背面光纤附接到硅光子芯片的制作方法

背面光纤附接到硅光子芯片
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年2月26日提交的美国申请no.63/200,283和2021年5月11日提交的美国申请no.63/186,981的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.示例实施例总体上涉及光纤耦合至硅光子芯片。例如，各个实施例涉及将光纤耦合至硅光子芯片的背面或正面。


背景技术：

4.常规光纤使用v形槽耦合技术耦合至硅光子(sip)芯片。v形槽耦合技术包括将光纤定位在v形槽内，使得光纤从sip芯片的边缘延伸。这需要从sip芯片的边缘延伸的光纤尾纤，光纤尾纤随后被用来将sip芯片耦合到一个或更多个光源和/或输出。但是这种光纤尾纤容易损坏，从而导致整个sip芯片和连接光学元件需要更换。


技术实现要素：

5.示例实施例提供了用于将光纤耦合至sip芯片的背面或正面的方法、设备、用于制造设备的方法等。本文中描述的各个实施例提供单个光纤或光纤阵列(例如，耦合至光纤块和/或机械传输(mt)套圈)到硅光子集成电路的附接。各个实施例提供了施加在光纤附接件上的较不严格的组装要求并且提供了到sip中的更好的光信号耦合。例如，各个实施例使得光纤能够在芯片上的任何地方耦合到sip芯片(例如，实施例不限于边缘耦合)。此外，各个实施例实现了外围光学器件到sip芯片的可拆卸耦合。例如，在各个实施例中，sip芯片与外部光源或光接收器之间的光学连接是“可插拔的”。
6.例如，在各个实施例中，包括耦合元件的光子集成电路形成在第一衬底的第一表面上。穿过该第一衬底的第二表面形成与耦合元件对准的空腔。光纤被固定在空腔内，使得光纤通过耦合元件光耦合到sip芯片的光学组件。在各个实施例中，该耦合元件是光栅或反射镜。
7.例如，在各个实施例中，光子集成电路(例如，pic)形成于第一衬底的第一表面上。pic包括对应的耦合元件。对应的耦合元件被配置为经由连接器光路将相应的光纤光耦合至sip的至少一个光学组件。包括波导接口组件和光纤接口组件的连接器被机械地耦合到第一衬底。光纤接口组件包括部分地穿过连接器的一部分形成的空腔。该空腔被配置为具有固定在其中的光纤。光纤接口组件和波导接口组件被共同地配置为将固定在空腔内的光纤经由连接器光路光耦合到集成光子电路的对应的耦合元件。在示例实施例中，连接器和光子集成电路被配置为使得其上形成pic的芯片或晶圆被配置为被倒装安装到第二衬底上。
8.各个实施例提供了被配置用于背面或正面光纤耦合的硅光子(sip)芯片。sip芯片包括形成在第一衬底的第一表面上的光子集成电路。该光子集成电路包括至少一个光学组
件和至少一个对应的耦合元件。至少一个光学组件被配置为在基本上平行于由第一衬底的第一表面限定的平面的波导传播方向上在其中传播光信号。至少一个对应的耦合元件被配置为将沿着横向于波导传播方向的光路传播的光信号耦合到至少一个光学组件中，以便使光纤能够背面或正面耦合到sip芯片。
9.因此，各个实施例提供形成为sip芯片的至少一部分的pic，例如，这些pic被配置为经由耦合至sip芯片的正面或背面的光纤耦合至外部光源和/或光接收器。
10.根据本公开的一方面，一种硅光子(sip)芯片被配置用于背面或正面光纤耦合。sip芯片包括形成在第一衬底的第一表面上的光子集成电路。该光子集成电路包括至少一个光学组件和至少一个对应的耦合元件。sip芯片包括通过第一衬底的第二表面形成的至少一个空腔。第一衬底的第二表面与第一衬底的第一表面相对。该至少一个空腔与该至少一个对应的耦合元件对准。sip芯片还包括固定在至少一个空腔内的至少一个光纤，使得至少一个光纤通过至少一个对应的耦合元件光耦合至至少一个光学组件。
11.根据本公开的另一方面，提供了被配置为耦合至至少一个附接的光纤(例如，经由背面或正面光纤耦合)的硅光子(sip)芯片。在示例实施例中，sip芯片包括：形成在第一衬底的第一表面上的光子集成电路，该光子集成电路包括耦合元件和光学组件；以及连接器，其包括波导接口组件和光纤接口组件。光纤接口组件包括部分地在其中形成的空腔，该空腔被配置为将光纤固定在其中。光纤接口组件和波导接口组件共同被配置为经由连接器光路将光纤光耦合到光子集成电路的对应耦合元件，该连接器光路穿过第一衬底的第二表面。第一衬底的第二表面与第一衬底的第一表面相对。
12.根据又一方面，提供了一种被配置用于背面或正面光纤耦合的sip芯片。该sip芯片包括第一衬底和光子集成电路，第一衬底具有第一表面和与第一表面相对设置的第二表面，光子集成电路形成在第一衬底的第一表面上。光子集成电路包括光学组件和耦合元件。光学组件被配置为在波导传播方向上在其中传播光信号，该波导传播方向基本上平行于由第一衬底的第一表面限定的平面。为了使得能够将光纤背面或正面耦合到sip芯片，所述耦合元件被配置为执行以下各项中的至少一项：(a)将沿着横向于波导传播方向的光路传播的光信号耦合到所学组件中，或者(b)将在波导传播方向上传播的光信号耦合到横向于波导传播方向的光路中。
附图说明
13.因此已经概括地描述了本发明，现在将参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且其中：
14.图1a是根据示例实施例的具有形成于其上的光子集成电路和耦合至其背面的光纤的示例sip芯片的横截面的一部分的示意图；
15.图1b是图1a中所示的示例sip芯片的一部分的示意性俯视图；
16.图1c是示出了根据示例实施例的用于制造图1a和图1b中所示的sip芯片的各个工艺、程序和/或操作的流程图；
17.图2a、图2b和图2c是根据各个实施例的示例sip芯片的仰视图的示意性视图；
18.图3a是根据示例实施例的具有形成于其上的光子集成电路和耦合至其背面的光纤的另一示例sip芯片的横截面的一部分的示意图；
19.图3b是图3a中所示的示例sip芯片的一部分的示意性俯视图；
20.图4、图5、图6、图7、图8和图9各自是根据各个实施例的示例sip芯片的横截面的各自部分的示意图，所述sip芯片具有形成于其上的相应光子集成电路以及耦合至其相应背面的相应光纤；
21.图10是根据示例实施例的sip芯片的耦合的示意图，在该sip芯片上形成多个光子集成电路，其中，使用光纤块将相应的光源和/或接收器耦合至该该sip芯片；
22.图11是示出了根据示例实施例的用于使用光纤块制造耦合至多个光源和/或接收器的sip芯片的各个工艺、程序和/或操作的流程图；以及
23.图12和图13各自是根据示例实施例的经由连接器耦合至相应光源/接收器的示例sip芯片的横截面的相应部分的示意图。
具体实施方式
24.现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些但并非所有实施例。实际上，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例以使得本公开将满足适用的法律要求。如本文所使用的，术语“近似”和“基本上”是指在适当的制造和/或工程容差内。在全文中，相似的标号指代相似的元件。
25.光子集成电路(pic)是用于各种应用的当前研究领域。例如，各种类型的pic在光纤通信、生物医学领域、光子计算、自主车辆和其他领域中都有应用。在各种情况下，pic被形成为和/或制造为sip芯片上的sip和/或作为sip芯片的一部分。
26.各个光纤通信应用例如要求将来自pic波导(例如，形成在sip芯片上和/或作为sip芯片的一部分的波导)的光信号被传递到外部光纤或将光信号从外部光纤传递到pic波导(例如，形成在sip芯片上和/或作为sip芯片的一部分的波导)。例如，光纤可以用于从外部源提供光信号，或者可以用于从pic向外部接收器提供光信号。因此，需要用于耦合的高效方法和/或高效耦合器件来将外部光纤耦合至pic和/或sip芯片。
27.常规地，使用v形槽耦合技术将光纤耦合至sip芯片。v形槽耦合技术包括将光纤定位在v形槽内，使得光纤从sip芯片的边缘延伸。这需要从sip芯片的边缘延伸的光纤尾纤，光纤尾纤随后被用来将sip芯片耦合到一个或更多个光源和/或输出端。但是这种光纤尾纤容易损坏，从而导致整个sip芯片和连接光学元件需要更换。因此，存在关于如何以鲁棒的方式将外部光纤耦合至sip芯片的技术问题。
28.各个实施例为这些技术问题提供了技术方案。例如，各个实施例提供包括耦合元件的sip芯片，该耦合元件被配置为将sip芯片的相应波导光耦合到耦合至sip芯片的背面或正面的光纤。例如，各个实施例提供包括耦合元件的sip芯片，这些耦合元件被配置为将由相应外部光纤提供的相应光信号耦合至sip芯片的相应波导中和/或从sip芯片的相应波导耦合至相应外部光纤中，其中，波导的传播方向横向于(例如，基本上正交于)光纤的传播方向。因此，各个实施例向pic、sip芯片和/或类似物的领域提供了技术改进。
29.具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片
30.图1a示出了沿着图1b中所示的虚线的示例sip芯片100的部分截面。图1b提供了示例sip芯片100的部分俯视图。sip芯片100包括四个通道160(例如，160a、160b、160c和
