一种半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，特别涉及一种用于光MEMS的光纤阵列对光纤阵列的半自对准直接耦合式光纤阵列及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着光微机电系统（MEMS)技术和集成光波导技术在光器件领域的应用越来越多，MEMS或集成光学器件的输入输出端口同光纤阵列的耦合需求也越来越多。基于MEMS技术的MEMS光平台技术可以大大简化封装所需的光路微调操作。例如US 7013056 B2中披露了制作各种形状的用于固定光纤的槽(见图1);US5854867 A中披露了硅基平台也可以精确制做孔或坑放置非光纤光器件，例如球透镜，激光器，探测器等（图2)。当硅干法深刻蚀工艺用于刻蚀微槽时，还可以制作集成的弹性梁用于压紧光纤。在玻璃，陶瓷等衬底上通过刻画制作沟槽并进一步制作光纤阵列的方法也被广泛使用，并有非常成熟的产品销售。
[0003]MEMS制作工艺虽然精确，但仍有误差。例如V形槽在用Κ0Η腐蚀时，硅单晶的晶格缺陷将直接导致腐蚀面的腐蚀速率局部不均匀。DRIE深刻蚀时，侧壁并不是光滑的，光刻的图形边缘也会有一定的位置误差。光纤本身也会引入一定的误差。如光纤端面解理或抛光时的角度误差，光纤纤芯的同心度等。如图3所示，由于材料，工艺及封装的原因，输入和输出光纤的纤芯可能有一定的误差。在使用多通道MEMS光平台时，光纤或光器件的放置和对准不再具有自由空间对准的自由度。因此，上述误差较大时，耦合损耗及耦合损耗的均匀性变差。在某些应用中，需要光纤对光纤的阵列耦合，美国专利申请US 2004/0136680 A1也提到了一种MEMS V0A使用光纤对光纤直接耦合的方式，但该方式由于封装流程限制，耗损较大。
[0004]综上所述可知，各通道的耦合损耗既器件的插入损耗的均匀性受MEMS光学平台，光纤的几何尺寸误差及封装流程的误差影响。因此，提高多通道光纤对光纤直接耦合的损耗均匀性，以降低整个器件的最大插损，需要新的光纤阵列制作和封装方法。
【发明内容】
[0005]本发明针对降低采用MEMS光学平台的光纤对光纤直接耦合损耗，提高多通道耦合损耗均匀性提出了半自对准式制作方法。根据本方法制作的光纤阵列的输入输出端如图4a和4b所示，在有光纤位置偏移，同心度较大时，他们的偏差是一致的。因此，他们的耦合损耗受上述位置偏差和同心度的影响被减小，理想情况下完全消除。
[0006]具体技术方案如下：
半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
1、提供光学平台，在所述光学平台上根据所需光纤位置开槽，具体方式为使光纤与槽达到一一对应，槽可以为V形或矩形；
2、将光纤一一对应地放置在步骤1)制备的所述槽中，并将光纤固定在所述槽中，所用固定方法优选使用胶将光纤与沟槽的缝隙填满并固化，所用的胶可以为紫外固化胶或热固化胶；
3、把光学平台和光纤一起切开，切开的方式可以用现有技术中的常规切割方式，如砂轮切割或激光切割等，但需要保证切割的缝隙越小越好，优选为50微米或更小；
4、将切开后得到的两个端面放置在底板上对准并固定，固定前将两个端面进行打磨抛光。
[0007]其中步骤3)中得到的切割面垂直于光学平台表面；或者该切割面与光学平台表面的垂直方向呈一定角度，该角度优选8°。
[0008]其中当切割面垂直于光学平台表面时，切割面与光纤排列方向的垂直方向可呈一定角度，该角度优选8°。
[0009]当切割面与光学平台表面的垂直方向呈一定角度时，需要在底板上制作台阶，所述切开后得到的两个端面分别放置在所述台阶之上和台阶的一侧对准并固定，台阶的高度设置为可补偿切割角度带来的耦合损耗，具体为将一个端面置于台阶上，另一个置于台阶下的一侧底板上。
[0010]具体的，台阶的制作方法可以使用常规沉积(腐蚀）方法，材料可以为氧化硅，如在底板上沉积一层氧化硅，然后用刻蚀的方法，如光刻、湿法腐蚀、反应离子刻蚀及其组合制作台阶；可以通过一定公式具体计算台阶高度，参见图11，其中两个光纤阵列的端面间距为d，切割角度为α 1，光纤的折射率为n，出射角度为α 2,那么台阶高度h= sin(a 2-α 1)X (d/cos a 2)。
[0011]光学平台为单晶硅片，也可选用其他材料，如玻璃，陶瓷等；底板的材料选自硅、玻璃或陶瓷。
[0012]使用以上方法制备的光纤阵列可用于光MEMS的V0A器件。
[〇〇13] 与目前现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、输入和输出光纤半自对准，不受光纤同心度，和直径误差的影响。
2、输入和输出光纤半自对准，对封装工艺的要求低。
3、对于多通道光纤阵列，耦合损耗低，均匀性好。
【附图说明】
[0016]图1-3为现有技术示意图。
[0017]图4、图5为本发明得到的光纤阵列通道示意图，其中图4和图5分别为一个光纤阵列通道的左侧端面和右侧端面。
