CN112540424B - 一种光纤阵列及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤阵列及其制作方法，其中，该光纤阵列，包括：定位基板；固定在定位基板上的多组光纤组；以及设置在该定位基板上的多组定位沟槽组，其中，每组定位沟槽组用于支撑一组光纤组，不同光纤组被相应的定位沟槽组支撑在不同的定位高度。本发明主要解决现有技术中的光纤阵列在与多层的硅光芯片器件进行耦合时无法精确耦合的问题。
Description
技术领域
本发明属于通信器件加工制作技术领域，主要涉及一种光纤阵列及其制作方法。
背景技术
随着光纤通信的飞速发展，光波导器件也随着通信行业的发展为依附，在通信领域具有广阔的应用前景。光纤阵列作为光波导器件的连接性光学元件，光纤阵列的精度以及可靠性对光纤通信起着重要作用。目前，国内外广泛采用V型沟槽法来制备光纤阵列应用于各个方面。利用二氧化硅来作为基板，利用高精度的刻刀来切割，进而形成V型沟槽，将单模或者多模光纤依次排列在V型沟槽中，通过沟槽的尺寸和间距，来控制光纤的中间间距。并以盖板来对光纤阵列进行固定粘贴，保证光纤阵列的稳定性。V型槽的尺寸一致性好、且具有结构精确等优点，适用于制作各种尺寸的光纤阵列。也有用激光打标，在其他一些材料上制作出来一些U型槽来作为光纤定位。
以上光纤阵列制作出来的为单层阵列化，由于与多层的硅光芯片进行耦合时，单模光纤的直径一般在125um，纤芯直径在9um，硅光芯片的高集成度，导致了光纤阵列的高精度化，必须控制极小化的工业制造误差，才能使得耦合完成的器件具有高性能。由于现有制作出来的V型沟槽无法与各层之间进行精确进行耦合，造成在耦合过程中光损耗较大，无法保证多层硅光器件的性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明土婴解决现有技术中的光纤阵列在与多层的硅光芯片器件进行耦合时无法精确耦合的问题。
(二)技术方案
一种光纤阵列，包括：定位基板；固定在上述定位基板上的多组光纤组；以及
设置在上述定位基板上的多组定位沟槽组，其中，每组上述定位沟槽组用于支撑一组上述光纤组，不同上述光纤组被相应的上述定位沟槽组支撑在不同的定位高度；其中，同一组光纤组中的每根光纤在竖直方向上位于同一高度。
根据本发明的实施例，其中，第i组光纤组中每根光纤与上述定位基板的底面之间的距离为li；第i+1组光纤组中每根光纤与上述定位基板的底面之间的距离为li+1；上述li小于上述li+1。
根据本发明的实施例，其中，每组上述定位沟槽组中每个定位沟槽的深度H相等；上述第i+1组光纤组与上述第i组光纤组之间的高度差为固定值h；上述多个光纤组中的每根光纤的直径为D，上述第i组定位沟槽组中的各个定位沟槽的槽口宽度为Li，其中
根据本发明的实施例，其中，上述每组光纤组中的每根光纤一一对应地卡接在每个定位沟槽的槽口。
根据本发明的实施例，其中，上述每组定位沟槽中的每个定位沟槽的沟槽断面形状为矩形沟或倒梯形。
根据本发明的实施例，其中，上述定位基板材料为二氧化硅或硅。
根据本发明的实施例，其中，上述光纤阵列还包括盖板；通过上述盖板将上述多组光纤组压合在上述定位基板上。
一种光纤阵列的制作方法，包括：
制备原始基板、光纤和盖板；其中，上述光纤包括多个光纤组；
在上述原始基板表面刻蚀出多组定位沟槽形成一定位基板；
将上述每组光纤组中的每根光纤末端的涂覆层去除露出裸光纤端；其中，上述裸光纤端的长度大于或等于上述多组定位沟槽中每个定位沟槽的槽长；
将上述每组光纤组中的每根光纤一一对应地放置在上述多组定位沟槽的每个定位沟槽的槽口中；
将上述盖板置于上述多组光纤组的裸光纤端上，并通过上述盖板将上述多组光纤组的裸光纤端压合在上述定位基板上。
