CN113126217A - 一种光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备，涉及通信技术领域，光发端器件包括出光端设置有增透膜的发光源；芯片；光波导，光波导设置在芯片上，光波导的进光端靠近芯片的第一端面；聚合物波导，聚合物波导的进光端与发光源的出光端耦合，聚合物波导的出光端与第一端面耦合，聚合物波导包括纤芯和包覆在纤芯外部的包层，第一端面相对第一平面倾斜，第一端面与第一平面的夹角β大于或等于α，α满足：

第一平面为与光波导的延伸方向垂直的平面；n为增透膜的折射率；n₁纤芯的折射率；n₂包层的折射率。本申请实施例是为了提供可提高回波损耗，避免反射回的光进入发光源，以对发光源的发射信号造成干扰现象的光发端器件。

Description

一种光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备。

背景技术

光通信作为通信时代主流的通信技术之一，在通信领域发挥着越来越重要的地位。其中，光通信设备的核心组件是光器件，光器件主要实现光信号与电信号互相转换的功能。在光通信设备的发端器件要实现将激光器发出的光，经过电光调制器、阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)等部件，最后导入光纤中；在光通信设备的收端器件要实现将光纤接入的光经由可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等组件,最后引入光电探测器。

为了实现光的传播，即需要光耦合结构将光由一个组件(例如，激光器)传输至另一个组件(例如，电光调制器)，以实现光耦合。

目前现有技术中的一种光耦合结构是采用透镜等玻璃元器件，以将一个组件发出的光耦合至另一个组件。另一种耦合结构是采用光子引线键合(Photonic Wire Bonding，PWB)技术，光子引线键合是利用双光子聚合效应，即引线在发生双光子吸收后引发光聚合，以连接两个光器件，实现光耦合，具体的，PWB技术就是利用聚合物波导实现两个光器件的连接。参照图1，在激光阵列001的激光器的出光端与调制器阵列002的调节器的进光端通过3D打印聚合物波导003，以实现激光器与调制器的光耦合。聚合物波导与玻璃元器件相比，一方面，由于聚合物波导替代精密玻璃元器件，降低了产品的制造成本；另一方面，聚合物波导为无源耦合，即在耦合过程中不需要实时进行两个组件之间的光电效率的测试，进而降低了工艺成本；再一方面，聚合物波导的加工工艺精度远低于玻璃元器件的贴片工艺精度，所以，聚合物波导已经被广泛的光通信领域中。

具体实施时，参照图2和图3，调制器设置在芯片005上，芯片005上设置有与调制器的进光端连通的硅波导006，聚合物波导003的一端与激光器004的出光端耦合，另一端与芯片005的端面且相对硅波导006的位置耦合，以将激光器004发射的光通过聚合物波导003传输至硅波导006内，由于聚合物波导003与芯片005耦合的位置处未设置隔离器，导致聚合物波导003与芯片005的界面反射的光会通过聚合物波导003进入激光器004中成为干扰信号(图2和图3中的带有箭头的线条代表光路)，减小激光器004至硅波导006的回波损耗，最终影响光信号的传输效率。

发明内容

本申请的实施例提供一种光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备，主要目的是提供一种提高回波损耗，以避免反射回的光进入发光源，以对发光源的发射信号造成干扰现象的光发端器件。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供了一种光发端器件，该光发端器件包括：

发光源,发光源的出光端设置有增透膜；

芯片；

光波导，光波导设置在芯片上，且光波导的进光端靠近芯片的第一端面；

聚合物波导，聚合物波导的进光端与发光源的出光端耦合，聚合物波导的出光端与第一端面耦合，聚合物波导包括纤芯和包覆在纤芯外部的包层，第一端面相对第一平面倾斜，第一端面与第一平面的夹角β大于或等于α，α满足：

其中，第一平面为与聚合物波导的出光端的光轴垂直的平面；

n为增透膜的折射率；

n₁纤芯的折射率；

n₂包层的折射率。

本申请实施例提供的光发端器件，通过将聚合物波导的进光端与发光源的出光端耦合，聚合物波导的出光端与芯片的第一端面相耦合，这样发光源所发射的光线就可通过聚合物波导传输至设置在芯片上的的光波导中，以实现光信号的传输，尤其是，通过将第一端面倾斜设置，就可使从聚合物波导和芯片相耦合的第一端面反射至纤芯内的光线折射至包层内，也就是说，从聚合物波导与芯片相耦合的第一端面反射回的光线不会在纤芯内发生全反射以进入发光源内，对发光源发射的光线造成干扰，而是折射至包层内，最终折射至聚合物波导的外部。所以，本申请实施例提供的光发端器件能够提高回波损耗，有效降低对发光源发射的光线造成干扰的现象。

