CN103383482B - 用于与vscel或pin阵列耦合的光纤阵列的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列及其制造方法，该光纤阵列包括盖片、刻槽基片和光纤微带，光纤微带包括除去了光纤图层的裸露光纤微带部分，刻槽基片上形成有用于放置裸露光纤微带部分的V形刻槽，盖片压在裸露光纤微带部分槽上，刻槽基片、盖片和裸露光纤微带部分通过粘合剂连接固定，盖片的长度小于V形刻槽的长度，裸露光纤微带部分的端面为倾斜角为45度的光学平面，且光学平面朝向刻槽基片。该光纤阵列通过厚度可定制的盖片来控制裸露光纤微带部分的45°光学平面与VCSEL阵列或者PIN阵列的耦合距离，实现高效率的耦合。制造该光纤阵列方法简单，易于实现，且成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术中并行光电收发模块、有源光缆等技术领域中并行光学通道耦合的光纤阵列，尤其涉及一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制造方法。
背景技术
随着人类对通信需求的快速增长，现有的通信系统面临更大的挑战。其中速率和能耗是两个非常关键的因素。人们期望在更小的空间、更低的能耗条件下提供更大的带宽。因此并行光学收发模块的研究得到了广泛的研究。
在LD激光器、VCSEL激光器等常用通信激光器之中，VCSEL具有较高的转换效率、较低的阈值等优点，因此其功耗比其他种类的激光器要小，同时VCSEL激光器是面发射方式，易于实现阵列，体积小巧，非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域。
VCSEL的出射光垂直于安装的电路板表面，这对于器件的封装和应用都不大方便。最简单的光接口是将光纤与VCSEL对接，激光器的出射光直接进入光纤，不经过其他中间元件，这样的耦合方式称为垂直耦合。
垂直耦合由于光的反射导致速率不能太高，另外，由于是垂直耦合，光纤与PCB成垂直形状，导致光模块的体积增大。
为了解决垂直耦合带来的问题，可以采用光路转角的形式来实现VCSEL与光纤阵列的耦合。一种是采用微透镜阵列的方式；还有一种方式就是将光纤阵列研磨成45°反射镜实现光信号的90°转角，专利03128028.5就有论述。
但是专利03128028.5中论述的方法存在一些问题：为了在FA和VCSEL阵列或PIN阵列之间提供良好的光学通路，该专利采用了一种缩短盖片的方法，使得裸光纤微带的一部分没有盖片遮挡，避免光路通过盖片而导致耦合效率的降低。但是该方法存在的问题就是在点胶粘接V槽、裸光纤微带和盖片时，胶水不能注入太多，否则胶水就会溢出渗透到裸光纤表明，导致耦合效率的降低；但是这就产生了另外一个问题，就是胶水比较少，只是裸光纤底部和V槽的很少部分有胶水粘接，容易导致脱胶，也很难通过双85试验和热循环试验。
为了克服上述专利中遇到的问题，专利201110376526.6提出了一种解决方法，先用可溶解的粘接剂将V槽、裸光纤阵列和盖片粘接在一起，作为一个整体进行45°研磨；然后将粘接剂溶解，取出已研磨成45°光学反射面的裸光纤微带，再一次将该裸光纤阵列重新排入新的V槽，并使得45°反射面突出V槽一部分，最后加上盖片滴注紫外胶固化成一个45°光纤阵列。由于上盖片和下端的V槽对齐，为裸光纤微带提供了良好的支撑；45°反射面也突出V槽一部分，保证了FA和VCSEL阵列或PIN阵列之间良好的光学通路。
虽然专利201110376526.6避免了专利03128028.5中碰到的缺点，但是又产生了新的问题：1)由于需要重新将研磨好45°的裸光纤微带排入新的V槽，在排纤过程中无法保证每条光纤都不发生些微的扭转，因此会导致裸光纤微带每个45°反射面的角度可能都不一致；2)在重新排纤过程中无法保证每条光纤伸出的长度的一致性，会导致某些通道的耦合困难；3)研磨成45°光学反射面的裸光纤微带的磨切面下端非常易碎，在重新排纤过程中很容易导致碰损而无法使用；4)需要两次研磨，工艺复杂；5)第一次研磨后的V槽无法再利用，生产一个45°光纤阵列需要2倍的原材料，生产成本高。