CN108303767A - 一种在光波导上制备凹面镜的方法 - Google Patents

一种在光波导上制备凹面镜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108303767A
CN108303767A CN201810132424.1A CN201810132424A CN108303767A CN 108303767 A CN108303767 A CN 108303767A CN 201810132424 A CN201810132424 A CN 201810132424A CN 108303767 A CN108303767 A CN 108303767A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical waveguide
concave mirror
inclined surface
shaped
shaped slot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810132424.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108303767B (zh
Inventor
黄怿
邓传鲁
王廷云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou De Rui Electric Power Technology Co Ltd
Original Assignee
Suzhou De Rui Electric Power Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou De Rui Electric Power Technology Co Ltd filed Critical Suzhou De Rui Electric Power Technology Co Ltd
Priority to CN201810132424.1A priority Critical patent/CN108303767B/zh
Publication of CN108303767A publication Critical patent/CN108303767A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108303767B publication Critical patent/CN108303767B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/136—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种在光波导上制备凹面镜的方法。该方法包括以下步骤：步骤1，采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，所用v型槽的一面为45°倾斜面，一面为垂直面；步骤2，采用准分子激光器紧邻v型槽的垂直面为一边，刻蚀立方体槽，所述立方体槽宽度为v型槽深度的2/3‑1倍，深度与v型槽深度相同；步骤3，将板件倾斜放置，使得v型槽的倾斜面呈水平状，采用二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工，使得倾斜面烧蚀成凹面；步骤4，在凹面镀高反射膜形成凹面镜。该方法在金刚石刀制备45°斜面的基础上，进一步地采用二氧化碳激光器对倾斜面进行热加工，由于热加工机理，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面镜。

