专利名称：微机械光纤定位器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种微机械和光学技术领域的器件，具体地说，是一种微机械光纤定位器。
背景技术：
目前，被动定位(passive alignment)技术已成为集成光学器件制备中降低封装成本最为关键的技术之一。其主要思想是利用单晶硅上制备的V型槽实现光纤与光纤，光纤与激光二极管管芯等部件的精确对准。目前，如何在完成对准后将光纤固定在V型槽内是亟待解决的一大难题，现有工艺主要采用胶粘或金属化封装，前者由于胶水在固化过程中会发生蠕变，或者由于热膨胀系数的不同的原因，使光纤在固化的过程中偏离初始对准位置，使得耦合效率有可能远低于初始值。而后者则需要对耦合的光纤做金属化处理，且需要激光点焊机专用处理设备，大大增加了封装成本。为了解决上述问题，人们开始考虑利用近年来出现的微机械技术的原理与方法。
经对现有技术的文献检索发现，MartinHoffman等人在《Photonics TechnologyLetters》(光电子技术快报)VOL.12，NO.7，2000，pp828~830上撰文“Fiber ribbonalignment structures based on rhombus-shaped channels in silicon(基于硅菱形槽的光纤带对准结构)”，该文介绍了一种利用机械切削配合硅的湿法腐蚀方法制备光纤定位器在100硅片上，先用机械切削在硅片上划出矩形截面的窄槽，再利用湿法腐蚀的方法，利用单晶硅腐蚀的各向异性形成菱形截面槽。利用菱形槽的四个侧面把光纤固定在槽内。其不足之处是与现有半导体加工工艺兼容性很差，难以满足大批量生产的要求；机械切削的尺寸控制精度难以保证，会影响到后续所形成的菱形槽的对准精度，进而使光纤的耦合效率大大降低，在实用化方面还存在较大困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种微机械光纤定位器，使其易于大批量制作，实现光纤与光纤、光纤与有源模块快速、可靠、精确定位。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括定位槽和挠性夹，挠性夹设在定位槽的上方。所述的定位槽包括单晶硅衬底和截面槽，截面槽设在单晶硅衬底上，所述的挠性夹包括金属基座和挠性片，金属基座和挠性片设在同一平面内，金属基座和挠性片为一体化结构，金属基座和挠性片的底面均与单晶硅衬底的顶面贴合，金属基座设在单晶硅衬底表面上，金属基座与单晶硅衬底固定，利用挠性片内部的弹性变形力将光纤固定在定位器中。
所述的挠性片悬空在定位槽上方。
所述的截面槽是V型槽或矩形、U型截面槽。
所述的金属基座和挠性片由同一块金属材料构成。
当挠性片受到向上的作用力时，以金属基座作为固定端，产生向上的弹性变形，同时内部产生向下的弹性变形力，大小与弹性变形量有关。改变挠性片的材料、形状和/或厚度，可以改变挠性片的刚度，从而改变挠性片发生弹性变形时所产生的弹性变形力。利用挠性片内部的弹性变形力，可以把光纤可靠地固定在定位槽内。
以挠性片俯视图案为V字形的挠性夹为例，说明光纤定位器的工作原理。当光纤送入定位槽时，光纤表面靠在定位槽表面上，从而被部分固定，以V型定位槽为例，此时光纤无法向下、向左、向右窜动，但仍可以向上窜动。