在第一方面可能的实现方式中，第一端面与芯片的顶面垂直，纤芯的靠近第一端面的部分折弯，纤芯的折弯段与芯片的顶面的夹角为β，以使第一端面与第一平面的夹角为β。该实施例中第一端面与芯片的顶面是垂直的，是通过将纤芯折弯β角度，以使第一端面与第一平面的夹角为β，也就是说，在具体实施时，不会对已设置有光波导的芯片的端面进行加工制作出偏角，这样就不会对芯片甚至芯片上的线路造成损坏，保证芯片的完整性。

在第一方面可能的实现方式中，纤芯的靠近第一端面的部分的延伸方向与芯片的顶面平行，第一端面与芯片的顶面的夹角为90°-β，以使第一端面与第一平面的夹角为β。具体实施时，该实施例中纤芯的靠近第一端面的部分不需要折弯，是通过对已设置有光波导的芯片的端面进行加工制作出偏角，以使第一端面与芯片的顶面的夹角为90°-β，进而保障第一端面与第一平面的夹角为β。

在第一方面可能的实现方式中，β与α满足：β＝ceil(α)+γ，γ的取值为0、1或2。通过将β＝ceil(α)+γ，在保障从聚合物波导和芯片相耦合的第一端面反射至纤芯内的光线不会发生全反射，而发生折射的前提下，还可以控制聚合物波导和芯片的第一端面处的插损不会较大，以保障传输至光波导内的光线的传输效率。

在第一方面可能的实现方式中，芯片包括层叠设置的衬底层、绝缘层和顶层；光波导包括波导纤芯，顶层的一部分形成波导纤芯，形成有波导纤芯的绝缘层上覆盖有覆盖层，覆盖层的折射率与绝缘层的折射率相等。通过在顶层形成波导纤芯，并在波导纤芯的外部包覆与绝缘层的材料相等的覆盖层，这样就可保障波导纤芯的外部均匀的包覆覆盖层，若波导纤芯的部分与绝缘层接触，部分与空气接触，这样就导致波导纤芯外部的包层材料不一致，进而折射率不一致，最终会增加光波导的传输损耗。所以，本申请实施例提供的结构有效保障波导纤芯的外部的包层具有一致的折射率，进而会降低传输损耗。

在第一方面可能的实现方式中，衬底层和顶层均为硅层，绝缘层和覆盖层均为二氧化硅层；或衬底层为硅层、顶层为氮化硅层，绝缘层和覆盖层均为二氧化硅层。即覆盖层采用了与绝缘层相同的材料，这样可保障整个光波导的包层光学与机械性能均匀，降低传输损耗与提高结构稳定性。

在第一方面可能的实现方式中，光波导的进光端与芯片的第一端面之间具有间距。通过使光波导的进光端与芯片的第一端面之间形成间距，可以使聚合物波导与光波导进行模斑转换，进而有利于提高聚合物波导和光波导之间的耦合效率。

在第一方面可能的实现方式中，光波导的进光端与芯片的第一端面之间的间距为1微米至2微米。

在第一方面可能的实现方式中，聚合物波导的横断面为圆形或者椭圆形。

第二方面，本申请还提供了一种光发端器件，包括：

芯片，芯片包括层叠设置的衬底层、绝缘层和顶层；

光波导，光波导包括波导纤芯，顶层的一部分形成波导纤芯，形成有波导纤芯的绝缘层上覆盖有覆盖层，波导纤芯的一部分包覆在覆盖层内以形成包覆段，波导纤芯的其余部分位于覆盖层外以形成裸露段，裸露段的相对的两侧面形成有与绝缘层相连接的过渡部，覆盖层的折射率与绝缘层的折射率相等，过渡部的材料与覆盖层的材料相同，两侧面为与波导纤芯的延伸方向平行的面；

聚合物波导，聚合物波导的端部包覆在裸露段的外部，且沿着靠近裸露段的方向聚合物波导的横断面的面积逐渐减小，沿着靠近聚合物波导的方向裸露段的横断面的面积逐渐减小。

本申请实施例提供的光发端器件，由于波导纤芯包括覆盖在覆盖层内的包覆段和位于覆盖层外部的裸露段，且覆盖层的折射率和绝缘层的折射率相等，又因为波导纤芯与绝缘层接触，即波导纤芯包覆在折射率一致的包层内，这样可以避免包层折射率不一致而增加波导纤芯的传输损耗的现象，另外，通过将聚合物波导包覆在裸露段的外部，沿着靠近裸露段的方向聚合物波导的横断面的面积逐渐减小，沿着靠近聚合物波导的方向裸露段的横断面的面积逐渐减小，实现了聚合物波导和光波导的模斑转换，提高了聚合物波导和光波导的耦合效率，另外，由于裸露段的侧面通过过渡部与绝缘层连接，即裸露段的侧面与绝缘层采用平滑过渡，这样就会降低光波导的损耗。

