CN102162879A - 具有可插拔结构的透镜光纤、透镜光纤阵列及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可插拔结构的透镜光纤、透镜光纤阵列及其制备方法。其中，具有可插拔结构的透镜光纤包括微透镜、平头光纤；所述微透镜与所述平头光纤通过所述微透镜上的定位通孔活动连接。制作具有可插拔结构的透镜光纤的方法包括：制备带有定位通孔的微透镜；根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤。具有可插拔结构的透镜光纤阵列包括：多个光纤构成的光纤排和阵列微透镜。制作具有可插拔结构的透镜光纤阵列的方法包括：制备带有构成阵列的定位通孔的微透镜；根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤阵列。根据本发明提供的具有可插拔结构的透镜光纤，使用安全可靠，且灵活方便。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信和微光子器件测试领域，尤其涉及一种具有可插拔结构的透镜光纤、透镜光纤阵列及其制备方法。
背景技术
半导体激光器（LD）与光纤特别是与单模光纤（SMF）的耦合是光纤通信、光学传感、光电子器件领域的一项关键技术。而几乎所有的光纤系统都涉及到光纤端面耦合的问题，高效的耦合可以使从激光器发出的更多信号被光纤接收，提高信号噪声比。相反，耦合效率低时，有用信号将被淹没在背景噪声之中使得系统性能变差，为了提高信噪比，就需要提高激光器的输出功率这不仅会加重激光器的负担、增加能耗，而且更大的功率会产生更多的热量，对于光器件来说温度的升高造成器件性能的漂移是严重的，这就需要在散热方面做出更多、更精细的设计，必要时甚至还要额外增加制冷器件。所以说高效的耦合可以大大降低设计难度和封装成本。采用透镜光纤进行光路耦合是一种提高耦合效率的有效方式。此外，随着光学器件尺寸的不断减小，在实验室中光学器件的测量也经常会使用到这种透镜光纤，其目的也是为了提高耦合效率，以便更准确的评价光学器件性能。
透镜光纤是在直径125um的裸光纤端部磨削成锥状的光纤，虽然合适的透镜光纤使用起来非常方便，但是在调试中为了找到适合的光纤需要配备不同的锥角、不同的磨锥长度反复调试以达到最佳耦合效果。而一根这样的透镜光纤价格通常是普通平头光纤的5-6倍。这无疑增加了成本。而且这种光纤的清洗维护非常不便，稍不注意就会损坏锥尖，更为危险的是因为其无色、透明且又非常坚硬的材料特性，使得损坏的锥尖一旦扎进手指或其他部位将很难被剔除出去。一旦锥尖随着血液流动到身体其他部位对于使用者的生命也是一种潜在的威胁。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种安全可靠的具有可插拔结构的透镜光纤、透镜光纤阵列及其制备方法。
根据本发明的一个方面，提供具有可插拔结构的透镜光纤包括：
微透镜、平头光纤；所述微透镜与所述平头光纤通过设置在所述微透镜上的定位通孔活动连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种制作具有可插拔结构的透镜光纤的方法包括：制备带有定位通孔的微透镜；根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有可插拔结构的透镜光纤阵列包括多个光纤构成的光纤排和阵列微透镜；所述光纤排通过所述阵列微透镜上的定位通孔与所述阵列微透镜活动连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种制作具有可插拔结构的透镜光纤阵列的方法包括：制备带有构成阵列的定位通孔的微透镜； 根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤阵列。
本发明提供的具有可插拔结构的透镜光纤在使用时不仅安全，而且可以实现微光学透镜的批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例提供的具有插拔结构的透镜光纤的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的带有定位通孔的玻璃衬底的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的具有可插拔结构的阵列透镜光纤阵列的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例提供的一种具有可插拔结构的透镜光纤，其包括：微透镜101、平头光纤103。平头光纤103通过定位通孔102与微透镜101活动连接。如图2所示，微透镜103包括玻璃衬底204。玻璃衬底204一面涂覆有光刻胶，光刻胶定义出分离的不同大小的图形区域。其中，各图形区域几何中心与玻璃衬底背面定位通孔102的圆心重合。玻璃衬底204另一面粘结有带有定位通孔102的硅衬底203。定位通孔102的外径与光纤的外径相同。
该具有可插拔结构的透镜光纤可通过以下方法进行制备：
步骤S1：具有定位结构衬底的制备。如图2所示首先在硅衬底203上通过干法刻蚀形成与光纤外径相同的定位通孔102。硅衬底203经过必要清洗后与玻璃衬底201通过直接键合工艺粘结在一起，形成新的带有定位通孔102的玻璃衬底204。
步骤S2：微透镜制备。在玻璃衬底204上涂覆光刻胶，并通过具有背面对准功能的光刻工艺，将光刻胶定义出分离的不同大小的图形区域。各图形区域几何中心要与背面通孔的圆心重合。将光刻胶加热至使胶体呈熔融状态，此时，光刻胶由于表面张力形成凸透镜结构。通过选择性刻蚀将胶体透镜转移到玻璃衬底204上形成玻璃微透镜。
