基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法

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專利名稱：基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的制作方法。特別是涉及一種利用6維微調(diào)架夾具進行耦合調(diào)試的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法。
背景技術：
由于IP數(shù)據(jù)業(yè)務的不斷增長和各種寬帶接入業(yè)務的涌現(xiàn)帶來了對帶寬的無限需求，密集波分復用(DWDM)技術得到了蓬勃發(fā)展。平面光波導(planar light wave circuit, PLC)技術以其成本低、便于批量生產(chǎn)、穩(wěn)定性好、易于集成等諸多特點，已成為DWDM 光通信系統(tǒng)的主流產(chǎn)業(yè)。目前光波導的制作主要在LiNb03、玻璃、InP、 Si等襯底材料上完成，其中硅基二氧化硅光波導集成技術由于具有成熟的半導體工藝技術基礎，與光纖耦合效率好，成本低廉等優(yōu)勢，受到廣泛重視。平面光波導集成器件的一個重要應用是陣列波導光柵(艦:Arrayed Waveguide Grating)。在DWDM系統(tǒng)中AWG用作復用禾口解復用器件的功能。
如圖l、圖2所示，AWG芯片由至少一個輸入波導1、 N個輸出波導5、兩個平板波導 2和4、以及陣列波導3組成，它們共同沉積在硅襯底6上；其中相鄰陣列波導間具有恒定路徑長度差AL。具有多個波長的輸入光從輸入波導1進入，經(jīng)過輸入平板波導2，通過衍射把光功率分配到波導陣列3中的每一個端口，由于波導陣列中的波導長度不等，產(chǎn)生不同的傳輸相位延遲，在輸出平板波導4中相干疊加，不同波長的光輸出到輸出波導5的不同波導端口，從而起到解復用器件的作用。根據(jù)光路的可逆性，從輸出端口輸入的各個波長，通過輸入端口匯聚在一起，起到復用器件的功能。
通信系統(tǒng)要求AWG的各個輸出通道光信號的波長與國際電信聯(lián)盟(ITU-T)規(guī)定的波長一致，由于普通AWG是利用硅基二氧化硅技術制作的，二氧化硅的折射率隨溫度的變化而改變，從而導致AWG的各個通道的波長隨溫度而變化。為了使AWG在通信系統(tǒng)中工作時保持穩(wěn)定的nu-T波長，目前采用兩種方案1、使用溫控電路和加熱器，使得AWG 芯片處于70攝氏度左右的恒溫環(huán)境中，這樣AWG的波長就會保持穩(wěn)定，這就是所謂的有熱AWG; 2、在AWG的芯片結構上采用特殊設計和工藝，使得中心波長不隨外界溫度變化而變化，不采用任何加熱裝置和控制電路，這就是無熱AWG (AAWG: AthermalAWG)。由于AAWG在封裝尺寸上比較小，無須輔助電路的特點給系統(tǒng)開發(fā)以更大的設計自由度，成本更低，所以國內(nèi)外許多大公司和研究機構已經(jīng)展開了對AAWG的深入研究。
目前，AAWG的需求迅速增長，一是WDM無源光網(wǎng)絡(WDM-PON)的快速發(fā)展，在WDM-P0N 中使用的復用/解復用器要求必須使用AAWG;第二個原因是在城域網(wǎng)中可重構光分插復用器(R0ADM)和可變光衰減復用器(VMUX)得到了迅速發(fā)展，在這兩個器件中，電功率消耗帶來的熱量會引起隔離帶降低等問題，也要求必須使用AAWG。因此開發(fā)無需加熱的波長不隨溫度變化的AAWG顯得非常必要。為此，人們提出了許多AAWG的方案，可以歸納為波導移動型、波導嵌入熱光系數(shù)相反材料型和應力板粘貼型等。
波導移動型又可細分為輸入波導移動、輸出波導移動、輸入平板波導移動和輸出平板波導移動等，通過補償桿將AWG分割開的可移動波導部分相對固定部分移動，補償AWG 中心波長隨溫度的漂移。基于平板波導移動的溫度補償原理
AWG的中心波長^為
其中w,為波導的有效折射率，M為相鄰陣列波導的長度差，^是衍射量級。對于AWG 芯片，中心波長的溫度敏感性表示為
d義_ ，
1
(2)
、 / ^ ^
其中"^是襯底的熱膨脹系數(shù)。如圖1所示，在輸出平板波導5和輸出波導6的交界面(光的聚焦面)上，輸出波導從o'移動p'，根據(jù)AWG的線色散關系得到位移和波長漂移的關系為
血丄,I
c/義、
(3)
其中i^和^分別是輸出平板波導5的焦距和折射率，d是相鄰陣列波導在輸出平板
波導上的間距，Wg是陣列波導的群折射率。根據(jù)光的可逆性，如果輸入光在輸入平板波
導從o移動戶點，則在輸出端o'點，光的波長將按照公式(3)的關系發(fā)生漂移。因此，
移動輸入或者輸出波導在平板波導上的位置，可以補償由于溫度引起的波長漂移，從而得到AAWG。
由于溫度變化，引起的波長漂移為
(4)
其中Ar為溫度變化量。如果AWG為對稱結構，為得到AAWG，輸入或者輸出波導在平板波導上的位移應為
<formula>formula see original document page 7</formula>^ (5)
