專利名稱：?jiǎn)文Ｍ哥R光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單模光纖與平板波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)固定裝置及方法，特別涉及一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置及方法。
背景技術(shù)：
單模光纖與平板脊形波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)和固定在光纖通信領(lǐng)域具有重要的地位，從二十世紀(jì)七十年代開始，人們就開始了這項(xiàng)工作的研究。Ramer在J.Opt.Comm.2.122(1981)發(fā)表的文獻(xiàn)“Single Mode Fiber-To-Channel Waveguide Coupling”中探討了單模光纖與平板脊形波導(dǎo)的耦合問(wèn)題。為了提高單模光纖與波導(dǎo)的耦合效率，通常采用以下三種方式①單模光纖與波導(dǎo)之間加入微透鏡；②波導(dǎo)設(shè)計(jì)為漸變式波導(dǎo)；③輸入光纖采用單模透鏡光纖。這三種方式中，采用第一種方式即加入微透鏡增大了固定封裝后的體積，給應(yīng)用帶來(lái)不便；而第二種方式即將波導(dǎo)設(shè)計(jì)為漸變式卻增大了集成光路加工的困難；第三種方式即采用透鏡光纖提高耦合效率具有高效方便的優(yōu)點(diǎn)，廣泛為人們使用。特別是近幾年在近紅外光通訊領(lǐng)域具有重要應(yīng)用的平板光子晶體成為研究的熱點(diǎn)以來(lái)，單模透鏡光纖與光子晶體輸入輸出波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)和固定是研究中的重要環(huán)節(jié)。而且由于平板光子晶體中光耦合層的厚度一般小于300nm(如SOI空氣孔式光子晶體)，因而它在對(duì)準(zhǔn)固定的精度和穩(wěn)定性方面提出了更高的要求。
目前光纖通信領(lǐng)域關(guān)于單模透鏡光纖與波導(dǎo)或光源的對(duì)準(zhǔn)方法可以分為兩大類無(wú)源對(duì)準(zhǔn)和有源對(duì)準(zhǔn)。無(wú)源對(duì)準(zhǔn)雖然插入損耗較大，對(duì)加工精度要求較高，但由于其造價(jià)低而廣泛應(yīng)用于光纖通訊領(lǐng)域。對(duì)于有源對(duì)準(zhǔn)，它雖然對(duì)于對(duì)準(zhǔn)設(shè)備要求較高，但對(duì)于加工精度的要求相對(duì)降低，并且具有較高的耦合效率，因而在對(duì)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的單模透鏡光纖與光子晶體平板波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)固定方面具有重要的作用。正如集成光路中光纖與平板波導(dǎo)或有源器件的固定一樣，透鏡光纖與平板波導(dǎo)的永久固定是光子晶體目前研究和在未來(lái)集成光路實(shí)用化過(guò)程中終究要解決的問(wèn)題。例如，由于近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡結(jié)構(gòu)的限制，光子晶體波導(dǎo)和微腔的場(chǎng)分布研究就涉及到透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)及永久固定問(wèn)題。
無(wú)論是無(wú)源對(duì)準(zhǔn)還是有源對(duì)準(zhǔn)，目前關(guān)于單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)或光源的固定方面多采用紫外曝光裝置或金屬熔融焊接裝置將單模透鏡光纖固定，其間還需用到其它復(fù)雜的裝置。如目前已經(jīng)公開的Donald J.Albares等人在1990年發(fā)明的關(guān)于光學(xué)光纖-波導(dǎo)管耦合器專利中需要用到紫外曝光裝置以及真空夾持器等復(fù)雜裝置。2004年Madhumita Datta等人在IEEE Transactions on Components andPackaging Technologies第27卷第2期上發(fā)表的關(guān)于單模激光器和光纖的焊接集成上需用到復(fù)雜的上下表面焊接技術(shù)。