專利名稱：具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光信號(hào)強(qiáng)度衰減的波導(dǎo)型光學(xué)衰減器，本發(fā)明具體涉及一種集成有光電探測器和控制電路的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)光信號(hào)強(qiáng)度的波導(dǎo)型光學(xué)衰減器件，利用從波導(dǎo)型光學(xué)衰減器出來的光束在光纖列陣端面上的反射和折射，將輸出的光信號(hào)分成具有固定分束比的兩部分，其中折射光耦合進(jìn)光纖列陣中的光纖中輸出，反射光為光電探測器的接收面所接受，利用光電探測器中檢測到的光信號(hào)強(qiáng)度大小來判斷光學(xué)衰減器的衰減量，然后將信號(hào)反饋給控制電路來處理，通過控制電路來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路中功率的大小，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整波導(dǎo)型光衰減器衰減量的目地。
隨著通道數(shù)的增多，DWDM系統(tǒng)固有的問題就暴露出來。其主要問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1就激光器現(xiàn)的有技術(shù)水平而言，還很難做到從不同激光器出來的不同波長的光信號(hào)的功率水平穩(wěn)定一致。
2由于光波導(dǎo)材料、光纖材料的吸收系數(shù)與波長有關(guān)，所以在光器件和光纖中傳輸?shù)牟煌ㄩL的光信號(hào)的功率損耗是不一樣的。
3由于目前摻鉺光纖放大器的增益平坦問題還沒有得到很好的解決，所以不同信道的光信號(hào)通過摻鉺光纖放大器所得到的增益也是不一樣的。
4如果采用干涉濾光片作為解復(fù)用器，則由于不同波長的光信號(hào)經(jīng)歷的反射次數(shù)不同，從而導(dǎo)致各個(gè)通道的光功率損耗也是不一樣的。
所以，在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中各個(gè)通道中的光信號(hào)的功率水平是不一樣的，如何解決各個(gè)通道的功率均衡問題是密集波分復(fù)用系統(tǒng)走向?qū)嵱没仨毷紫冉鉀Q的問題。
若是采用一種器件能夠?qū)⒏魍ǖ乐泄β瘦^大的光信號(hào)的功率衰減下來，這樣就可以實(shí)現(xiàn)各通道中光信號(hào)的功率均衡，這樣的器件就是光學(xué)衰減器。目前商用化的光學(xué)衰減器包括位移型光學(xué)衰減器、衰減片型光學(xué)衰減器、鍍膜型光學(xué)衰減器、液晶型光學(xué)衰減器，這些類型的光學(xué)衰減器所存在的最大的問題是體積較大，所采用的器件生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝不兼容，因而不能與其他的光電子器件集成，而且不能實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連續(xù)在線衰減，或者穩(wěn)定性欠佳(如液晶型光衰減器的環(huán)境性能極差)，不能滿足現(xiàn)代通訊系統(tǒng)對(duì)器件小型化、集成化和高的環(huán)境穩(wěn)定性的要求。
而采用平面光波導(dǎo)技術(shù)，利用Mach-Zehnder干涉器的原理制成的波導(dǎo)型光學(xué)衰減器則完全沒有這些限制，用這種技術(shù)制成的光學(xué)衰減器不僅可以實(shí)現(xiàn)器件的小型化，而且由于采用常規(guī)半導(dǎo)體工藝，容易與其它光電子器件集成，由于采用載流子注入或者加熱的方式來實(shí)現(xiàn)等離子體色散效應(yīng)或者熱光效應(yīng)，所以容易實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的連續(xù)在線衰減。通過合理設(shè)計(jì)，還可以得到插入損耗小，功率消耗低的光學(xué)衰減器。然而在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要對(duì)從光學(xué)衰減器出來的光信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行精確控制，并且要求光信號(hào)的強(qiáng)度隨著輸入光信號(hào)的變化而作動(dòng)態(tài)的調(diào)整，這些功能的實(shí)現(xiàn)僅靠光學(xué)衰減器是不可能做到的。