如圖2所示，基于波導移動型的AAWG現(xiàn)有技術的所有方案主體結構為芯片分割而成的兩部分，一部分固定在基板上，另一部分在基板的平面上進行移動、調(diào)節(jié)位置，進行二次耦合。芯片分割成的兩部分在同一個基板上，這種制作方式的優(yōu)點是二次耦合在一個平面上進行，降低了調(diào)節(jié)的維度，即降低了二次耦合的難度。降低了調(diào)節(jié)維度，降低了調(diào)節(jié)的自由度，意味著要犧牲AAWG的性能為代價。因此，這種方式制作的AAWG性能參數(shù)不太令人滿意，這是當前基于波導移動型AAWG不能滿足市場需求的主要原因。
基于波導移動型的AAWG在制作過程中，需要將芯片分割。在分割過程中，不同的分割方式會造成波導長度損失差異較大，從20um到200um不等。在二次耦合過程中，補償波導的損失目前只有一種方案在AWG芯片設計時增加相同的長度。該方案的最大缺點制作AAWG的成本增加。是對芯片供應商而言，增加芯片制作成本，他們需要對不同的采購商提供不同的芯片設計。采勝]商需要支付額外的設計成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種利用普通AWG芯片，通過6維微調(diào)架進行第二次耦合調(diào)試固化，能夠有效補償芯片分割過程帶來的波導長度損失，提高AAWG的性能參數(shù)的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法。
本發(fā)明所采用的技術方案是一種基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，包括如下制作歩驟-
(1) 采用至少一個輸入波導、N個輸出波導、輸入平板波導和輸出平板波導、以及陣列波導組成共同沉積在硅襯底上的AWG芯片制作AAWG;將AWG芯片與輸入光纖陣列和輸出光纖陣列進行耦合、調(diào)試和固化，測試性能參數(shù)al，稱為AAWG的第一次耦合調(diào)試固化；
(2) 將固化后的AWG芯片分割為AAWG的第一區(qū)域和第二區(qū)域兩部分，并測試分割
造成的波導長度的損失丄；
(3) 將AAWG的第二區(qū)域與第二基板粘接固定在一起，放置在固定夾具上；
(4) 利用6維微調(diào)架夾具將AAWG的第一區(qū)域與第一基板固定，將補償桿放置在第一區(qū)域和第一基板上，利用紫外膠或者熱固化膠固化補償桿，準備第二次耦合調(diào)試；
(5) 利用放置有固定的第一區(qū)域和第一基板的6維微調(diào)架夾具，相對于放置有粘接固化在一起的第二區(qū)域與第二基板的固定夾具進行AAWG的第二次耦合調(diào)試，并測試性能參數(shù)a2， a3， a4;
(6) 當性能參數(shù)滿足要求，將第一基板和第二基板固化，為AAWG第二次耦合固化；
(7) 將制作的AAWG從夾具上取下，制作完成。
所述的將AWG芯片分割為AAWG的第一區(qū)域和第二區(qū)域兩部分的分割位置，是輸入平板波導或輸出平板波導上的任一位置。
采用的分割刀片厚度在10-20um，分割深度為0.3-lmm,由于分割造成平板波導長度損失Z在15-60um。所述的AAWG的第二區(qū)域與第二基板粘接固化的區(qū)域，在陣列波導的區(qū)域之外。所述的AAWG的第二區(qū)域與第二基板粘接固定后，第二基板平行于切縫方向突出于第二區(qū)域A/段距離，所述距離精度在10um。
所述的第二基板平行于切縫方向突出于第二區(qū)域A/段距離，在0-50um之間，而且
控制在o和等于平板波導長度損失丄減去第二次固化的膠厚度/之間。
所述的第二基板總平整度在2-15um范圍，翹曲度在20-50um范圍。所述的第一基板與AAWG的第一區(qū)域接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片的分割方向平行。
所述的第一基板與AAWG的第一區(qū)域固定后在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。
所述的AAWG的第二次耦合調(diào)試中，粗調(diào)過程是利用放置有固化的第一區(qū)域和第一基板的6維微調(diào)架夾具，進行《，《，《，X， Y，和Z的6維移動'調(diào)節(jié)。
所述的第二次耦合調(diào)試細調(diào)過程包括利用微調(diào)架Z方向手輪，控制第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b之間的距離丄縫，當滿足I丄-Z縫I^30微米時，移動微調(diào)架X方向手輪，當
N/2通道的中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長時，測試性能a2。
所述的第二次耦合調(diào)試過程中，精調(diào)過程只是移動6維微調(diào)架夾具X方向的手輪，
位置移動范圍尸由公式尸- ^Ar決定，在20-50imi之間，其中Zf和^分別