Description

一种在光波导上制备凹面镜的方法
技术领域
本发明涉及微加工制造领域，提出了一种在光波导上制备凹面镜的方法。
背景技术
目前，基于印刷电路板的光背板(Optics Printed Circuit Board,OPCBs)互连技术得到了很大发展，成为近年来高端设备信息互连技术领域的研究热点，它具有高带宽、低能耗、低成本等优势。以材料类型划分，背板光波导有两大类，一是聚合光波导，二是无机物光波导，如玻璃光波导。
垂直耦合技术是光背板互连应用的关键技术之一，目前有很多方法可以实现光纤-光波导的垂直耦合，如倾斜镜面反射法(申请公布号：CN 105397300A)、弯曲光纤法(High-coupling-efficiency optical interconnection using a 90-bent fiber arrayconnector in optical printed circuit boards)、波导光栅法(申请公布号：CN102540349A)等。但光源、光纤及光波导等光学器件之间数值孔径(NumericalAperture,NA)及模场分布(Mode Field Distribution,MD)的不匹配性往往带来较大的耦合损耗，因此，有的提出在耦合器件中引入凹面镜(专利号：US 6529661B2)或凸透镜(专利申请公布号：CN101813806A)以实现光束汇聚的思想。
截止目前，越来越多制备凹面镜的方法(公开号：CN 1272182A、CN 103395739A，论文：Design and fabrication ofembeddedmicro-mirror inserts for out-of-planecoupling inPCB level optical interconnections)被发掘，但在材料、制备工艺、加工精度等方面存在较多问题，难以满足大批量的光背板工业生产的要求。
申请号201710076388.7，名称为一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法。其加工流程为：在光波导上确定加工区域，根据要加工的反射球形凹面半径R确定激光圆形刻蚀路径半径r’＝R/2，反射球形凹面圆心和圆形刻蚀路径圆心重合；选择激光刻蚀掩膜图形，可以为圆形、椭圆形、自由曲线形等；掩模沿圆形刻蚀路径移动，而掩模周边一点始终与反射球形凹面圆心重合；以半径为r，所作的圆周各点刻蚀深度形同，不同ri，刻蚀深度不同；当激光刻蚀旋转一周，形成类似球形的反射凹面；对得到的双侧球形反射凹面进行处理，获得单侧球形反射凹面。此种方法是基于准分子激光的冷加工形式，需要合适的掩膜图形、精确的参数设置及操作，才能获得良好的反射凹面，但反射凹面粗糙度较大，需要后续热退火工艺处理，总体来说，此种方法加工获得凹面粗糙度较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在光波导上制备凹面镜的方法，该方法在金刚石刀制备45°斜面的基础上，进一步地采用二氧化碳激光器对倾斜面进行热加工，由于热加工机理，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面镜。该凹面镜可用于光波导-光纤垂直耦合，提高其垂直耦合效率。
一种在光波导上制备凹面镜的方法，包括以下步骤：步骤1，采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，所用v型槽的一面为45°倾斜面，一面为垂直面；步骤2，采用准分子激光器紧邻v型槽的垂直面为一边，刻蚀立方体槽，所述立方体槽宽度为v型槽深度的2/3-1倍，深度与v型槽深度相同；步骤3，将板件倾斜放置，使得v型槽的倾斜面呈水平状，采用二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工，使得倾斜面烧蚀成凹面；步骤4，在凹面镀高反射膜形成凹面镜。
作为改进的是，步骤2中立方体槽的宽度为v型槽深度的2/3-1倍，所述刻蚀方式为定点刻蚀。
作为改进的是，步骤3中二氧化碳激光器的参数为激光波长为10.6μm，激光功率为3mw。
作为改进的是，步骤3中二氧化碳激光器的激光需要进行光学变化，使其光斑直径为80μm。
作为改进的是，步骤4中高反射膜为金属膜或反射膜堆。
上述反射膜堆指的是高低折射率交替的全介质多层膜，如G|(HL)SH|A奇数型膜系结构。
进一步改进的是，所述反射膜堆的材料为二氧化钛、二氧化硅、硫化锌或氟化镁。
工作原理：采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，其特点是一面为45°倾斜面，一面为垂直面；采用准分子激光器在紧邻V型槽垂直面区域刻蚀立方体槽，立方体槽宽度约为v型槽深度的2/3-1倍，最终样品形状为“梯”型槽，其特点是，立方体槽深度与v型槽深度一致；把刻蚀好的光波导“梯”型槽样品成45°角放置，如此可使“梯”型槽45°倾斜面变成水平面，再采用二氧化碳激光器对45°倾斜面进行热加工，其激光光斑直径约为80μm，利用红外光的热效应可烧蚀光波导材料，由于激光光斑成高斯分布，其烧蚀效用也不相同，一般为中间深两边逐渐变浅的特点，整体形状为凹面。该凹面镀高反射膜后成凹面镜，可用于光波导-光纤垂直耦合，提高其垂直耦合效率。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明方法是直接在光波导上进行微加工，操作灵活，且所得凹面镜的结构简单；
(2)采用金刚石刀、准分子激光及二氧化碳激光分步骤加工方式，把冷加工与热加工有机结合，提高了凹面制备工艺的可塑性；
(3)采用二氧化碳激光器对倾斜面进行热加工，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面；
(4)对二氧化碳激光光束进行变化，可精确控制光束光斑直径。
附图说明
图1为本发明采用金刚石刀切割光波导时的结构示意图，其中，1-光波导，2-v型金刚石刀，3-v型刀头；
图2为本发明采用准分子激光器的光波导“梯”型槽的结构示意图，其中，4为光波导立方体槽，5为准分子激光；
图3为本发明步骤3中二氧化碳激光器刻蚀形成凹面的操作示意图，其中，6为二氧化碳激光，7为凹面；
图4为本发明所得凹面镜进行垂直耦合的操作示意图，其中8-接收光纤。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的凹面镜制备方法进行详细描述和说明，其内容是对本发明的解释而非限定本发明的保护范围。
实施例1
一种在聚合物光波导上制备凹面镜的方法，包括以下步骤：步骤1，采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，所用v型的一面为45°倾斜面，一面为垂直面，如图1所示，光波导1包括四层，从下而上依次为衬底、下包层、芯层和上包层，v型金刚石刀头切割到下包层即可；步骤2，采用准分子激光器紧邻v型槽的垂直面为一边，刻蚀立方体槽，所需激光能量为5mJ，所述立方体槽宽度为v型槽深度的2/3-1倍，深度与v型槽深度相同；步骤3，将板件倾斜放置，使得v型槽的倾斜面呈水平状，采用二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工，使得倾斜面烧蚀成凹面；步骤4，在凹面镀高反射膜形成凹面镜。步骤2中所述刻蚀方式为定点刻蚀。步骤3中二氧化碳激光器的参数为激光波长为10.6μm，激光功率为3mw，激光烧蚀时间对凹面半径也具有较大的影响，需根据所需要的凹面形状来设置加工时间。步骤3中二氧化碳激光器的激光需要进行光学整形，使其光斑直径为80μm。步骤4中所镀高反射膜，可以是金属膜，也可以是反射膜堆。
对于不同的聚合物，以上各步骤的加工参数，如步骤2中准分子激光强度及加工时间、步骤3中的二氧化碳激光能量及作用时间等，均可做相应的调整。
实施例2
一种在无机材料(如玻璃)光波导上制备凹面镜的方法，制备方法同实施例1基本一致，但需要改变激光加工参数。步骤2中准分子激光器刻蚀立方体槽时，所需激光能量为7mJ之上。步骤3中二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工烧蚀成凹面时，激光脉冲能量需要增加到102W，且倾斜面烧蚀成凹面后，用FH酸腐蚀，具体的FH酸浓度与腐蚀时间对凹面的半径及粗糙度都有一定影响。再继续进行步骤4，即在凹面镀高反射膜形成凹面镜。
以上具体参数设置，仅是对某一种无机材料光波导的一个具体特例，并不限于本发明其他参数的设置，对于不同的无机材料光波导，具体的激光参数及工艺参数是不同的，需作相应微调。
实施例3
实施例1及实施例2是针对不同材料光波导刻蚀凹面而所作的具体说明，相对于已有凹面制备技术(公开号：CN 1272182A、CN 103395739A，论文：Design and fabricationofembedded micro-mirror inserts for out-of-plane coupling in PCB leveloptical interconnections)，本发明克服了材料、制备工艺、加工精度等方面不足与问题，满足大批量的光背板工业生产的要求。技术发明(申请号201710076388.7)，是一种冷加工的形式，需要合适的掩膜图形、精准的参数设置和操作，此种方法加工获得反射凹面粗糙度较大，需要后续热退火工艺处理，本发明课题组提出在金刚石刀制备45°斜面上采用二氧化碳激光器进一步对倾斜面进行热加工，加工过程具有热退火效用，能够获得粗糙度较低的反射凹面，从工艺流程来看，操作简单方便，可获得良好的凹面样品。