160d)。各个sip芯片可包括更少或更多的通道160，视应用而定。每个通道包括耦合元件150和波导130。在各个实施例中，波导130可以比图1a和图1b中所示出的延伸得更远，并且可以将在其中传播的光信号提供到各个光学元件(例如，调制器、相位延迟元件、反射镜、透镜、检测器等)。在各个实施例中，波导130是硅或氮化硅(sin)波导或被配置为在用于应用的适当波长范围内传播光信号的其他波导。
31.在所示出的实施例中，每个通道160包括模式转换器140。在各个实施例中，模式转换器140被配置为使提供给耦合元件150(例如，经由光纤10)的所选模式的光信号被耦合到波导130中，同时减小传播通过波导130的非所选模式的振幅。
32.在各个实施例中，sip芯片100包括第一衬底105。在各个实施例中，该第一衬底是硅衬底和/或包括硅。在其他实施例中，视应用而定，可使用各种其他衬底组合物作为第一衬底105。第一包覆层110可以形成在第一衬底105的第一表面102上。第一包覆层110被配置为将形成在sip芯片100上的pic与第一衬底105电隔离。在各个实施例中，第一包覆层110包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
33.在各个实施例中，sip芯片100还包括形成在第一包覆层110上的波导层115。波导层115可包括被配置为控制光信号传播通过各自的pic的一个或更多个波导。例如，波导层115可限定在形成在sip芯片100上的相应pic运行期间光信号传播通过的一个或更多个光路。例如，波导层115可包括形成和/或限定sip芯片100的各个通道160的波导130和模式转换器140的一个或更多个结构。
34.在各个实施例中，sip芯片100还包括形成在波导层115上的第二包覆层120，从而使得波导层115基本上夹在第一包覆层110与第二包覆层120之间。第二包覆层120被配置为将形成在sip芯片100上的一个或更多个pic与外部场、电流等电隔离和/或光隔离，和/或保护形成在sip芯片100上的一个或更多个pic的组件。在各个实施例中，第二包覆层120包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
35.因此，sip芯片100包括形成在第一衬底105的第一表面102上的一个或更多个pic。pic定义相应的波导传播方向175，该波导传播方向175通常位于与由第一衬底105的第一表面102定义的平面大致平行的平面中。
36.穿过第一衬底105的第二表面108蚀刻一个或更多个空腔165。空腔165在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底105的第一表面102限定的平面的方向上至少部分地延伸通过第一衬底105。在各个实施例中，使用激光钻孔、湿法蚀刻、深反应离子蚀刻(drie)等形成一个或更多个空腔。
37.在各个实施例中，该一个或更多个空腔各自被配置为将相应光纤10的至少一部分接收在其中。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15限定光纤传播方向170。光纤传播方向170横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向175。
38.该一个或更多个空腔165各自可以与相应的耦合元件150对准。例如，在示例实施例中，sip芯片100可包括用于每个通道160的耦合元件150。在示例实施例中，sip芯片100包含用于与形成在sip芯片100上的pic相关联的外部光源和/或光接收器的耦合元件150。耦合元件150可以被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应波导130光耦合(例如，经由模式转换器140)。
39.在各个实施例中，耦合元件150被配置为改变光信号的传播方向，以将由光纤10提
供的光信号(例如，在光纤传播方向170上传播)耦合到波导130中(例如，从而使得光信号在波导传播方向175上传播)。在所示实施例中，耦合元件150是光栅。在所示实施例中，光栅的表面涂覆有抗反射涂层155。在示例实施例中，光栅涂覆有金属涂层，例如金涂层、铝涂层等。在各个实施例中，耦合元件150是衍射光栅，该衍射光栅被配置为(例如，经由模式转换器140)将由光纤10提供的光信号衍射到波导130中。
40.光纤10可以被机械地固定到空腔165中，从而使得光纤10经由耦合元件150光耦合至sip芯片100的光学组件(例如，波导130、模式转换器140和/或类似物)。在各个实施例中，光纤10是各自通过第一衬底105的第二表面108机械地固定到空腔阵列中的相应空腔165中的光纤阵列中的一者，其中空腔阵列中的每个空腔165与sip芯片100的相应的耦合元件150对准，以便将光纤10与sip芯片100的相应光学元件(例如，相应波导130、相应模式转换器140和/或类似物)光耦合。
41.在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中。光纤块提供对光纤10的保护(例如，以防止对其的损坏)。在各个实施例中，光纤块使光纤10能够可移除地固定或不可移除地固定到空腔阵列中，视应用而定。在示例实施例中，光纤块实现外部源和/或接收器的可移除或可插拔耦合，例如，如关于图10所描述的。在各个实施例中，光纤块是、包括和/或终止于机械传输(mt)套圈、准直透镜块、和/或其他适当的光纤连接器，从而允许与光纤块延伸部的可拆卸连接。
42.制造具有背面(或正面)光纤耦合的sip芯片的示例方法
43.图1c提供了示出用于制造具有背面(或正面)光纤耦合的sip芯片100的各个工艺、程序、操作和/或类似物的流程图。在步骤/操作192处开始，制造sip芯片100。例如，sip芯片100被制造为具有形成在sip芯片100的第一衬底105的第一表面102上的一个或更多个pic。例如，形成在sip芯片100上的pic被组织成一个或更多个通道160和/或包括波导130、模式转换器140和/或其他光学元件。sip芯片100包括一个或更多个耦合元件150，每个耦合元件与一个或更多个光学元件(例如，波导130、模式转换器140)相关联。例如，耦合元件150可以位于形成在sip芯片100上的pic的各个输入和/或输出位置处。
44.在步骤/操作194，穿过第一衬底105的第二表面108蚀刻和/或形成一个或更多个空腔(例如，空腔阵列)。第一衬底105的第二表面108是第一衬底105的相对于第一衬底105的第一表面102的相对表面。在各个实施例中，第二表面108与第一衬底的第一表面102相对。在各个实施例中，使用激光钻孔、湿法蚀刻、drie和/或类似方法形成该一个或更多个空腔。在各个实施例中，该一个或更多个空腔被形成和/或蚀刻成与sip芯片100的相应的耦合元件150对准。
45.在各个实施例中，该一个或更多个空腔165部分地延伸穿过第一衬底105。在各个实施例中，一个或更多个空腔165延伸穿过第一衬底105的第一表面102(参见图6、图8和图9)。在各个实施例中，一个或更多个空腔165至少部分地延伸穿过第一包覆层110。在示例实施例中，一个或更多个空腔165延伸穿过第一衬底105、第一包覆层110、波导层115以及第二包覆层120。在各个实施例中，空腔165形成和/或蚀刻至适合于应用的深度。
46.在步骤/操作196处，光纤10被固定到一个或更多个空腔的相应空腔165中。例如，光纤10可插入空腔165并固定在其中。在各个实施例中，光纤阵列被固定到光纤块上，并且这些光纤被共同插入空腔阵列的相应空腔165中。
47.在各个实施例中，空腔165在基本上垂直于光纤传播方向170和/或基本上平行于由第一衬底105的第一表面102限定的平面截取的截面上的形状被配置为引导插入其中的光纤10与相应的耦合元件150正确对准。
48.图2a、图2b和图2c示出了穿过相应的第一衬底105的第二表面108形成的三个不同的空腔阵列168。所示出的空腔阵列168中的每一个可以具有被配置为引导插入其中的光纤10与对应的耦合元件150对准的形状。例如，在各个实施例中，空腔阵列160中的空腔165的形状(在基本上垂直于光纤传播方向170和/或基本上平行于由第一衬底105的第一表面102限定的平面截取的截面上)是圆形的、椭圆形的、三角形的或菱形的或可以具有一些其他多边形、规则的或不规则的形状。在各个实施例中，空腔165的形状被配置为使插入其中的光纤10具有与空腔的边缘接触的两个点2a、2b，以相对于相应的耦合元件150适当地对准光纤芯15，并且可能地为光纤10提供结构支撑。应当理解，空腔阵列168可包括空腔165的行和/或列(如图2a和图2b所示)、交错的空腔165(如图2c所示)和/或以适合于形成在sip芯片100上的pic的另一方式组织的空腔165。
49.具有背面(或正面)光纤耦合的sip芯片的一些其他示例实施例
50.图3a-9示出了具有背面(或正面)光纤耦合的sip芯片的各个实施例。图3a-9中所示的实施例的各个方面可按各种方式组合，视sip芯片的预期应用而定。例如，图4示出具有作为闪耀光栅的耦合元件450和斜切光纤20的sip芯片400。如本领域普通技术人员基于本文提供的公开内容将理解的，在示例实施例中，sip芯片100的耦合元件150可以是闪耀光栅，而无需使用斜切光纤20。
