固定在基板上；

玻璃毛細管與光纖末端研磨成一反射斜面的光學鏡面，斜面的角度為25°～45°；斜面下方出光口部位研磨成一凹臺，凹臺的臺面距離光纖纖芯中心15～25μm，凹臺處放置光探測芯片；在凹臺處點一填充膠連接芯片與光纖，填充膠的折射率與光纖包層的折射率范圍相同。

進一步地，凹臺的臺面距離光纖纖芯中心16μm。

進一步地，斜面的角度為30°～40°。

進一步地，光纖纖芯中心與光探測芯片的光敏面表面之間的距離在20～30μm之間。

進一步地，光探測芯片的光敏面的直徑為

本發明的另一目的可以這樣實現，設計一種高速率光電接收接口的制作方法，包括以下步驟：

A、準備光電模塊基板，基板上設有光探測芯片，光探測芯片采用高速率傳送的結構，正、負極設置在芯片頂面，正極與負極呈半隔離結構；

B、準備一玻璃毛細管，玻璃毛細管套在導入光纖的末端，玻璃毛細管內設有粘接劑；

C、粘接劑硬化后，將玻璃毛細管末端端面連同導入光纖磨制一斜面，端面光學鏡面研磨成25°～45°；

D、根據光探測芯片光敏面的大小和折射定律，在導入光纖末端出光口部位將玻璃毛細管和導入光纖包層部分研磨去掉縮短光路，以控制射出光斑適合光敏面大小；

F、將玻璃毛細管固定在光電模塊基板上，導入光纖末端出光口部位放置在光探測芯片光敏面上，導入光纖和芯片之間采用光固化膠填充做匹配。

進一步地，斜面的角度θ為30°～40°。

進一步地，出光口部位研磨成一凹臺，凹臺的臺面距離光纖纖芯中心15～25μm。

進一步地，光纖纖芯中心與光探測芯片的光敏面表面之間的距離在20～30μm之間。

本發明將側出口的光斑大小控制與光探測芯片光敏面相適應，與光探測芯片配合可達到高傳輸速率的要求。

附圖說明

圖1是本發明較佳實施例的示意圖；

圖2是圖1的局部放大示意圖；

圖3是本發明較佳實施例之芯片的示意圖；

圖4是本發明較佳實施例之光斑距側出口距離與光斑直徑關系曲線圖；

圖5是本發明較佳實施例的速率與光敏面尺寸關系曲線圖；

圖6是本發明較佳實施例之光斑的示意圖；

圖7是本發明較佳實施例的流程示意圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步的描述。

如圖1、圖2所示，一種高速率光電接收接口，包括光探測芯片20、光纖11、玻璃毛細管12，玻璃毛細管12固定在光纖11的末端，光纖11插入玻璃毛細管12伸至玻璃毛細管末端，玻璃毛細管末端端頭放置在光探測芯片20的光敏面上。

如圖3所示，光探測芯片20的正負極都放在了芯片頂面以及設計了半隔離結構，正極呈圓環形，負極為包圍在正極外部的開口圓弧部分，在光敏面面積相同時，半隔離結構的結電容更小，更適合高速率應用。本實施例中光敏面面積20μm時結電容控制在0.1pF以下，典型值可以做到0.07pF，輕松勝任25Gbps的高速率傳輸。

如圖2所示，玻璃毛細管與光纖末端設置的光學鏡面研磨成一反射斜面13，斜面13的角度θ為25°～45°；斜面13下方出光口部位研磨成一凹臺15，凹臺15的臺面距離光纖纖芯中心15～25μm。本實施例中，凹臺15的臺面距離光纖纖芯中心16μm。凹臺15處放置光探測芯片20；在凹臺15處點一填充膠41連接芯片與光纖，填充膠41的折射率與光纖包層的折射率范圍相同。光纖端面加工成斜面13時，由折射定律(Snell's Law)n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂以及激光的發散特性可知，如圖4所示，射出光線越遠，光斑越大。光線從纖芯11出來，經過包層和空氣，到達芯片光敏面，光斑將達到29μm，見虛擬光線51，如圖2所示。

如圖5所示，芯片要達到高速率傳輸，工作頻率相應也要提高，但頻率和芯片結電容成反比，頻率越高，結電容要越小。但結電容和光敏面是成正比，光敏面越小，結電容就越小。所以當光輸入光纖被水平貼裝(加一反射斜面)時，未經特殊加工的光纖端頭很難做到與高速率芯片的光敏面直接光耦合的要求。由于在光探測芯片光敏面的光耦合光斑的尺寸被合理選擇為其光探測芯片光敏面尺寸的85～90％，以保證所接收的光信號幾乎全部被光探測芯片光敏面接收。若光耦合光斑的尺寸太大，光能量溢損，光探測芯片靈敏度降低，同時光敏面邊緣處的光電轉換遲滯效應影響光探測芯片的信號傳送速率。若光耦合光斑的尺寸太小，部分高密度光能量穿透光探測芯片的光電轉換吸收層而漏損，造成光探測芯片的線性性能失真。因此，要選用最佳光耦合匹配尺寸。

當在光纖末端出光口部位將毛細管和包層部分研磨去掉，減少厚度，縮短了光路，控制了光斑的大小以適合光敏面。由圖6可以看到，光斑的直徑在16～18μm，光斑基本上全部投射到芯片光敏面上。芯片貼裝在電路板30上。本實施例中，芯片20光敏面的直徑為20μm，傳輸速率達到25Gbps。

光纖和芯片之間采用光固化膠41填充做中間介質匹配膠，光固化膠41的折射率接近包層，光線經過時折射角小，利于控制光斑的大小，降低光界面光損耗。

在加工過的光纖末端加一固定玻璃毛細管與高速率光探測芯片(典型光敏面值為20μm)裝配時，為保證在光探測芯片光敏面的光耦合光斑的尺寸被合理選擇為其光探測芯片光敏面尺寸的85～90％(典型光耦合光斑值為16～18μm)，光纖末端的凹臺面距纖芯中心加填充的做中間介質匹配膠的距離L需被控制在至為20～30μm以驅使高速率光探測器處于最佳光耦合匹配。

如圖7所示，一種高速率光電接收接口的制作方法，包括以下步驟：

A、準備光電模塊基板，基板上設有光探測芯片，光探測芯片采用高速率傳送的結構，正、負極設置在芯片頂面，正極與負極呈半隔離結構；

B、準備一玻璃毛細管，玻璃毛細管套在導入光纖的末端，玻璃毛細管內設有粘接劑；

C、粘接劑硬化后，將玻璃毛細管末端端面連同導入光纖磨制一斜面，端面光學鏡面研磨成25°～45°；

D、根據光探測芯片光敏面的大小和折射定律，在導入光纖末端出光口部位將玻璃毛細管和導入光纖包層部分研磨去掉縮短光路，以控制射出光斑適合光敏面大小；

E、將玻璃毛細管固定在光電模塊基板上，導入光纖末端出光口部位放置在光探測芯片光敏面上，導入光纖和芯片之間采用光固化膠填充做匹配。

較佳地，斜面的角度θ為30°～40°。出光口部位研磨成一凹臺，凹臺的臺面距離光纖纖芯中心15～25μm。光纖纖芯中心與光探測芯片的光敏面表面之間的距離L在20～30μm之間，以驅使高速率光探測芯片處于最佳光耦合匹配。

本發明將側出口的光斑大小控制與光探測芯片光敏面相適應，與光探測芯片配合可大幅提高傳輸速率。