是平板波導的焦距和折射率，d是相鄰陣列波導在輸出平板波導上的間距，Wg是陣列波
導的群折射率，AL為相鄰陣列波導的長度差，^為中心波長，t/;iA/r是中心波長的溫度
敏感性，Ar是溫度變化。
所述的第二次耦合調(diào)試精調(diào)過程中，以6維微調(diào)架夾具x方向的手輪位置對應于N/2
通道中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長所處的位置為戶=0 。
所述的第二次耦合調(diào)試精調(diào)過程中，移動X方向的手輪位置到
尸=± V" ^Ar，分別檢測輸出光纖陣列的所有通道的或者通道l、 N/2和N的性能參數(shù)a3和a4。
完成AAWG的第二次耦合調(diào)試的過程由如下條件決定性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4的相對變化絕對值中，損耗最大變化小于0. 5dB，損耗的起伏最大變化小于0. 3dB ， 0.5dB 帶寬最大變化小于50pm。
所檢測的性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4為所有輸出通道的性能參數(shù)或為1、 N/2和N輸出通道的性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4。
將6維微調(diào)架X手輪調(diào)節(jié)到中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長的相對位置時，將第一基板和第二基板利用熱固化膠或者紫外膠固定在一起，完成AAWG的第二次耦合固化。
所述的第二次耦合固化的固化膠厚度/在5-50um。
AAWG的第一區(qū)域和第二區(qū)域兩部分分割線之間的縫寬丄^是通過調(diào)節(jié)6維微調(diào)架夾
具)Z方向的手輪實現(xiàn)，調(diào)整到分割過程帶來的平板波導長度損失丄。
在歩驟3中所述的將AAWG的第二區(qū)域與第二基板粘接固定在一起，放置在固定夾具上，或是將AAWG的第一區(qū)域與第一基板粘接固定在一起，放置在固定夾具上。
所述的第二基板平行于切縫方向突出于第二區(qū)域A/段距離，或第二基板與AAWG芯片的第二區(qū)域在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。
在歩驟4中所述的利用6維微調(diào)架夾具將AAWG芯片的第一區(qū)域與第一基板固定，將補償桿放置在第一區(qū)域和第一基板上，利用紫外膠或者熱固化膠固化，或利用6維微調(diào) 架夾具將AAWG芯片的第二區(qū)域與第二基板固定，將補償桿放置在第二區(qū)域和第二基板上，利用紫外膠或者熱固化膠固化。
所述的將第一基板與AAWG芯片的第一區(qū)域接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片的分割方向平行，或?qū)⒌诙迮cAAWG芯片的第二區(qū)域接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片的分割方向平行。
所述的第一基板與AAWG芯片的第一區(qū)域固定后在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)，或第一基板平行于切縫方向突出于第一區(qū)域A/段距離。
所述的二次耦合調(diào)試固化方法適用于所有的基于波導移動型的AAWG器件，還可適用于利用直波導或者光纖代替芯片的第一區(qū)域或者第二區(qū)域進行AAWG的制作，所用的直波導可以是同一個AWG芯片，也可以是來自于不同的AWG芯片，只要折射率和波導長度匹配就可。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，具有如下特點
1. AAWG的第二次耦合調(diào)試是利用6維微調(diào)架夾具進行調(diào)節(jié)的，耦合調(diào)試過程中AAWG 與AWG芯片相比損耗的變化控制在0. 5dB的范圍，ripple變化控制在0. 3dB的范圍，0. 5dB 的帶寬控制在50pm的范圍，波長精度可以控制在lpm，可以大大提高AAWG的性能參數(shù)。
2. AAWG的第二次耦合調(diào)試是利用6維微調(diào)架進行調(diào)節(jié)的，可以充分利用移動端的空間自由度，降低了 AAWG固定部分對基板平整度的要求，放寬了固定部分在粘接過程中膠的厚度要求，降低制作難度和制作成本，提高AAWG器件的成品率。
3. 在固定部分和基板粘接過程中，基板平行于切縫方向突出一段距離A/，利用切片設備和拋光設備控制此距離精度在10um左右。突出距離A/的大小，控制在芯片分割帶來的平板波導長度損失丄的大小減去第二次耦合固化膠的厚度/左右。從而保持輸入平板波導的焦距基本不變，有效提高AAWG的性能。