51.此外，sip芯片300、400、500、600、700、800、900可以包括不同数量的通道，每个通道都具有不同数量的光输入和/或输出，视一个或更多个pic和预期应用而定。在示例实施例中，每个光输入和/或输出包括类似的光纤耦合布置(例如，所有的光输入和/或输出可以包括在图1a、图3a、图4、图5、图6、图7、图8或图9之一中示出的光纤耦合布置)。在示例实施例中，sip芯片的不同光输入和/或输出可以是不同的光纤耦合布置。例如，示例sip芯片包括如图4所示的光纤耦合和如图5所示的另一光纤耦合。
52.此外，图3a、图3b、图6、和图9示出了耦合元件为反射镜的示例实施例，并且图4、图5、图7、和图8示出了耦合元件为光栅的示例实施例。在各个实施例中，类似于图3a、图6和图9中所示的那些的光纤耦合布置可以结合和/或使用光栅作为耦合元件。同样地，在各个实施例中，类似于图4、图5、图7和图8中所示的那些的光纤耦合布置可以结合和/或使用反射镜作为耦合元件。
53.图3a示出了沿着图3b中所示的虚线的示例sip芯片300的部分截面。图3b提供了示例sip芯片300的部分俯视图。sip芯片300的所示出部分包括四个通道360(例如，360a、360b、360c和360d)。不同sip芯片可包括更少或更多的通道360，视应用而定。在所示实施例中，每个通道360可包括至少一个耦合元件350和波导330。在各个实施例中，波导330可以比图3a和图3b中所示出的延伸得更远，并且可以将传播穿过其中的光信号提供到不同光学元件(例如，调制器、相位延迟元件、反射镜、透镜、检测器、其他波导和/或类似物)。在各个实施例中，波导330是硅或sin波导或配置为在用于应用的适当波长范围内传播光信号的其他波导。
54.在所示出的实施例中，每个通道360包括模式转换器340。在各个实施例中，模式转
换器340被配置为使提供给耦合元件350(例如，经由光纤10)的光信号的所选模式被耦合到波导330中，同时减小传播通过波导330的非所选模式的振幅。
55.在各个实施例中，sip芯片300包括第一衬底305、第一包覆层310、波导层315、以及第二包覆层320。sip芯片300的各层类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底305是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层310形成在第一衬底305的第一表面302上并且包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层315可形成在第一包覆层310上，并且可包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层320形成在波导层315上，使得波导层315大致夹在第一包覆层310和第二包覆层320之间，并且形成在sip芯片300上的一个或更多个pic通过第二包覆层320与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层320包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
56.因此，sip芯片300可以包括形成在第一衬底305的第一表面302上的一个或更多个pic。pic可以限定相应的波导传播方向375，该波导传播方向375通常位于与由第一衬底305的第一表面302限定的平面基本上平行的平面中。
57.一个或更多个空腔365可以被蚀刻穿过第一衬底305的第二表面308。空腔365可以在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底305的第一表面302限定的平面的方向上至少部分地延伸穿过第一衬底305。在各个实施例中，使用激光钻孔、湿法蚀刻、drie和/或类似方法形成该一个或更多个空腔。
58.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为将相应光纤10的至少一部分接收在其中。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15可以限定光纤传播方向370。光纤传播方向370可以横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向375。
59.该一个或更多个空腔365中的每一个可以与相应的耦合元件350对准。例如，在示例实施例中，sip芯片300可以包括用于每个通道360的耦合元件350。在示例实施例中，sip芯片300包含用于与形成在sip芯片300上的一个或更多个pic相关联的外部光源和/或光接收器的耦合元件350。耦合元件350被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应的波导330(例如，经由模式转换器340)光耦合。
60.在各个实施例中，耦合元件350被配置为改变光信号的传播方向，以将由光纤10提供的光信号(例如，在光纤传播方向370上传播)耦合到波导330中(例如，从而使得光信号在波导传播方向375上传播)。在所示实施例中，耦合元件350是反射镜。虚线箭头示出了离开光纤芯15的光信号如何反射离开耦合元件(例如，反射镜)350、反射离开波导层315的与第一包覆层相邻的表面(例如，波导层315的最接近第一衬底305的表面)以进入相应通道360的模式转换器340。在示例实施例中，耦合元件350是相对于光纤10成角度的平滑或平面反射镜，以便将离开光纤10的光信号引导到波导330中(例如，经由模式转换器340)或从波导330引导到光纤10中。在示例实施例中，耦合元件350是具有曲率的曲面镜，该曲率被配置为将离开光纤10的光信号引导到波导330中(例如，经由模式转换器340)或从波导330引导到光纤10中。在所示实施例中，反射镜的外表面涂覆有抗反射涂层355。在各个实施例中，耦合元件350是被配置为将由光纤10提供的光信号反射到波导330(例如，经由模式转换器340)
中的反射镜。
61.光纤10可以被机械地固定到空腔365中，从而使得光纤10经由耦合元件350光耦合到sip芯片300的光学组件(例如，波导330、模式转换器340和/或类似物)。在各个实施例中，光纤10是各自通过第一衬底305的第二表面308机械地固定到空腔阵列中的相应空腔365中的光纤阵列中的一者，其中，空腔阵列中的每个空腔365延伸穿过第一衬底305的第二表面308并且与sip芯片300的相应的耦合元件350对准，以便将光纤10与sip芯片300的相应光学元件(例如，相应波导330、相应模式转换器340和/或类似物)光耦合。
62.在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中。光纤块可提供对光纤10的保护(例如，以防止对其的损坏)。在各个实施例中，光纤块使光纤10能够可移除地固定到或不可移除地固定到空腔阵列中，视应用而定。在示例实施例中，光纤块实现例如外部源和/或接收器的可移除或可插拔耦合。在各个实施例中，光纤块是、包括、和/或终止于mt套圈、准直透镜块、和/或其他适当的光纤连接器，从而允许与光纤块延伸部的可拆卸连接。
63.图4示出了根据示例实施例的具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片400的部分横截面。sip芯片400包括作为耦合元件450中的至少一个的闪耀光栅，并且具有斜切光纤20，斜切光纤20包括固定在空腔465内的斜切光纤芯25。
64.在各个实施例中，sip芯片400包括第一衬底405、第一包覆层410、波导层415和第二包覆层420。sip芯片400的各层可以类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底405是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层410可以形成在第一衬底405的第一表面402上，并且可以包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层415可形成在第一包覆层410上，并且可包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层420可以形成在波导层415上，使得波导层415基本上夹在第一包覆层410与第二包覆层420之间，并且形成在sip芯片400上的一个或更多个pic通过第二包覆层420与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层420包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
65.因此，sip芯片400包括形成在第一衬底405的第一表面402上的一个或更多个pic。pic可以限定相应的波导传播方向475，其通常在与由第一衬底405的第一表面402限定的平面基本上平行的平面中。可以穿过第一衬底405的第二表面408蚀刻一个或更多个空腔465，使得空腔465在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底405的第一表面402限定的平面的方向上至少部分地延伸穿过第一衬底405。