6)该专利提出的方法以V槽作为耦合底座，而V槽不能太薄，一般在1mm以上，否则在制作V槽的过程中会破裂，这就导致其45°光学反射面与VCSEL阵列或者PIN阵列(150um高)的光学距离较远，大约850um，从而降低了耦合效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种易于实现、耦合效率高、成本低廉的用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列及其制造方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列，包括盖片、刻槽基片和光纤微带，所述光纤微带包括具有施加光纤图层的光纤微带图层部分和除去光纤图层的裸露光纤微带部分；所述刻槽基片上形成有用于放置所述裸露光纤微带部分的V形刻槽，且所述裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出；所述盖片用于把所述裸露光纤微带部分压在所述V形刻槽上；所述刻槽基片、盖片和裸露光纤微带部分通过粘合剂连接固定；该V形刻槽的前端为V形刻槽与所述光纤微带图层部分相对的一端；所述盖片的长度小于所述V形刻槽的长度，且所述盖片的一端与所述V形刻槽朝向所述光纤微带图层部分的一端对齐；所述裸露光纤微带部分的端面为倾斜角为45度的光学平面，且该倾斜的光学平面朝向所述刻槽基片所在的方位。
进一步，所述粘合剂为紫外固化环氧树脂。
本发明还提供一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，提供一光纤微带和一刻槽基片，将光纤微带的一端的涂覆层剥离，并洗净、切割，以成为洁净的裸露光纤微带部分，光纤微带的另一端为光纤微带图层部分，所述刻槽基片上形成有用于放置所述裸露光纤微带部分的V形刻槽，裸露光纤微带部分的长度大于V形刻槽的长度；
步骤二，将切割后的裸露光纤微带部分排入刻槽基片的V形刻槽中，且裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出，该V形刻槽的前端为V形刻槽与所述光纤微带图层部分相对的一端；
步骤三，将一盖片压在裸露光纤微带部分上，该盖片的长度小于所述V形刻槽的长度，且所述盖片的一端与V形刻槽朝向所述光纤微带图层部分的一端对齐，通过点胶和固化将裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片连接固定；
步骤四，将石蜡滴注在V形刻槽和位于所述盖片前端的裸露光纤微带部分上，使位于所述盖片前端的裸露光纤微带部分和刻槽基片形成一个整体，该盖片的前端为所述盖片与所述光纤微带图层部分相对的一端；
步骤五,对石蜡融合的整体端面进行研磨，使得石蜡、裸露光纤微带部分和\或刻槽基片的端部共同形成倾角为45°的斜面，且该斜面朝向所述刻槽基片所在的方位；
步骤六,将石蜡融化使之脱离所述裸露光纤微带部分和所述刻槽基片；
步骤七,将所述裸露光纤微带部分上残留的石蜡清洗干净。进一步，所述步骤三中的点胶过程采用紫外固化环氧树脂作为粘结剂。
进一步，所述裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出的长度为1-3.5厘米。
进一步，所述裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出的长度为2厘米
进一步，所述步骤五中采用光纤阵列精密研磨工艺对石蜡融合的整体端面进行研磨。
进一步，所述步骤七中采用清洁剂溶解残留物，再用酒精将裸光纤微带清洗干净。
本发明的有益效果是：
(1)由于盖片的厚度可根据需要进行定制，因而通过厚度可定制的盖片来控制裸露光纤微带部分的45°光学平面与VCSEL阵列或者PIN阵列的耦合距离，实现高效率的耦合，且简单方便，避免了在VCSEL阵列或者PIN阵列下添加衬底来调节耦合距离问题。
(2)本发明将裸露光纤微带部分突出刻槽基片一部分，盖片缩进一部分，点胶时可以允许V形刻槽内的胶水溢出裸露光纤微带部分的上表面与刻槽基片形成一个整体覆盖，胶水固化后裸露光纤微带部分与刻槽基片以及盖片紧密粘合在一起，易于研磨，经过高低温冲击和双85实验也不会导致脱胶、开裂。
(3)本发明将裸露光纤微带部分突出刻槽基片和盖片一部分，利用石蜡材料将这突出部分进行保护，然后与刻槽基片和石蜡一起整体研磨，这样就使得裸光纤微带在研磨时不易断裂、破碎。
(4)本发明中裸露光纤微带部分经过保护后与刻槽基片和石蜡一起研磨，一次成型，不需要二次排纤、点胶固化，研磨角度一致性好，突出的长度也高度一致；且本发明不需要二次排纤、点胶固化，因此工艺简单，易于大规模生产，同时也减少了原材料的消耗，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的结构示意图；