4. AAWG的第二次耦合固化過程是通過兩基板的相互粘接固化完成的。二次固化過程完成后，AAWG在輸入平板波導上縫寬隨溫度變化較小。這一特性不但在室溫下保證AAWG 性能參數(shù)與AWG性能參數(shù)變化較小，而且在補償桿隨溫度做熱脹冷縮運動過程中，可以保持AAWG的性能參數(shù)變化較小，提高AAWG可靠性和重復性。

圖1是普通AWG芯片結構示意圖2是現(xiàn)有技術平面波導移動結構示意圖3是本發(fā)明所采用的AWG芯片結構示意圖
圖4是本發(fā)明分割后芯片第二區(qū)域與第二基板粘接后的結構示意圖5是本發(fā)明分割后芯片第一區(qū)域與第一基板固定在一起的結構示意圖6是6維微調(diào)架夾具各軸的方向定義示意圖7是本發(fā)明利用6維微調(diào)架夾具和固定夾具進行第二次耦合調(diào)試的結構示意圖；圖8是本發(fā)明制作完成的AAWG的結構示意圖。
^中
1:輸入波導2:輸入平板波導
3:陣列波導4:輸出平板波導
5:輸出波導6:層G芯片
7a:第一基板7b:第二基板
8:補償桿9: AWG芯片上縫
10:基板之間的縫lh膠
12:輸入光纖陣列13:輸出光纖陣列
14: 6維微調(diào)架夾具15:固定夾具
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法做出詳細說明。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，包括有如下歩驟
(1) 如圖3所示，采用至少一個輸入波導l、 N個輸出波導5、輸入平板波導2和輸出平板波導4、以及陣列波導3組成共同沉積在硅襯底上的AWG芯片6制作AAWG (AAWG: Athermal Arrayed waveguide grating無熱陣列波導光柵)；將AWG芯片6與輸入光纖陣列12和輸出光纖陣列13進行耦合、調(diào)試和固化，稱為AAWG的第一次耦合調(diào)試固化，測試輸出光纖陣列13所有輸出通道的性能參數(shù)al;為了簡便，根據(jù)AWG芯片6自身性能參數(shù)特點，也可以只測試l、 N/2和N輸出通道的性能參數(shù)al。 AAWG的第一次耦合調(diào)試固化過程為成熟工藝，具體耦合調(diào)試固化工藝不再贅述。
(2) 將固化后的AWG芯片6分割為AA沐G的第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b兩部分，并測試分割造成的波導長度的損失丄。所述的將AWG芯片6分割為AAWG的第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b兩部分的分割位置，是輸入平板波導2或輸出平板波導4上的任一位置。
通常采用高速轉(zhuǎn)動的刀片進行分割，分割刀片的厚度、轉(zhuǎn)速不同造成波導損失不同，普通刀片帶來的波導損失一般在100-200um。為了降低損失，目前我們采用的刀片厚度在 10-20um左右，分割深度為0. 3-lmm。由于分割造成平板波導長度損失丄，在15-60um左右。
(3) 如圖4所示，將AAWG的第二區(qū)域6b與第二基板7b粘接固定在一起，放置在固定夾具15上，粘接膠可以用熱固化膠也可以用紫外膠，粘接膠的厚度不限，滿足膠的粘接要求就可；本發(fā)明的優(yōu)點之一就是對此處粘接膠的要求不高，降低制作難度，提高 AAWG器件的成品率。
所述的第二基板7b材質(zhì)不限，通用的半導體材料廠商提供的硅片和玻璃板均可，總平整度在2-15um范圍左右，典型值為10um;翹曲度在20-50um范圍左右，典型值在30um。第二基板7b材質(zhì)易于選取，降低制作成本。
為了^小基板的7b材質(zhì)與AAWG芯片的不同帶來的局部應力對芯片性能的劣化，要求所述的AAWG芯片的第二區(qū)域6b與第二基板7b粘接區(qū)域為小范圍粘接區(qū)域，而且粘接區(qū)域在陣列波導3的區(qū)域之外，避開陣列波導的區(qū)域。圖4中圓形區(qū)域為膠粘接區(qū)域，并不限于圖示的粘接形狀和區(qū)域。
為了補償分割芯片造成的平板波導長度損失Z ，要求所述的AAWG芯片的第二區(qū)域6b 與第二基板7b粘接固定后，第二基板7b平行于切縫方向突出于第二區(qū)域6bA/段距離，利用切片設備和拋光設備控制此距離精度在10um左右。所述的A/在0-50um之間，控制
在o和平板波導長度損失丄減去第二次固化的膠厚度/之間。從而基本保持輸入平板的焦
距基本不變，有效提高AAWG的性能。
(4) 如圖5所示，利用6維微調(diào)架夾具14將AAWG芯片的第一區(qū)域6a與第一基板 7a固定，將補償桿8放置在第一區(qū)域6a和第一基板7a上，利用紫外膠或者熱固化膠固化。利用圖7夾具準備第二次耦合調(diào)試。
所述的基板7a的材質(zhì)可以與基板7b的相同，也可以不同。
基板7a的總平整度和翹曲度要求比基板7b的精度更高。為了提高基板7a總平整度和翹曲度，將第一基板7a與AAWG芯片的第一區(qū)域6a接觸的表面開槽，所述槽的方向與 AWG芯片6的分割方向平行。
所述的第一基板7a與AAWG芯片的第一區(qū)域6a固定后在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。