根据本发明的实施例，其中，在上述原始基板表面刻蚀出多组定位沟槽形成一定位基板，包括：在上述原始基板表面通过半导体光刻工艺刻蚀出多组定位沟槽形成一定位基板。
根据本发明的实施例，其中，通过上述盖板将上述多个光纤组的裸光纤端压合在上述定位基板上，包括：通过紫外线固化胶将上述盖板、上述多个光纤组的裸光纤端和上述定位基板粘接固定在一起。
(三)有益效果
本发明实施例公开的光纤阵列及其制作方法，提出了一种适用于多层多层波导器件定向耦合的光纤阵列及其制作方法，通过对定位基板上的定位沟槽进行分组尺寸设计，每一组定位沟槽组的槽口宽度采用经设计的特定尺寸，并结合半导体光刻、刻蚀工艺实现高精度梯形槽的设计制作，形成具有特定结构的高精度定位基板，采用该定位基板，在制作光纤阵列时，可以将不同光纤组支撑在不同的定位高度，以实现与多层的硅光波导器件精确耦合，提高光纤阵列与硅光波导器件的耦合效率，降低耦合损耗，弥补了现有技术中的光纤阵列只能单阵列波导器件，无法对多层的硅光波导器件进行有效的耦合的不足。
附图说明
图1是本发明一实施例公开的光纤阵列的结构示意图；
图2是图1中本发明一实施例公开的光纤阵列的局部结构示意图；
图3是单根光纤在单个定位沟槽中的位置关系示意图；
图4是本发明一实施例公开的光纤阵列的结构示意图；
图5为三维光波导器件的结构示意图。
1、定位基板；11、定位沟槽；111、定位沟槽组；2、光纤；21、光纤组；3、盖板；4、三维光波导器件；41、波导组。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明一实施例公开的光纤阵列的结构示意图。如图1所示，一种光纤阵列，包括：定位基板1；固定在上述定位基板1上的多组光纤组；以及设置在上述定位基板1上的多组定位沟槽组，具体到该实施例中，设有三组光纤组，以及设置在上述定位基板1上的三组定位沟槽组，其中，每组上述定位沟槽组用于支撑一组上述光纤组，不同上述光纤组被相应的上述定位沟槽组支撑在不同的定位高度；其中，同一组光纤组中的每根光纤2在竖直方向上位于同一高度。
根据本发明的实施例，可选地，其中，第i组光纤组中每根光纤2与上述定位基板1的底面之间的距离为li；第i+1组光纤组中每根光纤2与上述定位基板1的底面之间的距离为li+1；上述li小于上述li+1。如图1所示，l1、l2、l3呈递增规律。
图5为三维光波导器件4的结构示意图。该三维光波导器件4设有位于不同高度的多个波导组41，由于多个波导组41位于不同高度，现有技术中的单层光纤阵列中所有的光纤2位于同一高度，可见，采用单层光纤阵列无法做到与该三维光波导器件4进行耦合。由于本实施例公开的光纤阵列中不同光纤组被相应的定位沟槽组支撑在不同的定位高度，且每一组光纤组的高度与三维光波导器件4中的每一组相应的波导组41高度一致，采用本实施例公开的光纤阵列，则可以做到与该三维光波导器件4精确耦合。
根据本发明的实施例，可选地，上述每组光纤组中的每根光纤2一一对应地卡接在每个定位沟槽11的槽口。除此之外，作为可选的实施方式，上述每组光纤组中的每根光纤2也可一一对应地卡接在每个定位沟槽11的槽腰部位。
图2是图1中本发明一实施例公开的光纤阵列的局部结构示意图。
根据本发明的实施例，可选地，其中，每组上述定位沟槽组中每个定位沟槽11的深度H相等，可选地，H值设为18um。
图3是单根光纤2在单个定位沟槽11中的位置关系示意图。
如图2、图3所示，可选地，上述第i+1组光纤组与上述第i组光纤组之间的高度差为固定值h；可选为，h＝190nm。设上述多个光纤组中的每根光纤2的直径为D，上述第i组定位沟槽组中的各个定位沟槽11的槽口宽度为Li，则，
