專利名稱：光纖陣列組件中光纖排放方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通訊、并行處理高性能計(jì)算機(jī)光互連技術(shù)等領(lǐng)域中的有源和無(wú)源光電子器件，特別涉及光纖陣列組件中光纖排放方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
近幾年以來(lái)，由于光通信和高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中光互連系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，用于信息領(lǐng)域中各種新型被動(dòng)器件和主動(dòng)器件大量涌現(xiàn)。用于寬帶高速領(lǐng)域的面發(fā)射激光陣列VCSEL芯片、光接收PIN芯片、各種用途無(wú)源的AWG復(fù)用、解復(fù)用芯片、平面波導(dǎo)分束器芯片，MEMS微光機(jī)電開(kāi)關(guān)芯片等相繼研制成功。上述芯片要封裝制作成實(shí)用器件時(shí)，必須要有極高精度的光纖陣列組件作為光電子器件的輸入和輸出耦合接口，將上述光電子芯片中的每一條光通路，和光纖陣列組件中相應(yīng)的每一條光纖嚴(yán)格準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)，才能將光信號(hào)輸入、輸出，制作成長(zhǎng)期穩(wěn)定實(shí)用器件。上述器件的封裝技術(shù)是確保器件的優(yōu)良光學(xué)特性的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)，也是決定質(zhì)量、效率和成本中最高部分。由于以上芯片都是采用光電子工藝研制成的，所以，器件的封裝技術(shù)對(duì)光纖陣列組件中每一條光纖位置的精度要求，必須與光刻線條的位置精度相匹配。不但如此，同時(shí)還需要對(duì)光纖頭加工成各種需要的形狀，如對(duì)光纖頭嚴(yán)格加工成8°、45°等。目前光纖陣列都是采用在特定晶向硅片上，腐蝕一些平行的V形槽，或采用精密的機(jī)械切割技術(shù)在并行平面玻璃基片上刻出一些平行的V形槽，將每一條光纖嵌入一條V形槽內(nèi)，用V形槽內(nèi)表面作為定位每一條光纖的表面，制作成光纖陣列組件，見(jiàn)美國(guó)專利5656120和中國(guó)專利00101007.7，和幾家公司的產(chǎn)品。也有的在基片上刻成凹形槽，將光纖嵌入凹形槽內(nèi)，用凹形槽內(nèi)表面作為定位每一條光纖表面，制作成光纖陣列組件，見(jiàn)美國(guó)專利6706371。以上采用V形槽內(nèi)表面作為定位每一條光纖的定位方法中，雖然光纖容易排放，但光纖的定位精度與腐蝕成形的V形槽或凹形槽的深度和內(nèi)表面成形的過(guò)程精度有關(guān)。特別是采用精密的機(jī)械切割技術(shù)在并行平面玻璃基片上刻出一些平行的V形槽的光纖定位方法，雖然光纖容易排放、成本低，但是，精度較差，器件進(jìn)行封裝時(shí)，成品率低。
申請(qǐng)?zhí)?1133513.0的“光纖陣列定位組件”，提出了一種高精度光纖定位的方法，如圖1所示，首先，在并行平面玻璃基片100上刻蝕出N條并行凹形槽110，每一條凹形槽110表面兩側(cè)線120的空間位置精度為光刻的精度，約0.2μm。每一條光纖采用凹形槽表面兩側(cè)線120定位方法制作出光纖陣列組件，其原理如圖1所示，上蓋基片為并行平面基片，下基片為凹形槽刻蝕基片，光纖陣列組件中每一條裸露光纖嵌在凹形槽表面兩側(cè)線120和并行平面基片之間，采用每一條凹形槽表面兩側(cè)線120定位每一條光纖方法，制作出光纖陣列組件。但是，要想將N條光纖中每一條光纖，同時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤地排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線120上，卻是一件十分困難的事情。