(5) 如圖7所示，利用放置有固定的第一區(qū)域6a和第一基板7a的6維微調(diào)架夾具 14，相對于放置有粘接固化在一起的第二區(qū)域6b與第二基板7b的固定夾具15進行AAWG 的第二次耦合調(diào)試；所述的第二次耦合調(diào)試細調(diào)過程中，所檢測的性能參數(shù)為所有輸出通道的性能參數(shù)或為1、 N/2和N輸出通道的性能參數(shù)a2。
12如圖6、圖7所示，首先進行粗調(diào)，利用6維微調(diào)架夾具14，充分發(fā)揮調(diào)節(jié)的空間自由度，調(diào)節(jié)《，《和《方向手輪；利用顯微鏡觀察芯片的第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b部
:v y i
分的各面分別平行，并移動微調(diào)架的X， Y和Z方向手輪，當光功率計顯示輸出光纖陣列的通道1和N的光功率最小而且基本相等時，在第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b的分割縫9中填入折射率匹配液。
所述的6維微調(diào)架的手輪方向并不限于圖6所示的方向。
其次進行細調(diào)，調(diào)節(jié)微調(diào)架X、 Y、 Z手輪，當損耗(IL)變化較小時，利用顯微鏡觀察第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b之間的距離丄^，并利用微調(diào)架Z方向手輪控制此距離。如
^-丄^S30 (單位為微米)時，移動微調(diào)架X方向手輪利用光譜儀檢測輸出光纖陣列
13的N/2通道的中心波長，當中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長時，利用復用器
測試系統(tǒng)檢測所有輸出通道或者l、 N/2和N輸出通道的性能參數(shù)a2，比較al和a2的變
化絕對值，如果IL最大變化小于0. 5dB， ripple最大變化小于0. 3dB ， 0. 5dB帶寬最大
變化小于50pm時，完成細調(diào)過程。
在第二次耦合調(diào)試細調(diào)過程中，利用6維微調(diào)架夾具的X、 Y、 Z手輪完成。完成的過
程由如下條件決定性能參數(shù)al和a2的相對變化絕對值中，IL最大變化小于0. 5dB， ripple
最大變化小于0.3dB ， 0. 5dB帶寬最大變化小于50pm。
上述過程是成熟的PLC波導耦合調(diào)試工藝。下面是AAWG特有的精調(diào)過程。
以6維微調(diào)架夾具14的X方向的手輪位置對應于N/2通道中心波長為ITUT規(guī)定的N/2
通道中心波長所處的位置為P = 0 。前后移動微調(diào)架X方向的手輪位置，位置移動范圍P由
公式尸= ^Ar決定。其中丄f和A分別是平板波導的焦距和折射率，d是相鄰
w、. i奐j &
陣列波導在輸出平板波導上的間距，Wg是陣列波導的群折射率，AL為相鄰陣列波導的長
度差，A為中心波長，^LA/r是中心波長的溫度敏感性，Ar是溫度變化。當移動x方向的手輪位置移動到戶=±^Ar時，分別檢測輸出光纖陣列13的所有通道的或
者1、 N/2和N輸出通道的性能參數(shù)a3和a4。比較參數(shù)al、 a2、 a3和a4的變化絕對值，如果IL的最大變化小于0. 5dB， ripple最大變化小于0. 3dB,0. 5dB帶寬最大變化小于50pm 時，完成AAWG的精調(diào)過程。
尸的范圍一般在20-50um之間，為AAWG的補償桿8帶動移動波導即第一區(qū)域6a在X 方向的移動范圍。
在第二次耦合調(diào)試精調(diào)過程中，只利用6維微調(diào)架夾具的X手輪完成。完成AAWG的第二次耦合調(diào)試的過程由如下條件決定性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4的相對變化絕對值中，損耗(IL)最大變化小于0.5dB，損耗的起伏(ripple)最大變化小于0. 3dB ， 0. 5dB帶寬最大變化小于50pm。
(6)重新將6維微調(diào)架夾具14的X手輪調(diào)節(jié)到中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長的相對位置，當性能參數(shù)滿足要求，利用熱固化膠或者紫外膠將第一基板7a和第二基板7b利用熱固化膠或者紫外膠固化在一起，完成AAWG第二次耦合固化；所述的第二次耦合固化的固化膠厚度/在5-50um。
(7)將制作的AAWG從夾具上取下，制作完成。
AAWG芯片的第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b兩部分分割線之間的縫寬￡纟§是通過調(diào)節(jié)6