上述实施例中公开了一种定位沟槽11的槽口尺寸的通用的设计方法，采用该设计，根据预设好的定位沟槽11的深度H以及相邻两组光纤组之间的高度差、以及单根光纤2的直径值，可以计算出每组定位沟槽11的各个定位沟槽11的槽口宽度，通过加工出该特定尺寸的定位沟槽11，在制作光纤阵列的时，只需要将光纤2放置卡接在制作好的相应的定位沟槽11的槽口处，便可以将相应的光纤2支撑在设定高度处，因在制作光纤阵列的过程中，如何精确控制每根光纤2的定位高度是比较困难的操作，通过本发明实施例提供的方法，通过控制定位沟槽11的槽口尺寸来实现控制光纤2定位高度的目的，降低了加工难度，提高了加工精度，并且给出了一种定位沟槽11的槽口尺寸的通用的设计方法，适用范围广。
图4是本发明一实施例公开的光纤阵列的结构示意图。
如图4所示，一种光纤阵列，包括：定位基板1；固定在上述定位基板1上的多组光纤组；以及设置在上述定位基板1上的多组定位沟槽组，其中，上述光纤阵列还包括盖板3；通过上述盖板3将上述多组光纤组压合在上述定位基板1上。具体到该实施例中，设有三组光纤组，以及设置在上述定位基板1上的三组定位沟槽组，其中，每组上述定位沟槽组用于支撑一组上述光纤组，不同上述光纤组被相应的上述定位沟槽组支撑在不同的定位高度；其中，同一组光纤组中的每根光纤2在竖直方向上位于同一高度。该实施例中，可选地，盖板3可选用玻璃盖板3，并用紫外线固化胶将光纤组、盖板3和定位基板1粘合。
根据本发明的实施例，可选地，上述定位基板1材料为二氧化硅或硅，以满足半导体器件的电学性能，可选地，定位基板1材料厚度为1mm。
根据本发明的实施例，可选地，上述每组定位沟槽11中的每个定位沟槽11的沟槽断面形状为矩形沟或倒梯形。
根据本发明的实施例，可选地，上述每组定位沟槽11中的每两个相邻定位沟槽11之间的间距设为定值，可选为127um。
根据本发明的实施例，还提供了一种光纤阵列的制作方法，包括操作S1～S5。
S1，制备原始基板、光纤2和盖板3；其中，上述光纤2包括多个光纤组，其中每根光纤2的裸光纤2直径为125.12um。
S2，在上述原始基板表面刻蚀出多组定位沟槽11形成一定位基板1；在刻蚀每个定位沟槽11时，定位沟槽11的尺寸采用如下设计尺寸：
根据所要匹配耦合的光波导器件的结构，预设相邻两组光纤组之间的高度差为固定值h；可选为，h＝190nm。每组上述定位沟槽组中每个定位沟槽11的深度H相等，可选地，H值设为18um，设上述多个光纤组中的每根光纤2的直径为D，上述第i组定位沟槽组中的各个定位沟槽11的槽口宽度为Li，则，
S3，将上述每组光纤组中的每根光纤2末端的涂覆层用夹钳去除，露出裸光纤2端；并保证去除后的裸光纤2不被损伤，避免损伤后带来的不良误差影响；其中，上述裸光纤2端的长度大于或等于上述多组定位沟槽11中每个定位沟槽11的槽长。
S4，将上述每组光纤组中的每根光纤2一一对应地放置在上述多组定位沟槽11的每个定位沟槽11的槽口中，；并且每根光纤2与定位沟槽11两侧端面紧贴，保证定位准确，放置后之后，保证每根光纤2端面放置时与定位沟槽11一端面齐平。
S5，将上述盖板3置于上述多组光纤组的裸光纤2端上，其中，盖板3尺寸宽度与光纤阵列尺寸宽度一致，并通过上述盖板3将上述多组光纤组的裸光纤2端压合在上述定位基板1上，获得制备完成的光纤阵列。
根据本发明的实施例，其中，在上述原始基板表面刻蚀出多组定位沟槽11形成一定位基板1，包括：在上述原始基板表面通过半导体光刻工艺刻蚀出多组定位沟槽11形成一定位基板1。
根据本发明的实施例，其中，通过上述盖板3将上述多个光纤组的裸光纤2端压合在上述定位基板1上，包括：通过紫外线固化胶将上述盖板3、上述多个光纤组的裸光纤2端和上述定位基板1粘接固定在一起。使用紫外线固化胶时通过紫外光进行照射固化，以保证光纤阵列足够的稳定性和可靠性。