目前現(xiàn)有固定技術(shù)中，裝置復(fù)雜、昂貴等因素給生產(chǎn)和通常的科學(xué)研究帶來(lái)了不便，為了降低技術(shù)成本，因此就需要一種新型的單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有的集成光路領(lǐng)域光纖與平板波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)固定技術(shù)中存在的設(shè)備復(fù)雜、費(fèi)用高昂的問(wèn)題，提供一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置及方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置，如圖1所示，包括激光器1，發(fā)出的激光耦合進(jìn)入單模透鏡輸入光纖2的平面端；光纖輸運(yùn)器6，用于固定所述光纖2的透鏡端；所述光纖輸運(yùn)器6通過(guò)第一光纖固定器5固定在第一調(diào)節(jié)架4上；光纖調(diào)節(jié)槽7固定在一個(gè)玻璃基底9的側(cè)面；平板脊形波導(dǎo)樣品11固定在所述玻璃基底9的上面；所述玻璃基底9可拆卸性地安置在托架12上；單模透鏡輸出光纖14的透鏡端通過(guò)第二光纖固定器16固定在第二調(diào)節(jié)架13上；平面端耦合到光功率計(jì)15。
進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述樣品11是通過(guò)兩個(gè)墊片10固定在所述玻璃基底9上。
在上述技術(shù)方案中，所述單模透鏡輸入光纖2通過(guò)環(huán)氧樹脂固定在光纖輸運(yùn)器6的輸運(yùn)槽中。
在上述技術(shù)方案中，所述光纖調(diào)節(jié)槽7的中心槽厚度與所述玻璃基底9相同。
結(jié)合上述裝置，一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，包括如下步驟
1)將單模透鏡輸入光纖2的透鏡端固定到光纖輸運(yùn)器6中，平面端與激光器1的輸出光耦合；2)用第一光纖固定器5把光纖輸運(yùn)器6固定到第一調(diào)節(jié)架4上；3)將玻璃基底9與光纖調(diào)節(jié)槽7的側(cè)面進(jìn)行固定；4)將平板脊形波導(dǎo)樣品11固定在基底9的上面；5)將單模透鏡輸出光纖14的透鏡端通過(guò)第二光纖固定器16固定到第二調(diào)節(jié)架13上，平面端與光功率計(jì)15連接；并調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)架13使得單模透鏡輸出光纖14與平板脊形波導(dǎo)樣品11對(duì)準(zhǔn)；6)單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11的粗對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程(a)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架4使得單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11對(duì)準(zhǔn)；(b)通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架4，使單模透鏡輸入光纖2中心軸位于波導(dǎo)樣品11的上方，且使單模透鏡輸入光纖2沿縱向伸入平板脊形波導(dǎo)樣品11上方；(c)用環(huán)氧樹脂3將光纖輸運(yùn)器6和光纖調(diào)節(jié)槽7粘接到一起；7)單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11的細(xì)對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程①將玻璃基底9與光纖調(diào)節(jié)槽7分離；②重復(fù)步驟6)中的子步驟(a)再次使得單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11對(duì)準(zhǔn)；③再次將光纖調(diào)節(jié)槽7與玻璃基底9相對(duì)的側(cè)面粘接在一起；8)打開第一光纖固定器5，并移開第一調(diào)節(jié)架4，此時(shí)單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)并和光纖輸運(yùn)器6、光纖調(diào)節(jié)槽7以及玻璃基底9固定成為一體。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟1)中是采用環(huán)氧樹脂將單模透鏡輸入光纖2的透鏡端固定到光纖輸運(yùn)器6中。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟3)中是采用強(qiáng)力膠將玻璃基底9與光纖調(diào)節(jié)槽7的側(cè)面進(jìn)行固定。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟4)中是通過(guò)兩個(gè)墊片10將平板脊形波導(dǎo)樣品11固定在基底9的上面；兩墊片10通過(guò)強(qiáng)力膠固定在基底9上，波導(dǎo)樣品11通過(guò)熔融石蠟固定在兩墊片10上；相應(yīng)地，在上述步驟4)和步驟5)之間，最好還包括步驟4’)對(duì)玻璃基底9和光纖調(diào)節(jié)槽7之間的粘結(jié)處以及雙墊片10與玻璃基底9的粘結(jié)處用強(qiáng)力膠再次加固。