CN102707461A - 偏振无关光学隔离器的制造方法、光学件键合工艺和溶液 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种偏振无关光学隔离器的制造方法，先将第一双折射晶体平片、偏振旋转晶体平片、第二双折射晶体平片切割为同样的大通光尺寸。用氢氧催化键合工艺键合成一个大通光尺寸的复合晶体平片，再切成长条；磨抛楔角平面；镀制对空气增透的增透膜；按实际使用的尺寸切割成一体化的键合隔离器芯；最后组装成一个完整的偏振无关光纤在线隔离器。本发明无需单独制造隔离器芯的各分立光学元件，还保证了光路无胶，各光学部件之间不存在空气间隙，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，不仅减小偏振的相关损耗，提高了隔离器芯的使用范围及使用寿命，还很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种偏振无关光学隔离器的制造方法、光学件键合工艺和键合溶液。
【背景技术】
在光通信系统中，信号光在传输过程中会经过许多不同的光学界面，其经过每一个光学界面均会出现不同程度的反射，而反射产生的回程光可能会沿原光学路径返回光源，势必造成光源工作不稳定，产生频率漂移、信号衰减变化等问题，从而影响整个光通讯系统正常工作。为了避免回程光对光源等器件产生影响，必须以光隔离器抑制回程光，以确保光通信系统的工作质量。而光隔离器是一种对正向传输光具有很低插入损耗，对反向传输光有很大衰减的非互易性无源器件，用以抑制光通讯系统中回程光对光源所造成的不利影响。
图1是现有的最通常的一种偏振无关光学隔离器结构图，由输入光纤准直器1’，隔离器芯2’及输出光纤准直器3’组成。其中最关键的部件为隔离器芯2’，其组成包括：在正向传输光路上，依次为第一双折射晶体楔角片201’、偏振旋转器202’、第二双折射晶体楔角片203’。其中双折射晶体楔角片201’及203’可将通过的光束分成偏振方向互相垂直的O光和E光，偏振旋转晶体202’为45°的法拉第旋转晶片，在饱和磁场作用下，使通过该偏振旋转晶体的偏振光振动面发生45°旋转。而该第二双折射晶体楔角片光轴203’与第一双折射晶体201’光轴相互成45°夹角。当信号光正向传输时，信号光经第一光纤准直器1’准直，进入第一双折射晶体楔角片201’，光束被分为O光和E光，其偏振方向互相垂直，当它们经过45°的偏振旋转晶体202’时，出射的O光和E光的振动面各自向同一个方向旋转45°，由于第二双折射晶体楔角片203’光轴相对于第一双折射晶体楔角片201’光轴正好呈45°，所以O光和E光被第二双折射晶体楔角片203’折射汇聚到一起，进入第二光纤准直器3’耦合到光纤中，因而正向光以极小的损耗通过光隔离器。由于法拉第效应的非互易性，当光束反向传输时，首先经过第二双折射晶体楔角片203’，分为偏振面与第一双折射晶体楔角片201’光轴成45°的O光及E光，当该两偏振光经45°的偏振旋转晶体202’时，其共振面继续与正向光旋转一致的方向旋转45°，因此回射的两分离光束O光及E光相对于第一双折射晶体楔角片201’，其性质彼此进行了互换，即第二双折射晶体楔角片203’出射的O光相对于第一双折射晶体楔角片201’变成了E光，而自第二双折射晶体楔角片203’出射出的E光相对于第一双折射晶体楔角片201’变成了O光，由于O光和E光的折射率等性质不同使得两分离光束不再沿原光路汇聚进入光纤1’，反而被第一双折射晶体楔角片201’进一步分开成较大的角度，而不能耦合进入第一光纤准直装置1’中，进而达到反向隔离的目的。
因现有光隔离器芯2’由分立的第一双折射晶体楔角片201’、旋转晶体202’、第二双折射晶体楔角片203’组成。其缺点一为，在实际制造隔离器芯2’过程中，需要分别制造出精密的隔离器芯光学组件201’、202’、203’，然后再依靠夹具，以一定的工序，花费大量工时，调整隔离器芯各个光学组件的相对位置并在侧面用胶固定。用这种方法生产装配光学隔离器芯2’，不仅制造工艺复杂，花费工时长，而且成品率也不高，可靠性不佳。其缺点二为，在光信号正向传输方向上，因隔离器芯2’各光学组件之间存在着一定的空气间隙，加大了O光及E光的光束走离，加大了O光及E光之间的间隔，由此带来了因O光E光光束分离产生的偏振相关损耗。另外，因隔离器芯2’各个组成部件均为分立件，装配两双折射晶体楔角片时，两楔角面平行度无法达到单个光学元件所能达到的平行度要求，从而使得从隔离器芯出射的O光和E光不再平行，由此又进一步附加了偏振相关损耗。