Claims (6)

1.一种在光波导上制备凹面镜的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用v型金刚石刀切割光波导成v型槽，所用v型的一面为45°倾斜面，一面为垂直面；步骤2，采用准分子激光器紧邻v型槽的垂直面为一边，刻蚀立方体槽，所述立方体槽宽度为v型槽深度的2/3-1倍，深度与v型槽深度相同；步骤3，将板件倾斜放置，使得v型槽的倾斜面呈水平状，采用二氧化碳激光器对v型槽的倾斜面进行热加工，使得倾斜面烧蚀成凹面；步骤4，在凹面镀高反射膜形成凹面镜。
2.根据权利要求1所述的一种在光波导上制备凹面镜的方法，其特征在于，步骤2中立方体槽的宽度为v型槽深度的2/3-1倍，所述刻蚀方式为定点刻蚀。
3.根据权利要求1所述的一种在光波导上制备凹面镜的方法，其特征在于，步骤3中二氧化碳激光器的激光波长为10.6μm，激光功率为3mw。
4.根据权利要求1所述的一种在光波导上制备凹面镜的方法，其特征在于，步骤3中二氧化碳激光器的激光光斑直径为80μm。
5.根据权利要求1所述的一种在光波导上制备凹面镜的方法，其特征在于，步骤4中所述高反射膜为金属膜或反射膜堆。
6.根据权利要求5所述的一种在光波导上制备凹面镜的方法，其特征在于，所述反射膜堆的材料为二氧化钛、二氧化硅、硫化锌或氟化镁。
CN201810132424.1A 2018-02-09 2018-02-09 一种在光波导上制备凹面镜的方法 Active CN108303767B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810132424.1A CN108303767B (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种在光波导上制备凹面镜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810132424.1A CN108303767B (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种在光波导上制备凹面镜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108303767A true CN108303767A (zh) 2018-07-20
CN108303767B CN108303767B (zh) 2019-12-31

Family

ID=62865046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810132424.1A Active CN108303767B (zh) 2018-02-09 2018-02-09 一种在光波导上制备凹面镜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108303767B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110208908A (zh) * 2019-05-24 2019-09-06 宁波东立创芯光电科技有限公司 一种光波导回路上的二维聚焦转向镜
CN112068245A (zh) * 2020-09-21 2020-12-11 珠海奇芯光电科技有限公司 一种杂散光偏转器、光芯片及其制作方法
CN112864800A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 芯峰光电技术(深圳)有限公司 小发射角正面出光的激光器
CN113285201A (zh) * 2021-05-31 2021-08-20 济南量子技术研究院 一种微米级矩形波导的制备方法及***