本發(fā)明一種具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于該模塊包括輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣，輸出光纖列陣、光電探測器列陣、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路共六個(gè)部分，其中輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣、輸出光纖列陣之間實(shí)現(xiàn)高效率的對(duì)準(zhǔn)耦合、光電探測器列陣置于光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣的頂部，并實(shí)現(xiàn)高效率的對(duì)準(zhǔn)耦合，光學(xué)衰減器列陣、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、光電探測器列陣實(shí)現(xiàn)電學(xué)上的互聯(lián)，經(jīng)輸入光纖列陣耦合進(jìn)來的光信號(hào)經(jīng)光學(xué)衰減器列陣衰減后，在輸出光纖列陣的端面發(fā)生反射和折射，其中折射光通過輸出光纖列陣輸出，反射光通過光電探測器列陣變?yōu)殡娦盘?hào)送入控制電路進(jìn)行處理，并返回信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路，通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路的功率大小來達(dá)到精確控制光衰減器衰減量的目地。
輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣、輸出光纖列陣三者要實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)耦合，要保證輸入光纖列陣和光學(xué)衰減器列陣之間，光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣之間具有最大的光耦合效率，還要求它們?nèi)呦嗷ラg留有一定的間隙，以保證從光學(xué)衰減器列陣輸入端面反射的光信號(hào)能盡可能少地進(jìn)入輸入光纖列陣，從輸出光纖列陣端面反射的光信號(hào)能盡可能少地進(jìn)入光學(xué)衰減器列陣。
光學(xué)衰減器采用Y分支型結(jié)構(gòu)，或采用直接耦合器型結(jié)構(gòu)，或采用多模干涉型結(jié)構(gòu)，無論采用何種結(jié)構(gòu)，該光學(xué)衰減器都包括一個(gè)或幾個(gè)輸入端口和輸出端口，而且光學(xué)衰減器均是采用等離子體色散效應(yīng)或者熱光效應(yīng)來達(dá)到調(diào)制光信號(hào)強(qiáng)度的目地，另外，光學(xué)衰減器列陣的輸入端面應(yīng)拋成8度角，以避免從光學(xué)衰減器端面反射的光信號(hào)進(jìn)入輸入光纖列陣而影響整個(gè)系統(tǒng)，另一個(gè)端面應(yīng)盡可能地拋成直角，以減小光信號(hào)在該端面的反射損失。
輸入光纖列陣的端面應(yīng)盡可能地拋成直角，以減小光信號(hào)在該表面的反射，從而影響整個(gè)系統(tǒng)。
輸出光纖列陣的端面要拋成8度角或者其他的角度，以保證從輸出光纖列陣端面反射回來的光信號(hào)不進(jìn)入光學(xué)衰減器列陣中，而是為光電探測器列陣的接收面所采集。
該功能模塊還包括一個(gè)光電探測器列陣，該光電探測器列陣包含的光電探測器的數(shù)目等于或者大于光學(xué)衰減器列陣輸出端口的數(shù)目，要求該光電探測器具有對(duì)微弱信號(hào)響應(yīng)的能力，而且該光電探測器的接收面要足夠大，以保證能夠收集到從光纖列陣端面反射回來的光信號(hào)。
光電探測器列陣置于光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣交界面處的上方，其光接收面朝向光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣所在的平面上，并要求光電探測器列陣的各個(gè)光電探測器與相對(duì)應(yīng)的光學(xué)衰減器在同一個(gè)平面上，該光電探測器列陣與光學(xué)衰減器列、輸出光纖列陣之間實(shí)現(xiàn)高效率的耦合，以保證從輸出光纖列陣端面反射回來的光信號(hào)能完全為光電探測器的接收面所接收。
該光學(xué)衰減器列陣上要留下大面積的未刻蝕區(qū)域作為光電探測器列陣的支架，以避免擠壓、碰撞等外力原因破壞了光學(xué)衰減器列陣的波導(dǎo)圖形，要保證該殘留區(qū)域的存在對(duì)光學(xué)衰減器的光學(xué)特性不造成任何影響或者在實(shí)際應(yīng)用中完全可以忽略。