为了克服由分立光学组件装配而成隔离器芯的固有缺陷，美国专利US6600601，发明了一种新的隔离器芯的制造方法，其技术特点是先加工成通光尺寸为长条状的隔离器芯组件，即长条状的第一双折射晶体楔角片、长条状的旋转晶体、长条状的第二双折射晶体楔角片，并用胶胶合的方法，将第一双折射晶体楔角长条，旋转晶体长条，第二双折射晶体楔角长条胶合成一个长条状的隔离器芯，并再进一步将长条状隔离器芯切成小尺寸隔离器芯片。该方法虽然能将分立光学件胶合成一整体，避免了由分立光学元件装配而成的隔离器芯的缺点，但因用胶胶合的方法，使得通光面有胶，限制了其使用范围及使用寿命。另外，因胶合隔离器芯是从长条开始加工，胶合再切小，还是无法满足大批量生产的需求，从生产效率来说，工时节约不明显。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种偏振无关光学隔离器的制造方法，无需单独制造隔离器芯的各分立光学元件并花费大量工时调整装配成隔离器芯组件，还保证了光路无胶，各光学部件之间不存在空气间隙，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，不仅减小了偏振相关损耗，提高了隔离器芯的使用范围及使用寿命，还很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
上述的技术问题是这样实现的：一种偏振无关光学隔离器的制造方法，其包括：
步骤10、两偏振选择晶片准备：取一对大通光尺寸的双折射晶片，磨抛其键合面，两双折射晶片的键合面相向，两双折射晶片的光轴夹角为45°，且两光轴均平行于键合面；两键合面经磨抛后，面形优于λ/4，光洁度优于60-40(本发明中提到的光洁度均为美军标MIL-PRF-1383B)，粗糙度优于均方根2纳米，并且在已抛光的键合面上镀使用波长范围内的对SiO2材料的增透膜，且增透膜最外层为SiO2薄膜材料，得到第一和第二偏振选择晶片；
一偏振旋转器晶片准备：取一片与偏振选择晶片同样通光尺寸的45°旋转角的法拉第旋转晶片，表面抛光，面形优于λ/4，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2纳米，并且在两通光表面镀使用波长范围内的对SiO2材料的增透膜，且增透膜最外层为SiO2薄膜材料；
步骤20、键合：先将第一偏振选择晶片键合面朝上，并将键合表面擦拭干净后滴0.4-1微升/平方厘米的键合液，再取所述偏振旋转器晶片并擦拭干净，将其中一个面朝下放置于第一偏振选择晶片键合面之上并对准，依同样方法在所述偏振旋转器晶片的上表面键合第二偏振选择晶片，使两个偏振选择晶片光轴夹角为45°放置对准，在三个晶片对准放置后，加5-15Kg/cm2的压力，并保持2-4个小时，之后取出放置炉子热处理100~200℃至少24小时;得到大通光尺寸的复合一体的键合基片；
其中，所述键合液的配制方法为：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2，再按体积比取2至6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得；
步骤30、切条：将所得的键合基片按其中一个通光尺寸要求切成长条状；
步骤40、磨抛：将长条状的键合复合基片磨抛成楔角平面，并用此平面光胶上盘，磨抛另一个楔角平面，两个楔角平面相互平行；
步骤50、镀膜：将磨抛后的两楔角平面在其使用波长范围内镀制对空气增透的增透膜；
步骤60、长条切小：按最终要求的通光面尺寸，将长条键合基片切成复合隔离器芯；
步骤70、组装：将所得的隔离器芯与磁环、玻璃套管、两光纤准直器组装成一个完整的偏振无关光学隔离器。
进一步地，所述双折射晶片为正的双折射晶体或负的双折射晶体；所述法拉第旋转晶片为非互易性法拉第旋转晶片。其中，所述述双折射晶片可以为铌酸锂晶体或钒酸钇晶体；所述的非互易性法拉第旋转晶片可以是带有磁环的石镏石单晶或由具有磁性的石镏石单晶构成。
