专利名称：增强型多体式光学设备的制作方法
增强型多体式光学设备本发明涉及一种增强型多体式光学设备及其制造方法。
背景技术：
光学交织器是用于将两组密集波分复用(DWDM)信道(奇信道和偶信道)交织成 复合信号流的无源型光纤设备。例如，光学交织器可以构造成接收两个间隔为IOOGHz的多 路信号，并将它们交织以产生信道间隔为50GHz的更密集的DWDM信号。光学交织器还可以 通过使经过交织器的信号流方向反向而用作去交织器。光学交织器已经广泛用于DWDM系统并成为高速率数据传输光学网络的重要组成 模块。与诸如薄膜滤波器和阵列波导光栅等其它带通滤波技术相比，光学交织器在一些方 面易于制造。然而，由于日益增长的对越来越小的光学交织器的需求，也已经有人尝试减小 光学交织器的内部部件的尺寸。然而，随着内部光学部件尺寸的减小，制造内部部件的工艺 复杂度增加而内部部件的产率下降。
发明内容
总体上，本发明的示例性实施方式涉及增强型多体式光学设备。至少一些示例性 实施方式增强了多体式光学设备的强度，这使得能够制造更薄的多体式光学设备。此处公 开的示例性实施方式还改善了这些更薄的多体式光学设备的长期稳定性和可靠性，即使在 恶劣的应用环境中也是如此。在一个示例性实施方式中，用于制造增强型多体式光学设备的方法包括如下步 骤首先，利用压力和热将支撑板附接于多体式光学设备以形成增强型多体式光学设备，其 中支撑板的热膨胀系数(CTE)在多体式光学设备的CTE的大约百万分之0. 5以内；然后，研 磨多体式光学设备以减小多体式光学设备的厚度。在另一个示例性实施方式中，用于制造增强型多体式偏振分束器(PBS)的方法包 括如下步骤首先，向内板的各侧施加PBS涂层；接下来，利用热和压力将两个板附接到内 板的各侧；然后，以与附接的板非正交的角度将附接的板切块；接下来，将切块部段的顶部 和底部去除以完成具有大致矩形周边的多体式PBS的形成；然后，利用热和压力将支撑板 附接于多体式PBS以形成增强型多体式PBS，其中支撑板的CTE在多体式PBS的CTE的大约 百万分之0. 5以内；最后，研磨多体式PBS以减小多体式PBS的厚度。在又一个示例性实施方式中，增强型多体式光学设备包括多体式光学设备以及以 不用环氧树脂的方式附接于多体式光学设备的支撑板。多体式光学设备的厚度小于或等于 大约1. 0毫米。支撑板的CTE在多体式光学设备的CTE的大约百万分之0. 5以内。提供该发明内容部分是为了以简化的形式介绍以下将在具体实施方式
中进一步 描述的思想的精髓。该发明内容部分并非旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特 征，也并非旨在用于辅助判定要求保护的主题的范围。其它特征将在以下的描述中进行阐述，并且将部分地从描述中变得明显，或者将 通过此处的教示的实践而被获知。可以通过在所附权利要求中具体指出的方式及结合而认识并获知本发明的特征。从以下描述和所附权利要求中，本发明的特征将变得非常明显，或 者可以通过以下阐释的本发明的实践而获知本发明的特征。
为了进一步阐明本发明的某些方面，将结合附图中公开的本发明的示例性实施方 式对本发明作出更加具体的描述。应当理解，这些附图仅仅描述了本发明的示例性实施方 式，所以不应视为限制本发明的范围。以下将通过使用附图而更加具体和详细地描述和说 明本发明的方面，在附图中图IA是具有示例性偏振光束偏移器(polarization beam displacer，PBD)的示 例性光学去交织器的后视立体图；图IB是图IA的示例性PBD的立体图；图2是制造图IA和IB的PBD的示例性方法的流程图；图3A至图3L是图2的示例性方法的步骤的各种示例性实施方式的示意图；图4是比较现有技术的设备与根据图2的示例性方法制造的图IA和图IB中的示 例性PBD的各种特性的图表；图5是示例性增强型多体式PBS阵列的侧视图；图6是用于制造图5的增强型多体式PBS阵列的示例性方法的流程图；图7A至图7J是图6的示例性方法的步骤的各种示例性实施方式的示意具体实施例方式本发明的示例性实施方式涉及增强型光学设备。至少一些示例性实施方式增强了 光学设备的强度，这使得能够制造更薄的多体式光学设备。此处公开的示例性实施方式还 改善了这些更薄的多体式光学设备的长期稳定性及可靠性，即使在恶劣的应用环境中也是 如此。