圖8是具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的集成化波導(dǎo)型光學(xué)衰減器功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，光電探測器沒有固定在光學(xué)衰減器和光纖列陣的頂部，而是為了直觀起見，光電探測器畫成了懸空放置狀態(tài)；圖9是具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的集成化波導(dǎo)型光學(xué)衰減器功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，光電探測器固定在光學(xué)衰減器和光纖列陣的頂部。
從單模光纖出來的高斯光束通過輸入波導(dǎo)耦合進(jìn)入器件，在節(jié)點(diǎn)A處分為強(qiáng)度相等的兩束分別進(jìn)入兩條對(duì)稱的單模波導(dǎo)，由于兩邊的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以兩束光的強(qiáng)度相等，位相也相同，在節(jié)點(diǎn)A附近的“Y”字形分支結(jié)構(gòu)(簡稱Y分支結(jié)構(gòu)101)主要完成了將一束光等比例分成兩束的功能，這兩束光的電場分量可以用數(shù)學(xué)式子表示如下E1=(A/2)·exp(iωt)]]>E2=(A/2)·exp(iωt)]]>E1和E2是在兩單模波導(dǎo)中的電場分布，ω是光信號(hào)的頻率，A是光信號(hào)電場分量的振幅，t是時(shí)間，由于兩單模波導(dǎo)關(guān)于中心軸對(duì)稱，而且這里關(guān)心的是兩單模波導(dǎo)中光信號(hào)的相對(duì)位相變化，所以與傳播距離有關(guān)的位相部分沒有表示出來。如果改變其中一條或者兩條單模波導(dǎo)的折射率，則在其中傳播的光信號(hào)將引入額外的位相差，一般說來，可以通過兩種物理效應(yīng)來改變材料的折射率，一種是等離子體色散效應(yīng)，一種是熱光效應(yīng)。所謂等離子體色散效應(yīng)，是指材料的折射率隨載流子濃度的變化而改變的現(xiàn)象，可以通過摻雜或者電注入的方式來實(shí)現(xiàn)。所謂熱光效應(yīng)，是指材料的折射率隨溫度的變化而發(fā)生改變的現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)制的兩條單模波導(dǎo)中的光信號(hào)的電場分量用式(2)表示如下 這兩束光在節(jié)點(diǎn)B處合為一束，注意在節(jié)點(diǎn)B附近的Y分支結(jié)構(gòu)101主要是完成了將兩束光合成為一束的功能。輸出光信號(hào)的電場分量是兩波導(dǎo)中光信號(hào)電場分量的疊加，其總強(qiáng)度為 ＝Iincos2(Δ/2)式中Δ1和Δ2分別表示兩條單模波導(dǎo)由于調(diào)制所引入的額外位相，如果是只在一條單模波導(dǎo)上進(jìn)行調(diào)制，則二者中有一為零。式中Δ＝Δ1-Δ2，Iout是輸出光場的強(qiáng)度，Iin是輸入光場的強(qiáng)度，其值的大小為A2。所以通過改變兩波導(dǎo)之間位相差Δ的大小就可以得到強(qiáng)度變化的輸出光強(qiáng)，從而達(dá)到調(diào)制光信號(hào)強(qiáng)度的目的。
由于Mach-Zender干涉器的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A和B附近區(qū)域的光信號(hào)往往受到很大的能量損失，所以在實(shí)際應(yīng)用中為了改善器件的性能，常采用其它類型的結(jié)構(gòu)來代替。在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)位置用其他具有分束和合束功能的結(jié)構(gòu)來代替Y分支結(jié)構(gòu)101，如直接耦合器201和多模干涉器301。