其优点在于：
1、能从大的通光尺寸键合工序开始做起，直到切小成键合隔离器芯片，无需单独制造隔离器芯的各分立光学元件并花费大量工时调整装配成隔离器芯组件，从而很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
2、因键合时通光面采用富含硅离子的键合溶液，保证了光路无胶，提高了隔离器芯的使用范围及使用寿命。
3、因键合成一体化的隔离器芯，各光学部件之间不存在空气间隙，缩短了正向传输的光程，使O光及E光的走离变小，减小了O光及E光之间的间隔，从而减小了由O光及E光分离带来的偏振相关损耗。另外，因先键合成一体，再磨抛楔角面，这种工艺能保证两楔角面具有很高的平行度精度，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，从而克服了由分立元件装配而成的隔离器芯特有的O光及E光之间不平行出射导致的偏振相关损耗大的问题。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种光学件键合工艺，可将各个组成光学件键合成一体，无需单独制造各分立光学元件并花费大量工时调整装配成成品组件，还保证了光路无胶，各光学部件之间不存在空气间隙，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，不仅减小了偏振相关损耗，提高了成品组件的使用范围及使用寿命，还很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
上述的技术问题是这样实现的：一种光学件键合工艺，其采用氢氧催化键合工艺将各个组成光学件键合成一体，该氢氧催化键合工艺包括
步骤1、键合液的配制：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2，再按体积比取2~6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后待用；
步骤2、待键合的晶片表面处理：将待键合的晶片的待键合面抛光，面形优于λ/4，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2nm，并且在抛光表面上镀使用波长范围内对SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外层为SiO2薄膜材料；
步骤3、待键合晶片表面清洁：镀膜后的待键合晶片表面用酒精、乙醚按体积比1：1的溶液擦拭干净后等待键合；
步骤4、晶片键合：先取第一待键合晶片，使键合面朝上，吸取0.4-1.0微升/平方厘米的键合液滴在晶片的键合面上，再取第二待键合晶片，使该第二待键合晶片的键合面朝下对准放置于第一待键合晶片的上表面上，再吸取0.4-1.0微升/平方厘米的键合液滴在第二待键合晶片的上表面上，依此类推，键合第三待键合晶片；
步骤5、加压：用夹具使键合片四边对齐，并在键合片的上下两表面上均匀地施加压力，压力范围在5-15Kg/cm2，室温下保持压力2~4小时；
步骤6、热处理：从加压夹具取出键合片，并放置炉内热处理100℃-200℃之间，至少24小时结束。
其优点在于：利用本发明的光学件键合工艺，可以将第一双折射晶体平片、偏振旋转晶体平片以及第二双折射晶体平片有效地键合，无需单独制造各分立光学元件并花费大量工时调整装配成成品组件，还保证了光路无胶，各光学部件之间不存在空气间隙，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，不仅减小了偏振相关损耗，提高了成品组件的使用范围及使用寿命，还很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
本发明要解决的技术问题之三，在于提供一种光学件键合溶液，其用于键合第一双折射晶体平片、偏振旋转晶体平片以及第二双折射晶体平片，无需单独制造各分立光学元件并花费大量工时调整装配成成品组件，还保证了光路无胶，各光学部件之间不存在空气间隙，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，不仅减小了偏振相关损耗，提高了成品组件的使用范围及使用寿命，还很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
