CN1215159A - 使用校准平台的光纤无源校准装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于无源校准光纤与集成光器件的输入/输出光波导的光纤无源校准装置,其包含:光纤列块、光纤固定片、光波导器件芯片、校准平台及用于防止光纤固定片与校准平台相接触的第一校准脊间的间隔。本发明的光纤无源校准装置不需要光源及光检测器,或相对于具有六个自由度的校准轴的精确校准,从而只需很少时间及成本即可将光纤与光波导器件芯片相接。
Description
本发明涉及一种使用校准平台无源校准一个光纤与一个输入/输出光波导的装置，更具体地涉及一种用于使用校准平台有源校准光纤与集成光学器件的输入/输出光波导的装置，其中具有各种功能的光波导器件被集成在平面基片中。
通常地，使用有源校准方法将光纤与光波导器件相接。在有源校准方法中，在入射光被导到光纤或光波导器件后，光纤的位置被精确调节，同时测量在光纤的光波导或输出口处的光强度。然后，光纤和光波导被固定在最大配合位置。同时，在无源校准方法中，根据配合部分的形状及结构，光纤和光波导被自动精确地校准，同时将任何的光通过光纤或波导。
为了校准光纤和光波导，有源校准方法需要光源及光检测器。同样，光纤和光波导必须被精确校准，且相对于具有6个自由度的校准轴而言具有亚微米的精度。因此，校准很难且耗时。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种光纤无源校准装置，通过使用具有校准凸块和校准脊的标准平台能够容易地校准光纤和波导，从而能够降低将光纤与光波导器件芯片相接所需的时间和成本。
为了实现本发明的目的，提供了一种光纤无源校准装置，用于无源校准光纤和集成光学器件的输入/输出光波导，该装置包含：在上面以预定间隔固定有光纤的光纤列块，其具有与光纤平行的以预定间隔形成的校准槽，及用于将已固定的光纤与基片相固定的光纤固定片；一光波导器件芯片，其具有由与光纤相对应的光波导组成的输入/输出光波导列，并与光纤相配合，还具有校准孔；及具有被与校准槽具有相同间隔分隔开的第一校准脊的校准平台，与标准槽相配合，与校准孔的位置对应形成的校准凸块与校准孔相配合，并且第一校准脊之间的间隔，用于防止光纤列块的光纤固定片与校准平台相接触。
最好地，光纤无源校准装置还包含：与光波导器件芯片的另一侧相配合，其与光纤列块相同的一个第二光纤列块，其中校准平台在与第一校准脊相对的校准平台的一端具有与第二光纤列块相配合的第二校准脊，及在用于防止第二列块与校准平台相接触的第二位移脊之间的空隙。
通过下面结合相应附图对本发明最佳实施例的详细描述，会对本发明的目的及优点有更清楚的了解。
图1为根据本发明最佳实施例的使用校准平台的光纤无源校准装置的结构示意图；
图2A、2B和2C分别为根据本发明的校准平台实例的平面图、正视图及侧视图；
图3A、3B和3C分别为根据本发明的光纤列块的实例的平面图、正视图及侧视图；
图4A、4B和4C分别为根据本发明的光波导器件芯片实例的平面图、正视图及侧视图；
参考图1，根据本发明最佳实施例的光纤无源校准装置包括具有校准凸块及校准脊的校准平台200、具有校准槽的光纤列块300及具有校准孔的光波导器件芯片100。
校准平台200在其表面上的预定位置处具有校准凸块210及校准脊220(如图1所示)。根据本发明的方法，用硅(Si)基片形成此凸块，在某一部分内通过用SiO2或Si3N4形成具有适宜宽度及长度的条状图形，并通过光刻蚀然后在氢氧化钾(KOH)溶液中湿腐蚀而在所述部分中形成校准凸块及校准脊。此方法用于在硅中以预定的间隔形成以列的形式校准光纤的V-形槽。这里，通过使用Si晶基片的表面(100)及各向异性的蚀刻特性，可获得具有三角形或梯形载面的凸块及脊。另外，可用各种材料通过精密机械加工或精确铸造制成校准脊和凸块。同样，校准平台200上所形成的凸块及脊的形状也可根据不同的使用目的而改变。同样，通过去除校准平台上形成的脊220之间的部分，从而在当光纤块300与校准平台200配合时，光纤固定片340不会与校准平台200发生碰撞。
图2A、2B和2C分别为根据本发明最佳实施例的校准平台200的平面图、正视图及侧视图。
在上面以预定间隔固定有光纤的光纤列块300包括与光纤平行且具有预定长度的校准槽320，而光纤固定片340用于已固定光纤与基片相固定。也即，光纤列块300具有一列V-形槽，用于以预定间隔设置多个光纤310，而校准槽320具有预定的深度且与校准脊200具有相同的距离间隔，光纤被支撑在V形槽的每一列上。