直接耦合器201是利用兩條相互間距離非常近的平行波導(dǎo)的模式間的相互干涉來實(shí)現(xiàn)分束和合束功能，由于兩波導(dǎo)中泄漏模的尾端相互重疊，所以引起電磁場能量的相互耦合，電磁場的能量就在兩條平行波導(dǎo)間相互轉(zhuǎn)移，通過合理的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)能量在兩條平行波導(dǎo)間均勻分布，電磁場分為強(qiáng)度相等的兩束，從而實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的等比分束功能。根據(jù)光學(xué)的可逆原理，該結(jié)構(gòu)同樣可以實(shí)現(xiàn)合束功能。多模干涉器301利用的是多模波導(dǎo)的自映象原理，所謂自映象原理就是指輸入電磁場的一個(gè)或多個(gè)映象在多模波導(dǎo)中重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象。多模干涉器型光學(xué)衰減器利用多模干涉器來形成二重映象，所形成的兩個(gè)映象強(qiáng)度相等、位相相同。如果利用兩個(gè)單模波導(dǎo)將這兩個(gè)映象引出，就實(shí)現(xiàn)了等比例分束的功能；同樣，利用相反的過程就可以實(shí)現(xiàn)合束功能。
然而在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要精確控制光信號(hào)的衰減量，這樣僅有上面介紹的光學(xué)衰減器還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)強(qiáng)度精確控制的功能，還常常需要加上其他的反饋控制單元。在實(shí)際應(yīng)用中考慮到實(shí)際需要和成本的因素，常常將幾個(gè)同型號(hào)的光學(xué)衰減器集成在一起形成光學(xué)衰減器列陣，由于光學(xué)衰減器列陣是多個(gè)光學(xué)衰減器的簡單重復(fù)，所以我們就結(jié)合圖4來介紹光學(xué)衰減器列陣中某個(gè)具體光學(xué)衰減器光信號(hào)強(qiáng)度精確控制功能的實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明中提到的列陣均是指多個(gè)單元的組合，如輸入、輸出光纖列陣就是指多個(gè)輸入、輸出光纖的組合，光電探測器列陣就是多個(gè)光電探測器的組合，光學(xué)衰減器列陣是多個(gè)光學(xué)衰減的組合。所以在本發(fā)明中具體涉及功能時(shí)均是指列陣中某個(gè)具體的單元，一般并不作非常嚴(yán)格的區(qū)分。
一束光通過輸入光纖401進(jìn)入光學(xué)衰減器402后，通過調(diào)節(jié)光學(xué)衰減器402兩條單模波導(dǎo)的折射率變化來調(diào)節(jié)光信號(hào)的相對(duì)位相變化，從而使光信號(hào)得到一定程度的衰減，從光學(xué)衰減器402出來的光信號(hào)通過一具有分束功能的分束單元403后分為具有固定分束比(一般不需要是1∶1)的兩束，這兩束光中強(qiáng)度較大的一束通過輸出光纖404輸出，送給系統(tǒng)使用，只將其中強(qiáng)度較小的一部分光信號(hào)送給光電探測器405，通過光電探測器405將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將電信號(hào)送入到具有反饋控制功能的控制電路406進(jìn)行處理，并將控制信號(hào)送給驅(qū)動(dòng)電路407，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路407的功率大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)光衰減器403衰減量的精確控制。
請(qǐng)參閱圖5，下面首先來看看由輸入光纖列陣501、光學(xué)衰減器列陣502、輸出光纖列陣503構(gòu)成的沒有反饋控制單元的光學(xué)衰減器模塊，光信號(hào)經(jīng)輸入光纖列陣501進(jìn)入光學(xué)衰減器列陣502，獲得一定程度的衰減后從輸出光纖列陣503輸出，在輸入501、輸出光纖列陣503和光學(xué)衰減器列陣502之間填充著折射率匹配液，在這個(gè)過程中光信號(hào)要經(jīng)歷四個(gè)光學(xué)界面，既輸入光纖列陣501與折射率匹配液構(gòu)成的界面、折射率匹配液與光學(xué)衰減器列陣502構(gòu)成的光學(xué)界面、光學(xué)衰減器列陣502與折射率匹配液構(gòu)成的光學(xué)界面，折射率匹配液與輸出光纖列陣503構(gòu)成的光學(xué)界面。根據(jù)光學(xué)的基本原理，光在不同介質(zhì)的界面將發(fā)生反射和折射。