在第二方面可能的实现方式中，波导纤芯为矩型波导纤芯或脊型波导纤芯；波导纤芯为矩型波导纤芯的情况下，矩形波导纤芯的相对的两侧面上均形成有与绝缘层相连接的过渡部；波导纤芯为脊型波导纤芯的情况下，过渡部包括第一过渡部和第二过渡部，脊型波导纤芯的内脊区的相对的两侧面形成有第一过渡部，脊型波导纤芯的外脊区的相对的两侧面形成有第二过渡部，第一过渡部和第二过渡部连接呈一体或相分离。当波导纤芯为矩型波导纤芯时，通过在相对的两侧面设置与绝缘层连接的过渡部，以使波导纤芯与绝缘层平滑过渡；当波导纤芯为脊型波导纤芯时，在内脊区的相对的两侧面形成有第一过渡部，以使内脊区与外脊区平滑过渡，在外脊区的相对的两侧面形成第二过渡部，以使外脊区与绝缘层平滑过渡。

在第二方面可能的实现方式中，过渡部包括连接波导纤芯的顶面与绝缘层的顶面的过渡面，过渡面为平面或弧面，波导纤芯的顶面为波导纤芯的远离绝缘层的一面，绝缘层的顶面为与波导纤芯相接触的一面。

在第二方面可能的实现方式中，过渡面的与波导纤芯的顶面相交的边与绝缘层的顶面之间的距离为H，过渡面的与绝缘层的顶面相交的边与波导纤芯的侧面之间的距离为W，H和W满足：H∶W＝1∶0.4～1。通过使H∶W＝1∶0.4～1，这样便于采用干法刻蚀形成该过渡部。

在第二方面可能的实现方式中，衬底层和顶层均为硅层，绝缘层和覆盖层均为二氧化硅层；或衬底层为硅层，顶层为氮化硅层，绝缘层和覆盖层均为二氧化硅层。

第三方面，本申请还提供了一种光发端器件的制备方法，包括：

在芯片的顶层进行构图刻蚀，以得到波导纤芯；

在形成有波导纤芯的绝缘层上制备覆盖层，覆盖层至少覆盖住波导纤芯，覆盖层的折射率与绝缘层的折射率相等；

对覆盖层进行干法刻蚀，以将波导纤芯的一部分外露在覆盖层的外部形成裸露段，其余部分设置在覆盖层内形成包覆段，且裸露段的相对的两侧面形成有与绝缘层相连接的过渡部。

本申请实施例提供的光发端器件的制备方法，直接在顶层进行构图刻蚀，以刻蚀出波导纤芯，这样波导纤芯的靠近绝缘层的一侧与绝缘层接触，再制备覆盖层，且覆盖层覆盖住形成有波导纤芯的绝缘层，也就是说，波导纤芯被覆盖层和绝缘层包裹着，又因为覆盖层与绝缘层的折射率一致，这样在波导纤芯的外部的包层的折射率也就是均匀的；再对覆盖层进行干法刻蚀，以使波导纤芯的一部分裸露，其余部分被包覆，采用干法刻蚀可以保障绝缘层不会被刻蚀掉，也会在裸露段的两侧面形成过渡部，以使波导纤芯与绝缘层平滑过渡，进而有效降低光波导的损耗。

在第三方面可能的实现方式中，对覆盖层进行干法刻蚀包括：控制刻蚀速度和刻蚀时间，以使过渡部的过渡面连接波导纤芯的顶面与绝缘层的顶面，且过渡面的与波导纤芯的顶面相交的边与绝缘层的顶面之间的距离为H，过渡面的与绝缘层的顶面相交的边与波导纤芯的侧面之间的距离为W，H和W满足：H∶W＝1∶0.4～1。这样既可保障裸露段顶部的覆盖层被刻蚀干净，同时又不致于过度刻蚀造成裸露段顶部具有较大的粗糙度，进而不会对聚合物波导与裸露段的界面的粗糙度较大。

在第三方面可能的实现方式中，对覆盖层进行干法刻蚀之后还包括：在形成有裸露段的绝缘层上三维打印聚合物波导，以使聚合物波导的一端包覆住裸露段。通过三维打印聚合物波导，以使聚合物波导的一端包覆住裸露段，这样就可提高聚合物波导与光波导的耦合效率。

第四方面，本申请还提供了一种光通信设备，包括：

光发端器件，光发端器件如上述第一方面任一技术方案或第二方面任一技术方案的光发端器件；

光收端器件，光收端器件的进光端通过光纤与光发端器件的出光端连接。

本申请实施例提供的光通信设备与上述技术方案所述的光发端器件能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。

附图说明

图1为现有技术中的一种光通信设备的部分结构示意图；

图2为现有技术中的一种光发端器件的结构示意图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为本申请实施例一种光通信设备的结构框图；