本发明实施例公开的光纤阵列及其制作方法，提出了一种适用于多层多层波导器件定向耦合的光纤阵列及其制作方法，通过对定位基板1上的定位沟槽11进行分组尺寸设计，每一组定位沟槽组的槽口宽度采用经设计的特定尺寸，并结合半导体光刻、刻蚀工艺实现高精度梯形槽的设计制作，形成具有特定结构的高精度定位基板1，采用该定位基板1，在制作光纤阵列时，可以将不同光纤组支撑在不同的定位高度，以实现与多层的硅光波导器件精确耦合，提高光纤阵列与硅光波导器件的耦合效率，降低耦合损耗，弥补了现有技术中的光纤阵列只能单阵列波导器件，无法对多层的硅光波导器件进行有效的耦合的不足。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光纤阵列，包括：
定位基板；
固定在所述定位基板上的多组光纤组；以及
设置在所述定位基板上位于同一平面的多组定位沟槽组，其中，每组所述定位沟槽组用于支撑一组所述光纤组，不同所述光纤组被相应的所述定位沟槽组支撑在不同的定位高度；
其中，同一组光纤组中的每根光纤在竖直方向上位于同一高度;
每组所述定位沟槽组中每个定位沟槽的深度H相等；
第i+1组光纤组与第i组光纤组之间的高度差为固定值h；
所述多组光纤组中的每根光纤的直径均为D，第i组定位沟槽组中的各个定位沟槽的槽口宽度为Li，其中
2.根据权利要求1所述的光纤阵列，其特征在于：
第i组光纤组中每根光纤与所述定位基板的底面之间的距离为li；
第i+1组光纤组中每根光纤与所述定位基板的底面之间的距离为li+1；
所述li小于所述li+1。
3.根据权利要求1所述的光纤阵列，其特征在于：每组光纤组中的每根光纤一一对应地卡接在每个定位沟槽的槽口。
4.根据权利要求1所述的光纤阵列，其特征在于：每组所述 定位沟槽组 中的每个定位沟槽的沟槽断面形状为矩形沟或倒梯形。
5.根据权利要求1所述的光纤阵列，其特征在于：所述定位基板材料为二氧化硅或硅。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光纤阵列，其特征在于：所述光纤阵列还包括盖板；通过所述盖板将所述多组光纤组压合在所述定位基板上。
7.一种光纤阵列的制作方法，包括：
制备原始基板、光纤和盖板；其中，所述光纤包括多组光纤组；
在所述原始基板位于同一平面的表面刻蚀出多组定位沟槽组 形成一定位基板；
将每组光纤组中的每根光纤末端的涂覆层去除露出裸光纤端；其中，所述裸光纤端的长度大于或等于所述多组定位沟槽组 中每个定位沟槽的槽长；
将每组光纤组中的每根光纤一一对应地放置在所述多组定位沟槽组 的每个定位沟槽的槽口中；
将所述盖板置于所述多组光纤组的裸光纤端上，并通过所述盖板将所述多组光纤组的裸光纤端压合在所述定位基板上;
其中，每组 所述定位沟槽组 中每个定位沟槽的深度H相等；
第i+1组光纤组与第i组光纤组之间的高度差为固定值h；
所述多组光纤组中的每根光纤的直径均为D，第i组定位沟槽组中的各个定位沟槽的槽口宽度为Li，其中
8.根据权利要求7所述的光纤阵列的制作方法，其特征在于，在所述原始基板表面刻蚀出多组定位沟槽组 形成一定位基板，包括：
在所述原始基板位于同一平面的表面通过半导体光刻工艺刻蚀出多组定位沟槽组 形成一定位基板。
9.根据权利要求7所述的光纤阵列的制作方法，其特征在于，通过所述盖板将所述多组光纤组的裸光纤端压合在所述定位基板上，包括：在所述定位基板位于同一平面的表面，通过紫外线固化胶将所述盖板、所述多组光纤组的裸光纤端和所述定位基板粘接固定在一起。
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