上述的技术问题是这样实现的：一种光学件键合溶液，其采用氢氧催化键合工艺将各个组成光学件键合成一体，该键合溶液采用下述方法制备：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2，再按体积比取2~6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得所述光学件键合溶液。
其优点在于：利用本发明的光学件键合溶液，可将各个组成光学件键合成一体，无需单独制造各分立光学元件并花费大量工时调整装配成成品组件，还保证了光路无胶，各光学部件之间不存在空气间隙，克服了由分立光学件装配很难克服的平行度问题，不仅减小了偏振相关损耗，提高了成品组件的使用范围及使用寿命，还很大程度地降低了生产成本，提高了生产效率。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为现有的偏振无关光纤隔离器结构图。
图2为本发明偏振无关光纤键合隔离器结构示意图。
图3为本发明隔离器芯加工过程的键合工艺过程示意图。
图4为本发明隔离器芯加工过程的切条过程示意图。
图5和图6为本发明隔离器芯加工过程的磨抛过程示意图。
图7为本发明隔离器芯加工过程的长条切小的过程示意图。
图8为本发明隔离器完整的装配示意图。
图9为本发明隔离器的典型的隔离度随波长变化曲线图。
【具体实施方式】
一、光学件的键合溶液
该光学件的键合溶液采用氢氧催化键合工艺将各个组成光学件键合成一体。
实施例1
键合溶液配制：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10%的NaOH和25%的SiO2，再按体积比取2份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得。
实施例2
键合溶液配制：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比14%的NaOH和30%的SiO2，再按体积比取6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得。
实施例3
键合溶液配制：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比12%的NaOH和28%的SiO2，再按体积比取5份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得。
二、光学件的键合工艺
该工艺是一种氢氧催化键合工艺，采用氢氧催化键合工艺将各个组成光学件键合成一体。
实施例4
步骤1、键合液的配制：按上述实施例1的方法配制键合溶液；
步骤2、待键合的晶片表面处理：将待键合的晶片的待键合面抛光，面形为λ/4，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2nm，并且在抛光表面上镀使用波长范围内对SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外层为SiO2薄膜材料；
步骤3、待键合晶片表面清洁：镀膜后的待键合晶片表面用酒精乙醚按体积比1：1的溶液擦拭干净后等待键合；
步骤4、晶片键合：先取第一待键合晶片，使键合面朝上，吸取0.4微升/平方厘米的键合液滴在晶片的键合面上，再取第二待键合晶片，使该第二待键合晶片的键合面朝下对准放置于第一待键合晶片的上表面上，再吸取0.4微升/平方厘米的键合液滴在第二待键合晶片的上表面上，依此类推，键合第三待键合晶片；
步骤5、加压：用夹具使键合片四边对齐，并在键合片的上下两表面上均匀地施加压力，压力范围在5Kg/cm2，室温下保持压力4小时；
步骤6、热处理：从加压夹具取出键合片，并放置炉内热处理100℃达至少24小时结束。
实施例5
步骤1、键合液的配制：按上述实施例2的方法配制键合溶液；