现在将结合附图来描述本发明的示例性实施方式的各种方面。应当理解，附图是 这些示例性实施方式的概略和示意性表示，而并非限制本发明，也未必按比例绘制。首先参见图1A，其中公开了示例性交织器100。示例性交织器100构造成用于将第 一光学信号与第二光学信号交织，并构造成用于将第一光学信号与第二光学信号去交织。 例如，交织后的光学信号可以具有50GHz的信道间隔，而两个去交织后的光学信号可以各 具有IOOGHz的信道间隔。如图IA所公开的，示例性交织器100包括基底102、单光纤准直器104、窗盖106、 第一偏振光束偏移块108、与第一半波片114和第二半波片116交插的第一和第二滤波器单 元110和112。如图IA所公开的，示例性交织器100还包括第三半波片118、横向偏移棱镜 120、屋脊棱镜122、第二偏振光束偏移块124、窗盖126、以及双光纤准直器128。如图IA所 公开的，示例性交织器100还包括结合式偏振光束偏移器250。如图IB所示，偏振光束偏移器(PBD) 250包括偏振分束器(PBS) 252以及回射器 254。与PBS经由空气间隙与回射器分离的常规构造不同，PBS 252没有任何空气间隙地直 接附接于回射器254。这种直接附接不需要在PBS 252和回射器254的面对间隙的侧面涂 覆防反射涂层，从而降低了 PBS 252和回射器254的成本和复杂度。这种直接附接还使得回射器254能够增强PBS 252，从而使得PBS 252能够比单独的PBS更薄，以下将更加详细 地介绍这一点。现在参见图2，其中公开了用于制造PBD 250的示例性方法200。现在将结合图3A 至图3L介绍示例性方法200的步骤。参见图2和图3A，方法200始于步骤202，在该步骤中，将涂层——如PBS涂层或 其它涂层——施加到内板302的各侧。内板302可以由多种透光材料形成，所述透光材料 包括但不限于硅、诸如未充填的聚醚酰亚胺的塑料、石英玻璃、SFll玻璃或其它玻璃。参见图2和图3B，方法200继续步骤204，在该步骤中，利用热和压力将两个外板 304和306附接于内板302的各侧。外板304和306可以由以上结合内板302所列的任何 材料形成。在至少一些示例性实施方式中，外板304和306由与内板302相同的材料形成。 外板304和306可以通过以下方式附接于内板302 首先抛光附接表面；然后可以将外板 304和306压到内板302的各侧；最后可以在炉中烘烤板302、304和306从而完成附接过 程。例如，可以在炉中以高于或等于300摄氏度的温度烘烤板302、304和306。步骤204的 烘烤可以使得附接表面之间能够更好地进行分子扩散和粘接。参见图2、图3C以及图3D，方法200继续步骤206，在该步骤中，以与附接的板302 至306非正交的角度将附接的板302至306切块。例如，可以沿虚线308将附接的板302 至306切块，形成类似于图3D所公开的切块部段310的四个切块部段。参见图2、图3D和图3E，方法200继续步骤208，在该步骤中，将切块部段310的顶 部312和底部314去除，以完成具有大致矩形周边的多体式PBS 252的形成。参见图2、图3E和图3F，方法200继续步骤210，在该步骤中，利用热和压力将支撑 板318附接于PBS 252以形成增强型PBS 320。例如，可以用与以上结合步骤204所介绍 的技术相类似的技术将PBS 252附接于支撑板318。此外，支撑板可以由以上结合内板302 所列的任何材料形成。例如，支撑板318可以由与PBS 252相同的材料形成。可替代地，在 至少一些示例性实施方式中，形成支撑板318的材料的热膨胀系数(CTE)可以在形成PBS 252的材料的CTE的大约百万分之0. 5以内。参见图2、图3G和图3H，方法200继续步骤212，在该步骤中，研磨PBS 252以减小 PBS 252的厚度。如图3G所公开的，可以用包括支架3 和磨板326的磨具322来完成该 研磨。可以将增强型PBS 320的支撑板318安装于支架324，然后磨具322可以使支架324 和增强型PBS 320相对于磨板3 旋转。如图3H所公开的，磨板3 与增强型PBS 320的 PBS 252之间的摩擦使得PBS 252的一部分被磨掉，导致PBS 252的厚度减小。