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟7)中子步驟①將玻璃基底9沿向下的方向與光纖調(diào)節(jié)槽7分離。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1)能夠順利完成單根單模透鏡光纖和平板脊形波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)固定，具有較高的耦合效率和穩(wěn)定性。
2)本發(fā)明中單模透鏡光纖與波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)固定利用粗對(duì)準(zhǔn)和細(xì)對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，采用上、下面和側(cè)面兩種固定技術(shù)，降低了操作難度和技術(shù)成本，提高了光纖與波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)固定的可行性。
3)本發(fā)明中使用的單模透鏡光纖可以達(dá)到無(wú)損壞性拆卸和重復(fù)利用，降低了科研和生產(chǎn)成本。
4)本發(fā)明中樣品的固定方法可以滿足樣品無(wú)破壞性拆卸的需要。


圖1表示本發(fā)明的單模透鏡輸入光纖與平板脊形波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)固定裝置示意圖；圖2a表示本發(fā)明實(shí)施例的光纖輸運(yùn)器示意圖；圖2b表示本發(fā)明實(shí)施例的光纖調(diào)節(jié)槽示意圖；圖2c表示本發(fā)明實(shí)施例的光纖固定器示意圖；圖3表示本發(fā)明單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)固定后的一體化示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述參照附圖1、2和3，制作本發(fā)明的單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置。首先參照?qǐng)D1，激光器1采用近紅外連續(xù)可調(diào)激光器，連續(xù)輸出波長(zhǎng)為1500nm～1640nm，最大輸出功率為10mW，比如日本GN Nettest公司的產(chǎn)品。單模透鏡輸入、輸出光纖2和14采用近紅外單模透鏡光纖，磨錐形，曲率半徑8～9μm，錐角55～56度，工作距離為4～5μm，可購(gòu)買市場(chǎng)所售產(chǎn)品，如武漢楚星光纖應(yīng)用技術(shù)有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。第一調(diào)節(jié)架4采用市場(chǎng)所售產(chǎn)品，比如日本駿河公司生產(chǎn)的電動(dòng)六維精密調(diào)節(jié)架。第二調(diào)節(jié)架13采用市場(chǎng)所售的手動(dòng)六維精密調(diào)節(jié)架。光功率計(jì)15采用市場(chǎng)所售產(chǎn)品，如上海瀚宇光纖通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的JW3201型單通道臺(tái)式功率計(jì)。
如圖2a所示，光纖輸運(yùn)器6采用不銹鋼材料制成，長(zhǎng)度為13mm，寬度為5mm，高度為1mm，它具有一個(gè)V型槽61，該槽61頂角為90度，深度0.5mm。
如圖2b所示，光纖調(diào)節(jié)器7采用不銹鋼材料制成，長(zhǎng)度為7mm，寬度為15mm，高度為1.5mm。它具有一個(gè)槽71，該槽71深度為0.5mm，寬度大于光纖輸運(yùn)器6的底面寬度約6mm，從而在光纖輸運(yùn)器6放入光纖調(diào)節(jié)器7后，光纖輸運(yùn)器6的位置可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。并且光纖調(diào)節(jié)器7的兩側(cè)各包括至少一個(gè)，最好是兩個(gè)，或者更多個(gè)V型槽72，該V型槽72頂角為90度，深度為0.5mm，便于環(huán)氧樹脂膠將光纖輸運(yùn)器6很好地固定在光纖調(diào)節(jié)器7中。