步骤2、待键合的晶片表面处理：将待键合的晶片的待键合面抛光，面形为λ/6，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2nm，并且在抛光表面上镀使用波长范围内对SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外层为SiO2薄膜材料；
步骤3、待键合晶片表面清洁：镀膜后的待键合晶片表面用酒精乙醚按体积比1：1的溶液擦拭干净后等待键合；
步骤4、晶片键合：先取第一待键合晶片，使键合面朝上，吸取0.7微升/平方厘米的键合液滴在晶片的键合面上，再取第二待键合晶片，使该第二待键合晶片的键合面朝下对准放置于第一待键合晶片的上表面上，再吸取0.7微升/平方厘米的键合液滴在第二待键合晶片的上表面上，依此类推，键合第三待键合晶片；
步骤5、加压：用夹具使键合片四边对齐，并在键合片的上下两表面上均匀地施加压力，压力范围在10Kg/cm2，室温下保持压力3小时；
步骤6、热处理：从加压夹具取出键合片，并放置炉内热处理150℃达至少24小时结束。
实施例6
步骤1、键合液的配制：按上述实施例2的方法配制键合溶液；
步骤2、待键合的晶片表面处理：将待键合的晶片的待键合面抛光，面形为λ/8，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2nm，并且在抛光表面上镀使用波长范围内对SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外层为SiO2薄膜材料；
步骤3、待键合晶片表面清洁：镀膜后的待键合晶片表面用酒精乙醚按体积比1：1的溶液擦拭干净后等待键合；
步骤4、晶片键合：先取第一待键合晶片，使键合面朝上，吸取1.0微升/平方厘米的键合液滴在晶片的键合面上，再取第二待键合晶片，使该第二待键合晶片的键合面朝下对准放置于第一待键合晶片的上表面上，再吸取1.0微升/平方厘米的键合液滴在第二待键合晶片的上表面上，依此类推，键合第三待键合晶片；
步骤5、加压：用夹具使键合片四边对齐，并在键合片的上下两表面上均匀地施加压力，压力范围在15Kg/cm2，室温下保持压力2小时；
步骤6、热处理：从加压夹具取出键合片，并放置炉内热处理200℃达至少24小时结束。
三、偏振无关光学隔离器的制造方法
本发明的偏振无关光学隔离器的制造方法用于制造如图2所示的偏振无关光学隔离器，该偏振无关光学隔离器的隔离器芯2为键合成一体化的隔离器芯，中间的偏振旋转器晶片202分别与两端的第一偏振选择晶片201及第二偏振选择晶片203之间不存在空气间隙，缩短了正向传输的光程，使O光及E光的距离变小，减小了O光及E光之间的间隔，从而减小了由O光及E光分离带来的偏振相关损耗。
实施例7
步骤10、两偏振选择晶片准备：取一对大通光尺寸的铌酸锂（LiNbO3）材料的双折射晶片，如图3所示，定向切割下料，定向角为22.5°±0.2°，晶体平片尺寸为11mm×11mm×1mm，两双折射晶片的光轴夹角为45°，且两光轴均平行于键合面，并其中一边倒角做光轴标识；磨抛其键合面，磨抛去除量0.5mm，两双折射晶片的键合面相向，两键合面经磨抛后，面形λ/8，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根0.7nm，并且在已抛光的键合面上镀使用波长范围1550nm±30nm内的对SiO2材料增透的增透膜，单面反射率<0.2%，且增透膜最外层为SiO2薄膜材料，得到第一和第二偏振选择晶片；
一偏振旋转器晶片准备：选用需外加磁场的45°旋转角的石镏石晶体，即需带有磁环的石镏石单晶，购自Integrated Photonics,Inc.，尺寸11mm×11mm×0.39mm，旋转角度为45°±°,消光比大于40dB,表面抛光，面形为λ/8，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根1纳米，并且在两通光表面镀使用波长范围1550nm±30nm内的对SiO2材料增透的增透膜，单面反射率<0.2%，且增透膜最外层为SiO2薄膜材料。
步骤20、键合液的配制：取一份适量体积的市售的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比14%的NaOH和28%的SiO2，再按体积比取4份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得，过滤后的溶液直接导入塑料针筒密封室温保存，为晶体键合备用；