下面将描述根据本发明最佳实施例的用于生产具有校准槽320的光纤列块300的方法。使用Si晶基片，首先，在Si基片(100)上沉积SiO2和Si3N4，然后，根据条状图形，用光刻蚀技术去除以具有适宜的宽度，接着在KOH溶液中湿蚀刻。同时，用同样的方法生产校准槽320作为用于支撑光纤310的V形槽的列。
图3A、3B和3C分别为根据本发明的光纤列块300的实例的平面图、正视图及侧视图。
通常地，每个光纤310的包层直径为125um，用于支撑光纤的V形槽的间隔为250um。在生产完光纤列块300后，光纤310被置入用于支撑光纤的V型槽中，在其上沉积光学粘合剂，然后将光纤固定片340置于其上，由此固定光纤。光纤列块300的配合面被抛光从而当光波导器件100的光波导与光纤310配合时将配合损耗降到最小。具有校准槽320的光纤列块300可用精密机械加工或精密铸造由多种材料制成。同样，也可根据不同的使用目的改变校准槽310的形状。
由一般光波导器件形成的光波导器件芯片100，在输入/输出光波导列110的两侧，对应于形成在校准平台200上的校准凸块210的位置是有预定深度的校准孔120。
图4A、4B和4C分别为根据本发明的光波导器件芯片100的实例的平面图、正视图及侧视图。
下面将描述根据本发明实施例的用于生产具有校准孔120的光波导器件芯片100的方法。首先，通过火焰水解沉积(FHD)在Si基片上形成作为下包层的二氧化硅层，然后通过FHD用具有比包层高的折射率的材料制成二氧化硅层芯。接着进行光刻蚀及反应离子刻蚀(RIE)，由此生产出沟槽型光波导。在输入/输出光波导列110中的光波导的间隔与光纤列块330的光纤支撑V型槽的间隔相等，也即，光纤310的间隔，例如：250um。接着，通过FHD形成用于上包层的二氧化硅层，由此完成光波导器件。通过光刻蚀部分去除所获得的光波导器件的二氧化硅层，从而在与输入/输出光波导列100分开一预定距离的位置处形成预定形状的几个调节孔120，由此完成光波导器件芯片100。这里，校准孔120的位置对应于用于校准平台200的校准凸块210的位置。同样，光波导器件芯片100的配合面被抛光，从而当光波导器件芯片的输入/输出光波导列110与光纤310配合时，将配合损耗减至最小。
具有校准列120的光波导器件芯片100可包含由各种材料制成的光波导器件，诸如聚合物光波导、玻璃光波导、铌酸锂光波导以及二氧化硅光波导。
除了上述方法外，也可通过诸如RIE或精密机械加工的干法蚀刻在光波导器件芯片100上形成校准孔120。校准孔120可被制成各种形状，以保证与校准平台200的校准凸块210的稳定配合。
下面将描述通过光波导器件芯片100、校准平台200及光纤列块300的配合使光纤与光波导校准的无源校准方法。三种元件的此种配合都在校准平台200上进行。首先，光波导器件芯片100被颠例地固定在校准平台200上，这样，光波导器件芯片100的校准孔120与校准平台200的校准凸块210配合。在此固定状态下，光波导器件芯片100与校准平台200相固定。
然后，光纤列块300被颠倒地固定在校准平台200上，这样光纤列块300的校准槽320与校准平台200的校准脊220配合。然后，光纤列块300被紧推向所固定的光波导器件芯片100。
在此三个元件被装配在一起的情况下，在所有方向上光纤310的芯中心正好与输入/输出波导列110的波导的芯中心相配合。为了在横向上相配合，对应于光纤列块300的光纤310的校准槽320的位置与对应于固定在校准平台200上的光波导器件芯片100的校准孔120的输入/输出光波导列110的波导的位置相匹配。其结果，通过将光纤列块300固定在校准平台上芯中心被平滑地匹配，这样校准槽320与校准脊220相配合。为了在垂直向上匹配，通过控制形成在光纤列块300中的校准槽320的深度及光波导器件芯片100中的校准孔120的深度，从而当固定光纤列块300的校准槽320和校准槽220上的光波导器件芯片100的校准孔120以及校准平台200的校准凸块时，光纤310的芯与光波导列110的波导的芯顺利地对齐。
在校准平台200上固定完光纤列块300和光波导器件芯片100后，用光粘合剂始终维持住此种配合，或通过熔焊事先沉积在光纤列块300及光波导器件芯片100的配合面上的金属来达到此目的。
