一種半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，特別涉及一種用于光MEMS的光纖陣列對光纖陣列的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)技術(shù)和集成光波導(dǎo)技術(shù)在光器件領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，MEMS或集成光學(xué)器件的輸入輸出端口同光纖陣列的耦合需求也越來越多?；贛EMS技術(shù)的MEMS光平臺技術(shù)可以大大簡化封裝所需的光路微調(diào)操作。例如US 7013056 B2中披露了制作各種形狀的用于固定光纖的槽(見圖1);US5854867 A中披露了硅基平臺也可以精確制做孔或坑放置非光纖光器件，例如球透鏡，激光器，探測器等（圖2)。當(dāng)硅干法深刻蝕工藝用于刻蝕微槽時，還可以制作集成的彈性梁用于壓緊光纖。在玻璃，陶瓷等襯底上通過刻畫制作溝槽并進(jìn)一步制作光纖陣列的方法也被廣泛使用，并有非常成熟的產(chǎn)品銷售。
[0003]MEMS制作工藝雖然精確，但仍有誤差。例如V形槽在用Κ0Η腐蝕時，硅單晶的晶格缺陷將直接導(dǎo)致腐蝕面的腐蝕速率局部不均勻。DRIE深刻蝕時，側(cè)壁并不是光滑的，光刻的圖形邊緣也會有一定的位置誤差。光纖本身也會引入一定的誤差。如光纖端面解理或拋光時的角度誤差，光纖纖芯的同心度等。如圖3所示，由于材料，工藝及封裝的原因，輸入和輸出光纖的纖芯可能有一定的誤差。在使用多通道MEMS光平臺時，光纖或光器件的放置和對準(zhǔn)不再具有自由空間對準(zhǔn)的自由度。因此，上述誤差較大時，耦合損耗及耦合損耗的均勻性變差。在某些應(yīng)用中，需要光纖對光纖的陣列耦合，美國專利申請US 2004/0136680 A1也提到了一種MEMS V0A使用光纖對光纖直接耦合的方式，但該方式由于封裝流程限制，耗損較大。
[0004]綜上所述可知，各通道的耦合損耗既器件的插入損耗的均勻性受MEMS光學(xué)平臺，光纖的幾何尺寸誤差及封裝流程的誤差影響。因此，提高多通道光纖對光纖直接耦合的損耗均勻性，以降低整個器件的最大插損，需要新的光纖陣列制作和封裝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對降低采用MEMS光學(xué)平臺的光纖對光纖直接耦合損耗，提高多通道耦合損耗均勻性提出了半自對準(zhǔn)式制作方法。根據(jù)本方法制作的光纖陣列的輸入輸出端如圖4a和4b所示，在有光纖位置偏移，同心度較大時，他們的偏差是一致的。因此，他們的耦合損耗受上述位置偏差和同心度的影響被減小，理想情況下完全消除。
[0006]具體技術(shù)方案如下：
半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，包括以下步驟：
1、提供光學(xué)平臺，在所述光學(xué)平臺上根據(jù)所需光纖位置開槽，具體方式為使光纖與槽達(dá)到一一對應(yīng)，槽可以為V形或矩形；
2、將光纖一一對應(yīng)地放置在步驟1)制備的所述槽中，并將光纖固定在所述槽中，所用固定方法優(yōu)選使用膠將光纖與溝槽的縫隙填滿并固化，所用的膠可以為紫外固化膠或熱固化膠；
3、把光學(xué)平臺和光纖一起切開，切開的方式可以用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)切割方式，如砂輪切割或激光切割等，但需要保證切割的縫隙越小越好，優(yōu)選為50微米或更??；
4、將切開后得到的兩個端面放置在底板上對準(zhǔn)并固定，固定前將兩個端面進(jìn)行打磨拋光。
[0007]其中步驟3)中得到的切割面垂直于光學(xué)平臺表面；或者該切割面與光學(xué)平臺表面的垂直方向呈一定角度，該角度優(yōu)選8°。
[0008]其中當(dāng)切割面垂直于光學(xué)平臺表面時，切割面與光纖排列方向的垂直方向可呈一定角度，該角度優(yōu)選8°。
[0009]當(dāng)切割面與光學(xué)平臺表面的垂直方向呈一定角度時，需要在底板上制作臺階，所述切開后得到的兩個端面分別放置在所述臺階之上和臺階的一側(cè)對準(zhǔn)并固定，臺階的高度設(shè)置為可補(bǔ)償切割角度帶來的耦合損耗，具體為將一個端面置于臺階上，另一個置于臺階下的一側(cè)底板上。
[0010]具體的，臺階的制作方法可以使用常規(guī)沉積(腐蝕）方法，材料可以為氧化硅，如在底板上沉積一層氧化硅，然后用刻蝕的方法，如光刻、濕法腐蝕、反應(yīng)離子刻蝕及其組合制作臺階；可以通過一定公式具體計算臺階高度，參見圖11，其中兩個光纖陣列的端面間距為d，切割角度為α 1，光纖的折射率為n，出射角度為α 2,那么臺階高度h= sin(a 2-α 1)X (d/cos a 2)。
[0011]光學(xué)平臺為單晶硅片，也可選用其他材料，如玻璃，陶瓷等；底板的材料選自硅、玻璃或陶瓷。
[0012]使用以上方法制備的光纖陣列可用于光MEMS的V0A器件。
[〇〇13] 與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
1、輸入和輸出光纖半自對準(zhǔn)，不受光纖同心度，和直徑誤差的影響。
2、輸入和輸出光纖半自對準(zhǔn)，對封裝工藝的要求低。
3、對于多通道光纖陣列，耦合損耗低，均勻性好。
【附圖說明】