PBS 252的 厚度可以减小到大约1毫米或更小。例如，PBS 252的厚度可以减小到大约0.3毫米或更 小。磨板3 例如可以是浙青抛光板，但是其它类型的磨板是可能的并且是可以想到的。参见图2、图31和图3J，方法200继续步骤214，在该步骤中，以第一角度研磨支撑 板318的第一部分。如图31和图3J所公开的，该研磨可以用磨具322完成。如图31所公 开的，可以将增强型PBS 320的PBS 252以相对于磨板3 呈第一角度地安装到支架324。 然后磨具322使得磨板3 相对于支架3 和增强型PBS 320旋转。如图3J所公开的，磨 板326与支撑板318之间的摩擦使得支撑板318的一个角部被磨掉，从而在支撑板318上 形成第一角形表面。参见图2、图I和图3L，方法200继续步骤216，在该步骤中，以第二角度研磨支撑板318的第二部分。如图I和图3L所公开的，该研磨可以用磨具322完成。如图I所公 开的，可以将增强型PBS 320的PBS 252以相对于磨板3 呈第二角度地安装到支架324。 然后磨具322使得磨板3 相对于支架3 和增强型PBS 320旋转。如图3L所公开的，磨 板3 与支撑板318之间的摩擦使得支撑板318的第二角部被磨掉，从而在支撑板318上 形成第二角形表面。因此，步骤214和216将支撑板318转化成回射器2M并将增强型PBS 320 转化成 PBD 250。参见图4，图表400比较了现有技术的PBD与PBD 250。现有技术的PBD包括由2 毫米间隙分隔开的PBS与回射器。如图表400所公开的，两种光学设备中PBS的厚度均为 大约1毫米，而两种光学设备的回射器的厚度为大约3毫米。然而，现有技术的PBD的PBS 与回射器被2毫米的间隙分隔开，而PBD 250的PBS 252与回射器2M没有被间隙分隔开 而是直接附接于彼此。因此，现有技术的PBD的总厚度比PBD 250的总厚度厚2毫米左右。此外，现有技术的PBD的PBS和回射器的附接面对表面还涂有防反射涂层，而PBD 250的PBS 252与回射器邪4不包括这种防反射涂层。因此，从PBD 250去除防反射涂层降 低了制造PBD 250的成本和复杂度。如图表400所示，PBD 250的产率为大约90%，而现有技术的PBD的产率仅为大约 20%。此外，PBD 250的插入损失大约为现有技术的PBD的插入损失的一半，而两种光学设 备之间的消光比保持大约相等。因此，PBD 250比现有技术的PBD表现出显著增加的产率 以及显著降低的插入损失。此外，可以以降低的制造复杂度来制造PBD 250，并且结果表现 出比现有技术的PBD更小的热变形。现在参见图5，公开了另一种类型的光学设备。具体地，图5公开了一种增强型偏 振分束器阵列(PBS阵列)500。增强型PBS阵列500包括PBS阵列502和支撑板504。PBS 阵列502直接附接于支撑板504。这种直接附接使得支撑板504能够增强PBS阵列502，从 而使得PBS阵列502能够比单独的PBS阵列更薄，以下将对此更加详细地进行描述。与图 IA和图IB的PBS 252相似，PBS阵列502是多体式光学设备。然而，PBS阵列502由五个 部件形成，而不是仅由三个部件形成。现在参见图6，其中公开了用于制造增强型PBS阵列500的示例性方法600。现在 将结合图7A至图7J来介绍示例性方法600的步骤。参见图6和图7A，方法600始于步骤602，在该步骤中，将涂层——如PBS涂层或 其它涂层——施加到第一和第二内板70 和702b的各侧。内板70 和702b可以由多种 透光材料形成，所述透光材料包括但不限于以上结合内板302所列出的任何材料。参见图6和图7B，方法600继续步骤604，在该步骤中，利用热和压力将第一和第 二内板70 和702b附接于第三内板702c的各侧，并将两个外板704和706附接于内板 70 和702b。外板704和706可以由以上结合内板302所列的任何材料形成。在至少一 些示例性实施方式中，外板704和706由与内板702相同的材料形成。板704、70加、702(3、 702b和706可以通过例如抛光附接表面、将板彼此压靠、并在炉中以大于或等于300摄氏度 的温度烘烤这些板而彼此附接。参见图6、图7C以及图7D，方法600继续步骤606，在该步骤中，以与附接的板非 正交的角度将附接的板704、7(^a、702c、702b和706切块。