考慮如圖6所示的由三種介質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)當(dāng)光束入射到媒質(zhì)601與媒質(zhì)602的交界面時(shí)，將有一部分光反射回媒質(zhì)601，另有一部分光束折射進(jìn)入媒質(zhì)602，根據(jù)光學(xué)的反射和折射定律有i＝rsinisint=n2n1]]>其中i為入射角，r為反射角，t為透射角，n1為媒質(zhì)601的材料折射率，n2為媒質(zhì)602的材料折射率。這時(shí)的反射系數(shù)R1為R1=12[sin2(i-t)sin2(i+t)+tg2(i-t)tg2(i+t)]]]>透射系數(shù)T1為T1=1-R1=1-12[sin2(i-t)sin2(i+t)+tg2(i-t)tg2(i+t)]]]>α+i=π2]]>α為媒質(zhì)601的底部傾角。當(dāng)光入射到媒質(zhì)602和媒質(zhì)603的界面時(shí)，也將發(fā)生反射和折射，根據(jù)光學(xué)的反射和折射定律有θ＝，其中θ為入射角，為反射角。sinθsinβ=n3n2,]]>其中θ為入射角，β為折射角，n3為媒質(zhì)603的材料折射率。反射系數(shù)R2為R2=12[sin2(θ-β)sin2(θ+β)+tg2(θ-β)tg2(θ+β)]]]>透射系數(shù)T2為T2=1-R2=1-12[sin2(θ-β)sin2(θ+β)+tg2(θ-β)tg2(θ+β)]]]>θ＝π-a-b-t，b為媒質(zhì)603的底部傾角。
一束光從媒質(zhì)601折射進(jìn)媒質(zhì)602，并在媒質(zhì)602和媒質(zhì)603的界面上發(fā)生反射和折射，其反射系數(shù)R和透射系數(shù)T分別為
R＝T1·R2T＝T1·T2選擇如下實(shí)施例假設(shè)媒質(zhì)601和媒質(zhì)603的材料折射率分別為n1＝3.5，n3＝1.5，媒質(zhì)601的底部傾角α為89度，媒質(zhì)603的底部傾角b為80度，媒質(zhì)602為折射率匹配液，其折射率未知，則計(jì)算的透射系數(shù)R和媒質(zhì)102的材料折射率n2的關(guān)系如附圖
7所示，從圖中可以看出通過適當(dāng)?shù)剡x擇合適的匹配液，可以實(shí)現(xiàn)總反射系數(shù)為近10％的反射，所以我們就可以通過采集這部分光信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出光信號(hào)的監(jiān)測功能。
很顯然由光學(xué)衰減器列陣501、折射率匹配液、輸出光纖列陣503三者之間構(gòu)成的界面同樣滿足上面的方程，所得出的結(jié)論也同樣適用。如果我們利用光電探測器列陣801收集從輸出光纖列陣503端面反射回來的光信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的監(jiān)測功能，具體的實(shí)施方案如圖8、圖9所示圖中左端是光學(xué)衰減器列陣502的輸出端，可以是一個(gè)光學(xué)衰減器，也可以是多個(gè)光學(xué)衰減器構(gòu)成的列陣，右端是輸出光纖列陣503，輸出光纖列陣503中包含的光纖數(shù)應(yīng)該等于或者大于光學(xué)衰減器列陣502的通道數(shù)，中間頂部是光學(xué)探測器列陣801，其中包含的探測器的數(shù)目與光學(xué)衰減器的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，如果為了實(shí)用中對(duì)準(zhǔn)方便，也可以采用多于光學(xué)衰減器數(shù)目的光電探測器，要求光學(xué)衰減器列陣502和光電探測器列陣801中兩個(gè)相鄰器件的間距與光纖列陣兩根相鄰光纖的間距相同。為了減小器件的插入損耗，要求我們盡可能地減小光信號(hào)在光學(xué)衰減器列陣502和匹配液界面的反射損失，所以需要將光學(xué)衰減器列陣502的端面拋光，使端面的傾角為直角或接近直角。光纖列陣的端面需要有一定的傾角，以保證有一定比率的光從端面反射回折射率匹配液中，為了與光纖之間有比較大的耦合效率，一般光波導(dǎo)器件端面的截面尺寸和光纖的截面尺寸相近，由于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的芯徑一般為9微米，所以從光波導(dǎo)器件出來的光束的截面尺寸應(yīng)該也為微米量級(jí)，由于光學(xué)衰減器列陣502與輸出光纖列陣503之間的間距很小，所以即使光束有一些發(fā)散，其光束的半徑也不可能很大，而一般光電探測器接收面的尺寸為毫米量級(jí)，所以光電探測器容易接收到從光纖列陣端面反射的光束，如果選定好了匹配液，對(duì)于具有固定端面傾角的輸出光纖列陣，其反射光束和透射光束的強(qiáng)度之比也就固定下來，那么我們就能夠根據(jù)光電探測器探測到的反射光束的強(qiáng)度來判斷光纖中的透射光束的強(qiáng)度，對(duì)于工作狀態(tài)中的光學(xué)衰減器，我們就可以通過這種方法來判斷光學(xué)衰減器輸出的光信號(hào)強(qiáng)度是否為我們需要的強(qiáng)度，如果光學(xué)衰減器的衰減量小于我們需要的衰減量，探測器就能夠返回一個(gè)信號(hào)給控制功能模塊，通過控制功能模塊提高控制電路的電流或者是電壓，從而增大光學(xué)衰減器的衰減量；如果光衰減器的衰減量大于我們需要的衰減量，探測器就能夠返回一個(gè)信號(hào)給控制功能模塊，通過控制功能模塊降低驅(qū)動(dòng)電路的電流或者電壓，從而減小光學(xué)衰減器的衰減量，這樣就實(shí)現(xiàn)了光學(xué)衰減器的自動(dòng)化控制功能。