键合：先将第一偏振选择晶片键合面朝上，并将键合表面用酒精与已醚按体积比1:1的混合溶液擦拭干净后滴0.4微升/平方厘米的键合液，再取所述偏振旋转器晶片并擦拭干净，将其中一个面朝下放置于第一偏振选择晶片键合面之上并对准，依同样方法在所述偏振旋转器晶片的上表面键合第二偏振选择晶片，即将所述偏振旋转器晶片的上表面用酒精与已醚按体积比1:1的混合溶液擦拭干净后滴0.4微升/平方厘米的键合液，将第二偏振选择晶片的键合面朝下放置于偏振旋转器晶片的上表面上，并使两个偏振选择晶片光轴夹角为45°放置对准，在三个晶片对准放置后，加8Kg/cm2的压力，并保持4个小时，之后取出放置炉子热处理100℃48小时;得到大通光尺寸的复合一体的键合基片。
步骤30、切条：如图4所示，将所得的键合基片按其中一个通光尺寸要求切成长条状，尺寸为0.7mm×11mm×1.39mm。
步骤40、磨抛：如图5和图6所示，将长条状的键合复合基片磨抛成楔角平面，并用此平面光胶上盘，磨抛另一个楔角平面，两个楔角平面相互平行；具体是：长条状的键合复合基片上12°靠体，将第一铌酸锂偏振片磨抛成与侧面成12°角的楔角平面。磨抛去除量为0.2mm，光洁度40-20，均方根粗糙度0.5nm。下盘清洗，将第一铌酸锂偏振片光胶上盘，磨抛第二楔角面，磨抛量0.2mm，光洁度40-20，均方根粗糙度0.5nm，并且两个楔角平面相互平行，平行度小于1′。
步骤50、镀膜：将磨抛后的两楔角平面在其使用波长范围1550nm±30nm内镀制对空气增透的增透膜，单面反射率<0.2%。
步骤60、长条切小：如图7所示，按最终要求的通光面尺寸，将长条键合基片切成复合隔离器芯，最终尺寸0.7mm×0.7mm×0.81mm。
步骤70、组装：如图8所示，将所得的隔离器芯2与D-ROD型玻璃支架4用胶粘接、再与磁环5、玻璃套管6、金属套管7及输入光纤准直器1和输出光纤准直器3组装成一个完整的偏振无关光学隔离器。
实施例8
步骤10、两偏振选择晶片准备：和实施例7的区别仅在于选择一对大通光尺寸的钒酸钇材料的双折射晶片，两键合面经磨抛后，面形λ/6，其它参见实施例7；
一偏振旋转器晶片准备：和实施例7的区别仅在于选用具有45°旋转角的磁性石镏石单晶，表面抛光后面形为λ/6，其它参见实施例7。
步骤20、键合液的配制：取一份适量体积的市售的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比12%的NaOH和25%的SiO2，再按体积比取5份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得，过滤后的溶液直接导入塑料针筒密封室温保存，为晶体键合备用；
键合：先将第一偏振选择晶片键合面朝上，并将键合表面用酒精与已醚按体积比1:1的混合溶液擦拭干净后滴0.7微升/平方厘米的键合液，再取所述偏振旋转器晶片并擦拭干净，将其中一个面朝下放置于第一偏振选择晶片键合面之上并对准，依同样方法在所述偏振旋转器晶片的上表面键合第二偏振选择晶片，即将所述偏振旋转器晶片的上表面用酒精与已醚按体积比1:1的混合溶液擦拭干净后滴0.7微升/平方厘米的键合液，将第二偏振选择晶片的键合面朝下放置于偏振旋转器晶片的上表面上，并使两个偏振选择晶片光轴夹角为45°放置对准，在三个晶片对准放置后，加12Kg/cm2的压力，并保持3个小时，之后取出放置100℃炉子热处理72小时;得到大通光尺寸的复合一体的键合基片。
步骤30、切条：如图4所示，将所得的键合基片按其中一个通光尺寸要求切成长条状，尺寸为0.7mm×11mm×1.39mm。
步骤40、磨抛：如图5和图6所示，将长条状的键合复合基片磨抛成楔角平面，并用此平面光胶上盘，磨抛另一个楔角平面，两个楔角平面相互平行；具体是：长条状的键合复合基片上12°靠体，将第一铌酸锂偏振片磨抛成与侧面成12°角的楔角平面。磨抛去除量为0.2mm，光洁度40-20，均方根粗糙度0.5nm。下盘清洗，将第一铌酸锂偏振片光胶上盘，磨抛第二楔角面，磨抛量0.2mm，光洁度40-20，均方根粗糙度0.5nm，并且两个楔角平面相互平行，平行度小于1′。