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了按照發(fā)明專利01133513.0“光纖陣列定位組件”的方法，發(fā)明一種光纖排放設(shè)備。在一條凹形槽表面兩側(cè)線準(zhǔn)確定位一條光纖方法的基礎(chǔ)上，，提出了在并行平面玻璃基片上刻蝕出N條并行凹形槽，準(zhǔn)確排放N條光纖的方法及其設(shè)備，該方法能準(zhǔn)確無(wú)誤地同時(shí)排放N條光纖在每一條凹形槽表面兩側(cè)線，準(zhǔn)確定位每一條光纖研制成光纖陣列組件。
光纖排放設(shè)備包括四大部分左邊為固定在三維或五維可調(diào)支撐架上的抽氣管170，排氣管的端部打磨成一平面，并粘膠上一個(gè)密封橡膠圈180，密封橡膠圈可牢固吸住上玻璃基片進(jìn)行三維和五維調(diào)整。右邊為固定在水平面可調(diào)支撐架上190的基準(zhǔn)底板230，和其上的排放光纖所需的兩片寬、窄可平行移動(dòng)的裝夾上、下基片的定位片220。上面有可供觀察每一條光纖是否準(zhǔn)確排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上的光學(xué)儀器系統(tǒng)200。而前面放置一臺(tái)可供監(jiān)視每一條光纖的下表面，是否準(zhǔn)確無(wú)誤地排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上的CCD監(jiān)視系統(tǒng)210。
光纖排放方法如下，光纖陣列光纖定位組件中的刻槽玻璃基片100和上蓋玻璃基片140為并行平面基片，都可作上基片或下基片，上、下基片寬度相同，上基片的長(zhǎng)度要短于下基片長(zhǎng)度1-5mm，下面以下基片為刻槽玻璃基片，而上基片為平面玻璃基片為列予以說(shuō)明，該方法包括以下步驟①、清洗好刻槽玻璃基片100和上蓋玻璃基片140，在包含有N條并行光纖微帶的一端，用并行光纖剝離機(jī)將每一條光纖的塑料包層剝離成裸露光纖微帶，清洗備用；②、將刻槽玻璃基片100和上蓋玻璃基片140上、下重疊，安放在光纖排放設(shè)備中，基準(zhǔn)底板上表面230和兩片可移動(dòng)裝夾定位片之間。
③調(diào)整三維或五維支撐架，將抽氣管上的密封橡膠圈緊密的貼住上玻璃基片，開(kāi)啟動(dòng)抽氣開(kāi)關(guān)，使密封橡膠圈緊密的吸住的玻璃基片，通過(guò)調(diào)整五維支撐架，和支撐基準(zhǔn)底板的水平面調(diào)整架，使上、下玻璃基片平面保持并行，并基本上在水平面上，而且，使上、下基片之間的距離h應(yīng)滿足如下條件125μm≥h≥125μm-d，圖2c裝配圖情況，應(yīng)滿足如下條件為125μm≥h≥125μm-2d，其中d為一條裸光纖嵌入凹形槽的深度；圖2c裝配圖情況，④、將備用裸露光纖微帶260從后部擱置在上、下基片之間，并讓N條光纖中每一條光纖逐條分別擱置在一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線100上，將光纖微帶的N條并行光纖同時(shí)向前推，使得每一條裸露光纖部分分別逐條嵌入一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線100和上玻璃基片之間；⑤、再微調(diào)光五維調(diào)整架使上基片完全壓緊每一條裸露光纖背脊，從前面的CCD監(jiān)視系統(tǒng)210嚴(yán)格監(jiān)視，每一條光纖的下表面，是否準(zhǔn)確無(wú)誤地排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上。一直到從上面的光學(xué)系統(tǒng)200和從前面的CCD系統(tǒng)210都觀察到，每一條光纖完全定位在每一條凹形槽表面兩側(cè)線(100)上為止。而后，從后面注紫外膠，進(jìn)行光固化。
本發(fā)明可將光纖陣列組件中的N條光纖的一次性同時(shí)排放和定位，精度可達(dá)0.3μm-0.5μm，本方法在光纖陣列組件中是一種定位精度極高方法，可廣泛地應(yīng)用于光通訊、并行處理高性能計(jì)算機(jī)中光互連等技術(shù)中有源和無(wú)源光電子器件。