光纤无源校准装置还包括一与光纤列块300相同的第二光纤列块400，其与光波导器件芯片100的另一侧相配合。同样，光纤无源校准装置的校准平台200还在其另一端包括第二校准脊230，与第二光纤列块400相配合，和第二校准脊230间的间隔，用于防止当将第二光纤列块400固定到校准平台200上时与校准平台200接触。第二光纤列块400的生产方法及工作原理与上述的相同，这里省略了对其的描述。
因此，通过根据本发明的光纤无源校准装置，可以很容易地使光纤与光波导对齐。
同样，光纤无源校准装置不需要光源及光检测器，而对于有源校准而言很重要的针对具有6个自由度的校准具有亚微米精确度的校准，通过本发明可用很少的时间及很低成本将光纤与光波导器件芯片相接。
Claims (14)
1、一种用于将光纤与集成光学器件的输入/输出光波导无源校准的光纤无源校准装置，其特征在于包含：
一个光纤列块，在其上光纤以预定间隔被固定，并具有以预定间隔形成的与光纤平行的校准槽，及用于将光纤与基片固定的光纤固定片；
一个光波导器件芯片，其具有由与光纤对应的光波导组成的输入/输出光波导列，并与光纤相配合，还具有校准孔；及
一校准平台，其具有由与校准槽相同的间隔隔开的与校准槽相配合的第一校准脊；在与校准孔相对应的位置形成的与校准孔相配合的校准凸块，及用于防止光纤列块的光纤固定片与校准平台相接触的第一校准脊间的间隔。
2、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于校准槽和校准孔形成在校准平台内，校准脊形成在光纤列块内，而校准凸块形成在光波导器件芯片中。
3、根据权利要求2所述的光纤无源校准装置，其特征在于在硅基片上形成校准凸块及第一校准脊的地方通过形成具有预定宽度和长度的图形来形成校准平台，该过程是首先通过光刻蚀然后在氢氧化钾溶液中进行湿刻蚀而成的。
4、根据权利要求3所述的光纤无源校准装置，其特征在于通过使用硅晶基片的表面(100)和各向异性的蚀刻特性以便形成具有三角形或梯形横截面的校准凸块和第一校准脊。
5、根据权利要求4所述的光纤无源校准装置，其特征在于通过精密的机械加工或铸造制成校准平台。
6、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于通过在硅基片(100)上沉积SiO2或Si3N4，并通过光刻蚀技术去除具有预定宽度的条形图形中的SiO2或Si3N4，然后在氢氧化钾溶液中湿蚀刻形成光纤列块。
7、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于形成在光纤列块中的每一个校准槽都具有V形的横截面。
8、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于通过精密机械加工或铸造形成光纤列块。
9、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于在与校准凸块对应的位置处形成预定深度的光波导器件的校准孔。
10、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于其中光波导器件芯片的形成步骤如下：
(a)在基片上形成下包层；
(b)用具有比所述包层高的折射率的材料制成芯层，并通过蚀刻形成沟道型光波导；
(c)通过形成上包层制造光波导器件；及
(d)在与输入/输出光波导列分隔开预定距离的位置处在光波导器件上形成具有预定形状的校准孔。
11、根据权利要求10所述的光纤无源校准装置，其特征在于光波导是从二氧化硅光波导、聚合物光波导、玻璃光波导及铌酸锂光波导所构成的组中造出的一种。
12、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于通过精密机械加工形成光波导器件芯片的校准孔。
13、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于通过光粘合剂或熔焊将光波导器件芯片、光纤列块及校准平台结合在一起。
14、根据权利要求1所述的光纤无源校准装置，其特征在于还包括与所述光纤列块相同的与光波导器件芯片的另一侧相配合的第二光纤列块，其中校准平台在与第一校准脊相对的校准平台的一端具有与第二光纤列块配合的第二校准脊，及在第二位移脊之间的用于防止第二列块与校准平台相接触的间隔。
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