一種光學(xué)耦合裝置及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)耦合裝置及其制作方法，發(fā)明裝置包括出光單元（1）、受光單元（2），所述受光單元（2）上設(shè)置有耦合單元（3），所述耦合單元（3）材料采用包含高分子聚合物的透明、液態(tài)透光材料，其形狀為透鏡曲面形狀，所述耦合單元（3）、受光單元（2）同出光單元（1）的光路對準(zhǔn)；制作方法包括如下步驟：在受光單元的受光表面涂上一層主要成分是高分子聚合物的液態(tài)透光材料；使液態(tài)透光材料在受光表面形成透鏡的曲面形狀；使透光材料達到固化條件而固化成型，形成耦合單元；將出光單元與受光單元的光路對準(zhǔn)、固定；采用本發(fā)明裝置可以減小因為出射光的光學(xué)元件模場與接收光的光學(xué)元件模場不匹配造成的直接耦合損耗。
【專利說明】一種光學(xué)耦合裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件之間實現(xiàn)高效光耦合的光學(xué)耦合裝置及其制作方法，本發(fā)明裝置和方法可以應(yīng)用于信息或傳感領(lǐng)域的光學(xué)集成器件制造，本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光通信和光傳感領(lǐng)域的發(fā)展越來越要求各種光器件提供高集成度，低成本的解決方案。然而，各種光學(xué)元件在實現(xiàn)不同功能時所能夠采用的最合適的材料是不同的，這些基于不同材料制作的元件，其制作工藝也不同，因此無法直接集成在一種襯底上。而且光束在這些元件中傳播時的模場也有很大差異，導(dǎo)致這些光學(xué)元件在直接互連時存在很大的損耗。混合集成技術(shù)正是為了解決光學(xué)元件互連問題，從而實現(xiàn)高度的集成化的封裝技術(shù)，在近年來得到了迅速的發(fā)展?；旌霞杉夹g(shù)中的兩種互連方案已被人們普遍采用，一是在光學(xué)元件之間加入透鏡或多透鏡組合，將光束會聚到接收光元件中。另一種是在接收光元件中加入模場轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，就可以在光學(xué)元件直接耦合時降低原來因為模場不匹配引起的較大的損耗。然而，這兩種方案也各有缺點。第一種方案雖然耦合效率高，但是光路復(fù)雜，要求操作人員具有熟練的技巧來調(diào)節(jié)透鏡位置。第二種方案則存在設(shè)計和加工難度大，成品率不高的缺點，因為要對光學(xué)元件內(nèi)部光路做改動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，提供一種光學(xué)耦合裝置及其制作方法，可以在不同光學(xué)元件之間實現(xiàn)高效的光耦合，應(yīng)用在混合集成的光器件或模塊中，而且具有制作簡單，成本低廉的優(yōu)點。
[0004]本發(fā)明光學(xué)耦合裝置實現(xiàn)方法的工作原理是，采用的耦合單元由高分子聚合物如丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂等以及其它助劑組成，在固化成形前，保持液體形態(tài)。將這種材料附著在光學(xué)元件表面，如圖1所示，利用液體附著在光學(xué)元件上的表面張力與其它外力或自身重力形成的力平衡，保持所需要的曲面形狀。然后再通過適當(dāng)?shù)姆椒?，如紫外光照射，加熱等，使得這種材料固化成形。這樣就在接收光的光學(xué)元件表面形成了一個類似于透鏡的裝置，起到會聚光束的作用。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種光學(xué)耦合裝置，包括出光單元、受光單元，所述受光單元(2)上設(shè)置有耦合單元，所述耦合單元材料采用包含高分子聚合物的透明、液態(tài)透光材料，其形狀為透鏡曲面形狀，所述稱合單元、受光單元同出光單元的光路對準(zhǔn)。
[0007]所述透光材料的折射率大于空氣折射率。
[0008]所述高分子聚合物為丙烯酸酯或者環(huán)氧樹脂。
[0009]所述出光單元為光元件陣列，受光單元為包括有陣列波導(dǎo)的平面光波導(dǎo)器件，受光單元上粘接有玻片，所述耦合單元設(shè)置于受光單元和玻片的側(cè)面。
[0010]一種光學(xué)耦合裝置制造方法，包括如下步驟:步驟1:在受光單元的受光表面涂上一層包括有高分子聚合物的液態(tài)透光材料；步驟2:使液態(tài)透光材料在受光表面形成透鏡的曲面形狀；步驟3:使透光材料達到固化條件而固化成型，形成耦合單元；步驟4:將出光單元與受光單元的光路對準(zhǔn)、固定。
[0011]所述步驟2方法采用將涂有液態(tài)透光材料的受光表面倒置，使透光材料的重力與液態(tài)透光材料本身的表面張力達到平衡。
[0012]所述步驟2方法采用受光單元安裝于旋轉(zhuǎn)的基座上，使透光材料在基座旋轉(zhuǎn)中的離心力與透光材料本身的表面張力達到平衡。
[0013]所述步驟4中的固化方法為紫外光照射或者加熱。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]通過本發(fā)明這種簡單的制作方法而成的光學(xué)耦合裝置，在接收光的光學(xué)元件表面形成一層能夠會聚光束的類似透鏡的透光材料，可以減小因為出射光的光學(xué)元件模場與接收光的光學(xué)元件模場不匹配造成的直接耦合損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2是本發(fā)明所采用的耦合單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的技術(shù)原理圖；