圖1為每一條光纖排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線定位的示意圖。
圖2a為刻槽基片為下基片，上蓋基片為上基片的排放光纖原理圖。
圖2b為刻槽基片為上基片，上蓋基片為下基片的排放光纖原理圖。
圖2c為刻槽基片為上基片，上蓋基片也為刻槽基片的排放光纖原理圖。
圖3為光纖陣列組件中光纖排放設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
光纖陣列組件制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，光纖排放設(shè)備包括四大部分左邊為固定在三維或五維可調(diào)支撐架上的抽氣管170，排氣管的端部打磨成一平面，并粘膠上一個(gè)密封橡膠圈180，密封橡膠圈可牢固吸住上玻璃基片進(jìn)行三維和五維調(diào)整。右邊為固定在水平面可調(diào)支撐架上190的基準(zhǔn)底板230，和其上的排放光纖所需的兩片可移動(dòng)裝夾定位片220。上面有可供觀察每一條光纖是否準(zhǔn)確排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上的光學(xué)儀器系統(tǒng)200。而前面放置一臺(tái)可供監(jiān)視每一條光纖的下表面，是否準(zhǔn)確無(wú)誤地排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上的CCD監(jiān)視系統(tǒng)210。帶有可牢固吸住上玻璃基片進(jìn)行三維和五維調(diào)整密封橡膠圈的排氣管，安裝在包含有一組X、Y、Z、前后和左右傾斜度五維可調(diào)的微調(diào)架上，使得排氣管的端部的密封橡膠圈平面在X、Y、Z、前后和左右傾斜度五維自由度可以調(diào)節(jié)，一塊表面為平面的金屬基準(zhǔn)底板230置于一個(gè)可調(diào)整水平面的三維支撐架上190，可調(diào)整的三維支撐架，使得基準(zhǔn)底板調(diào)整在水平狀態(tài)，可同時(shí)沿基準(zhǔn)底板上平面并行移動(dòng)的一對(duì)裝夾定位塊220，裝配在基準(zhǔn)底板上，可同時(shí)使他們之間的距離變窄或放寬，它的功能是將擱在基準(zhǔn)底板上的平行平面刻槽基片和上蓋基片夾牢，同時(shí)上、下對(duì)齊。裝配在五維調(diào)整架上如圖2所示的帶密封橡皮圈的抽氣管，其功能是吸住上基片，可是上基片進(jìn)行五維微調(diào)，使得上、下、基片嚴(yán)格保持并行，和一定的距離。若按圖2c進(jìn)行裝配，上下基片的每一條凹形槽一定要一一對(duì)應(yīng)。
基于每一條光纖采用每一條凹形槽表面兩側(cè)線120定位的方法，如不采用特殊的方法，要想將N條光纖準(zhǔn)確排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上，制造出光纖陣列組件是十分困難的，本發(fā)明提出排放光纖的原理圖，如圖2a、圖2b和圖2c所示。圖2a刻槽基片為下基片，上蓋基片為平并行平面玻璃和其他基片。圖2b刻槽基片為上基片，上蓋基片為下基片。圖2c為上、下都是刻槽基片基片。在排放光纖陣列組件前，首先備用并清洗好刻蝕的凹形槽基片100和并行平面基片140，兩種基片的寬度相同，按不同的器件需求，可對(duì)齊或相差一定距離，而兩基片后部，無(wú)論是如圖2a、圖2b或圖2c所示的裝配圖，上面基片比下面基片短約1-5mm，在包含有N條并行光纖微帶的一端，用并行光纖剝離機(jī)將每一條光纖的塑料包層剝離成裸露光纖芯，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，清洗備用。將排氣管放下，使吸管接口密封橡皮圈完全與上基片接觸，然后進(jìn)行排氣，讓抽氣管接口的密封橡皮圈牢牢吸住上基片。用五維微調(diào)整架調(diào)整上基片平面，首先，使上基片向上移動(dòng)很小距離，嚴(yán)格監(jiān)視上、下基片之間的空隙，調(diào)整到使上、下基片平面完全保持并行為止，然后再微整五維調(diào)整架讓上、下基片之間的距離h略少于裸光纖的外徑125μm。如圖2a和圖2b所示，d為一條裸光纖嵌入凹形槽的深度，上、下基片完全調(diào)整好時(shí)，其間距應(yīng)h應(yīng)滿足如下條件d+h＝125μm。