如圖2c所示，第一光纖固定器5采用不銹鋼材料制成，包括一個(gè)不動(dòng)片和一個(gè)活動(dòng)片，兩者通過(guò)緊固件固定在一起；所述不動(dòng)片的長(zhǎng)度為50mm，寬度為40mm，高度為6mm；所述活動(dòng)片的長(zhǎng)度為30mm，寬度為40mm，高度為2mm。其中，所述不動(dòng)片具有可放入光纖輸運(yùn)器6的第一方槽結(jié)構(gòu)51，其寬度略大于光纖輸運(yùn)器6的寬度約0.2mm，高度小于光纖輸運(yùn)器6的高度約1mm，保證可以牢固固定光纖輸運(yùn)器6；所述不動(dòng)片還具有與第一調(diào)節(jié)架4相配合的第二方槽結(jié)構(gòu)54，可以牢固固定在第一調(diào)節(jié)架4上；還具有用來(lái)固定所述活動(dòng)片的結(jié)構(gòu)52，圖中所示結(jié)構(gòu)52是指孔和槽結(jié)構(gòu)，孔結(jié)構(gòu)用于固定所述活動(dòng)片的一端，槽結(jié)構(gòu)用于適應(yīng)性地固定不同長(zhǎng)度的活動(dòng)片；如圖2c所示，活動(dòng)片具有多個(gè)用于緊固件，比如螺釘，進(jìn)入的孔53。
玻璃基底9采用直角六面體形狀的玻璃材料，長(zhǎng)度約為光纖調(diào)節(jié)槽整體寬度的1.2倍，寬度為10mm，厚度為1mm。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，這些參數(shù)可以根據(jù)具體需要來(lái)確定。
兩個(gè)墊片10采用石英材料制成，為方形結(jié)構(gòu)，邊長(zhǎng)為3mm，高度為0.8mm。
波導(dǎo)樣品11采用SOI(silicon on insulator)材料，長(zhǎng)度為10mm，寬度為0.3mm，高度為0.5mm。該SOI材料最上層刻蝕有220nm厚度的Si脊形波導(dǎo)。
第二光纖固定器16采用具有至少一個(gè)V形槽的市場(chǎng)所售光纖固定器，用于固定單模透鏡輸出光纖14。第二光纖固定器16固定在第二調(diào)節(jié)架13上，用于調(diào)節(jié)單模透鏡輸出光纖14的位置。
結(jié)合實(shí)施例提供的上述對(duì)準(zhǔn)固定裝置，一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，包括如下步驟1)將單模透鏡輸入光纖2的透鏡端固定到光纖輸運(yùn)器6中，平面端與激光器1的輸出光耦合；將單模透鏡光纖2放入光纖輸運(yùn)器6的V型槽，光纖磨錐透鏡端距離光纖輸運(yùn)器6的出射端約為4mm，再將環(huán)氧樹脂膠微熱后由直徑約0.1mm的針尖引入V型槽，保證光纖不動(dòng)，幾十分鐘后環(huán)氧樹脂膠基本固化，10～12小時(shí)環(huán)氧樹脂膠完全固化。
2)用第一光纖固定器5把光纖輸運(yùn)器6固定到第一調(diào)節(jié)架4上；3)將玻璃基底9與光纖調(diào)節(jié)槽7的側(cè)面進(jìn)行固定；將側(cè)壁磨平的玻璃基底9的一側(cè)平面和光纖調(diào)節(jié)槽7一側(cè)面拭凈，用安特固強(qiáng)力膠將兩側(cè)壁粘接，此時(shí)要保障脊形波導(dǎo)和光纖調(diào)節(jié)槽的中心線基本一致以及槽內(nèi)平面與玻璃基底上端面水平，保證光纖輸運(yùn)器在對(duì)準(zhǔn)范圍內(nèi)自由移動(dòng)。
4)將平板脊形波導(dǎo)樣品11固定在基底9的上面；根據(jù)實(shí)際脊形波導(dǎo)的高度，為達(dá)到光纖2與波導(dǎo)11的耦合匹配以及平板脊形波導(dǎo)樣品11的無(wú)損傷拆卸，首先在玻璃基底9上加入兩個(gè)石英墊片10，將雙墊片和玻璃基底9由安特固強(qiáng)力膠粘接；然后在雙墊片上放置少量石蠟，從玻璃基底下端加熱至石蠟均勻熔融在雙墊片上，待冷卻后，將樣品的兩端放置于雙墊片上，再熔融冷卻，使樣品固定于雙墊片上。
4’)由于上一步驟4)中石蠟熔融加熱使安特固強(qiáng)力膠的粘度降低，對(duì)玻璃基底9和光纖調(diào)節(jié)槽7兩側(cè)壁粘結(jié)處以及雙墊片10和玻璃基底9的粘結(jié)處用安特固強(qiáng)力膠再次粘接加固。然后將粘結(jié)后的樣品置于樣品托架上。調(diào)節(jié)使之水平，且平板脊形波導(dǎo)11的入射面與入射光纖方向垂直。
5)將單模透鏡輸出光纖14的透鏡端通過(guò)第二光纖固定器16固定到第二調(diào)節(jié)架13上，平面端與光功率計(jì)15連接；并調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)架13使得單模透鏡輸出光纖14與平板脊形波導(dǎo)樣品11對(duì)準(zhǔn)。打開近紅外連續(xù)可調(diào)激光器電源后有激光輸出，與單模透鏡輸入光纖連接。調(diào)節(jié)電動(dòng)(手動(dòng))六維精密調(diào)節(jié)架，就可以調(diào)節(jié)單模透鏡輸入(輸出)光纖的位置。利用上述調(diào)節(jié)架可以實(shí)現(xiàn)單模透鏡輸入光纖與平板脊形波導(dǎo)耦合效率的測(cè)定利用紅外CCD成像系統(tǒng)，調(diào)節(jié)顯微鏡找到所需的平板脊形波導(dǎo)11；再將顯微鏡移至光纖2，調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架4，使光纖2和平板脊形波導(dǎo)11在顯微鏡同一高度處成像，然后使光纖2前進(jìn)，調(diào)節(jié)光纖2與平板脊形波導(dǎo)11的耦合，使波導(dǎo)輸出端光功率達(dá)到最大。這可以從與單模透鏡輸出光纖14相連接的光功率計(jì)15讀知。單模透鏡輸出光纖14與波導(dǎo)11的對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)同單模透鏡輸入光纖2。