[0016]圖1-3為現(xiàn)有技術(shù)示意圖。
[0017]圖4、圖5為本發(fā)明得到的光纖陣列通道示意圖，其中圖4和圖5分別為一個光纖陣列通道的左側(cè)端面和右側(cè)端面。
[0018]圖6、7、8、9、10、11、12、13為實施例1和2的流程示意圖，其中圖11為圖10的截面圖，圖13為圖12的截面圖。
[0019]圖14為光纖陣列端面間距和臺階高度關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的優(yōu)選實施例。
[0021]實施例1，參考圖6-13,為了得到光纖陣列1，先在硅基光學(xué)平臺，2上開矩形槽3，開槽位置與所需得到的光纖位置對應(yīng)；將光纖4放置在溝槽中，然后用紫外固化膠將光纖與槽之間的縫隙填滿并固化；將光學(xué)平臺2和光纖陣列一起用砂輪切開，切割縫隙為50微米以下；切割得到的切割面垂直于光學(xué)平臺表面，而俯視光纖陣列看到的切割表面方向與光纖延伸方向的垂直方向之間的角度為β，在該實施例中，β為8° ;將兩塊光纖陣列的光纖端面5a和5b進(jìn)行研磨拋光后，將其放在一個平的硅底板上對準(zhǔn)并固定，得到光纖陣列1。由于所以通道的輸入和輸出端的光纖原來是同一個連續(xù)光纖，因此他們的位置偏差是一致的，因此是半自對準(zhǔn)的。
[0022]實施例2,參考圖6、7、10-14,為得到光纖陣列Γ，將光纖固定在光學(xué)平臺上的步驟與實施例1相同（圖6和7)，將光纖4’和光學(xué)平臺2’固定后，將光學(xué)平臺2’和光纖陣列一起用激光切割的方式切開，切割縫隙為30微米以下，切割得到的切割面7a和7b與光學(xué)平臺表面不垂直，切割面與光學(xué)平臺的垂直方向之間的角度為α 1，而俯視光纖陣列看到的切割表面方向與光纖延伸方向垂直；然后在娃底板6’上先沉積一層氧化娃，然后用光刻的方法先去除氧化硅，然后用Κ0Η刻蝕，在硅底板上制作一個臺階8,將打磨拋光后的光纖端面7a和7b分別放在臺階的兩側(cè)、固定。其中臺階8的高度h通過公式h= sin (a 2-α?)X (d/cosa 2)得到，其中d為兩個光纖陣列的端面間距，α?為切割面與光學(xué)平臺的垂直方向之間的角度，a 2為光在光纖中的出射角，其可通過光纖折射率結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)常識得到。
[0023]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)提供光學(xué)平臺，在所述光學(xué)平臺上根據(jù)所需光纖位置開槽； 2)將光纖一一對應(yīng)地放置在步驟1)制備的所述槽中，并將光纖固定在所述槽中，形成光纖陣列； 3)把所述光學(xué)平臺和所述光纖陣列一起切開； 4)將切開后的左右兩段光纖陣列相對的光纖切割面研磨拋光，放置在一底板上對準(zhǔn)并固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于步驟3)中得到的切割面垂直于光學(xué)平臺表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于步驟3)中得到的切割面與光學(xué)平臺表面的垂直方向呈一定角度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于所述切割面與光纖排列方向的垂直方向呈一定角度。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于步驟4)中還包括在底板上制作臺階的步驟，所述切開后得到的兩段光纖陣列分別放置在所述臺階之上和臺階一側(cè)對準(zhǔn)并固定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于所述臺階的高度設(shè)置為可補(bǔ)償切割角度帶來的耦合損耗。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于所述光學(xué)平臺選自單晶硅片、玻璃或陶瓷。8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，其特征在于所述底板的材料選自硅、玻璃或陶瓷。9.用權(quán)利要求1-8任一項所述半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法制備的光纖陣列。10.使用權(quán)利要求9所述光纖陣列得到的VOA器件。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半自對準(zhǔn)直接耦合式光纖陣列的制備方法，包括步驟：提供光學(xué)平臺，在所述光學(xué)平臺上根據(jù)所需光纖位置開槽；將光纖一一對應(yīng)地放置在所述槽中，將光纖固定在所述槽中；把光學(xué)平臺和光纖一起切開；將切開后得到的兩個端面放置在底板上對準(zhǔn)并固定。一種用上述方法制備的光纖陣列，以及使用該光纖陣列得到的VOA器件。
【IPC分類】G02B6/26
【公開號】CN105353468
【申請?zhí)枴緾N201510573189
【發(fā)明人】王文輝, 鄧江東, 鐘桂雄, 李四華, 施林偉, 李維
【申請人】深圳市盛喜路科技有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年9月10日