而圖2c的裝配圖，其間距應(yīng)h應(yīng)滿足如下條件2d+h＝125μm為了讓N條光纖中的每一條光纖能同時(shí)插入每一條凹形槽表面兩側(cè)線120和上表面基片之間，并嚴(yán)格用凹形槽表面兩側(cè)線120定位每一條光纖。在完全保持上、下基片并行的情況下，讓上、下兩基片的之間的間距為125μm≥h≥125μm-d。
而圖2c的裝配圖情況，讓上、下兩基片的之間的間距為
125μm≥h≥125μm-2d。
然后，將備用的并行光纖微帶的端部的塑料包層剝離成裸露光纖微帶，其裸露光纖長(zhǎng)度L略大于上基片的長(zhǎng)度，其裸露光纖從后部擱置在上、下基片之間，并讓N條光纖中每一條光纖逐條分別擱置在一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線120上，然后，將光纖微帶的N條并行光纖同時(shí)向前推，使得每一條裸露光纖部分分別逐條嵌入一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線120和上基片之間。最后，再微整五維調(diào)整架將上基片完全壓緊每一條裸露光纖背脊，使得每一條光纖完全定位在每一條凹形槽表面兩側(cè)線120上。而后，從后面注紫外膠，進(jìn)行光固化。
上述過(guò)程由CCD監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)視。排放N條裸光纖的全過(guò)程，由上方光學(xué)儀器觀察系統(tǒng)觀察，使裸露光纖從后部擱置在上、下基片之間，并讓每一條光纖逐條分別擱置在一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線120上，然后，將光纖微帶的N條并行光纖同時(shí)向前推，使得每一條裸露光纖部分分別逐條嵌入一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線120和上基片之間，此光纖的排放全過(guò)程都在上方的光學(xué)儀器觀察系統(tǒng)和前面的CCD監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)視情況下進(jìn)行，最后，讓每一條裸光纖都完全逐條的無(wú)縫隙緊密的排放在相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線120和上基片之間。為了在注紫外時(shí)不能讓紫外膠與裝夾定位片固定在一起，在注紫外膠前，將兩側(cè)的裝夾定位片移開(kāi)，然后，再?gòu)牟⑿泄饫w微帶尾部的裸露光纖部分，點(diǎn)注紫外膠、用紫外光照射固化。由于并行光纖微帶尾部的裸露光纖有一短很小部分?jǐn)R置在下基片上，為了保護(hù)該裸露光纖，所以，需要在裸露光纖和未剝離膠層的光纖接口處，涂上保護(hù)膠。牢固地將尾部裸露光纖與下基片固定在一起。最后，按照需要，端面加工成8°，45°，90°，或其他形狀，拋光制作成1×N光纖陣列組件。
權(quán)利要求
1.基于凹形槽表面兩側(cè)線定位一條光纖方法的光纖陣列組件中，光纖排放方法，光纖陣列定位組件中的刻槽基片(100)和上蓋基片(140)，都可作上基片或下基片，該方法包括以下步驟①、清洗好刻槽基片(100)和上蓋基片(140)，在包含有N條并行光纖微帶的一端，用并行光纖剝離機(jī)將每一條光纖的塑料包層剝離成裸露光纖微帶，清洗備用；②、將刻槽基片(100)和上蓋基片(140)分別安放在光纖排放設(shè)備上的基準(zhǔn)底板上，經(jīng)過(guò)光纖排放設(shè)備中五維調(diào)整架和水平調(diào)整架的調(diào)整，使上、下基