步骤S3：透镜光纤制备。将上述步骤中制备好的微透镜的玻璃衬底204划片分割后套装在平头裸光纤端部即可。其中，划片是用高速旋转的金刚刀将整片衬底切割成小片。
如图3所示，一种具有可插拔结构的透镜光纤阵列，其包括由多个光纤构成的光纤排301和阵列微透镜303。光纤排301通过阵列微透镜303上的定位通孔302与阵列微透镜303活动连接。阵列微透镜包括玻璃衬底。玻璃衬底一面涂覆有光刻胶，光刻胶定义出分离的不同大小的图形区域。其中，各图形区域几何中心与玻璃衬底背面定位通孔302的圆心重合。玻璃衬底另一面粘结有带有定位通孔的硅衬底；定位通孔302的外径与光纤的外径相同。
该具有可插拔结构的透镜光纤阵列可通过以下方法进行制备：
步骤A1：具有特定拓扑定位结构阵列的衬底制备。如图2所示在硅衬底203上光刻出刻蚀区，刻蚀区间距按阵列（例如1×4，1×6等）要求定义，再在硅衬底203上通过干法刻蚀形成与光纤外径相同的定位通孔；硅衬底203经过必要清洗后与玻璃衬底201通过直接键合工艺粘结在一起，形成新的带有定位通孔的玻璃衬底204。
步骤A2：微透镜制备。在玻璃衬底204上涂覆光刻胶，并通过具有背面对准功能的光刻工艺，将光刻胶定义出分离的图形区域，各图形区域几何中心要与背面通孔的圆心重合。将光刻胶加热至熔融状态，光刻胶由于表面张力形成热回流胶体凸透镜，再通过选择性刻蚀将胶体透镜转移到带有定位通孔的玻璃衬底204上形成微透镜。
步骤A3：透镜光纤制备。将上述步骤中制备好的微透镜的玻璃衬底204按照设计要求划片分割成微透镜阵列（例如1×4或1×6的微透镜阵列等），之后将微透镜阵列套装在平头光纤阵列上。
本发明提供的具有可插拔结构的透镜光纤及透镜光纤阵列具有以下有益效果：
（1）通过微电子加工手段可以实现微光学透镜的批量生产，进而通过定位结构使得普通光纤具有透镜光纤的性能，实现批量制作透镜光纤的工艺方法。
（2）在实际应用中一个光纤可以更换不同的透镜通孔实现不同的光路调整功能，使得在操作中具有更好的灵活性。
（3）当透镜光纤发生折损时，只要将光纤重新切割出平头端面然后再插上微透镜接头即可重新获得一根透镜光纤，这几乎没有造成任何成本的损失。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种具有可插拔结构的透镜光纤，其特征在于，包括：
微透镜、平头光纤；所述微透镜与所述平头光纤通过所述微透镜上的定位通孔活动连接。
2.根据权利要求2所述的透镜光纤，其特征在于，所述微透镜包括：
玻璃衬底；所述玻璃衬底一面涂覆有光刻胶，所述光刻胶定义出分离的不同大小的图形区域，其中，各图形区域几何中心与玻璃衬底背面所述定位通孔的圆心重合；所述玻璃衬底另一面粘结有带有定位通孔的硅衬底；所述定位通孔的外径与光纤的外径相同。
3.一种制作具有可插拔结构的透镜光纤的方法，其特征在于，包括：
制备带有定位通孔的微透镜；
根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述制备带有定位通孔的微透镜包括：
制备带有定位通孔的玻璃衬底；
在所述玻璃衬底上涂覆光刻胶，通过光刻工艺将所述光刻胶定义出分离的不同大小的图形区域；所述图形区域几何中心与所述定位通孔的圆心重合；
将光刻胶加热至熔融状态，形成热回流胶体凸透镜；
通过选择性刻蚀将所述热回流胶体凸透镜转移到玻璃衬底上形成微透镜。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤包括：
将所述微透镜的玻璃衬底进行划片分割；
将所述微透镜套装在所述平头光纤端部。
6.一种具有可插拔结构的透镜光纤阵列，其特征在于，包括：
多个光纤构成的光纤排和阵列微透镜；所述光纤排通过所述阵列微透镜上的定位通孔与所述阵列微透镜活动连接。
7.根据权利要求6所述的透镜光纤阵列，其特征在于，所述微透镜包括：
玻璃衬底；所述玻璃衬底一面涂覆有光刻胶，所述光刻胶定义出分离的不同大小的图形区域，其中，各图形区域几何中心与玻璃衬底背面所述定位通孔的圆心重合；所述玻璃衬底另一面粘结有带有定位通孔的硅衬底；所述定位通孔的外径与光纤的外径相同。
8.根据权利要求7所述的透镜光纤阵列，其特征在于：
所述硅衬底上有刻蚀区，所述刻蚀区的间距是按阵列要求定义，所述硅衬底上有通过干法刻蚀形成与光纤外径相同的所述定位通孔。
9.一种制作具有可插拔结构的透镜光纤阵列的方法，其特征在于，包括：
制备带有构成阵列的定位通孔的微透镜；
根据所述带有定位通孔的微透镜制备所述透镜光纤阵列。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制备带有构成阵列的定位通孔的微透镜包括：
在硅衬底上光刻出刻蚀区，刻蚀区间距按阵列要求定义；
硅衬底上通过干法刻蚀形成与光纤外径相同的定位通孔；
将硅衬底与玻璃衬底通过直接键合工艺粘结在一起，形成带有定位通孔的玻璃衬底；
在带有定位通孔的玻璃衬底上涂覆光刻胶，通过光刻工艺将光刻胶定义出分离的图形区域，各图形区域几何中心与背面通孔的圆心重合；
将光刻胶加热至胶体呈熔融状态，形成热回流胶体凸透镜；
通过选择性刻蚀将胶体透镜转移到玻璃衬底上形成微透镜。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制备带有构成阵列的定位通孔的微透镜包括：
将微透镜的玻璃衬底划片分割成微透镜阵列；
将所述微透镜阵列套装在所述平头光纤阵列上。
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