下面詳細(xì)介紹采用本設(shè)計(jì)方案的具有自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能的集成化光學(xué)衰減器功能模塊的制作工藝，該工藝包括以下步驟(1)在一塊硅襯底片上的波導(dǎo)層上刻蝕出光學(xué)衰減器列陣502的圖形，該光學(xué)衰減器可以是Y分支型、直接耦合器型、或者是多模干涉器型結(jié)構(gòu)的光學(xué)衰減器，在刻蝕波導(dǎo)圖形時(shí)，在離光學(xué)衰減器列陣502圖形一定距離處留出大面積的區(qū)域不被刻蝕作為后續(xù)操作中光電探測器列陣801的支架901(在實(shí)際操作中，這一步是在制光刻版時(shí)就已經(jīng)考慮到了)，要保證該殘留區(qū)域的存在對(duì)光學(xué)衰減器的光學(xué)特性不造成任何影響或者其影響在實(shí)際應(yīng)用中完全可以忽略。
(2)對(duì)于采用等離子體色散效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的光學(xué)衰減器，在完成步驟(1)后要在波導(dǎo)調(diào)制區(qū)的特定位置上實(shí)現(xiàn)N型和P型摻雜，再濺射或者熱蒸發(fā)一層金屬，然后通過常規(guī)干法或者濕法腐蝕的方法形成電極引線的圖形，隨后在其上覆蓋一層上包層，注意要在光學(xué)衰減器列陣502芯片的電極引線的壓焊點(diǎn)位置附近留出比較大的區(qū)域(一般留出的區(qū)域大小應(yīng)該大于壓焊點(diǎn)的面積)，以保證在后續(xù)工藝中實(shí)現(xiàn)光學(xué)衰減器和控制電路之間電互聯(lián)時(shí)能比較容易地將從該壓焊點(diǎn)引出的金屬絲和控制電路中的相應(yīng)的壓焊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)好的接觸；對(duì)采用熱光效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的光學(xué)衰減器，在刻蝕出波導(dǎo)圖形之后要在形成電極引線之前覆蓋一層上包層，避免由于金屬加熱電極和電極引線的吸收而造成電磁場的能量損失，然后濺射或者熱蒸發(fā)一層金屬，然后通過常規(guī)干法或者濕法腐蝕的方法形成加熱電極和電極引線的圖形，實(shí)際應(yīng)用中考慮到金屬與覆蓋層材料的粘附度，以及金屬加熱電極和電極引線之間的電阻分配問題，常常用不同的材料來分別形成加熱電極和電極引線，一般采用具有較大電阻率的材料如鈦、鎳鉻合金等來形成加熱電極，電極引線則采用具有較小電阻率的材料如銀、金、鋁等，所以需要兩次套刻。
(3)將刻蝕好的光學(xué)衰減器列陣502劃片，然后用特殊夾具夾住放在拋光機(jī)上對(duì)端面進(jìn)行拋光，使光學(xué)衰減器列陣502的輸入端端面成斜8度角，使光學(xué)衰減器列陣502輸出端的端面為直角或者盡可能地接近直角，以保證從光學(xué)衰減器列陣502輸入端面反射的光信號(hào)不進(jìn)入輸入光纖列陣501中和在光學(xué)衰減器列陣502輸出端面的反射效率盡可能的小，以減小光信號(hào)的能量損失。
(4)在普通硅片上利用濕法腐蝕或者干法腐蝕工藝刻形成一系列的V形槽或者U形槽，然后將光纖置于V形槽或U形槽內(nèi)固定，然后蓋上上蓋片，將制作好的光纖列陣用專用夾具夾好放在拋光機(jī)上進(jìn)行端面拋光，將輸入光纖列陣501的的端面拋成直角或者接近直角，將輸出光纖列陣503的端面拋成具有一定傾角(一般可取8度角)的結(jié)構(gòu)。
(5)將制作好的輸入光纖列陣501、光學(xué)衰減器列陣502和輸出光纖列陣503放在六軸調(diào)芯系統(tǒng)上進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)耦合，保證輸入光纖列陣501、光學(xué)衰減器列陣502和輸出光纖列陣503之間實(shí)現(xiàn)最高的耦合效率，并使它們之間留下一定的間距，一方面避免由于壓擠或熱脹冷縮等原因造成器件端面的損壞，另一方面保證從光學(xué)衰減器列陣502輸入端面反射的光信號(hào)能夠不被輸入光纖列陣501的端面所阻擋，還要保證從輸出光纖列陣503端面反射的光信號(hào)能夠不為光學(xué)衰減器列陣502的端面所阻擋，然后點(diǎn)膠固化。