片平面保持并行，并使上、下基片之間的距離h應(yīng)滿足如下條件125μm≥h≥125μm-d，其中d為一條裸光纖嵌入凹形槽的深度；③、在設(shè)備中上面光學(xué)系統(tǒng)和前端CCD系統(tǒng)的嚴(yán)格監(jiān)視下，將備用裸露光纖微帶從后部擱置在上、下基片之間，并讓N條光纖中每一條光纖逐條分別擱置在一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線(120)上，將光纖微帶的N條并行光纖同時(shí)向前推，使得每一條裸露光纖部分分別逐條嵌入一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線(120)和另一基片之間面，其端面每一光纖的下表面嚴(yán)格無(wú)縫隙的緊密擱置在一條相應(yīng)的凹形槽表面兩側(cè)線(120)上；④、再微調(diào)光纖排放設(shè)備上的五維調(diào)整架將另一基片完全壓緊每一條裸露光纖背脊，使得每一條光纖完全定位在每一條凹形槽表面兩側(cè)線(120)上；而后，張開(kāi)左右兩塊裝夾定位片(220)，從下基片上的后面注紫外膠，進(jìn)行光固化。⑤最后，在下基片上后面的光纖微帶裸露光纖部分涂上保護(hù)膠，進(jìn)行固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上、下基片寬度相同，上基片的長(zhǎng)度要短于下基片長(zhǎng)度1-5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于當(dāng)上、下基片都為刻槽基片(100)時(shí)，五維調(diào)整架和水平調(diào)整架的調(diào)整上、下基片，使上、下基片平面保持并行，并使上、下基片的每一條凹形槽一一對(duì)應(yīng)，而且上、下基片之間的距離h應(yīng)滿足如下條件125μm≥h≥125μm-2d，其中d為一條裸光纖嵌入凹形槽的深度。
4.光纖排放設(shè)備，包括四大部分左邊為固定在三維或五維可調(diào)支撐架上的抽氣管(170)，排氣管的端部打磨成一平面，并粘膠上一個(gè)密封橡膠圈(180)，密封橡膠圈可牢固吸住上玻璃基片進(jìn)行三維和五維調(diào)整，右邊為固定在水平面可調(diào)支撐架上(190)的基準(zhǔn)底板(230)，和其上有排放光纖所需的兩片寬、窄可平行移動(dòng)的裝夾上、下基片的定位片(220)，上面有可供觀察每一條光纖是否準(zhǔn)確排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上的光學(xué)儀器系統(tǒng)(200)，而前面放置一臺(tái)可供監(jiān)視每一條光纖的下表面，是否準(zhǔn)確無(wú)誤地排放在每一條凹形槽表面兩側(cè)線上的CCD監(jiān)視系統(tǒng)(210)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于所述的排氣管的端部打磨成一平面，并粘膠上一個(gè)密封橡膠圈，可牢固吸住上玻璃基片進(jìn)行三維和五維調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明在一條凹形槽表面兩側(cè)線定位一條光纖方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出在平行平面玻璃基片上刻蝕出N條并行凹形槽，分別排放N條光纖的方法和該方法所使用設(shè)備。該光纖陣列組件中每一條光纖的定位精度可達(dá)0.2－0.5μm，它是一種極高定位精度的光纖陣列組件，可廣泛地應(yīng)用于光通訊、并行處理高性能計(jì)算機(jī)中光互連等技術(shù)中有源和無(wú)源光電子器件。
文檔編號(hào)G02B6/38GK1564040SQ200410012970
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月5日
發(fā)明者陳紹仟, 陳鷹 申請(qǐng)人:武漢海博光技術(shù)有限公司