CN101251626A - 光隔离器的无胶连接制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光隔离器的无胶连接制作方法，其通过对光隔离器的各个元件进行表面抛光、镀膜、一次清洗、等离子体处理、RCA－1溶液浸泡、低温退火，实现各种光隔离器元件的无胶粘接，尤其低温退火处理减小了器件本身的内应力，提高了器件的机械和光学性能。

Description

光隔离器的无胶连接制作方法
技术领域 
本发明涉及光通信技术领域中光隔离器的连接制作方法，尤其涉及无需粘胶剂或催化剂粘接的光隔离器的无胶连接制作方法。
背景技术 
光隔离器具有让正向传输的光通过、反向传输的光隔离的功能，可防止反射光影响系统的稳定性，保证传输光源(光源通常指激光)的精密性和安全性；光隔离器是光通讯领域中最常用的光学器件之一，随着光通讯系统的迅速发展，其需求也正逐步扩大。
目前光隔离器的制作通常采用有胶粘接的方式，即用环氧树脂或其它粘胶剂将构成光隔离器的各个元件，如旋转片、偏振片、晶体等用粘胶剂粘接，然后进行划片切割得到需要的尺寸。由于环氧树脂等粘胶剂对光存在一定的吸收，因此采用这种光路有胶的形式会引起光学损失，使得光隔离器在较高功率的应用中受到限制；同时有机粘胶剂的折射率的温度系数较大，一般为玻璃材料的10倍左右，因此器件的稳定性易受温度的影响。
于是，人们逐步开展对无胶粘合技术的研究并将其应用到光隔离器的制作中。目前，在无胶粘接技术和应用相关方面都出现了不少的发明专利，比如国内的昂纳信息技术(深圳)有限公司申请的申请号为200410026864.7的“一种光隔离器的制作方法”，其在制作过程中需要使用数十至近百微米厚的催化膜层；美国的康宁股份有限公司申请的申请号为03813138.2的“光隔离器及其直接连接制造法”，其要求在连接界面上含有锂。在现有的技术中，往往需要在光隔离器的各个元件的粘接层上使用特殊的膜层作为介质。
发明内容
本发明采用直接连接的方法实现各种光隔离器元件，如旋转片、偏振片、晶体等的无胶粘接，避免了环氧树脂等粘胶剂在光路中存在所带来的缺陷；同时，该方法无需在元件的粘接表面上引入特殊的膜层介质，为各种光隔离器提供了一种可靠性高、简单易操作、具有较高的耐高温性能和抗激光损伤的光隔离器的无胶连接制作方法。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：光隔离器制作方法的工艺流程如下：
(1)抛光，将光隔离器的各个元件的连接表面抛光，要求粗糙度的均方根值(RMS)小于1nm，面型起伏PV＜0.125λ@633nm(10mm×10mm大小)。
(2)镀膜，在各个元件的连接表面上镀一层减反射膜，该膜层为氧化物膜层。
(3)初步清洗，将各个元件放入乙醇或乙醇按一定比例配制而成的溶液中浸泡1～4小时。
(4)等离子处理，将清洗干净的各个元件置于等离子体处理系统中进行表面处理，进一步除去各个元件表面有机污染物，并减小膜层表面粗糙度，提高膜层表面质量，增加膜层表面势能。
(5)二次清洗，将等离子处理后的各个元件迅速投入RCA-1溶液中浸泡10～120min，进一步除去无机污染物，提高了各个元件的表面吸附OH-量。
(6)粘接退火，用去离子水冲洗各个元件并烘干，进行粘接后，经过10～48小时的常温放置后，再进行低温退火。
上述制作方法制成的光隔离器按要求进行划片切割，即可得到所需要的光隔离器器芯。
上述的各个元件粘接常温放置时施加压力。
上述的氧化物膜层为SiO2、Al2O3或Ta2O5，膜层厚度不超过500nm。
上述的离子体处理系统使用的气体可以是CF4、N2或O2单一气体或他们的混合气体。
上述的清洗过程与超声波配合清洗。
上述的RCA-1溶液为H2O2∶NH3.OH∶H2O＝1∶0.5～2∶5。
上述的低温退火的时间大于24h，退火温度低于240℃。
本发明采用以上技术方案，由于连接的元件之间一般为不同的材料，存在折射率差异，往往需要在连接表面上镀一层减反射膜，清洗的目的是清除元件上的油脂等各种有机物，再利用等离子处理减小膜层表面粗糙度，提高膜层表面质量，增加膜层表面势能，采用RCA-1溶液中浸泡提高了各个元件的表面吸附OH-量，如此即可实现光隔离器各个元件之间施压无胶粘接，并经过低温退火后粘接更牢固，以达到划片切割的要求，尤其经过退火处理后，消除了器件本身的内应力，提高了器件在不同环境温度下的稳定性，具有较好的机械和光学性能。
附图说明
现结合附图对本发明做进一步阐述：
图1是双级自由空间光隔离器的各个元件的分解示意图；
图2是双级自由空间光隔离器无胶粘接成一体的示意图；
图3是光隔离器无胶粘接后划片切割的光隔离器器芯；
图4是晶体型自由空间光隔离器的各个元件的分解示意图。
具体实施方式