例如，可以沿虚线708将附接的 板704、7(^a、702c、702b和706切块，形成类似于图7D所公开的切块部段710的四个切块部段。参见图6、图7D和图7E，方法600继续步骤608，在该步骤中，将切块部段710的顶 部712和底部714去除，以完成具有大致矩形周边的多体式PBS阵列502的形成。参见图6、图7E和图7F，方法600继续步骤610，在该步骤中，利用热和压力将支撑 板504附接于PBS阵列502以形成增强型PBS阵列500。例如，可以用与以上结合步骤604 所介绍的技术相类似的技术将PBS阵列502附接于支撑板504。此外，支撑板可以由以上结 合板704、70加、702(3、70沘和706所列的任何材料形成。例如，支撑板504可以由与PBS阵 列502相同的材料形成。可替代地，在至少一些示例性实施方式中，形成支撑板504的材料 的CTE可以在形成PBS阵列502的材料的CTE的大约百万分之0. 5以内。参见图6、图7G和图7H，方法600继续步骤612，在该步骤中，研磨PBS阵列502以 减小PBS阵列502的厚度。如图7G所公开的，该研磨可以用上述结合图3A至图3L所介绍 的磨具322来完成。可以将增强型PBS阵列500的支撑板504安装于支架324，然后磨具 322能够使支架3 和增强型PBS阵列500相对于磨板3 旋转。如图7H所公开的，磨板 326与增强型PBS阵列500的PBS阵列502之间的摩擦使得PBS阵列502的一部分被磨掉， 从而使PBS阵列502的厚度减小。PBS阵列502的厚度可以减小到大约1. 0毫米或更小。 例如，PBS阵列502的厚度可以减小到大约0. 3毫米或更小。参见图6、图71和图7J，方法600继续步骤614，在该步骤中，研磨支撑板504以 减小支撑板504的厚度。如图71所公开的，该研磨可以用磨具322完成。增强型PBS阵列 500的PBS阵列502可以安装到支架324，然后磨具322能够使磨板3 相对于支架3M和 增强型PBS阵列500旋转。如图7J所公开的，磨板326与增强型PBS阵列500的支撑板 504之间的摩擦使得支撑板504的一部分被磨掉，从而使支撑板504的厚度减小。支撑板 504的厚度可以减小到大约1. 0毫米或更小。例如，支撑板504的厚度可以减小到大约0. 3 毫米或更小。与PBD 250类似，能够以比现有技术的PBS阵列更高的产率来制造增强型多体式 PBS阵列500。此外，将支撑层504附接于多体式PBS阵列502减小了多体式PBS阵列502 的热变形。方法600还降低了增强型多体式PBS阵列500的制造复杂度、厚度以及插入损失。此处公开的示例性实施方式可以以其它特定形式实施。此处公开的示例性实施方 式在各方面均应视为仅是示意性的而非限制性的。
权利要求
1.一种用于制造增强型多体式光学设备的方法，所述方法包括以下步骤i)利用压力和热将支撑板附接于多体式光学设备以形成增强型多体式光学设备，其 中，所述支撑板的热膨胀系数在所述多体式光学设备的热膨胀系数的大约百万分之0. 5以 内；以及 )研磨所述多体式光学设备以减小所述多体式光学设备的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤 iii)研磨所述支撑板以减小所述支撑板的厚度。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述多体式光学设备是多体式偏振分束器阵列。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述多体式光学设备是多体式偏振分束器。
5.如权利要求4所述的方法，还包括以下步骤iii)以第一角度研磨所述支撑板的第一部分；以及iv)以第二角度研磨所述支撑板的第二部分，其中步骤iii)和iv)将所述支撑板转化成回射器并将增强的偏振分束器转化成偏振 光束偏移器。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述支撑板由与所述多体式偏振分束器相同的材 料形成。
7.如权利要求4所述的方法，其中，在所述步骤ii)之后，所述多体式偏振分束器的厚 度小于或等于大约1.0毫米。