66.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为在其中接收相应的斜切光纤20的至少一部分。在各个实施例中，至少部分地基于光纤20的折射率(例如，光纤芯25的折射率)确定斜切光纤20的斜切角，使得离开斜切光纤20的光信号在与光纤传播方向470不对准的5-15
°
的范围内(例如，与光纤传播方向470不对准并且朝向波导传播方向475的5-15
°
)。在示例实施例中，斜切角被配置为引起光信号的传播方向的修改或倾斜，使得光信号以适当的角度与耦合元件450(例如，闪耀光栅)相互作用，以用于耦合元件450将光信号耦合到波导层415内的光学组件中。相应的斜切光纤20和/或相应的斜切光纤20的斜切光
纤芯25可以限定光纤传播方向470。光纤传播方向470可以横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向475。一个或更多个空腔465中的每一个可以与相应的耦合元件450对准。耦合元件450可以被配置为将相应斜切光纤20的斜切光纤芯25与相应的波导430(例如，经由模式转换器440)光耦合。
67.在所示出的实施例中，斜切光纤20的被插入空腔465中的部分是斜切的和/或成角度的，以便使得离开斜切光纤20的光信号的传播方向被修改为将在到达耦合元件450之前耦合至波导(例如，耦合至波导传播方向475)的角度。例如，当光信号离开斜切光纤芯25时，光纤20的斜切可导致光信号的传播方向被弯曲、倾斜和/或修改到光纤传播方向475和波导传播方向470之间的中间传播方向。
68.在各个实施例中，耦合元件450被配置为进一步改变光信号的传播方向，以将由斜切光纤20提供的光信号耦合到波导430中(例如，从而使得光信号在波导传播方向475上传播)。在所示实施例中，耦合元件450是刻划光栅，诸如闪耀光栅。在各个实施例中，光栅的表面涂覆有抗反射涂层455。在示例实施例中，光栅涂覆有金属涂层，例如金涂层、铝涂层等。在各个实施例中，耦合元件450是衍射光栅，该衍射光栅被配置为(例如，经由模式转换器440)将由斜切光纤20提供的光信号和/或该光信号的光功率的大部分衍射到波导430中。
69.类似于光纤10，斜切光纤20可以被机械地固定到空腔465中，从而使得光纤10经由耦合元件450光耦合至sip芯片400的光学组件(例如，波导430、模式转换器440等)。在各个实施例中，斜切光纤20是斜切光纤20的阵列或斜切和非斜切光纤10的组合中的一个，这些斜切和非斜切光纤各自通过第一衬底405的第二表面408机械地固定到空腔阵列的相应空腔465中，其中空腔阵列中的每个空腔465延伸穿过第一衬底405的第二表面408并且与sip芯片400的相应的耦合元件450对准，以便将斜切光纤20和/或非斜切光纤10与sip芯片400的相应光学元件(例如，相应波导430、相应模式转换器440等)光耦合。在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个斜切光纤20和/或非斜切光纤10被机械地固定到光纤块中，光纤块使得能够将相应的外部源和/或接收器可移除或可插拔地耦合到例如形成在sip芯片400的第一衬底405的第一表面402上的pic。
70.图5示出了根据示例实施例的具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片500的部分横截面。sip芯片500包括作为耦合元件550中的至少一个的闪耀光栅，并且具有带有棱形端部562的空腔565。
71.在各个实施例中，sip芯片500包括第一衬底505、第一包覆层510、波导层515以及第二包覆层520。sip芯片500的各层可以类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底505是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层510可以形成在第一衬底505的第一表面502上，并且可以包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层515可形成在第一包覆层510上并且可包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层520可以形成在波导层515上，使得波导层515基本上夹在第一包覆层510与第二包覆层520之间，并且形成在sip芯片500上的一个或更多个pic通过第二包覆层520与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层520包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
72.因此，sip芯片500可以包括形成在第一衬底505的第一表面502上的一个或更多个pic。pic定义相应的波导传播方向575，该波导传播方向575大体上在与由第一衬底505的第一表面502定义的平面基本上平行的平面中。一个或更多个空腔565被蚀刻穿过第一衬底505的第二表面508，使得空腔565在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底505的第一表面502限定的平面的方向上至少部分地延伸穿过第一衬底505。
73.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为将相应光纤10的至少一部分接收在其中。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15可以限定光纤传播方向570。光纤传播方向570可以横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向575。一个或更多个空腔565中的每一个可以与相应的耦合元件550对准。耦合元件550可以被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应的波导530(例如，经由模式转换器540)光耦合。
74.在所示出的实施例中，空腔565包括棱形端部562。例如，空腔565的端部(例如，空腔565的最靠近耦合元件550的表面)在形状上可以是成角度的、斜切的和/或棱形的。空腔565的棱形端部562可以使传播通过其中的光信号在到达耦合元件550之前被倾斜到将耦合至波导530(例如，耦合至波导传播方向575)的角度。在示例实施例中，棱形端部562的形状被配置为引起光信号的传播方向的修改或倾斜，使得光信号以适当的角度与耦合元件550(例如，闪耀光栅)相互作用，以用于耦合元件550将光信号耦合到波导层515内的光学组件(例如，波导530、模式转换器540)中。在示例实施例中，空腔565的棱形端部562被配置为以5-10
°
(例如，约8
°
)的角度修改光信号的传播方向。例如，光信号可以离开基本上在光纤传播方向575上传播的光纤芯15，然后可以与空腔565的棱形端部562相互作用。光信号与空腔565的棱形端部562的相互作用可以使光信号的传播方向弯曲、倾斜和/或修改到光纤传播方向575和波导传播方向570之间的中间传播方向。光信号与耦合元件550的相互作用然后可以使光信号的传播方向被进一步修改为基本上平行于波导传播方向570。在示例实施例中，棱形端部562的尺寸至少部分地基于光信号的光束轮廓(例如，光信号的光斑尺寸和/或类似物)来确定。在各个实施例中，空腔565被配置为使得光信号从光纤10直接发射到棱形端部562中(例如，光纤10的端部基本上设置在棱形端部562的口部处)。
75.在所示出的实施例中，耦合元件550是刻划光栅，诸如闪耀光栅。在各个实施例中，光栅的表面涂覆有抗反射涂层555。在示例实施例中，光栅涂覆有金属涂层，例如金涂层、铝涂层等。在各个实施例中，耦合元件550是衍射光栅，该衍射光栅被配置为(例如，经由模式转换器540)将光纤10提供的光信号和/或光信号的大部分光功率衍射到波导530中。
76.在各个实施例中，光纤10被固定到空腔565中，这样使得光纤10经由耦合元件550被光耦合至sip芯片500的光学组件(例如，波导530、模式转换器540等)。在各个实施例中，光纤10是光纤10的阵列中的一个，每个光纤10通过第一衬底505的第二表面508机械地固定到空腔阵列的相应空腔565中，其中空腔阵列的每个空腔565延伸穿过第一衬底505的第二表面508并且与sip芯片500的相应耦合元件550对准，以便将光纤10与sip芯片500的相应光学元件(例如，相应波导530、相应模式转换器540和/或类似物)光耦合。在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中，光纤块使得能够将相应的外部源和/或接收器可移除或可插拔地耦合到例如形成在sip芯片500的第一衬底505的第一表面502上的pic。
77.图6示出了根据示例实施例的具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片600的部