图5为本申请实施例一种光发端器件的结构示意图；

图6为本申请实施例一种光发端器件的局部结构示意图；

图7为图6的B-B剖面图；

图8为图6的C-C剖面图；

图9为图6的D-D剖面图；

图10为本申请实施例一种光发端器件的聚合物波导的结构示意图；

图11为本申请实施例一种光发端器件的局部结构示意图；

图12为本申请实施例一种光发端器件的局部结构示意图；

图13为本申请实施例一种光发端器件的聚合物波导的结构示意图；

图14为本申请实施例一种光发端器件的局部结构示意图；

图15为本申请实施例一种光发端器件的结构示意图；

图16为图15的俯视图；

图17为本申请实施例一种光发端器件中除过聚合物波导的结构示意图；

图18为本申请实施例一种光发端器件中除过聚合物波导的结构示意图；

图19a为本申请实施例一种过渡部的横断面的结构示意图；

图19b为本申请实施例一种过渡部的横断面的结构示意图；

图20为本申请实施例一种光发端器件的制备方法的流程框图；

图21a为本申请实施例一种芯片的结构示意图；

图21b为图21a在衬底层上形成波导纤芯后的结构示意图；

图21c为图21b在形成有波导纤芯的绝缘层上形成覆盖层后的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例涉及光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备，下面结合附图对光发端器件、光发端器件的制备方法及光通信设备进行详细描述。

一方面，本申请实施例提供了一种光通信设备，参照图4，该光通信设备包括光发端器件和光收端器件，光发端器件的出光端通过光纤与光收端器件的进光端连接。

另一方面，本申请实施例提供了一种光发端器件，参照图5、图6和图7，该光发端器件包括发光源1、芯片3、设置在芯片3上的光波导4(如图7所示)，以及聚合物波导2，光波导4的进光端靠近芯片3的第一端面P2，聚合物波导2的进光端与发光源1的出光端耦合，聚合物波导2的出光端与第一端面P2耦合，聚合物波导2包括纤芯21和包覆在纤芯21外部的包层22(如图6和图7以及图8所示)，聚合物波导2与芯片3相耦合的第一端面P2相对第一平面P1倾斜以形成光隔离结构，第一端面P2与第一平面P1的夹角β大于或等于α，α满足：

其中，第一平面P1为与光波导4的延伸方向L1垂直的平面；n为发光源的出光端处的增透膜的折射率；n₁纤芯21的折射率；n₂包层22的折射率。

该光发端器件的工作原理为：发光源1发射的光线经增透膜进入聚合物波导2，由于聚合物波导2的纤芯21的折射率大于包层22的折射率，纤芯21内的光经全反射传输至芯片3上的光波导4中，若芯片3上设置有光器件，且光波导4的出光端与光器件的进光端连通，则发光源1发射的光依次通过聚合物波导2和光波导4传输至光器件。但是，当第一端面P2与第一平面平行时，光线传输至聚合物波导2和芯片3的相耦合的第一端面P2时，部分波长的光线就会在该相耦合的第一端面P2处发生反射，以反射至纤芯21内，并在纤芯21内发生全反射进入发光源1的出光端。

由于本申请实施例提供的光发端器件的第一端面相对第一平面倾斜以形成光隔离结构，该光隔离结构用于使从聚合物波导2和芯片3相耦合的第一端面P2反射至纤芯21内的光线折射至包层22内(如图7所示的黑色实线代表从第一端面P2反射至纤芯21内的光线的传输路径)。也就是说，从聚合物波导2和芯片3相耦合的第一端面P2反射至纤芯21内的光线不会在纤芯21内发生全反射，而是在纤芯21与包层22的界面处发生折射现象，以使光线折射进入包层22内，最终折射至聚合物波导2的外部，这样就提高了该光发端器件的回波损耗，减小了对发光源1出光端的光线信号的干扰。

第一端面相对第一平面倾斜具有下述两种可实施的方式，在一些实施方式中，参照图6，纤芯21的靠近第一端面P2的部分的延伸方向与芯片3的顶面M面平行，第一端面P2与芯片3的顶面的夹角w为90°-β，以使第一端面P2与第一平面P1的夹角为β。由图6的光路可以看出：第一平面P1为现有技术中聚合物波导2与芯片3的相耦合的端面与聚合物波导2的出光端的光轴X垂直时的面，虚线为现有技术中由从第一平面P1反射至纤芯21内的光线，明显的看出，从第一平面P1反射至纤芯21内的光线(黑色虚线)在纤芯21内发生全反射；当聚合物波导2与芯片3的相耦合的第一端面P2倾斜时，从第一端面P2反射至纤芯21内的光线(黑色实线)的入射角变小，反射至纤芯21内的光线在纤芯21与包层22的界面处发生折射，进入包层22内。

当β大于或等于α，且α为

时，从第一端面P2反射至纤芯21内的光线的入射角小于发生全反射的临界角，则就可防止从聚合物波导2和芯片3相耦合的第一端面发射的光线传输至发光源1的出光端内，成为发光源1的光信号的干扰信号。

参照图10，传输至第一平面P1的光线的入射角为20°，反射角为20°，则反射至纤芯21与包层界面的光线的入射角为70°，此时该70°为发生全反射的临界角，这样光线就在纤芯21内发生了全反射，根据