本发明具体实施制作工艺如下：
实例1：请参阅图1或2所示，本发明以传统的双级自由空间型光隔离器为例，光隔离器包括三个偏振片1、13、15和两个法拉第旋转片12、14。其制作方法的工艺流程如下：
(1)抛光，首先将光隔离器的各个元件，包括三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14的连接表面111、121、122、131、132、141、142、151抛光，要求粗糙度的均方根值(RMS)小于1nm，面型起伏PV＜0.125λ@633nm(10mm×10mm大小)。
(2)镀膜，由于光隔离器的各个元件相连接的元件之间一般为不同的材料，各个元件存在折射率差异，因此需要在三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14的连接表面111、121、122、131、132、141、142、151上镀一层减反射膜，该膜层为常见的氧化物膜层，如SiO2、Al2O3或Ta2O5等，膜层厚度一般不超过500nm。
(3)初步清洗，将光隔离器的各个元件三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14放入乙醇或乙醇与其它试剂按一定比例配制而成的溶液中浸泡1～4小时，该清洗过程可以与超声波配合清洗，如此可以初步清除三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14的连接表面111、121、122、131、132、141、142、151上的油脂等各种有机物。
(4)等离子处理，将清洗干净的各个元件三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14置于等离子体处理系统中进行表面处理，使用的气体可以是CF4、N2、O2等单一气体或他们的混合气体，如此可以进一步除去光隔离器的各个元件三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14的连接表面111、121、122、131、132、141、142、151的有机污染物等，并减小膜层表面粗糙度，提高膜层表面质量，增加三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14的连接表面111、121、122、131、132、141、142、151的表面势能。
(5)二次清洗，将等离子处理后的各个元件三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14迅速投入RCA-1溶液中浸泡10～120min，RCA-1溶液为H2O2∶NH3.OH∶H2O＝1∶0.5～2∶5，在实际应用中，三者的比例可根据需要进行调整，该清洗过程可以与超声波配合进行，这样进一步除去无机污染物的同时，提高了各个元件三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14的连接表面111、121、122、131、132、141、142、151的表面吸附OH-量。
(6)粘接退火，用去离子水冲洗光隔离器的各个元件三个偏振片11、13、15和两个法拉第旋转片12、14并烘干后，按要求对各个元件进行粘接后，经过10～48小时的常温放置后，常温放置施加一定压力可获得更好的连接效果，再进行长时间的低温退火，可以采用烘烤箱中进行退火，退火时间一般大于24h，退火温度一般低于240℃。
如图3所示，将上述粘接好的光隔离器按要求进行划片切割，如划片切割成0.5mm×0.6mm规格，即可得到所需要的光隔离器器芯。粘接好的样品切割过程中各材料连接完好。
采用2个偏振片和一个旋转片制作单级光隔离器，也可以采用以上制作方法，
实例2：请参阅图4本发明还可以晶体型光隔离器为例，晶体型光隔离器包括两片晶体16、17，如YVO4晶体，和一片法拉第旋转片12。其制作方法的工艺流程如下：
(1)抛光，首先将光隔离器的各个元件，包括两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12的连接表面161、121、122、171抛光，要求粗糙度的均方根值(RMS)小于1nm，面型起伏PV＜0.125λ@633nm(10mm×10mm大小)。
(2)镀膜，在两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12的连接表面161、121、122、171上镀一层减反射膜，该膜层为常见的氧化物膜层，如SiO2、Al2O3或Ta2O5等，膜层厚度一般不超过500nm。