6)單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11的粗對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程(a)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架4使得單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11對(duì)準(zhǔn)，測(cè)定最大對(duì)準(zhǔn)輸出功率；(b)通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架4，使單模透鏡輸入光纖2調(diào)節(jié)到軸心距平板脊形波導(dǎo)11上表面約120μm，然后再向前調(diào)節(jié)單模透鏡輸入光纖2，使之向前伸入平板脊形波導(dǎo)樣品11約25～30μm，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，此值與透鏡光纖2的工作距離d有關(guān)，長(zhǎng)工作距離光纖應(yīng)使伸入長(zhǎng)度相應(yīng)減小d-4～5μm；此時(shí)光完全不能耦合進(jìn)平板脊形波導(dǎo)，但這種過(guò)程抵消了細(xì)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中由于玻璃基底與光纖調(diào)節(jié)槽分離后再次結(jié)合產(chǎn)生的壓應(yīng)力的影響，保障單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的高效率耦合。粗對(duì)準(zhǔn)固定的優(yōu)點(diǎn)是確定了單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的基本位置關(guān)系，無(wú)需考慮粗對(duì)準(zhǔn)固定后單模透鏡輸入光纖偏移對(duì)耦合效果的影響。
(c)固定光纖輸運(yùn)器6與光纖調(diào)節(jié)槽7；用針尖將環(huán)氧樹脂膠滴于光纖輸運(yùn)器6兩側(cè)的光纖調(diào)節(jié)槽7上，使光纖輸運(yùn)器6與光纖調(diào)節(jié)槽7粘接為一體；由于環(huán)氧樹脂膠干燥過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力作用，單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)11相對(duì)位置會(huì)發(fā)生微小變化，這種微小變化對(duì)于單模透鏡光纖和平板脊形波導(dǎo)的耦合狀況能產(chǎn)生很大影響，但是光纖與波導(dǎo)的橫向相對(duì)位移不超過(guò)8μm，不影響粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程確定基本位置關(guān)系的目的。
7)單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11的細(xì)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程①待步驟6)中環(huán)氧樹脂完全干燥后，將第一光纖固定器5旋松，使光纖固定器5遠(yuǎn)離光纖輸運(yùn)器6，此時(shí)平板脊形波導(dǎo)樣品11、雙墊片10、玻璃基底9、光纖輸運(yùn)器6、光纖調(diào)節(jié)槽7以及單模透鏡輸入光纖2成為一體化，將一體化樣品從樣品托架12卸下，使光纖調(diào)節(jié)槽7與玻璃基底9自上向下分離，保證光纖2完好無(wú)損；將玻璃基底和光纖調(diào)節(jié)槽粘接側(cè)面清洗干凈；這樣玻璃基底、雙墊片和平板脊形波導(dǎo)樣品為一體，而光纖調(diào)節(jié)槽、光纖輸運(yùn)器、單模透鏡輸入光纖為一體，將前者一體化產(chǎn)物放于樣品托上，后者一體化產(chǎn)物固定于第一調(diào)節(jié)架的光纖固定器。