維微調(diào)架夾具14的Z方向手輪實現(xiàn)，等于第二基板7b平行于切縫方向突出于第二區(qū)域6b 的距離A/和固化膠厚度/的之和，最佳狀態(tài)為等于分割過程帶來的平板波導長度損失Z，從而能夠保持平板波導的焦距基本不變，提高AAWG的性能參數(shù)。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法中，在步驟3中所述的將AAWG的第二區(qū)域6b與第二基板7b粘接固定在一起，放置在固定夾具15上。還可以將AAWG的第一區(qū)域6a與第一基板7a粘接固定在一起，放置在固定夾具15上。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法中，在步驟3中所述的第二基板7b平行于切縫方向突出于第二區(qū)域6b A/段距離，還可以第二基板7b與 AAWG芯片的第二區(qū)域6b在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法中，在歩驟4中所述的利用6維微調(diào)架夾具14將AAWG芯片的第一區(qū)域6a與第一基板7a固定，將補償桿8 放置在第一區(qū)域6a和第一基板7a上，利用紫外膠或者熱固化膠固化。還可以利用6維微調(diào)架夾具14將AAWG芯片的第二區(qū)域6b與第二基板7b固定，將補償桿8放置在第二區(qū)域6b和第二基板7b上，利用紫外膠或者熱固化膠固化。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法中，在歩驟4中所述的將第一基板7a與AAWG芯片的第一區(qū)域6a接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片6的分割方向平行。還可以將第二基板7b與AAWG芯片的第二區(qū)域6b接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片6的分割方向平行。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法中，在歩驟4中所述的第一基板7a與AAWG芯片的第一區(qū)域6a固定后在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。還可以第一基板7a平行于切縫方向突出于第一區(qū)域6aA/段距離。
本發(fā)明的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法中，所述的二次耦合調(diào)試固化方法適用于所有的基于波導移動型(包括移動輸入波導、輸出波導、輸入平板波導和輸出平板波導)的AAWG器件，還可適用于利用直波導或者光纖代替芯片的第一區(qū)域6a或者第二區(qū)域6b進行AAWG的制作，所用的直波導可以是同一個AWG芯片，也可以是來自于不同的AWG芯片，只要折射率和波導長度匹配就可。
權利要求
1. 一種基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，包括如下制作步驟(1)采用至少一個輸入波導(1)、N個輸出波導(5)、輸入平板波導(2)和輸出平板波導(4)、以及陣列波導(3)組成共同沉積在硅襯底上的AWG芯片(6)制作AAWG；將AWG芯片(6)與輸入光纖陣列(12)和輸出光纖陣列(13)進行耦合、調(diào)試和固化，測試性能參數(shù)a1，稱為AAWG的第一次耦合調(diào)試固化；(2)將固化后的AWG芯片(6)分割為AAWG的第一區(qū)域(6a)和第二區(qū)域(6b)兩部分，并測試分割造成的波導長度的損失L；(3)將AAWG的第二區(qū)域(6b)與第二基板(7b)粘接固定在一起，放置在固定夾具(15)上；(4)利用6維微調(diào)架夾具(14)將AAWG的第一區(qū)域(6a)與第一基板(7a)固定，將補償桿(8)放置在第一區(qū)域(6a)和第一基板(7a)上，利用紫外膠或者熱固化膠固化補償桿，準備第二次耦合調(diào)試；(5)利用放置有固定的第一區(qū)域(6a)和第一基板(7a)的6維微調(diào)架夾具(14)，相對于放置有粘接固化在一起的第二區(qū)域(6b)與第二基板(7b)的固定夾具(15)進行AAWG的第二次耦合調(diào)試，并測試性能參數(shù)a2，a3，a4；(6)當性能參數(shù)滿足要求，將第一基板(7a)和第二基板(7b)固化，為AAWG第二次耦合固化；(7)將制作的AAWG從夾具上取下，制作完成。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的將AWG芯片(6)分割為AAWG的第一區(qū)域(6a)和第二區(qū)域(6b) 兩部分的分割位置，是輸入平板波導(2)或輸出平板波導(4)上的任一位置。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，采用的分割刀片厚度在10-20uni，分割深度為0. 3-lmm，由于分割造成平板波導長度損失丄在15-60um。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的AAWG的第二區(qū)域(6b)與第二基板(7b)粘接固化的區(qū)域，在陣列波導(3)的區(qū)域之外。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的AAWG的第二區(qū)域(6b)與第二基板(7b)粘接固定后，第二基板(7b) 平行于切縫方向突出于第二區(qū)域(6b) A/段距離，所述距離精度在10um。