步骤50、镀膜：将磨抛后的两楔角平面在其使用波长范围1550nm±30nm内镀制对空气增透的增透膜，单面反射率<0.2%。
步骤60、长条切小：如图7所示，按最终要求的通光面尺寸，将长条键合基片切成复合隔离器芯，最终尺寸0.7mm×0.7mm×0.81mm。
步骤70、组装：如图8所示，将所得的隔离器芯2与D-ROD型玻璃支架4用胶粘接、再与磁环5、玻璃套管6、金属套管7及输入光纤准直器1和输出光纤准直器3组装成一个完整的偏振无关光学隔离器。
实施例9
步骤10、两偏振选择晶片准备：两键合面经磨抛后，面形λ/4，其余和实施例7相同，具体参见实施例7；
一偏振旋转器晶片准备：表面抛光后面形为λ/4，其余和实施例7相同，具体参见实施例7。
步骤20、键合液的配制：取一份适量体积的市售的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比14%的NaOH和30%的SiO2，再按体积比取6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得，过滤后的溶液直接导入塑料针筒密封室温保存，为晶体键合备用；
键合：先将第一偏振选择晶片键合面朝上，并将键合表面用酒精与已醚按体积比1:1的混合溶液擦拭干净后滴1微升/平方厘米的键合液，再取所述偏振旋转器晶片并擦拭干净，将其中一个面朝下放置于第一偏振选择晶片键合面之上并对准，依同样方法在所述偏振旋转器晶片的上表面键合第二偏振选择晶片，即将所述偏振旋转器晶片的上表面用酒精与已醚按体积比1:1的混合溶液擦拭干净后滴1微升/平方厘米的键合液，将第二偏振选择晶片的键合面朝下放置于偏振旋转器晶片的上表面上，并使两个偏振选择晶片光轴夹角为45°放置对准，在三个晶片对准放置后，加15Kg/cm2的压力，并保持2个小时，之后取出放置200℃炉子热处理24小时;得到大通光尺寸的复合一体的键合基片。
步骤30、切条：如图4所示，将所得的键合基片按其中一个通光尺寸要求切成长条状，尺寸为0.7mm×11mm×1.39mm。
步骤40、磨抛：如图5和图6所示，将长条状的键合复合基片磨抛成楔角平面，并用此平面光胶上盘，磨抛另一个楔角平面，两个楔角平面相互平行；具体是：长条状的键合复合基片上12°靠体，将第一铌酸锂偏振片磨抛成与侧面成12°角的楔角平面。磨抛去除量为0.2mm，光洁度40-20，均方根粗糙度0.5nm。下盘清洗，将第一铌酸锂偏振片光胶上盘，磨抛第二楔角面，磨抛量0.2mm，光洁度40-20，均方根粗糙度0.5nm，并且两个楔角平面相互平行，平行度小于1′。
步骤50、镀膜：将磨抛后的两楔角平面在其使用波长范围1550nm±30nm内镀制对空气增透的增透膜，单面反射率<0.2%。
步骤60、长条切小：如图7所示，按最终要求的通光面尺寸，将长条键合基片切成复合隔离器芯，最终尺寸0.7mm×0.7mm×0.81mm。
步骤70、组装：如图8所示，将所得的隔离器芯2与D-ROD型玻璃支架4用胶粘接、再与磁环5、玻璃套管6、金属套管7及输入光纤准直器1和输出光纤准直器3组装成一个完整的偏振无关光学隔离器。
按实例7，实例8，实例9加工的隔离器，测试结果如下：
温度范围-5~70℃，波长范围1530~1570nm，插入损耗小于0.5dB；
温度范围-5~70℃，波长范围1530~1570nm，回波损耗大于55dB；
温度范围-5~70℃，波长范围1530~1570nm，偏振相关损耗小于0.05dB；
室温23℃，中心波长1550nm，典型的隔离度随温度变化曲线见图9。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种偏振无关光学隔离器的制造方法，其特征在于：包括：
步骤10、两偏振选择晶片准备：取一对大通光尺寸的双折射晶片，磨抛其键合面，两双折射晶片的键合面相向，两双折射晶片的光轴夹角为45°，且两光轴均平行于键合面；两键合面经磨抛后，面形优于λ/4，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2纳米，并且在已抛光的键合面上镀使用波长范围内的对SiO2材料的增透膜，且增透膜最外层为SiO2薄膜材料，得到第一和第二偏振选择晶片；