得到α等于8°，则将第一端面P2相对第一平面P1旋转8°，这样反射至纤芯21与包层界面的光线的入射角为54°，该角度小于发生全反射的临界角70°，则反射至纤芯21内的光线折射至包层内。

在另外一些实施方式在中，参照图12和图13，第一端面P2与芯片4的顶面M面垂直，纤芯21的靠近第一端面的部分折弯，纤芯21的折弯段与芯片的顶面的夹角为β，以使第一端面P2与第一平面P1的夹角为β。该实施例在具体实施时，不会对已设置有光波导的芯片4的端面进行加工制作出偏角，这样就不会对芯片上的线路造成损坏，保证芯片的完整性。参照图12，聚合物波导2的纤芯21靠近第一端面P2的位置折弯，第一平面P1为现有技术中聚合物波导2与芯片3的相耦合的端面与聚合物波导2的出光端的光轴X垂直时的面，聚合物波导2与芯片3相耦合的第一端面P2倾斜的夹角β大于或等于α，α满足：

其中，第一平面为与光波导4的延伸方向垂直的平面；n为发光源的出光端处的增透膜的折射率；n₁纤芯的折射率；n₂包层的折射率。由图13的光路可以看出：黑色虚线为现有技术中由从聚合物波导与芯片的相耦合的第一平面P1反射至纤芯21内的光线，明显的看出，反射至纤芯21内的光线(黑色虚线)在纤芯21内发生全反射；当聚合物波导与的芯片相耦合第一端面P2倾斜时，反射至纤芯21内的光线(黑色实线)的入射角变小，反射至纤芯21内的光线在纤芯21与包层的界面处发生折射，进而进入包层内。

参照图13，传输至聚合物波导与芯片的相耦合的端面的光线的入射角为20°，反射角为20°，则反射至纤芯21与包层界面的光线的入射角为70°，此时该70°为发生全反射的临界角，这样光线就在纤芯21内发生了全反射，根据

得到α等于8°，则将第一端面P2相对第一平面P1倾斜8°，这样反射至纤芯21与包层界面的光线的入射角为54°，该角度小于发生全反射的临界角70°，则反射至纤芯21内的光线折射至包层内。

通过上述两个实施方式实现的光隔离结构均能够改变反射至纤芯内的光线的路径，以使反射至纤芯与包层界面的入射角变小，且小于发生全反射的临界角，进而达到提高回波损耗的技术效果，且该光隔离结构的结构简单，不需要额外设置光隔离器，简化了整个光发端器件的结构，以使光发端器件可实现小型化，且实施也方便。

具体实施时，根据公式

计算得到的α值可能为含有小数点的数值，为了便于实施，可采用β＝ceil(α)，即对α值进行取整，以得到角度β。例如，当计算得到的α为7.5时，β最小值取8，当计算得到的α为9.1时，β最小值取10，当计算得到的α为8.8时，β最小值取9。

由于夹角β大于或等于α，但是β不是越大就越好，因为当β达到一定值时，在增加回波损耗的同时，也会增大聚合物波导和芯片相耦合的第一端面处的插损，所以，为了保障既能够提高回波损耗，又不会过多的增加插损，β与α满足：β＝ceil(α)+γ，γ的取值为0、1或2。

在一些实施方式中，参照图6和图7以及图12，光波导的进光端与芯片3的第一端面P2平齐，在另外一些实施方式中，参照图11和图14，光波导的进光端与芯片3的第一端面P2之间具有间距，通过设置间距可以使聚合物波导与光波导进行模斑转换，进而有利于提高聚合物波导和光波导之间的耦合效率，例如，光波导的进光端与芯片的第一端面之间的间距为1微米至2微米，另外，间距也可以为其他数值，本申请对具体间距值不做限定，任何数值的间距均在本申请的保护范围之内。

聚合物波导2的横断面可以是圆形，也可以是椭圆形，当然，也可以是其他形状。

在一些实施方式中，参照图7和图9，芯片3包括层叠设置的衬底层31、绝缘层32和顶层33；光波导4包括波导纤芯41，顶层33的一部分形成波导纤芯41，形成有波导纤芯41的绝缘层32上覆盖有覆盖层42，覆盖层42的折射率与绝缘层32的折射率相等。也就是说，直接将顶层的部分形成波导纤芯41，即波导纤芯41的靠近绝缘层32的一侧与绝缘层32接触，再通过设置覆盖层42，进而绝缘层32和覆盖层42就可将波导纤芯42包裹住，又由于覆盖层42的折射率与绝缘层32的折射率相等，这样波导纤芯41的外部的包层的折射率一致，相比折射率不一致的包层，会有效降低该光波导的传输损耗。

该芯片的衬底呈31和顶层33可以为硅层，则光波纤芯41为硅纤芯，绝缘层32为二氧化硅层，为了实施方便，也为了保障整个波导纤芯外部的包层的膨胀性均匀，覆盖层42采用与绝缘层32材料相同的二氧化硅。