分横截面。当已经穿过第一包覆层610蚀刻了耦合元件650和空腔665中的至少一个时，sip芯片600包括反射镜。
78.在各个实施例中，sip芯片600包括第一衬底605、第一包覆层610、波导层615、和第二包覆层620。sip芯片600的各层可以类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底605是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层610形成在第一衬底605的第一表面602上，并且包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层615形成在第一包覆层610上并包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层620形成在波导层615上，使得波导层615基本上夹在第一包覆层610和第二包覆层620之间，并且形成在sip芯片600上的一个或更多个pic通过第二包覆层620与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层620包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
79.因此，sip芯片600包括形成在第一衬底605的第一表面602上的一个或更多个pic。pic定义相应的波导传播方向675，该波导传播方向675大体上在与由第一衬底605的第一表面602定义的平面基本上平行的平面中。穿过第一衬底605的第二表面608蚀刻一个或更多个空腔665，使得空腔665在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底605的第一表面602限定的平面的方向上延伸穿过第一衬底605并且至少部分地穿过(例如，在所示实施例中完全穿过)第一包覆层610。
80.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为在其中接收相应光纤10的至少一部分。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15限定光纤传播方向670。光纤传播方向670横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向675。一个或更多个空腔665中的每一个与相应的耦合元件650对准。耦合元件650被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应的波导630(例如，经由模式转换器640)光耦合。
81.当空腔665被至少部分地蚀刻穿过第一包覆层610时，光纤10的端部被布置为接近耦合元件650。这种配置在光信号到达耦合元件之前允许较少的光信号发散时间，并且允许和/或实现第一包覆层610对光信号的较少散射或损耗。
82.在所示出的实施例中，耦合元件650是反射镜。在示例实施例中，虚线箭头示出了离开光纤芯15的光信号如何反射离开耦合元件(例如，反射镜)650、反射离开波导层615的与第一包覆层相邻的表面(例如，波导层615的最接近第一衬底605的表面)并且进入模式转换器640。在示例实施例中，耦合元件650是相对于光纤传播方向675和/或波导传播方向670成角度的平滑或平面反射镜，以便将离开光纤10的光信号引导到波导630中(例如，经由模式转换器640)或从波导630引导到光纤10中。在示例实施例中，耦合元件650是具有曲率的曲面镜，该曲率被配置为将离开光纤10的光信号引导到波导630中(例如，经由模式转换器640)或从波导630引导到光纤10中。在所示实施例中，反射镜的外表面涂覆有抗反射涂层655。在各个实施例中，耦合元件650是被配置为将由光纤10提供的光信号反射到波导630(例如，经由模式转换器640)中的反射镜。
83.在各个实施例中，光纤10被固定到空腔665中，从而使得光纤10经由耦合元件650被光耦合至sip芯片600的光学组件(例如，波导630、模式转换器640等)。在各个实施例中，
光纤10是光纤10的阵列中的一个，每个光纤都通过第一衬底605的第二表面608机械地固定到空腔阵列的相应空腔665中，其中空腔阵列的每个空腔665延伸穿过第一衬底605的第二表面608并且与sip芯片600的相应的耦合元件650对准，以便将光纤10与sip芯片600的相应光学元件(例如，相应波导630、相应模式转换器640和/或类似物)光耦合。在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中，光纤块使得能够将相应的外部源和/或接收器可移除或可插拔地耦合到例如形成在sip芯片600的第一衬底605的第一表面602上的pic。
84.图7示出了根据示例实施例的具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片700的部分横截面。当耦合元件750中的至少一个和第一包覆层715的材料的一部分(例如，设置在耦合元件750和空腔765之间的部分)已经被去除时，sip芯片700包括光栅。
85.在各个实施例中，sip芯片700包括第一衬底705、第一包覆层710、波导层715和第二包覆层720。sip芯片700的各层可类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底705是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层710形成在第一衬底705的第一表面702上，并且包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层715形成在第一包覆层710上并且包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层720形成在波导层715上，使得波导层715基本上夹在第一包覆层710与第二包覆层720之间，并且形成在sip芯片700上的一个或更多个pic通过第二包覆层720与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层720包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
86.因此，sip芯片700包括形成在第一衬底705的第一表面702上的一个或更多个pic。pic定义相应的波导传播方向775，该波导传播方向775大体上在与由第一衬底705的第一表面702定义的平面基本上平行的平面中。一个或更多个空腔765被蚀刻穿过第一衬底705的第二表面708，使得空腔765在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底705的第一表面702限定的平面的方向上至少部分地延伸穿过第一衬底705。
87.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为在其中接收相应光纤10的至少一部分。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15限定光纤传播方向770。光纤传播方向770横向于(例如，大体上正交于)波导传播方向775。一个或更多个空腔765中的每一个与相应的耦合元件750对准。耦合元件750被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应的波导730(例如，经由模式转换器740)光耦合。
88.在sip芯片700中，第一包覆层710的材料的一部分已经被去除以形成气体空间762(例如，填充有空气和/或另一种气体)。气体空间设置在光纤10和耦合元件750之间，使得耦合入和/或耦合出光纤10以及耦合出和/或耦合入波导730(例如，通过模式转换器740)的光信号经由耦合元件750传递通过气体空间762。该配置允许和/或导致第一包覆层710对光信号的较少散射或损耗。
89.在所示出的实施例中，耦合元件750是光栅。在示例实施例中，耦合元件750是刻划光栅，诸如闪耀光栅。在各个实施例中，光栅的表面涂覆有抗反射涂层755。在示例实施例中，光栅涂覆有金属涂层，例如金涂层、铝涂层等。在各个实施例中，耦合元件750是衍射光
栅，该衍射光栅被配置为(例如，经由模式转换器740)将光纤10提供的光信号和/或光信号的大部分光功率衍射到波导730中。
90.在各个实施例中，光纤10被固定到空腔765中，这样使得光纤10经由耦合元件750光耦合至sip芯片700的光学组件(例如，波导730、模式转换器740等)。在各个实施例中，光纤10是光纤10的阵列中的一个，每个光纤都通过第一衬底705的第二表面708机械地固定到空腔阵列的相应空腔765中，其中空腔阵列的每个空腔765延伸穿过第一衬底705的第二表面708，并且与sip芯片700的相应的耦合元件750对准，以便将光纤10与sip芯片700的相应光学元件(例如，相应波导730、相应模式转换器740和/或类似物)光耦合。在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中，光纤块使得能够将相应的外部源和/或接收器可移除或可插拔地耦合到例如形成在sip芯片700的第一衬底705的第一表面702上的pic。