(6)在一塊襯底片上形成特定光電探測器列陣801的結(jié)構(gòu)，要求相鄰兩光電探測器的間距與光纖列陣相鄰兩個(gè)光纖之間的距離相同，同時(shí)還要求襯底片的寬度要大于光學(xué)衰減器相鄰兩個(gè)未刻蝕區(qū)域構(gòu)成的支架的間距，以保證在將光電探測器列陣801固定在光學(xué)衰減器列陣502和輸出光纖列陣503的頂部時(shí)其主要重量落在光學(xué)衰減器芯片的大面積未刻蝕區(qū)域上，避免光學(xué)衰減器列陣801的波導(dǎo)圖形由于碰撞、壓擠等其他外力的作用而損壞，從而提高成品率。
(7)將光電探測器列陣801置于六軸調(diào)芯耦合對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)上，通過光電探測器列陣801輸出信號(hào)的大小來判斷光電探測器列陣801的接收面是否處于合適的位置，以保證光電探測器列陣801與光學(xué)衰減器列陣502、輸出光纖列陣503之間實(shí)現(xiàn)高效率的耦合，將耦合對(duì)準(zhǔn)好的光電探測器列陣801與光學(xué)衰減器列陣502和輸出光纖列陣503之間點(diǎn)膠，然后固化。
(8)將光學(xué)衰減器列陣502和驅(qū)動(dòng)電路407之間實(shí)現(xiàn)電學(xué)上的互聯(lián)，將具有反饋控制功能的控制電路405和光電探測器和驅(qū)動(dòng)電路407之間實(shí)現(xiàn)電學(xué)上的互聯(lián)。也可以將驅(qū)動(dòng)電路407和控制電路406做在同一片硅片上，然后只要實(shí)現(xiàn)其與光學(xué)衰減器列502和光電探測器列陣801之間的互聯(lián)即可。
權(quán)利要求
1.一種具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于該模塊包括輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣，輸出光纖列陣、光電探測器列陣、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路共六個(gè)部分，其中輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣、輸出光纖列陣之間實(shí)現(xiàn)高效率的對(duì)準(zhǔn)耦合、光電探測器列陣置于光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣的頂部，并實(shí)現(xiàn)高效率的對(duì)準(zhǔn)耦合，光學(xué)衰減器列陣、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、光電探測器列陣實(shí)現(xiàn)電學(xué)上的互聯(lián)，經(jīng)輸入光纖列陣耦合進(jìn)來的光信號(hào)經(jīng)光學(xué)衰減器列陣衰減后，在輸出光纖列陣的端面發(fā)生反射和折射，其中折射光通過輸出光纖列陣輸出，反射光通過光電探測器列陣變?yōu)殡娦盘?hào)送入控制電路進(jìn)行處理，并返回信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路，通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路的功率大小來達(dá)到精確控制光衰減器衰減量的目地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣、輸出光纖列陣三者要實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)耦合，要保證輸入光纖列陣和光學(xué)衰減器列陣之間，光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣之間具有最大的光耦合效率，還要求它們?nèi)呦嗷ラg留有一定的間隙，以保證從光學(xué)衰減器列陣輸入端面反射的光信號(hào)能盡可能少地進(jìn)入輸入光纖列陣，從輸出光纖列陣端面反射的光信號(hào)能盡可能少地進(jìn)入光學(xué)衰減器列陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于光學(xué)衰減器采用Y分支型結(jié)構(gòu)，或采用直接耦合器型結(jié)構(gòu)，或采用多模干涉型結(jié)構(gòu)，無論采用何種結(jié)構(gòu)，該光學(xué)衰減器都包括一個(gè)或幾個(gè)輸入端口和輸出端口，而且光學(xué)衰減器均是采用等離子體色散效應(yīng)或者熱光效應(yīng)來達(dá)到調(diào)制光信號(hào)強(qiáng)度的目地，另外，光學(xué)衰減器列陣的輸入端面應(yīng)拋成8度角，以避免從光學(xué)衰減器端面反射的光信號(hào)進(jìn)入輸入光纖列陣而影響整個(gè)系統(tǒng)，另一個(gè)端面應(yīng)盡可能地拋成直角，以減小光信號(hào)在該端面的反射損失。