6. 根據(jù)權利要求5所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)平行于切縫方向突出于第二區(qū)域(6b) A/段距離，在0-50um之間，而且控制在0和等于平板波導長度損失￡減去第二次固化的膠厚度/之間。
7. 根據(jù)權利要求4和5所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)總平整度在2-15mn范圍，翹曲度在20-50um范圍。
8. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第一基板(7a)與AAWG的第一區(qū)域(6a)接觸的表面丌槽，所述槽的方向與AWG芯片(6)的分割方向平行。
9. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第一基板(7a)與AAWG的第一區(qū)域(6a)固定后在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。 .
10. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的AAWG的第二次耦合調(diào)試中，粗調(diào)過程是利用放置有固定的第一區(qū)域(6a)和第一基板(7a)的6維微調(diào)架夾具(14)，進行《，《，《，X， Y，和Z的6a y i維移動調(diào)節(jié)。
11. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合調(diào)試細調(diào)過程包括利用微調(diào)架Z方向手輪，控制第一區(qū)域6a和第二區(qū)域6b之間的距離丄自，當滿足l丄-丄gj—30微米時，移動微調(diào)架X方向手輪，當N/2通道的中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長時，測試性能a2。
12. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合調(diào)試過程中，精調(diào)過程只是移動6維微調(diào)架夾具(14) X方向的手輪，位置移動范圍戶由公式戶= ^Ar決定，在20-50um之間，其中丄,和分別是平板波導的焦距和折射率，d是相鄰陣列波導在輸出平板波導上的間距， "g是陣列波導的群折射率，Ai為相鄰陣列波導的長度差，^為中心波長，"義A/r是中心波長的溫度敏感性，Ar是溫度變化。
13. 根據(jù)權利要求12所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合調(diào)試精調(diào)過程中，以6維微調(diào)架夾具(14) x方向的手輪位置對應于N/2通道中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長所處的位置為尸=0 。
14. 根據(jù)權利要求12所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合調(diào)試精調(diào)過程中，移動X方向的手輪位置到<formula>formula see original document page 3</formula>，分別檢測輸出光纖陣列(13)的所有通道的或者通道1、 N/2 和N的性能參數(shù)a3和a4。
15. 根據(jù)權利要求1或11或14所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu) 化制作方法，其特征在于，完成AAWG的第二次耦合調(diào)試的過程山如下條件決定性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4的相對變化絕對值中，損耗最大變化小于0. 5dB，損耗的起伏最大變化小于O. 3dB ， 0. 5dB帶寬最大變化小于50pm。
16. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所檢測的性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4為所有輸出通道的性能參數(shù)或為1、 N/2 和N輸出通道的性能參數(shù)al、 a2、 a3和a4。