该芯片的衬底呈31为硅层，顶层33可以为氮化硅层，则光波纤芯41为氮化硅纤芯，绝缘层32为二氧化硅层，为了实施方便，也为了保障整个波导纤芯外部的包层的膨胀性均匀，覆盖层42采用与绝缘层32材料相同的二氧化硅。

另一方面，本申请实施例提供了一种光发端器件，参照图15和图17，该光发端器件包括芯片3、光波导4和聚合物波导2，芯片3包括层叠设置的衬底层31、绝缘层32和顶层33，光波导4包括波导纤芯41，顶层33的一部分形成波导纤芯41，形成有波导纤芯41的绝缘层上覆盖有覆盖层42，波导纤芯41的一部分包覆在覆盖层42内以形成包覆段41A，波导纤芯41的其余部分位于覆盖层42外以形成裸露段41B，裸露段41B的相对的两侧面形成有与绝缘层33相连接的过渡部41C，覆盖层42的折射率与绝缘层33的折射率相等，过渡部41C的材料与覆盖层42的材料相同，两侧面为与波导纤芯41的延伸方向L1平行的面，聚合物波导2的端部包覆在裸露段41B的外部，如图16所示，且沿着靠近裸露段41B的方向聚合物波导2的横断面的面积逐渐减小，沿着靠近聚合物波导2的方向裸露段41B的横断面的面积逐渐减小。

也就是说，光波导4的波导纤芯41的一部分包覆在覆盖层42内，其余部分裸露在覆盖层42的外部，以使光波导4的波导纤芯41形成半包覆半裸露结构，再通过将聚合物波导2包覆在裸露段的外部，以将聚合物波导2与波导纤芯41形成包覆耦合，且沿着靠近裸露段41B的方向聚合物波导2的横断面的面积逐渐减小，沿着靠近聚合物波导2的方向裸露段41B的横断面的面积逐渐减小，这样就可使聚合物波导2与光波导4在耦合部分进行模斑转换，有效提高聚合物波导2与光波导4的耦合效率。另外，裸露段41B的两侧面还形成有过渡部41C，即波导纤芯41的裸露段41B通过过渡部41C与绝缘层32平滑过渡，这样会降低光波导4的传输损耗，以提高传输效率。

波导纤芯41具有多种可实施的结构，在一些实施方式中，参照图17，波导纤芯41为矩型波导纤芯，即波导纤芯41的横断面为矩形结构，矩形波导纤芯的相对的两侧面上均形成有与绝缘层33相连接的过渡部41C。参照图18，在另外一些实施方式中，波导纤芯41为脊型波导纤芯，即波导纤芯41的横断面为梯形结构，过渡部包括第一过渡部41C1和第二过渡部41C2，脊型波导纤芯的内脊区的相对的两侧面形成有第一过渡部41C1，脊型波导纤芯的外脊区的相对的两侧面形成有第二过渡部41C2，示例的，第一过渡部41C1和第二过渡部41C2连接呈一体，再例如，第一过渡部41C1和第二过渡部41C2相分离。通过第一过渡部41C1将内脊区与外脊区平滑过渡，通过第二过渡部41C2将外脊区与绝缘层平滑过渡。具体实施时，第一过渡部41C1和第二过渡部41C2是连接呈一体还是相分离，可根据内脊区和外脊区的宽度比例实施，当内脊区和外脊区的宽度比例较小时，第一过渡部41C1和第二过渡部41C2连接呈一体，当内脊区和外脊区的宽度比例较大时，第一过渡部41C1和第二过渡部41C2相分离。在此对具体的内脊区和外脊区的宽度比例为多少时，第一过渡部41C1和第二过渡部41C2连接呈一体还是相分离不做限定。

参照图19a和图19b，过渡部41C包括连接波导纤芯的顶面与绝缘层的顶面的过渡面G，过渡面G为平面或弧面，波导纤芯的顶面为波导纤芯的远离绝缘层的一面，绝缘层的顶面为与波导纤芯相接触的一面。采用为平面或弧面的过渡面G连接波导纤芯和绝缘层，可使波导纤芯和绝缘层平滑过渡，具体实施时，弧面所在的圆心可以朝向波导纤芯，也可以背向波导纤芯。

在一些实施方式中，参照图19a和图19b，过渡面G的与波导纤芯的顶面相交的边与绝缘层的顶面之间的距离为H，过渡面的与绝缘层的顶面相交的边与波导纤芯的侧面之间的距离为W，H和W满足：H∶W＝1∶0.4～1。通过使H∶W＝1∶0.4～1，这样便于采用干法刻蚀形成该过渡部，进一步的，过渡面的与绝缘层的顶面相交的边与波导纤芯的侧面之间的距离为W，H和W满足：H∶W＝1∶0.8～1。