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于輸入光纖列陣的端面應(yīng)盡可能地拋成直角，以減小光信號(hào)在該表面的反射，從而影響整個(gè)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于輸出光纖列陣的端面要拋成8度角或者其他的角度，以保證從輸出光纖列陣端面反射回來的光信號(hào)不進(jìn)入光學(xué)衰減器列陣中，而是為光電探測器列陣的接收面所采集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于該功能模塊還包括一個(gè)光電探測器列陣，該光電探測器列陣包含的光電探測器的數(shù)目等于或者大于光學(xué)衰減器列陣輸出端口的數(shù)目，要求該光電探測器具有對(duì)微弱信號(hào)響應(yīng)的能力，而且該光電探測器的接收面要足夠大，以保證能夠收集到從光纖列陣端面反射回來的光信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于光電探測器列陣置于光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣交界面處的上方，其光接收面朝向光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣所在的平面上，并要求光電探測器列陣的各個(gè)光電探測器與相對(duì)應(yīng)的光學(xué)衰減器在同一個(gè)平面上，該光電探測器列陣與光學(xué)衰減器列、輸出光纖列陣之間實(shí)現(xiàn)高效率的耦合，以保證從輸出光纖列陣端面反射回來的光信號(hào)能完全為光電探測器的接收面所接收。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，其特征在于該光學(xué)衰減器列陣上要留下大面積的未刻蝕區(qū)域作為光電探測器列陣的支架，以避免擠壓、碰撞等外力原因破壞了光學(xué)衰減器列陣的波導(dǎo)圖形，要保證該殘留區(qū)域的存在對(duì)光學(xué)衰減器的光學(xué)特性不造成任何影響或者在實(shí)際應(yīng)用中完全可以忽略。
全文摘要
一種具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的光學(xué)衰減器模塊，包括輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣，輸出光纖列陣、光電探測器列陣、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等，其中輸入光纖列陣、光學(xué)衰減器列陣、輸出光纖列陣之間實(shí)現(xiàn)高效率的對(duì)準(zhǔn)耦合、光電探測器列陣置于光學(xué)衰減器列陣和輸出光纖列陣的頂部，并實(shí)現(xiàn)高效率的對(duì)準(zhǔn)耦合，光學(xué)衰減器列陣、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、光電探測器列陣實(shí)現(xiàn)電學(xué)上的互聯(lián)，經(jīng)輸入光纖列陣耦合進(jìn)來的光信號(hào)經(jīng)光學(xué)衰減器列陣衰減后，在輸出光纖列陣的端面發(fā)生反射和折射，其中折射光通過輸出光纖列陣輸出，反射光通過光電探測器列陣變?yōu)殡娦盘?hào)送入控制電路進(jìn)行處理，并返回信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路，通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路的功率大小來達(dá)到精確控制光衰減器衰減量的目地。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1428642SQ0113169
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者楊林, 劉育梁, 王啟明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所