91.图8示出了根据示例实施例的具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片800的部分横截面。sip芯片800类似于图7中所示的sip芯片700，但是空腔865被完全蚀刻穿过第一衬底805并且第一包覆层815的材料的一部分(例如，设置在耦合元件850与空腔865之间的部分)已经被去除。
92.在各个实施例中，sip芯片800包括第一衬底805、第一包覆层810、波导层815以及第二包覆层820。sip芯片800的各层可类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底805是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层810形成于第一衬底805的第一表面802上，并且包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层815形成在第一包覆层810上并且包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层820形成在波导层815上，使得波导层815基本上夹在第一包覆层810与第二包覆层820之间，并且形成在sip芯片800上的一个或更多个pic通过第二包覆层820与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层820包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
93.因此，sip芯片800包括形成在第一衬底805的第一表面802上的一个或更多个pic。pic定义相应的波导传播方向875，该波导传播方向875大体上在与由第一衬底805的第一表面802限定的平面大致平行的平面中。一个或更多个空腔865被蚀刻穿过第一衬底805的第二表面808，使得空腔865在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底805的第一表面802限定的平面的方向上延伸完全穿过第一衬底805。
94.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为在其中接收相应光纤10的至少一部分。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15限定光纤传播方向870。光纤传播方向870横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向875。一个或更多个空腔865中的每一个与相应的耦合元件850对准。耦合元件850被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应的波导830光耦合(例如，经由模式转换器840)。
95.在sip芯片800中，第一包覆层810的材料的一部分已经被去除以形成气体空间862(例如，填充有空气和/或另一种气体)。在示例实施例中，气体空间862的至少一部分设置在光纤10与耦合元件850之间，使得经由耦合元件850耦合入和/或耦合出光纤10以及耦合出
和/或耦合入波导830(例如，经由模式转换器840)的光信号传递穿过气体空间862。在示例实施例中，光纤10被固定在空腔865内，这样使得光纤邻接和/或邻近波导层815。例如，在示例实施例中，光纤10被固定到空腔865中，使得经由耦合元件850耦合到光纤10中和/或耦合出光纤10以及耦合出波导830和/或耦合入波导830中(例如，经由模式转换器840)的光信号基本上不穿过气体空间862(例如，光信号从光纤10发射，直接通过第一包覆层810和/或气体空间862与波导层815之间的界面)。这样的配置(例如，其中光纤10和/或空腔865延伸完全穿过第一衬底805，并且第一包覆层810的一部分的材料被去除)允许和/或导致第一包覆层810对光信号的较少散射或损耗，并且在光信号在光纤芯15和耦合元件850之间传播时提供较少的光信号发散时间。
96.在所示出的实施例中，耦合元件850是光栅。在示例实施例中，耦合元件850是刻划光栅，诸如闪耀光栅。在各个实施例中，光栅的表面涂覆有抗反射涂层855。在示例实施例中，光栅涂覆有金属涂层，例如金涂层、铝涂层等。在各个实施例中，耦合元件850是衍射光栅，该衍射光栅被配置为(例如，经由模式转换器840)将由光纤10提供的光信号和/或光信号的光功率的大部分衍射到波导830中。
97.在各个实施例中，光纤10被固定到空腔865中，从而使得光纤10经由耦合元件850光耦合至sip芯片800的光学组件(例如，波导830、模式转换器840等)。在各个实施例中，光纤10是光纤10的阵列中的一个，每个光纤都通过第一衬底805的第二表面808机械地固定到空腔阵列的相应空腔865中，其中空腔阵列的每个空腔865延伸穿过第一衬底805的第二表面808并且与sip芯片800的相应的耦合元件850对准，以便将光纤10与sip芯片800的相应光学元件(例如，相应波导830、相应模式转换器840等)光耦合。在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中，光纤块使得能够将相应的外部源和/或接收器可移除或可插拔地耦合到例如形成在sip芯片800的第一衬底805的第一表面802上的pic。
98.图9示出了根据示例实施例的具有背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片900的部分横截面。sip芯片900包括完全蚀刻穿过第一衬底905、第一包覆层910、波导层915和第二包覆层920的空腔965。耦合元件950则是3d打印的和/或以其他方式至少部分地形成在空腔965内，使得被插入和/或固定在空腔965内的光纤10可以经由耦合元件950向/从波导930(例如，经由模式转换器940)提供和/或接收光信号。
99.在各个实施例中，sip芯片900包括第一衬底905、第一包覆层910、波导层915和第二包覆层920。sip芯片900的各层可以类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，第一衬底905是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，第一包覆层910形成在第一衬底905的第一表面902上，并且包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。波导层915形成在第一包覆层910上并且包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应的pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，第二包覆层920形成在波导层915上，使得波导层915基本上夹在第一包覆层910和第二包覆层920之间，并且形成在sip芯片900上的一个或更多个pic通过第二包覆层920与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，第二包覆层920包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
100.因此，sip芯片900包括形成在第一衬底905的第一表面902上的一个或更多个pic。pic定义相应的波导传播方向975，该波导传播方向975大体上在与由第一衬底905的第一表面902限定的平面基本上平行的平面中。一个或更多个空腔965被蚀刻穿过第一衬底905的第二表面808，使得空腔965在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底905的第一表面902限定的平面的方向上延伸完全穿过第一衬底905、穿过第一包覆层910、穿过波导层915以及穿过第二包覆层920。如图9所示，一个或更多个空腔965是在横向于(例如，基本上垂直于)由第一衬底905的第一表面902限定的平面的方向和基本上平行于和/或限定光纤传播方向970的方向上蚀刻和/或完全穿过sip芯片900形成的通孔。
101.在各个实施例中，该一个或更多个空腔中的每一个被配置为在其中接收相应的光纤10的至少一部分。相应光纤10和/或相应光纤10的光纤芯15限定光纤传播方向970。光纤传播方向970横向于(例如，基本上正交于)波导传播方向975。一个或更多个空腔965中的每一个与相应的耦合元件950对准。耦合元件950被配置为将相应光纤10的光纤芯15与相应的波导930光耦合(例如，经由模式转换器940)。