8.如权利要求4所述的方法，其中，在所述步骤iii)之后，所述多体式偏振分束器的厚 度小于或等于大约0.3毫米。
9.如权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤i)处使用压力和热的附接包括 i. a)抛光所述多体式光学设备的表面；i. b)抛光所述支撑板的表面；i. c)将所述多体式光学设备的抛光表面压靠所述多体式支撑板的抛光表面以形成增 强型多体式光学设备；以及i. d)在炉中以大于或等于大约300摄氏度的温度烘烤所述增强型多体式光学设备。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述步骤ii)包括使用浙青抛光板来研磨所述多 体式光学设备以减小所述光学设备的厚度。
11.一种用于制造增强型多体式偏振分束器的方法，所述方法包括以下步骤i)将偏振分束器涂层施加到内板的各侧；ii)利用热和压力将两个板附接到所述内板的各侧；iii)以与附接的板非正交的角度将附接的板切块；iv)将切块部段的顶部和底部去除以完成具有大致矩形周边的多体式偏振分束器的形成；ν)利用热和压力将支撑板附接于所述多体式偏振分束器以形成增强型多体式偏振分 束器，其中，所述支撑板的热膨胀系数在所述多体式偏振分束器的热膨胀系数的大约百万 分之0.5以内；vi)研磨所述多体式偏振分束器以减小所述多体式偏振分束器的厚度。
12.如权利要求11所述的方法，还包括以下步骤vii)研磨所述支撑板以减小所述支撑板的厚度。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在所述步骤vi)和vii)后，所述增强型多体式偏 振分束器的厚度小于或等于大约1. 0毫米。
14.如权利要求11所述的方法，还包括以下步骤vii)以第一角度研磨所述支撑板的第一部分；viii)以第二角度研磨所述支撑板的第二部分，其中步骤iii)和iv)将所述支撑板转化成回射器并将所述增强型多体式偏振分束器 转化成偏振光束偏移器。
15.如权利要求11所述的方法，其中，在所述步骤ν)处利用压力和热的附接包括 v. a)抛光所述多体式偏振分束器的表面；v. b)抛光所述支撑板的表面；v. c)将所述多体式偏振分束器的抛光表面压靠所述支撑板的抛光表面以形成所述增 强型多体式偏振分束器；以及v. d)在炉中以大于或等于大约300摄氏度的温度烘烤所述增强型多体式偏振分束器。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述步骤vi)包括使用浙青抛光板来研磨所述多 体式偏振分束器以减小所述多体式偏振分束器的厚度。
17.一种增强型多体式光学设备，包括多体式光学设备，所述多体式光学设备的厚度小于或等于大约1. 0毫米；以及 支撑板，所述支撑板以不用环氧树脂的方式附接于所述多体式光学设备，所述支撑板 的热膨胀系数在所述多体式光学设备的热膨胀系数的大约百万分之0. 5以内。
18.如权利要求17所述的增强型多体式光学设备，其中，所述多体式光学设备是多体 式偏振分束器。
19.如权利要求17所述的增强型多体式光学设备，其中，所述支撑板是回射器，并且所 述增强型多体式光学设备是增强型偏振光束偏移器。
20.一种光学交织器，包括构造成用以过滤光学信号的第一滤波器单元和第二滤波器单元； 如权利要求19所述的增强型偏振光束偏移器，所述增强型偏振光束偏移器与所述滤 波器单元光学耦接，所述增强型偏振光束偏移器构造成反射所述光学信号； 光学耦接于所述滤波器单元的单光纤准直器； 光学耦接于所述滤波器单元的双光纤准直器。
全文摘要
本发明公开了一种增强型多体式光学设备及其制造方法。在一个实施方式中，用于制造增强型多体式光学设备的方法包括如下步骤首先，利用压力和热将支撑板附接于多体式光学设备以形成增强型多体式光学设备，其中支撑板的热膨胀系数在多体式光学设备的热膨胀系数的大约百万分之0.5以内；然后，研磨多体式光学设备以减小其厚度。
文档编号G02B6/34GK102147505SQ20101011223
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者兰发华, 张大鹏, 陈凡, 顾茂丰 申请人:菲尼萨公司