该芯片的衬底呈31和顶层33可以为硅层，则光波纤芯41为硅纤芯，绝缘层32为二氧化硅层，为了实施方便，也为了保障整个波导纤芯外部的包层的膨胀性均匀，覆盖层42采用与绝缘层32材料相同的二氧化硅。

该芯片的衬底呈31为硅层，顶层33可以为氮化硅层，则光波纤芯41为氮化硅纤芯，绝缘层32为二氧化硅层，为了实施方便，也为了保障整个波导纤芯外部的包层的膨胀性均匀，覆盖层42采用与绝缘层32材料相同的二氧化硅。

另一方面，本申请实施例提供了一种用于制备如图15所示的光发端器件的制备方法，参照图20，该制备方法包括：

S01：在芯片的顶层进行构图刻蚀，以得到波导纤芯。如图21a为芯片的结构，就是在芯片的顶层33上进行构图刻蚀，得到波导纤芯41，如图21b所示。

具体构图刻蚀时，可采用光刻刻蚀，即首先在顶层上涂覆一层光刻胶，再采用曝光、显影、刻蚀，最后对光刻胶进行剥离，以得到波导纤芯。

S02：在形成有波导纤芯的绝缘层上制备覆盖层，覆盖层至少覆盖住波导纤芯，覆盖层的折射率与绝缘层的折射率相等。如图21c所示，在形成有波导纤芯的绝缘层上制备覆盖层42，以至少将波导纤芯覆盖住，也就是恰好将波导纤芯覆盖住，还可能除过将波导纤芯覆盖住，还覆盖住波导纤芯以外的区域，采用与绝缘层折射率一致的覆盖层，能够将波导纤芯包覆在折射率一致的包层内，降低传输损耗。

在制备覆盖层时，可以采用沉积法制备覆盖层。

S03：对覆盖层进行干法刻蚀，以将波导纤芯的一部分外露在覆盖层的外部形成裸露段，其余部分设置在覆盖层内形成包覆段，且裸露段的相对的两侧面形成有与绝缘层相连接的过渡部。如图17和图18所示，利用干法刻蚀将部分覆盖层刻蚀小，首先在覆盖层上涂覆一层光刻胶，再采用曝光、显影、干法刻蚀，最后对光刻胶玻璃，以使覆盖层的部分刻蚀掉，进而使波导纤芯形成裸露段。

采用干法刻蚀，而未采用湿法刻蚀，因为湿法刻蚀会将绝缘层刻蚀掉。

在一些实施方式中，对覆盖层进行干法刻蚀包括：控制刻蚀速度和刻蚀时间，以使过渡部的过渡面连接波导纤芯的顶面与绝缘层的顶面，且过渡面的与波导纤芯的顶面相交的边与绝缘层的顶面之间的距离为H，过渡面的与绝缘层的顶面相交的边与波导纤芯的侧面之间的距离为W，H和W满足：H∶W＝1∶0.4～1，这样既可保障裸露段顶部的覆盖层被刻蚀干净，同时又不致于过度刻蚀造成裸露段顶部具有较大的粗糙度，进而不会对聚合物波导与裸露段的界面的粗糙度较大。

在对覆盖层进行干法刻蚀之后还包括：在形成有裸露段的绝缘层上三维打印聚合物波导，以使聚合物波导的一端包覆住裸露段。通过将聚合物波导的一端包覆在裸露段的外部，进而会有效提高聚合物波导与光波导的耦合效率。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种光发端器件，其特征在于，包括：

发光源，所述发光源的出光端设置有增透膜；

芯片；

光波导，所述光波导设置在所述芯片上，且所述光波导的进光端靠近所述芯片的第一端面；

聚合物波导，所述聚合物波导的进光端与所述发光源的出光端耦合，所述聚合物波导的出光端与所述第一端面耦合，所述聚合物波导包括纤芯和包覆在所述纤芯外部的包层，所述第一端面相对第一平面倾斜，所述第一端面与所述第一平面的夹角β大于或等于α，α满足：

其中，所述第一平面为与所述聚合物波导的出光端的光轴垂直的平面；

n为所述增透膜的折射率；

n₁所述纤芯的折射率；

n₂所述包层的折射率。

2.根据权利要求1所述的光发端器件，其特征在于，所述第一端面与所述芯片的顶面垂直，所述纤芯的靠近所述第一端面的部分折弯，所述纤芯的折弯段与所述芯片的顶面的夹角为β，以使所述第一端面与所述第一平面的夹角为β。

3.根据权利要求1所述的光发端器件，其特征在于，所述纤芯的靠近所述第一端面的部分的延伸方向与所述芯片的顶面平行，所述第一端面与所述芯片的顶面的夹角为90°-β，以使所述第一端面与所述第一平面的夹角为β。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光发端器件，其特征在于，

所述β与所述α满足：β＝ceil(α)+γ，γ的取值为0、1或2。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光发端器件，其特征在于，