[0019]圖4是本發(fā)明的實施例二的結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖5是本發(fā)明的實施例三的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]其中:
[0022]1:出光單元； 2:受光單元；
[0023]3:耦合單元；2a:光敏區(qū)域；
[0024]2b:導(dǎo)光層；2c:波導(dǎo)陣列；
[0025]5:底板；6:玻片；
[0026]4a:出射的高斯光束；
[0027]4b:轉(zhuǎn)換后的高斯光束；
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做出詳細說明。
[0029]本發(fā)明一種光學(xué)耦合裝置，包括出光單元1、受光單元2，所述受光單元2上設(shè)置有耦合單元3，所述耦合單元3采用固化形成透鏡曲面形狀的透光材料，該透光材料的主要成分為高分子聚合物，所述出光單元I與帶有耦合單元3的受光單元2的光路對準(zhǔn)。
[0030]本發(fā)明的實施例一的結(jié)構(gòu)如圖1所示，出光單元I發(fā)出的光經(jīng)過耦合單元3會聚到受光單元2的光敏區(qū)域2a。其中，耦合單元的作用類似于透鏡，可以將從出光單元I發(fā)出的發(fā)散光束會聚，使得到達光敏區(qū)域2a的光功率比沒有耦合單元時大大增加。這種耦合單元是一種主要成份為高分子聚合物，常溫下為液態(tài)的透光材料，通常由高分子聚合物如丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂 等以及其它助劑組成，其制作方法如圖2所示，將受光單元的受光面上附著一層具有特定折射率和粘滯性的液態(tài)透光材料，該液態(tài)透光材料是透明的，且折射率比空氣大。然后將其倒置，利用材料的表面張力與自身重力形成的力平衡，可以形成類似于透鏡表面的曲面的形狀，然后施加紫外光或高溫讓材料固化。于是我們就在接收光元件的受光面上得到了一層類似透鏡的能夠會聚。這些固化的方法包括，紫外光照射，加熱等。以光器件行業(yè)常用的丙烯酸酯耦合粘接劑為例，其初始狀態(tài)是透明，比水略稠的，折射率接近二氧化硅的液體，在紫外光的照射下，這種膠粘劑內(nèi)部將發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)，形成網(wǎng)狀的高分子結(jié)構(gòu)，其形態(tài)也從液體轉(zhuǎn)化成固體。
[0031]圖3說明了這種結(jié)構(gòu)在光耦合光路中的原理。通常從出光元件發(fā)出的光是發(fā)散型的高斯光束，如果直接入射到受光單元2中，相對于受光面的光傳播模場往往光斑已發(fā)散得非常大了，因此導(dǎo)致能量損耗非常大。而在受光單元上加入采用本發(fā)明提供的方法制作的耦合單元3，就可以將出射的高斯光束4a轉(zhuǎn)換成更接近受光單元傳播模場大小的高斯光束4b，從而減小耦合損耗。這一光束變換過程可以等效為一個薄透鏡光學(xué)系統(tǒng)。用公式表述如下:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)耦合裝置，包括出光單元(I)、受光單元(2)，其特征在于:所述受光單元(2)上設(shè)置有耦合單元(3)，所述耦合單元(3)材料采用包含高分子聚合物的透明、液態(tài)透光材料，其形狀為透鏡曲面形狀，所述耦合單元(3)、受光單元(2)同出光單元(I)的光路對準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)耦合裝置，其特征在于:所述透光材料的折射率大于空氣折射率。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種光學(xué)耦合裝置，其特征在于:所述高分子聚合物為丙烯酸酯或者環(huán)氧樹脂。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種光學(xué)耦合裝置，其特征在于:所述出光單元(I)為光元件陣列，受光單元(2)為包括有波導(dǎo)陣列(2c)的平面光波導(dǎo)器件，受光單元(2)上粘接有玻片(6)，所述耦合單元(3)設(shè)置于受光單元(2)和玻片(6)的側(cè)面。
5.如權(quán)利要求1所述一種光學(xué)耦合裝置制造方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:在受光單元(2)的受光表面涂上一層包括高分子聚合物的液態(tài)透光材料； 步驟2:使液態(tài)透光材料在受光表面形成透鏡的曲面形狀； 步驟3:使透光材料達到固化條件而固化成型，形成耦合單元(3)； 步驟4:將出光單元(I)與受光單元(2)的光路對準(zhǔn)、固定。
6.如權(quán)利要求5所述的一種光學(xué)耦合裝置制作方法，其特征在于:所述步驟2方法采用將涂有液態(tài)透光材 料的受光表面倒置，使透光材料的重力與液態(tài)透光材料本身的表面張力達到平衡。
7.如權(quán)利要求5所述的一種光學(xué)耦合裝置制作方法，其特征在于:所述步驟2方法采用受光單元安裝于旋轉(zhuǎn)的基座上，使透光材料在基座旋轉(zhuǎn)中的離心力與透光材料本身的表面張力達到平衡。
8.如權(quán)利要求5所述的一種光學(xué)耦合裝置制作方法，其特征在于:其特征在于:所述步驟4中的固化方法為紫外光照射或者加熱。
【文檔編號】G02B6/43GK103605192SQ201310627800
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】陳征, 習(xí)華麗, 石川, 梁雪瑞, 馬衛(wèi)東 申請人:武漢光迅科技股份有限公司