若使得光纤靠在定位槽表面上时，光纤圆柱体的上表面最高点高于单晶硅衬底表面，即高于挠性夹的底面，则当光纤顺着V形挠性片的尖端所指方向进入挠性夹下方的定位槽时，光纤圆柱体的上表面将挠性片顶起，使挠性片向上发生弹性变形，从而使挠性片跨骑在光纤上方，挠性片对位于下方的光纤产生向下的作用力，使光纤无法向上窜动，从而将光纤可靠的固定在定位槽内。光纤的轴线与定位槽的轴线方向一致，从而实现光纤的可靠定位和精确对准。光纤上表面最高点高出单晶硅衬底表面越多，挠性片向上发生弹性变形量就越大，对光纤施加的作用力就越大，改变定位槽的深度，可以改变光纤圆柱体上表面高出挠性夹底面的高度，从而调整作用在光纤上的夹紧力。而改变构成挠性夹材料、厚度、形状也可以改变作用在光纤上的夹紧力。
本发明的有益效果是首先本发明便于实现大批量制作，定位槽结构可以直接采用现有的集成光学器件半导体加工工艺，而在现有的集成光学器件半导体加工过程中插入简单的工序即可制作挠性夹，不需要对现有的集成光学器件半导体加工工艺额外插入掺杂、扩散、或离子注入工艺，作大的调整和改动，与之完全兼容。另一方面，可以通过改变挠性片的材料、厚度、形状灵活调整作用在光纤上的夹紧力，满足不同类型器件封装、耦合的要求。
图1为本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明包括定位槽1和挠性夹2，挠性夹2设在定位槽1的上方。所述的定位槽1包括单晶硅衬底5和截面槽6，截面槽6设在单晶硅衬底5上，所述的挠性夹2包括金属基座3和挠性片4，金属基座3和挠性片4设在同一平面内，金属基座3和挠性片4为一体化结构，金属基座3和挠性片4的底面均与单晶硅衬底5的项面贴合，金属基座3设在单晶硅衬底5表面上，金属基座3与单晶硅衬底5之间通过溅射金属时产生的粘附力固定，利用挠性片4内部的弹性变形力将光纤7固定在定位器中。
所述的挠性片4悬空在定位槽1上方。
所述的截面槽6是V型槽或矩形、U型截面槽。
所述的金属基座3和挠性片4由同一块金属材料构成。
权利要求
1.一种微机械光纤定位器，包括定位槽(1)和挠性夹(2)，其特征在于，所述的定位槽(1)包括单晶硅衬底(5)和截面槽(6)，截面槽(6)设在单晶硅衬底(5)上，所述的挠性夹(2)包括金属基座(3)和挠性片(4)，金属基座(3)和挠性片(4)设在同一平面内，金属基座(3)和挠性片(4)为一体化结构，金属基座(3)和挠性片(4)的底面均与单晶硅衬底(5)的顶面贴合，金属基座(3)设在单晶硅衬底(5)表面上，挠性夹(2)设在定位槽(1)的上方。
2.根据权利要求1所述的微机械光纤定位器，其特征是，所述的挠性片(4)悬空在定位槽(1)上方。
3.根据权利要求1所述的微机械光纤定位器，其特征是，所述的截面槽(6)是V型槽或矩形、U型截面槽。
4.根据权利要求1所述的微机械光纤定位器，其特征是，所述的金属基座(3)和挠性片(4)由同一块金属材料构成。
5.根据权利要求4所述的微机械光纤定位器，其特征是，所述的金属基座(3)与单晶硅衬底(5)固定。
6.根据权利要求2所述的微机械光纤定位器，其特征是，所述的挠性片(4)将光纤(7)固定在定位器中。
全文摘要
一种微机械光纤定位器，属于微机械和光学技术领域。本发明包括定位槽和挠性夹，挠性夹设在定位槽的上方。所述的定位槽包括单晶硅衬底和截面槽，截面槽设在单晶硅衬底上，所述的挠性夹包括金属基座和挠性片，金属基座和挠性片设在同一平面内，金属基座和挠性片为一体化结构，金属基座和挠性片的底面均与单晶硅衬底的顶面贴合，金属基座设在单晶硅衬底表面上，金属基座与单晶硅衬底之间通过溅射金属时产生的粘附力固定，利用挠性片内部的弹性变形力将光纤固定在定位器中。本发明易于大批量制作，实现光纤与光纤、光纤与有源模块快速、可靠、精确定位。
文档编号G02B6/255GK1760705SQ20051003097
公开日2006年4月19日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者戴旭涵, 赵小林, 丁桂甫, 蔡炳初 申请人:上海交通大学