所述芯片包括层叠设置的衬底层、绝缘层和顶层；

所述光波导包括波导纤芯，所述顶层的一部分形成所述波导纤芯，形成有所述波导纤芯的所述绝缘层上覆盖有覆盖层，所述覆盖层的折射率与所述绝缘层的折射率相等。

6.根据权利要求5所述的光发端器件，其特征在于，所述衬底层和所述顶层均为硅层，所述绝缘层和所述覆盖层均为二氧化硅层；或

所述衬底层为硅层，所述顶层为氮化硅层，所述绝缘层和所述覆盖层均为二氧化硅层。

7.一种光发端器件，其特征在于，包括：

芯片，所述芯片包括层叠设置的衬底层、绝缘层和顶层；

光波导，所述光波导包括波导纤芯，所述顶层的一部分形成所述波导纤芯，形成有所述波导纤芯的所述绝缘层上覆盖有覆盖层，所述波导纤芯的一部分包覆在所述覆盖层内以形成包覆段，所述波导纤芯的其余部分位于所述覆盖层外以形成裸露段，所述裸露段的相对的两侧面形成有与所述绝缘层相连接的过渡部，所述覆盖层的折射率与所述绝缘层的折射率相等，所述过渡部的材料与所述覆盖层的材料相同，所述两侧面为与所述波导纤芯的延伸方向平行的面；

聚合物波导，所述聚合物波导的端部包覆在所述裸露段的外部，且沿着靠近所述裸露段的方向所述聚合物波导的横断面的面积逐渐减小，沿着靠近所述聚合物波导的方向所述裸露段的横断面的面积逐渐减小。

8.根据权利要求7所述的光发端器件，其特征在于，所述波导纤芯为矩型波导纤芯或脊型波导纤芯；

所述波导纤芯为矩型波导纤芯的情况下，所述矩形波导纤芯的相对的两侧面上均形成有与所述绝缘层相连接的所述过渡部；

所述波导纤芯为脊型波导纤芯的情况下，所述过渡部包括第一过渡部和第二过渡部，所述脊型波导纤芯的内脊区的相对的两侧面形成有所述第一过渡部，所述脊型波导纤芯的外脊区的相对的两侧面形成有所述第二过渡部，所述第一过渡部和所述第二过渡部连接呈一体或相分离。

9.根据权利要求7或8所述的光发端器件，其特征在于，所述过渡部包括连接所述波导纤芯的顶面与所述绝缘层的顶面的过渡面，所述过渡面为平面或弧面，所述波导纤芯的顶面为所述波导纤芯的远离所述绝缘层的一面，所述绝缘层的顶面为与所述波导纤芯相接触的一面。

10.根据权利要求9所述的光发端器件，其特征在于，所述过渡面的与所述波导纤芯的顶面相交的边与所述绝缘层的顶面之间的距离为H，所述过渡面的与所述绝缘层的顶面相交的边与所述波导纤芯的侧面之间的距离为W，所述H和所述W满足：H∶W＝1∶0.4～1。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的光发端器件，其特征在于，所述衬底层和所述顶层均为硅层，所述绝缘层和所述覆盖层均为二氧化硅层；或

所述衬底层为硅层，所述顶层为氮化硅层，所述绝缘层和所述覆盖层均为二氧化硅层。

12.一种如权利要求7-11任一项所述的光发端器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

在芯片的顶层进行构图刻蚀，以得到波导纤芯；

在形成有所述波导纤芯的绝缘层上制备覆盖层，所述覆盖层至少覆盖住所述波导纤芯，所述覆盖层的折射率与所述绝缘层的折射率相等；

对所述覆盖层进行干法刻蚀，以将所述波导纤芯的一部分外露在所述覆盖层的外部形成裸露段，其余部分设置在所述覆盖层内形成包覆段，且所述裸露段的相对的两侧面形成有与所述绝缘层相连接的过渡部。

13.根据权利要求12所述的光发端器件的制备方法，其特征在于，对所述覆盖层进行干法刻蚀包括：

控制刻蚀速度和刻蚀时间，以使所述过渡部的过渡面连接所述波导纤芯的顶面与所述绝缘层的顶面，且所述过渡面的与所述波导纤芯的顶面相交的边与所述绝缘层的顶面之间的距离为H，所述过渡面的与所述绝缘层的顶面相交的边与所述波导纤芯的侧面之间的距离为W，所述H和所述W满足：H∶W＝1∶0.4～1。

14.根据权利要求12或13所述的光发端器件的制备方法，其特征在于，对所述覆盖层进行干法刻蚀之后还包括：

在形成有所述裸露段的所述绝缘层上三维打印聚合物波导，以使聚合物波导的一端包覆住所述裸露段。

15.一种光通信设备，其特征在于，包括：

光发端器件，所述光发端器件如权利要求1～11中任一项所述的光发端器件；

光收端器件，所述光收端器件的进光端通过光纤与所述光发端器件的出光端连接。

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