102.在所示出的实施例中，耦合元件950是3d打印的反射镜。例如，在通过以下方式形成sip芯片900之后：(a)在第一衬底905的第一表面902上形成或制造sip芯片900的一个或更多个pic，(b)通过sip芯片900(例如，通过第一衬底905、第一包覆层910、波导层915和第二包覆层920)形成或蚀刻一个或更多个空腔965，以及(c)然后将耦合元件950至少部分地3d打印或以其他方式形成到相应的空腔965中。在示例实施例中，耦合元件950是平滑或平面反射镜，该平滑或平面反射镜相对于光纤传播方向975和/或波导传播方向970成角度，以便将离开光纤10的光信号引导到波导930中(例如，经由模式转换器940)或从波导930引导到光纤10中。在示例实施例中，耦合元件950是具有曲率的曲面镜，该曲率被配置为将离开光纤10的光信号引导到波导930中(例如，经由模式转换器940)或从波导930引导到光纤10中。在所示实施例中，反射镜的外表面涂覆有抗反射涂层955。在各个实施例中，耦合元件950是被配置为将由光纤10提供的光信号反射到波导930(例如，经由模式转换器940)中的反射镜。在示例实施例中，耦合元件950是3d打印的光栅、刻划光栅或闪耀光栅。
103.在各个实施例中，光纤10被固定到空腔965中，从而使得光纤10经由耦合元件950光耦合至sip芯片900的光学组件(例如，波导930、模式转换器940等)。在各个实施例中，光纤10是每个都通过第一衬底905的第二表面908机械地固定到空腔阵列的相应空腔965中的光纤10阵列中的一者，其中空腔阵列中的每个空腔965延伸穿过第一衬底905的第二表面908并且与sip芯片900的相应的耦合元件950对准，以便将光纤10与sip芯片900的相应光学元件(例如，相应波导930、相应模式转换器940和/或类似物)光耦合。在各个实施例中，光纤阵列中的一个或更多个光纤10被机械地固定到光纤块中，光纤块使得能够将相应的外部源和/或接收器可移除或可插拔地耦合到例如形成于sip芯片900的第一衬底905的第一表面902上的pic。
104.示例可拆卸光纤连接布置
105.图10示出了示例可拆卸光纤连接布置1000。可拆卸光纤连接布置1000可以包括安装的、光纤耦合的sip芯片1060。安装的、光纤耦合的sip芯片1060可以包括sip芯片1040，该sip芯片被安装到第二衬底1030上并且具有固定到相应的空腔1065(例如，1065a、1065b)中的多个第一光纤10。在示例实施例中，sip芯片1040是安装至第二衬底1030的倒装芯片。
106.sip芯片1040可以包括第一衬底1005、第一包覆层1010、波导层1015、第二包覆层1020、以及多个耦合元件1050(例如，1050a、1050b)。多个耦合元件1050中的每一个可被配置为将相应的光纤耦合至形成在sip芯片1040上的pic的相应光输入和/或输出。
107.多个第一光纤10可以安装在和/或固定到第一光纤块1016的相应的第一耦合位置中。在示例实施例中，第一光纤块1016包括和/或终止于mt套圈。在各个实施例中，第一链接光学组件1018(例如，1018a、1018b)可形成于第一光纤块1016上和/或固定于第一光纤块1016上。在示例实施例中，第一链接光学组件1018是透镜。例如，第一链接光学组件1018可以被形成以将入射在第一链接光学组件上的光信号聚焦到相应的第一光纤10中。在示例性实施例中，多个第一光纤中的每个第一光纤10与相应的第一链接光学组件1018相关联，该第一链接光学组件1018被配置为将入射在其上的光信号聚焦到第一光纤10中。在示例实施例中，第一光纤的长度基本上等于多个空腔中的相应空腔的深度加上第一光纤块的深度。
108.可拆卸光纤连接布置1000还包括耦合光纤块1080。耦合光纤块1080可包括第二光纤块1086，其具有在相应的第二耦合位置处机械地固定在其中的多个第二光纤1084(例如，1084a、1084b)。在示例实施例中，第二光纤块1086包括和/或终止于mt套圈。在示例性实施例中，多个第二链接光学元件1088(例如，1088a、1088b)可形成于第二光纤块1086上和/或固定于第二光纤块1086上。在示例性实施例中，第二链接光学元件1088是透镜。例如，可形成第二链接光学元件1088以将离开相应外部源/接收器光纤1084的光信号朝向第一光纤块1016的相应第一链接光学元件1018聚焦。在示例性实施例中，机械地固定到第二光纤块1086中的多个第二光纤中的每个第二光纤1084可与相应的第二链接光学元件1088相关联。应当理解，耦合元件1050、第一光纤10、第一链接光学元件1018、第二链接光学元件1088和第二光纤1084形成的各个光路可用于将光信号传播到形成于sip芯片1040上的pic或从形成于sip芯片1040上的pic传播光信号。
109.第二光纤块1086可以机械地固定到装置、设备和/或系统的一个或更多个元件上，并且第二光纤1084可以光耦合到相应的外部源和/或接收器上，以从其/向其接收和/或提供相应的光信号，视应用而定。
110.可拆卸光纤连接布置1000因此可以提供可插拔解决方案，该解决方案防止使用容易弄坏/损坏的光纤尾纤，同时使得能够在形成于sip芯片上的pic与被配置为向一个或更多个pic提供光信号的外部光源和/或被配置为从一个或更多个pic接收光信号的光接收器之间进行光连接。
111.图11提供示出了根据示例实施例的用于制造可拆卸光纤连接布置1000的各个过程、程序、操作和/或类似物的流程图。在步骤/操作1102处开始，制造sip芯片1040。例如，sip芯片1040可被制造为具有形成在sip芯片1040的第一衬底1005的第一表面1002上的一个或更多个pic。例如，形成在sip芯片1040上的pic可被组织成一个或更多个通道和/或包括波导、模式转换器和/或其他光学元件。sip芯片1040可以包括一个或更多个耦合元件1050，每个耦合元件与相应的pic的一个或更多个光学元件(例如，波导、模式转换器)相关联。例如，耦合元件1050可以位于形成于sip芯片1040上的pic的各个输入和/或输出位置处。
112.在步骤/操作1104，穿过第一衬底1005的第二表面1008蚀刻和/或形成空腔阵列。第一衬底1005的第二表面1008可以是第一衬底1005的相对于第一衬底1005的第一表面
1002的相对表面。在各个实施例中，第二表面1008与第一衬底的第一表面1002相对。在各个实施例中，使用激光钻孔、湿法蚀刻、drie等形成空腔阵列(例如，包括多个空腔1065)。在各个实施例中，空腔阵列被形成和/或蚀刻成使得空腔阵列的相应空腔1065与sip芯片1040的相应的耦合元件1050对准。
113.在各个实施例中，一个或更多个空腔1065部分地延伸穿过第一衬底1005(参见图1a、图3a、图4、图5和图7)。在各个实施例中，一个或更多个空腔1065延伸穿过第一衬底1005的第一表面1002(参见图6、图8和图9)。在各个实施例中，一个或更多个空腔1065至少部分地延伸穿过第一包覆层1010。在示例实施例中，一个或更多个空腔1065延伸穿过第一衬底1005、第一包覆层1010、波导层1015以及第二包覆层1020(参见图9)。在各个实施例中，空腔1065被形成和/或蚀刻至适合于应用的深度。在示例实施例中，sip芯片1040是被安装和/或以其他方式安装到第二衬底1030的倒装芯片。
114.在步骤/操作1106，形成、制造、制备等第一光纤块1016。第一光纤块1016可包括第一耦合位置，其为穿过第一光纤块1016的通孔。相应的第一耦合位置被布置和/或配置为与sip芯片1040的空腔阵列的相应空腔1065对准。第一光纤10可固定到相应的第一耦合位置。
115.如以上关于图2a、图2b和图2c所描述的，在各个实施例中，空腔阵列的空腔1065和/或第一光纤块1016的第一耦合位置可以被配置和/或成形为将插入其中的第一光纤10引导为与相应的耦合元件1050正确对准。例如，空腔1065和/或耦合位置的通孔的形状是在基本上平行于由第一衬底1005的第一表面1002限定的平面而截取的截面中截取的，其可以是圆形的、椭圆形的、三角形的、正方形的、多边形的、规则的、和/或不规则的，这样使得空腔1065和/或通孔的形状被配置为使得插入其中的第一光纤10具有与相应的空腔和/或通孔的相应边缘接触的两个点，以相对于相应的耦合元件1050来适当地对准相应的光纤芯15，并且有可能为光纤10提供结构支撑。
116.在步骤/操作1108，形成第一链接光学元件1018并且将其固定到第一光纤块1016的适当位置(例如，与相应的第一耦合位置对准)。例如，第一链接光学元件1018是被配置为将入射在其上的光信号聚焦和/或引导到布置在相应耦合位置的相应通孔内的相应第一光纤中的透镜或其他光学元件。
117.在步骤/操作1110，固定到第一光纤块1016中的第一光纤10被固定到sip芯片1040的空腔阵列的相应空腔1065中。在各个实施例中，第一光纤10被固定到sip芯片1040的空腔阵列的相应空腔1065中，从而使得相应第一光纤10与相应的耦合元件1050对准。第一光纤块1016可固定到第一衬底1005。例如，第一光纤块1016可固定到第一衬底1005以防止第一光纤10相对于空腔阵列移动和/或防止相应第一光纤10相对于相应耦合元件1050未对准。
118.在步骤/操作1112，通过形成、制造、制备等第二光纤块1086并且将第二光纤1084固定在其中来形成耦合光纤块1080。第二光纤块1086可包括第二耦合位置，其为通过第二光纤块1086的通孔。相应的第二耦合位置可布置成和/或配置为与第一光纤块1016的相应的第一耦合位置对准。第二光纤1084可固定到相应的第二耦合位置。