[0018]图6、7、8、9、10、11、12、13为实施例1和2的流程示意图，其中图11为图10的截面图，图13为图12的截面图。
[0019]图14为光纤阵列端面间距和台阶高度关系示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的优选实施例。
[0021]实施例1，参考图6-13,为了得到光纤阵列1，先在硅基光学平台，2上开矩形槽3，开槽位置与所需得到的光纤位置对应；将光纤4放置在沟槽中，然后用紫外固化胶将光纤与槽之间的缝隙填满并固化；将光学平台2和光纤阵列一起用砂轮切开，切割缝隙为50微米以下；切割得到的切割面垂直于光学平台表面，而俯视光纤阵列看到的切割表面方向与光纤延伸方向的垂直方向之间的角度为β，在该实施例中，β为8° ;将两块光纤阵列的光纤端面5a和5b进行研磨抛光后，将其放在一个平的硅底板上对准并固定，得到光纤阵列1。由于所以通道的输入和输出端的光纤原来是同一个连续光纤，因此他们的位置偏差是一致的，因此是半自对准的。
[0022]实施例2,参考图6、7、10-14,为得到光纤阵列Γ，将光纤固定在光学平台上的步骤与实施例1相同（图6和7)，将光纤4’和光学平台2’固定后，将光学平台2’和光纤阵列一起用激光切割的方式切开，切割缝隙为30微米以下，切割得到的切割面7a和7b与光学平台表面不垂直，切割面与光学平台的垂直方向之间的角度为α 1，而俯视光纤阵列看到的切割表面方向与光纤延伸方向垂直；然后在娃底板6’上先沉积一层氧化娃，然后用光刻的方法先去除氧化硅，然后用Κ0Η刻蚀，在硅底板上制作一个台阶8,将打磨抛光后的光纤端面7a和7b分别放在台阶的两侧、固定。其中台阶8的高度h通过公式h= sin (a 2-α?)X (d/cosa 2)得到，其中d为两个光纤阵列的端面间距，α?为切割面与光学平台的垂直方向之间的角度，a 2为光在光纤中的出射角，其可通过光纤折射率结合本领域技术常识得到。
[0023]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)提供光学平台，在所述光学平台上根据所需光纤位置开槽； 2)将光纤一一对应地放置在步骤1)制备的所述槽中，并将光纤固定在所述槽中，形成光纤阵列； 3)把所述光学平台和所述光纤阵列一起切开； 4)将切开后的左右两段光纤阵列相对的光纤切割面研磨抛光，放置在一底板上对准并固定。2.根据权利要求1所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于步骤3)中得到的切割面垂直于光学平台表面。3.根据权利要求1所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于步骤3)中得到的切割面与光学平台表面的垂直方向呈一定角度。4.根据权利要求2所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于所述切割面与光纤排列方向的垂直方向呈一定角度。5.根据权利要求3所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于步骤4)中还包括在底板上制作台阶的步骤，所述切开后得到的两段光纤阵列分别放置在所述台阶之上和台阶一侧对准并固定。6.根据权利要求5所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于所述台阶的高度设置为可补偿切割角度带来的耦合损耗。7.根据权利要求1-6任一项所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于所述光学平台选自单晶硅片、玻璃或陶瓷。8.根据权利要求1-6任一项所述的半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，其特征在于所述底板的材料选自硅、玻璃或陶瓷。9.用权利要求1-8任一项所述半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法制备的光纤阵列。10.使用权利要求9所述光纤阵列得到的VOA器件。
【专利摘要】本发明涉及一种半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，包括步骤：提供光学平台，在所述光学平台上根据所需光纤位置开槽；将光纤一一对应地放置在所述槽中，将光纤固定在所述槽中；把光学平台和光纤一起切开；将切开后得到的两个端面放置在底板上对准并固定。一种用上述方法制备的光纤阵列，以及使用该光纤阵列得到的VOA器件。
【IPC分类】G02B6/26
【公开号】CN105353468
【申请号】CN201510573189
【发明人】王文辉, 邓江东, 钟桂雄, 李四华, 施林伟, 李维
【申请人】深圳市盛喜路科技有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年9月10日