17. 根據(jù)權利要求14所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，將6維微調(diào)架(14) X手輪調(diào)節(jié)到中心波長為ITU-T規(guī)定的N/2通道中心波長的相對位置時，將第一基板(7a)和第二基板(7b)利用熱固化膠或者紫外膠固定在一起，完成AAWG的第二次耦合固化。
18. 根據(jù)權利要求17所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二次耦合固化的固化膠厚度/在5-50um。
19. 根據(jù)權利要求11所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，AAWG的第一區(qū)域(6a)和第二區(qū)域(6b)兩部分分割線之間的縫寬Z^是通過調(diào)節(jié)6維微調(diào)架夾具(14) Z方向的手輪實現(xiàn)，調(diào)整到分割過程帶來的平板波導長度損失丄。
20. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，在歩驟3中所述的將AAWG的第二區(qū)域(6b)與第二基板(7b)粘接固定在一起，放置在固定夾具(15)上，或是將AAWG的第一區(qū)域(6a)與第一基板(7a)粘接固定在一起，放置在固定夾具(15)上。
21. 根據(jù)權利要求5所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第二基板(7b)平行于切縫方向突出于第二區(qū)域(6b) A/段距離，或第二基板(7b)與AAWG芯片的第二區(qū)域(6b)在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)。
22. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，在歩驟4中所述的利用6維微調(diào)架夾具(14)將AAWG芯片的第一區(qū)域(6a) 與第一基板(7a)固定，將補償桿(8)放置在第一區(qū)域(6a)和第一基板(7a)上，利用紫外膠或者熱固化膠固化，或利用6維微調(diào)架夾具(14)將AAWG芯片的第二區(qū)域(6b) 與第二基板(7b)固定，將補償桿(8)放置在第二區(qū)域(6b)和第二基板(7a)上，利用紫外膠或者熱固化膠固化。
23. 根據(jù)權利要求8所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的將第一基板(7a)與AAWG芯片的第一區(qū)域(6a)接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片(6)的分割方向平行，或?qū)⒌诙?7b)與AAWG芯片的第二區(qū)域(6b)接觸的表面開槽，所述槽的方向與AWG芯片(6)的分割方向平行。
24. 根據(jù)權利要求9所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的第一基板(7a)與AAWG芯片的第一區(qū)域(6a)固定后在分割線方向平行，且沿分割線的平面在同一個XY平面內(nèi)，或第一基板(7a)平行于切縫方向突出于第一區(qū)域(6a) A/段距離。
25. 根據(jù)權利要求1所述的基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，其特征在于，所述的二次耦合調(diào)試固化方法適用于所有的基于波導移動型的AAWG器件，還可適用于利用直波導或者光纖代替芯片的第一區(qū)域(6a)或者第二區(qū)域(6b)進行AAWG 的制作，所用的直波導可以是同一個AWG芯片，也可以是來自于不同的AWG芯片，只要折射率和波導長度匹配就可。
全文摘要
一種基于平板波導移動型無熱陣列波導光柵的優(yōu)化制作方法，用輸入波導、輸出輸入波導、平板波導和輸出平板波導、陣列波導共同沉積在硅襯底上的AWG芯片上制作AAWG；將AWG芯片與輸入光纖陣列和輸出光纖陣列進行耦合、調(diào)試和固化，測試性能參數(shù)a1；將固化后的AWG芯片分割為AAWG的第一區(qū)域和第二區(qū)域，并測試分割造成的波導長度的損失L；將第二區(qū)域與第二基板粘接固定在一起，放置在固定夾具上；利用6維微調(diào)架夾具將AAWG的第一區(qū)域與第一基板固定，將補償桿放置在第一區(qū)域和第一基板上，固化補償桿；利用有第一區(qū)域和第一基板的6維微調(diào)架夾具，相對有第二區(qū)域與第二基板的固定夾具進行AAWG的第二次耦合調(diào)試，并測試性能參數(shù)a2，a3，a4；并將第一基板和第二基板固化。
文檔編號G02B6/34GK101458364SQ20081015469
公開日2009年6月17日申請日期2008年12月30日優(yōu)先權日2008年12月30日
發(fā)明者麗丁, 周天紅, 祝業(yè)盛, 趙秀麗, 馬衛(wèi)東申請人:武漢光迅科技股份有限公司

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