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102110866A (zh) * 2009-12-24 2011-06-29 深南电路有限公司 波导槽制作工艺
US20120076454A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 Fujitsu Limited Optical module and method for manufacturing the same
US8542963B2 (en) * 2009-04-30 2013-09-24 International Business Machines Corporation Method for manufacturing optical coupling element, optical transmission substrate, optical coupling component, coupling method, and optical interconnect system
CN103395739A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 江苏物联网研究发展中心 一种微凹面镜的制备方法
CN204009138U (zh) * 2014-01-16 2014-12-10 中兴通讯股份有限公司 一种光耦合器件和光耦合单元
CN106199832A (zh) * 2015-05-08 2016-12-07 中兴通讯股份有限公司 光波导板与光纤耦合连接方法、光波导板和通信传输***
CN106707411A (zh) * 2017-02-13 2017-05-24 上海大学 一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法
CN107037536A (zh) * 2017-02-15 2017-08-11 上海大学 一种基于激光阶梯刻蚀法在光波导侧面加工凹反射面的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8542963B2 (en) * 2009-04-30 2013-09-24 International Business Machines Corporation Method for manufacturing optical coupling element, optical transmission substrate, optical coupling component, coupling method, and optical interconnect system
CN102110866A (zh) * 2009-12-24 2011-06-29 深南电路有限公司 波导槽制作工艺
US20120076454A1 (en) * 2010-09-24 2012-03-29 Fujitsu Limited Optical module and method for manufacturing the same
CN103395739A (zh) * 2013-07-22 2013-11-20 江苏物联网研究发展中心 一种微凹面镜的制备方法
CN204009138U (zh) * 2014-01-16 2014-12-10 中兴通讯股份有限公司 一种光耦合器件和光耦合单元
CN106199832A (zh) * 2015-05-08 2016-12-07 中兴通讯股份有限公司 光波导板与光纤耦合连接方法、光波导板和通信传输***
CN106707411A (zh) * 2017-02-13 2017-05-24 上海大学 一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法
CN107037536A (zh) * 2017-02-15 2017-08-11 上海大学 一种基于激光阶梯刻蚀法在光波导侧面加工凹反射面的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邓传鲁 等: ""激光阶梯刻蚀法制备45°微反射镜及垂直耦合研究"", 《中国激光》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110208908A (zh) * 2019-05-24 2019-09-06 宁波东立创芯光电科技有限公司 一种光波导回路上的二维聚焦转向镜
CN112068245A (zh) * 2020-09-21 2020-12-11 珠海奇芯光电科技有限公司 一种杂散光偏转器、光芯片及其制作方法
CN112068245B (zh) * 2020-09-21 2021-08-10 珠海奇芯光电科技有限公司 一种杂散光偏转器、光芯片及其制作方法
CN112864800A (zh) * 2021-01-08 2021-05-28 芯峰光电技术(深圳)有限公司 小发射角正面出光的激光器
CN113285201A (zh) * 2021-05-31 2021-08-20 济南量子技术研究院 一种微米级矩形波导的制备方法及***
CN113285201B (zh) * 2021-05-31 2022-02-15 济南量子技术研究院 一种微米级矩形波导的制备方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
CN108303767B (zh) 2019-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108303767A (zh) 一种在光波导上制备凹面镜的方法
US7324723B2 (en) Optical waveguide having specular surface formed by laser beam machining
CN106707411B (zh) 一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法
CN101977722A (zh) 加工工件的激光器
US20200407271A1 (en) Diffusion element, lighting module, and method for processing aspheric lens
CN109693032A (zh) 激光切割方法和装置
CN211661329U (zh) 一种基于飞秒激光折射率改性技术的微型轴棱锥制造装置
CN109581558B (zh) 一种多焦点衍射元件的制备方法及多焦点衍射元件
CN113126201B (zh) 基于空间整形的单晶光纤及其加工方法、***
CN108549124B (zh) 一种采用脉冲激光加工全息金光栅的装置及方法
CN1346993A (zh) 光纤陈列定位组件
CN112612141A (zh) 一种光束整形的光学***
CN115138997B (zh) 一种多点贝塞尔光束玻璃打孔装置及方法
CN116213920A (zh) 一种具备时空整形功能的大深径比微孔加工装置及方法
CN114077066B (zh) 扩束准直器
KR101511670B1 (ko) 유리 절단 장치
CN214921502U (zh) 镀膜脆性材料的激光加工装置
CN211708419U (zh) 超薄玻璃的激光成丝钻孔与超声波裂片装置
US20210318482A1 (en) Light apparatus comprising a light guide plate with grooves and methods for using the same to direct light
CN109352170A (zh) 调焦装置、激光设备及其使用方法
CN113866866A (zh) 光纤光栅刻写装置和光纤光栅刻写方法
RU2796501C1 (ru) Способ просветления торцов активных Cr:ZnS волноводов на основе микроструктурирования поверхности
CN217639749U (zh) 一种用于二氧化碳激光器的激光扫描场镜
Zhou et al. Immersion laser separation: Enhancing efficiency and quality in cutting irregular lenses
CN112620971A (zh) 一种激光加工装置及激光加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant