一种新型光纤阵列及其制备方法与流程

本发明涉及到一种新型光纤阵列基板，主要应用于光纤通讯领域的平面光波导器件。

背景技术：

光纤阵列在集成光学器件、光学成像及探测系统中都有非常广泛的应用，对于光学器件，光纤与芯片之间的耦合都是一大难题，这是因为耦合的对准精度要求十分严格。V型槽又称光纤阵列基板，是光纤阵列、准直器、PLC分路器、波分复用器等光无源器件的基础部件。

目前，国内外生产光纤阵列V型槽主要有两类工艺：

第一类，采用的硅片作为基材用湿法腐蚀的方法加工V型槽，此方法采用光刻的技术，各项异性湿法刻蚀硅片，没有机械加工导致的累积误差，故精度不受V槽数量的限制，利用硅片的各向异性的特点，腐蚀出的V槽形状一致；但腐蚀后的V槽表面润湿性较差，若在组装光纤阵列前不进行表面处理，会使得胶水与V槽接触不良，造成气泡及光纤与V槽粘结性能差。

第二类，采用机械加工的方法，此方法采用金刚砂切割刀在玻璃片上切割出所需的V槽，玻璃成本低，但切割过程中金刚刀被磨损，需不断修磨，磨损的金刚刀也导致V槽形状改变，不能满足精度要求；制作多通道的V型槽时，如大于32槽时，由于设备的不断积累的误差从而导致精度降低，良率下降，因此采用机械方法加工大于32通道的V型槽的成本很高。我国已掌握光纤阵列机械加工的整套加工工艺，但切槽设备和紫外胶水还没有国产化，导致加工成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种新型光纤阵列及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种新型光纤阵列，包括V形槽基板、盖板和光纤，V形槽基板与光纤固定座一体成型，V形槽基板的上表面设置有均匀排列的一列V形槽，光纤去除端部的包覆后排列并配置在V型槽内，盖板覆盖于V形槽基板上方，且V形槽基板、光纤和盖板粘接于一体，V形槽基板的厚度大于光纤固定座的厚度，并且V形槽基板靠近光纤固定座的侧面与光纤固定座上表面形成的夹角α为钝角，所述盖板下边沿靠近V形槽基板处设有倒角。

所述V形槽基板与光纤固定座是聚合物基复合材料一体成型。

所述夹角α为135°。

所述盖板下边沿的倒角为30°。

一种新型光纤阵列制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a.利用机械加工或硅刻蚀方法获得光纤阵列V型槽；

b.利用金属玻璃在过冷液相区黏度低的特点进行热压成型，复制V型槽；

c.进行微注射模具的设计、加工和装配；

d.将带有V型槽阵列结构的块体金属玻璃镶块嵌入模板，构成微模具型腔；

e.利用微热压机或微注射机注射成型光纤阵列。

本申请利用Pd基或Zr基块体金属玻璃的超塑性成型技术在过冷液相区制备V型槽模具嵌块，或者是利用电铸技术获得镍及镍合金模具镶块，将V型槽模具嵌块装入模板，模板可以布置一模多腔，采用微注射机和微注射成型工艺，以热塑性塑料为注塑材料，注射成型塑料光纤阵列。本发明的生产工艺简单，减小了光纤阵列的加工难度；封装采用超声波精密焊接技术，取代之前高成本的胶水封装；利用低收缩率高耐候性聚合物基复合材料代替现有的硅基和玻璃材料，使光纤阵列的加工周期短、制造成本低、产品合格率高，适合在光纤通信领域中推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为图2的左视图。

图4为V型槽玻璃模具的结构示意图。

图5为光线阵列V型槽原理示意图。

图6为热塑性成型金属玻璃模具嵌件和聚合物V型槽原理示意图。

图7微热压成型的塑料光纤阵列。

图8为多种通道的光纤阵列V型槽结构图。

图9为光纤阵列V型槽尺寸示意图。

图10为光纤阵列封装夹具示意图。

图11为光纤阵列封装前后结构变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～3所示，一种新型光纤阵列，包括V形槽基板1、盖板2和光纤3，V形槽基板1与光纤固定座4一体成型，V形槽基板1的上表面设置有均匀排列的一列V形槽5，光纤3去除端部的包覆后排列并配置在V型槽5内，盖板2覆盖于V形槽基板1上方，且V形槽基板1、光纤3和盖板2粘接于一体，V形槽基板1的厚度大于光纤固定座4的厚度，并且V形槽基板1靠近光纤固定座的侧面与光纤固定座4上表面形成的夹角α为钝角，所述盖板2下边沿靠近V形槽基板处设有倒角。

α为钝角主要是为封装光纤的时候，光纤与从V槽出来到光纤固定座4有一个平缓的过渡。

所述V形槽基板1与光纤固定座4是聚合物基复合材料一体成型。

所述夹角α为135°。

所述盖板2下边沿的倒角为30°。倒角的跟钝角α用处一样，光纤与从V槽出来到光纤固定座4有一个平缓的过渡。还可以给点胶留有一定空间。

本申请中，塑料光纤阵列V型槽的制作方法包括如下步骤：

a.利用机械加工或硅刻蚀方法获得光纤阵列V型槽，其原理如图5和6所示；如图8所示，可以制备不同通道的V型槽，如32通道、16通道等等；光纤阵列V型槽具体尺寸如图9和表1所示；

表1各种通道数光纤阵列参考尺寸

b.利用金属玻璃在过冷液相区黏度低的特点进行热压成型，复制V型槽，得到的V型槽玻璃模具如图4所示；

c.进行微注射模具的设计、加工和装配；

d.将带有V型槽阵列结构的块体金属玻璃镶块嵌入模板，构成微模具型腔；

e.利用微热压机或微注射机注射成型光纤阵列，如图7所示。

本申请中，采用金属玻璃超塑性成型加工或或者采用电铸工艺制备得到模具，尺寸误差在2μm内。盖板与V型槽基本的大小相同且匹配。

光纤阵列的存储温度和工作温度为-40℃～+85℃，为了确保聚合物光纤阵列具有足够的强度和刚度，必须使用玻璃化转变温度较高的聚合物，防止聚合物在工作温度范围内进入高弹态。此外，通常聚合物的线膨胀系数要高于石英玻璃、硼硅、硅等材料，因此为了保证尺寸精度，必须使用线膨胀系数较低的聚合物，使聚合物光纤阵列由于环境温度变化产生的尺寸误差控制在精度要求范围之内。综合上述因素，可用于制备光纤阵列的聚合物材料有：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)，聚甲醛(Polyoxymethylene，POM)，聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide，PPS)，聚苯砜(Polyphenylene sulfone，PPSU)，聚醚酰亚胺(Polyetherimide，PEI)，聚醚醚酮(Polyetheretherketone，PEEK)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutyleneterephthalate，PBT)，聚苯醚(Polyphenylether，PPE)，聚酰胺酰亚胺(Polyamide-imide，PAI)等。

为了降低树脂的热膨胀系数，提供制品尺寸稳定性，需要通过填充无机或金属填料(充填质量比例一般在40％以上)降低在成型过程中的收缩率和服役过程中的热膨胀系数。

通常情况下盖板和V槽是通过专用紫外胶水进行封装，本发明还提出一种利用超声焊接进行封装的结构设计，如图10所示，盖板2设有导能带11，V形槽基板1上设有熔接凹槽12，可以利用高频低功率超声振动实现快速封装。

焊头7可传递超声波同时起到约束盖板6的作用；8为V槽阵列，下模具9用于固定V槽阵列，光纤3固定在V槽中的光纤。图11中(a)为焊接之前的结构，11为导能带，(b)为焊接之后的结构。盖板上的导能带11在高频超声波作用下与V超上的熔接凹槽摩擦熔融，使接触界面聚合物熔合，冷却后连接在一起，实现盖板和V槽阵列的封装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。