②重復(fù)步驟6)中的子步驟(a)再次使得單模透鏡輸入光纖2與平板脊形波導(dǎo)樣品11精確對(duì)準(zhǔn)，并保持5～6μm輸入距離；③再次將光纖調(diào)節(jié)槽7與玻璃基底9相對(duì)的側(cè)面粘接在一起待耦合效率最高后用安特固強(qiáng)力膠將光纖調(diào)節(jié)槽7與玻璃基底9側(cè)壁粘接固定；此膠干燥過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力主要是導(dǎo)致單模透鏡輸入光纖2與樣品波導(dǎo)11間輸入距離減小約1μm，對(duì)于光纖2與波導(dǎo)11的橫向?qū)?zhǔn)基本無(wú)影響。與步驟6)中的子步驟(a)相比，單模透鏡輸入光纖2與波導(dǎo)11固定后耦合效率相對(duì)于固定前超過(guò)70％。
8)待步驟7)中安特固強(qiáng)力膠完全干燥后，打開第一光纖固定器5，并移開第一調(diào)節(jié)架4，將單模透鏡輸入光纖1從第一光纖固定器5中退出。將玻璃基底9從樣品托12卸下，如圖3所示，此時(shí)單模透鏡輸入光纖2、平板脊形波導(dǎo)樣品11、雙墊片10、玻璃基底9、光纖輸運(yùn)器6以及光纖調(diào)節(jié)槽7一體化對(duì)準(zhǔn)固定完成，標(biāo)號(hào)3表示環(huán)氧樹脂膠固化的液滴，在光纖輸運(yùn)器6的兩側(cè)各有兩滴，圖中僅示出一側(cè)。
作為本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)單模透鏡輸入光纖2和平板脊形波導(dǎo)樣品11的拆卸以及光纖2的重復(fù)利用。光纖2拆卸時(shí)首先將光纖調(diào)節(jié)槽7與玻璃基底9的側(cè)面粘接面自上而下分離，保證光纖完好無(wú)損。然后將光纖輸運(yùn)器6與光纖調(diào)節(jié)槽7粘接面自光纖透鏡端分離。最后將玻璃基底9均勻加熱，樣品可以無(wú)損傷取下。重復(fù)步驟1)～步驟8)過(guò)程即可完成單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)固定，實(shí)現(xiàn)光纖的再次利用。
對(duì)本發(fā)明的單模透鏡輸入光纖與波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)固定后的穩(wěn)定性測(cè)試表明單模透鏡光纖、波導(dǎo)等固定一體化后，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的使用，耦合效率基本不發(fā)生變化。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置，包括激光器(1)，發(fā)出的激光耦合進(jìn)入單模透鏡輸入光纖(2)的平面端；其特征在于，還包括光纖輸運(yùn)器(6)，用于固定所述光纖(2)的透鏡端；所述光纖輸運(yùn)器(6)通過(guò)第一光纖固定器(5)固定在第一調(diào)節(jié)架(4)上；光纖調(diào)節(jié)槽(7)固定在一個(gè)玻璃基底(9)的側(cè)面；平板脊形波導(dǎo)樣品(11)固定在所述玻璃基底(9)的上面；所述玻璃基底(9)可拆卸性地安置在托架(12)上；單模透鏡輸出光纖(14)的透鏡端通過(guò)第二光纖固定器(16)固定在第二調(diào)節(jié)架(13)上；平面端耦合到光功率計(jì)(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置，其特征在于，所述波導(dǎo)樣品(11)是通過(guò)兩個(gè)墊片(10)固定在所述玻璃基底(9)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置，其特征在于，所述單模透鏡輸入光纖(2)通過(guò)環(huán)氧樹脂膠固定在光纖輸運(yùn)器(6)的輸運(yùn)槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置，其特征在于，所述光纖調(diào)節(jié)槽(7)的中心槽厚度與所述玻璃基底(9)相同。
5.一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，包括如下步驟步驟1)將單模透鏡輸入光纖(2)的透鏡端固定到光纖輸運(yùn)器(6)中，平面端與激光器(1)的輸出光耦合；步驟2)用第一光纖固定器(5)把光纖輸運(yùn)器(6)固定到第一調(diào)節(jié)架(4)上；步驟3)將玻璃基底(9)與光纖調(diào)節(jié)槽(7)的側(cè)面進(jìn)行固定；步驟4)將平板脊形波導(dǎo)樣品(11)固定在玻璃基底(9)的上面；步驟5)將單模透鏡輸出光纖(14)的透鏡端通過(guò)第二光纖固定器(16)固定到第二調(diào)節(jié)架(13)上，平面端與光功率計(jì)(15)連接；并調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)架(13)使得單模透鏡輸出光纖(14)與平板脊形波導(dǎo)樣品(11)對(duì)準(zhǔn)；步驟6)單