(3)初步清洗，将光隔离器的各个元件两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12放入乙醇或乙醇与其它试剂按一定比例配制而成的溶液中浸泡1～4小时，该清洗过程可以与超声波配合清洗，清除两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12的连接表面161、121、122、171上的油脂等各种有机物。
(4)等离子处理，将清洗干净的各个元件两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12置于等离子体处理系统中进行表面处理，使用的气体可以是CF4、N2、O2等单一气体或他们的混合气体，进一步除去光隔离器的各个元件两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12的连接表面161、121、122、171的有机污染物等，并减小膜层表面粗糙度，提高膜层表面质量，增加两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12的连接表面161、121、122、171的表面势能。
(5)二次清洗，将等离子处理后的各个元件两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12迅速投入RCA-1溶液中浸泡10～120min，RCA-1溶液为H2O2∶NH3.OH∶H2O＝1∶0.5～2∶5，在实际应用中，三者的比例可根据需要进行调整，该清洗过程可以与超声波配合进行，这样进一步除去无机污染物的同时，提高了各个元件两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12的连接表面161、121、122、171的表面吸附OH-量。
(6)粘接退火，用去离子水冲洗光隔离器的各个元件两片晶体16、17和一片法拉第旋转片12并烘干后，按要求对各个元件进行粘接后，经过10～48小时的常温放置后，常温放置施加一定压力可获得更好的连接效果，再进行长时间的低温退火。
综上所述，其它类型的光隔离器等，也可以采用相同或类似的制作方法。

Claims (8)

1、光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其工艺流程如下：
(1)抛光，将光隔离器的各个元件的连接表面抛光，要求粗糙度的均方根值(RMS)小于1nm，面型起伏PV＜0.125λ@633nm(10mm×10mm大小)。
(2)镀膜，在各个元件的连接表面上镀一层减反射膜，该膜层为氧化物膜层。
(3)初步清洗，将各个元件放入乙醇或乙醇按一定比例配制而成的溶液中浸泡1～4小时。
(4)等离子处理，将清洗干净的各个元件置于等离子体处理系统中进行表面处理，进一步除去各个元件表面有机污染物，并减小膜层表面粗糙度，提高膜层表面质量，增加膜层表面势能。
(5)二次清洗，将等离子处理后的各个元件迅速投入RCA-1溶液中浸泡10～120min，进一步除去无机污染物，提高了各个元件的表面吸附OH-量。
(6)粘接退火，用去离子水冲洗各个元件并烘干，进行粘接后，经过10～48小时的常温放置后，再进行低温退火。
2、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其制成的光隔离器按要求进行划片切割，即可得到所需要的光隔离器器芯。
3、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其各个元件粘接常温放置时施加压力。
4、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其氧化物膜层为SiO2、Al2O3或Ta2O5，膜层厚度不超过500nm。
5、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其离子体处理系统使用的气体可以是CF4、N2或O2单一气体或他们的混合气体。
6、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其清洗过程与超声波配合清洗。
7、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其RCA-1溶液为H2O2∶NH3.OH∶H2O＝1∶0.5～2∶5。
8、根据权利要求1所述的光隔离器的无胶连接制作方法，其特征在于：其低温退火的时间大于24h，退火温度低于240℃。
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