一偏振旋转器晶片准备：取一片与偏振选择晶片同样通光尺寸的45°旋转角的法拉第旋转晶片，表面抛光，面形优于λ/4，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2纳米，并且在两通光表面镀使用波长范围内的对SiO2材料的增透膜，且增透膜最外层为SiO2薄膜材料；
步骤20、键合：先将第一偏振选择晶片键合面朝上，并将键合表面用酒精与已醚按体积比1∶1的混合溶液擦拭干净后滴0.4-1微升/平方厘米的键合液，再取所述偏振旋转器晶片并用酒精与已醚按体积比1∶1的混合溶液擦拭干净，将其中一个面朝下放置于第一偏振选择晶片键合面之上并对准，依同样方法在所述偏振旋转器晶片的上表面键合第二偏振选择晶片，使两个偏振选择晶片光轴夹角为45°放置对准，在三个晶片对准放置后，加5-15Kg/cm2的压力，并保持2-4个小时，之后取出放置炉子热处理100~200℃至少24小时;得到大通光尺寸的复合一体的键合基片；
其中，所述键合液的配制方法为：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2，再按体积比取2至6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得；
步骤30、切条：将所得的键合基片按其中一个通光尺寸要求切成长条状；
步骤40、磨抛：将长条状的键合复合基片磨抛成楔角平面，并用此平面光胶上盘，磨抛另一个楔角平面，两个楔角平面相互平行；
步骤50、镀膜：将磨抛后的两楔角平面在其使用波长范围内镀制对空气增透的增透膜；
步骤60、长条切小：按最终要求的通光面尺寸，将长条键合基片切成复合隔离器芯；
步骤70、组装：将所得的隔离器芯与磁环、玻璃套管、两光纤准直器组装成一个完整的偏振无关光学隔离器。
2.根据权利要求1所述的偏振无关光学隔离器的制造方法，其特征在于：所述双折射晶片为正的双折射晶体或负的双折射晶体；所述法拉第旋转晶片为非互易性法拉第旋转晶片。
3.根据权利要求2所述的偏振无关光学隔离器的制造方法，其特征在于：所述的双折射晶片为铌酸锂晶体或钒酸钇晶体；所述的非互易性法拉第旋转晶片是带有磁环的石镏石单晶或由具有磁性的石镏石单晶构成。
4.一种光学件键合工艺，其特征在于：采用氢氧催化键合工艺将各个组成光学件键合成一体，该氢氧催化键合工艺包括：
步骤1、键合液的配制：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2，再按体积比取2~6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后待用；
步骤2、待键合的晶片表面处理：将待键合的晶片的待键合面抛光，面形优于λ/4，光洁度优于60-40，粗糙度优于均方根2nm，并且在抛光表面上镀使用波长范围内对SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外层为SiO2薄膜材料；
步骤3、待键合晶片表面清洁：镀膜后的待键合晶片表面用酒精、乙醚按体积比1：1的溶液擦拭干净后等待键合；
步骤4、晶片键合：先取第一待键合晶片，使键合面朝上，吸取0.4-1.0微升/平方厘米的键合液滴在晶片的键合面上，再取第二待键合晶片，使该第二待键合晶片的键合面朝下对准放置于第一待键合晶片的上表面上，再吸取0.4-1.0微升/平方厘米的键合液滴在第二待键合晶片的上表面上，依此类推，键合第三待键合晶片；
步骤5、加压：用夹具使键合片四边对齐，并在键合片的上下两表面上均匀地施加压力，压力范围在5-15Kg/cm2，室温下保持压力2~4小时；
步骤6、热处理：从加压夹具取出键合片，并放置炉内热处理100℃-200℃之间，至少24小时结束。
5.一种光学件键合溶液，其特征在于：采用氢氧催化键合工艺将各个组成光学件键合成一体，该键合溶液采用下述方法制备：取一份适量体积的硅酸钠水溶液，该硅酸钠水溶液成份为重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2，再按体积比取2~6份的去离子水与硅酸钠水溶液混合摇匀，再用小于0.2微米的微孔薄膜过滤器过滤后即得所述光学件键合溶液。
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