模透鏡輸入光纖(2)與平板脊形波導(dǎo)樣品(11)的粗對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程步驟(a)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架(4)使得單模透鏡輸入光纖(2)與平板脊形波導(dǎo)樣品(11)對(duì)準(zhǔn)；步驟(b)通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)架(4)，使單模透鏡輸入光纖(2)中心軸位于波導(dǎo)樣品(11)的上方，且使單模透鏡輸入光纖(2)沿縱向伸入平板脊形波導(dǎo)樣品(11)上方；步驟(c)用環(huán)氧樹脂膠將光纖輸運(yùn)器(6)和光纖調(diào)節(jié)槽(7)粘接到一起；步驟7)單模透鏡輸入光纖(2)與平板脊形波導(dǎo)樣品(11)的細(xì)對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程步驟①將玻璃基底(9)與光纖調(diào)節(jié)槽(7)分離；步驟②重復(fù)步驟6)中的子步驟(a)再次使得單模透鏡輸入光纖(2)與平板脊形波導(dǎo)樣品(11)對(duì)準(zhǔn)；步驟③再次將光纖調(diào)節(jié)槽(7)與玻璃基底(9)相對(duì)的側(cè)面粘接在一起；步驟8)打開第一光纖固定器(5)，并移開第一調(diào)節(jié)架(4)，此時(shí)單模透鏡輸入光纖(2)與平板脊形波導(dǎo)樣品(11)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)并和光纖輸運(yùn)器(6)、光纖調(diào)節(jié)槽(7)以及玻璃基底(9)固定成為一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，其特征在于，所述步驟4)中是通過(guò)兩個(gè)墊片(10)將平板脊形波導(dǎo)樣品(11)固定在玻璃基底(9)的上面；兩墊片(10)通過(guò)強(qiáng)力膠固定在玻璃基底(9)上，波導(dǎo)樣品(11)通過(guò)熔融石蠟固定在兩墊片(10)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，其特征在于，在所述步驟4)和步驟5)之間，還包括步驟4’)對(duì)玻璃基底(9)和光纖調(diào)節(jié)槽(7)之間的粘結(jié)處以及雙墊片(10)與玻璃基底(9)的粘結(jié)處用強(qiáng)力膠再次加固。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，其特征在于，所述步驟1)中是采用環(huán)氧樹脂將單模透鏡輸入光纖(2)的透鏡端固定到光纖輸運(yùn)器(6)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，其特征在于，所述步驟3)中是采用強(qiáng)力膠將玻璃基底(9)與光纖調(diào)節(jié)槽(7)的側(cè)面進(jìn)行固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定方法，其特征在于，所述步驟7)中子步驟①將玻璃基底(9)沿向下的方向與光纖調(diào)節(jié)槽(7)分離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單模透鏡光纖與平板脊形波導(dǎo)的有源對(duì)準(zhǔn)固定裝置及方法。該裝置包括激光器，單模透鏡輸入光纖，光纖輸運(yùn)器，光纖固定器，調(diào)節(jié)架，光纖調(diào)節(jié)槽，玻璃基底，波導(dǎo)樣品，單模透鏡輸出光纖，光功率計(jì)等。該方法包括如下步驟1)單模透鏡輸入光纖固定到光纖輸運(yùn)器；2)光纖輸運(yùn)器固定到第一調(diào)節(jié)架；3)將玻璃基底與光纖調(diào)節(jié)槽固定；4)平板脊形波導(dǎo)樣品固定在基底上面；5)單模透鏡輸出光纖固定到第二調(diào)節(jié)架上，與平板脊形波導(dǎo)樣品對(duì)準(zhǔn)；6)粗對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程；7)細(xì)對(duì)準(zhǔn)固定過(guò)程8)對(duì)準(zhǔn)固定完成。本發(fā)明的對(duì)準(zhǔn)固定具有較高的耦合效率和穩(wěn)定性，降低了操作難度和技術(shù)成本，達(dá)到無(wú)損壞性拆卸和重復(fù)利用。
文檔編號(hào)G02B6/32GK1991426SQ200510135498
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者陶海華, 程丙英, 田潔, 任承, 李志遠(yuǎn), 張道中 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所