119.在各个实施例中，第二光纤块1086的第二耦合位置的通孔可以被配置为和/或成形为引导插入其中的第二光纤1084与相应的第一光纤10正确对准(例如，可能经由第一和/或第二链接光学元件1018、1088)。例如，第二耦合位置的通孔的形状取自基本上平行于第二光纤块1080的表面截取的横截面，第二光纤块1080的表面被配置为当第二光纤1084与第
一光纤10中的相应第一光纤进行光通信时基本上平行于第一衬底1005的第一表面1002，第二耦合位置的通孔的形状可以是圆形的、椭圆形的、三角形的、正方形的、多边形的、规则的和/或不规则的，这样使得通孔的形状被配置为使得插入其中的第二光纤1084具有与相应通孔的相应边缘接触的两个点，以便使相应光纤芯相对于相应第二链接光学元件1088和/或第一光纤10适当地对准，并且有可能向第二光纤1084提供结构支撑。
120.在步骤/操作1114处，将第二链接光学元件1088形成和/或固定至第二光纤块1086的适当位置(例如，与相应第二耦合位置对准)。例如，第二链接光学元件1088可以是透镜或其他光学元件，这些其他光学元件被配置为将入射在其上的光信号聚焦和/或引导到布置在相应耦合位置的相应通孔内的相应第二光纤中和/或分散该光信号，这样使得该光信号的光功率的大部分入射在相应第一链接光学元件1018和/或第一光纤10上。
121.在步骤/操作1116，相对于第一光纤块1016(和/或相对于安装的、光纤耦合的sip芯片1060)固定耦合光纤块1080。例如，可以将耦合光纤块1080固定到一个或更多个设备、装置、系统组件等上，使得第二光纤1084与第一光纤中的相应第一光纤进行光通信，使得第二光纤1084和第一光纤10提供用于将由外部光源生成的光信号提供给形成在sip芯片1040上的一个或更多个pic和/或用于将来自形成在sip芯片1040上的一个或更多个pic的光信号提供给外部光接收器的光路。在示例实施例中，耦合光纤块1080(例如，第二光纤块1086)以选择性可拆卸方式机械地耦合到第一光纤块1016。
122.用于背面(或正面)光纤耦合的示例连接器
123.图12和图13提供被配置用于背面(或正面)光纤耦合的示例sip芯片1200、1300的部分横截面，所述sip芯片是安装至相应的第二衬底1230、1330(经由相应的焊料凸块1225、1325)的倒装芯片，并且具有由相应的连接器1200、1300促进的背面(或正面)光纤耦合。
124.在各个实施例中，sip芯片1240、1340类似于sip芯片100、300、400、500、600、700、800、900和/或1040。例如，sip芯片1240、1340可以包括相应的第一衬底1205、1305，第一包覆层1210、1310，波导层1215、1315以及第二包覆层1220、1320。在各个实施例中，相应sip芯片1240、1340的各层可以类似于图1a和图1b所示的sip芯片100的第一衬底105、第一包覆层110、波导层115和第二包覆层120中的相应层。例如，在各个实施例中，相应的第一衬底1205、1305是硅衬底和/或包括硅。在各个实施例中，相应的第一包覆层1210、1310可以形成在相应的第一衬底1205、1305的相应的第一表面1202、1302上，并且可以包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。相应波导层1215、1315可形成在相应第一包覆层1210、1310上，并且可包括一个或更多个波导和/或被配置为控制光信号传播通过相应pic、修改光信号和/或将光信号用作输入的其他光学组件。例如，相应的第二包覆层1220、1320可以形成在相应的波导层1215、1315上，使得相应的波导层1215、1315基本上夹在相应的第一包覆层1210、1310与相应的第二包覆层1220、1320之间，并且形成在sip芯片1240、1340上的pic可以通过相应的第二包覆层1220、1320与周围环境电隔离和/或光隔离。在各个实施例中，相应的第二包覆层1220、1320包括sio2或其他氧化物、苯并环丁烯(bcb)、sin、一个或更多个电介质层等。
125.在各个实施例中，相应的连接器1255、1355被耦合和/或机械固定到相应的第一衬底1205、1305的相应第二表面1208、1308上。在各个实施例中，连接器1255、1355可以包括相应的光纤接口组件1270、1370和相应的波导接口组件1254、1354。在各个实施例中，光纤接
口组件1270包括光纤耦合组件。在所示出的实施例中，光纤耦合组件是空腔1272，该空腔被配置为在其中接收光纤10。在各个实施例中，光纤接口组件1270包括多个(例如，阵列)光纤耦合组件。例如，在示例实施例中，光纤接口组件包括多个(例如，阵列)空腔1272，每个空腔被配置为在其中接收相应的光纤10。
126.在各个实施例中，连接器1255、1355包括连接器光学元件1275、1375。连接器光学元件1275、1375可以是反射镜(例如，成角度的反射镜、曲面镜等)、光栅(例如，刻划光栅、闪耀光栅等)、或被配置为将离开光纤10的光纤芯15的光(例如，在连接器传播方向1282上传播的光)耦合(例如，反射、衍射等)至路径传播方向1284上的光路的其他光学元件。在各个实施例中，光路在连接器光学元件1275、1375与sip芯片1240、1340的耦合元件1250、1350之间延伸。在各个实施例中，光路穿过光纤接口组件1270、1370的一部分、波导接口组件1254、1354以及sip芯片1240、1340的一部分，到达耦合元件1250、1350。耦合元件1250、1350可以将光路耦合到波导层1215、1315中。例如，在连接器传播方向1282上传播的离开光纤10的光信号可以与连接器光学元件1275相互作用并且可以被耦合到光路上(在该光路上信号在光路传播方向1284上传播)，可以与耦合元件1250相互作用并且可以被耦合到波导层1215中，在该波导层中信号在波导传播方向1286上传播。
127.在各个实施例中，光纤接口组件1270、1370和波导接口组件1254、1354包括对光信号基本上透明的材料。例如，光信号可能基本上不会被光纤接口组件1270、1370和/或波导接口组件1254、1354的材料吸收或分散。
128.在各个实施例中，光路(由图12和图13中的虚线示出)可以包括一个或更多个光学元件，该一个或更多个光学元件被配置为聚焦、放大、和/或调整沿该光路传播的光信号的聚焦和/或放大。例如，在所示出的实施例中，波导接口组件1254、1354包括被配置为聚焦、放大、和/或调整沿着光路传播的光信号的聚焦和/或放大的相应透镜1252、1352。
129.在各个实施例中，连接器1255、1355包括一个或更多个支腿1260(例如，1260a、1260b)、1360(例如，1360a、1360b)，该一个或更多个支腿被配置为在结构上支撑光纤接口组件1270、1370和/或维持光纤接口组件1270、1370与第一衬底1205、1305的第二表面1208、1308之间的特定空间关系。在示例实施例中，一个或更多个支腿1260、1360被配置为将波导接口组件1254、1354和光纤接口组件1270、1370相对于彼此固定。
130.在实施例中，波导接口组件1354的表面和第一衬底1305的第二表面1308包括配对的对准特征。例如，在图13所示的实施例中，波导接口组件1354的表面包括对准销或突起1359(例如，1359a、1359b、1359c)，并且第一衬底1305的第二表面1308包括相应的对准孔或凹口1309(例如，1309a、1309b、1309c)。当连接器1355相对于sip芯片1340被定位成使得对准销和/或突起1359与相应的对准孔或凹口1309配对和/或接合时，连接器光学组件1375经由光路(例如，可能经由光学组件1352)与相应的耦合元件1350对准。
131.在各个实施例中，蚀刻和/或形成在光纤接口组件1270中的空腔1272被成形为使得光纤10与连接器光学元件1275(该连接器光学元件被配置为耦合光纤10和连接器光路)的对准使用至少一个空腔的横截面形状作为对准引导件来实现和/或生效。在各个实施例中，一个或更多个空腔1272使用激光钻孔、湿法蚀刻、drie等形成。在各个实施例中，连接器包括多个空腔1272，每个空腔1272被配置为具有固定在其中的光纤10，以经由相应的对应耦合元件1250将相应的光纤与sip芯片1240的一个或更多个pic的对应部分进行耦合。在此
类实施例中，光纤10可机械地固定到光纤块中。在示例实施例中，光纤块包括和/或终止于mt套圈。在示例性实施例中，光纤块被配置为用作可拆卸光纤连接布置的一部分，类似于图10中所示的可拆卸光纤连接布置。例如，光纤块可用于防止未受保护的光纤从sip芯片延伸。
132.结论
133.受益于以上描述和相关附图中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将会想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。虽然本文采用了特定术语，但是它们仅以一般性和描述性的意义使用，而不是为了限制的目的。