图2为本发明裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片固定后的侧视图；
图3为本发明裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片固定后的俯视图；
图4为本发明石蜡滴注后的光纤阵列侧视图；
图5为本发明石蜡滴注后的光纤阵列俯视图；
图6为本发明裸露光纤微带部分的端面研磨成45°后的光纤阵列侧视图；
图7为本发明裸露光纤微带部分的端面研磨成45°后的光纤阵列俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、光纤微带，11、裸露光纤微带部分，111、伸出于V形刻槽前端的裸露光纤微带部分，112、位于盖片前端的裸露光纤微带部分，113、裸露光纤微带部分的端面，12、光纤微带图层部分，2、刻槽基片，201、V形刻槽，3、盖片，4、石蜡。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的结构示意图，如图1所示，该光纤阵列包括光纤微带1、刻槽基片2和盖片3。刻槽基片2和盖片3的材料可采用石英玻璃、硼硅玻璃或者硅材料，光纤微带1包括多根并行排列的光纤，光纤外施加有光纤图层。光纤微带1包括具有施加光纤图层的光纤微带图层部分12和除去光纤图层的裸露光纤微带部分11。刻槽基片2上形成有用于放置所述裸露光纤微带部分11的V形刻槽201，V形刻槽201有多个，裸露光纤微带部分11的光纤排入相对应的V形刻槽中，且所述裸露光纤微带部分11部分从V形刻槽201的前端伸出，该部分即为图1中所示的伸出于V形刻槽前端的裸露光纤微带部分111，V形刻槽201的前端为该V形刻槽201与光纤微带图层部分12相对的一端。所述盖片3用于把所述裸露光纤微带部分11压在所述V形刻槽201上，盖片3的长度小于V形刻槽201的长度，且盖片3的一端与V形刻槽201朝向所述光纤微带图层部分12的一端对齐。刻槽基片2、盖片3和裸露光纤微带部分11通过粘合剂连接固定，该粘合剂优选为紫外固化环氧树脂。裸露光纤微带部分的端面113为倾斜角为45度的光学平面，且该倾斜的光学平面朝向刻槽基片2所在的方位。
上述用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制造方法包括以下步骤：
步骤一、提供一光纤微带1和一刻槽基片2，将光纤微带1的一端的涂覆层剥离，并洗净、切割，以成为洁净的裸露光纤微带部分11，光纤微带1的另一端为光纤微带图层部分12。刻槽基片2上形成有用于放置所述裸露光纤微带部分11的V形刻槽201，裸露光纤微带部分11的长度大于V形刻槽201的长度。
步骤二，将切割后的裸露光纤微带部分11排入刻槽基片2的V形刻槽201中，且裸露光纤微带部分11从所述V形刻槽201的前端伸出，该V形刻槽201的前端为V形刻槽201与所述光纤微带图层部分12相对的一端。所述裸露光纤微带部分11从所述V形刻槽201的前端伸出的长度为1-3.5厘米，优选为2厘米。
步骤三，将一盖片3压在裸露光纤微带部分11上，该盖片3的长度小于所述V形刻槽201的长度，且所述盖片3的一端与V形刻槽201朝向所述光纤微带图层部分12的一端对齐，这样，盖片3的前端与V形刻槽201的前端就存在一定的距离。该盖片3的前端为所述盖片3与所述光纤微带图层部分12相对的一端。通过点胶和固化将裸露光纤微带部分11、刻槽基片2和盖片3连接固定，点胶过程优选采用紫外固化环氧树脂作为粘结剂。裸露光纤微带部分11部分突出V形刻槽201，盖片3缩进一部分，点胶时可以允许V形刻槽201内的胶水溢出裸露光纤微带部分11的上表面与V形刻槽201形成一个整体覆盖，胶水不能太多，否则会渗析到裸光纤微带伸出于V形刻槽201的一部分，影响光路的耦合效率，胶水固化后裸露光纤微带部分11与刻槽基片2紧密粘合在一起，保证在后续研磨过程中不会导致脱胶、开裂。图2为本发明裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片固定后的侧视图，图3为本发明裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片固定后的俯视图。
步骤四，将石蜡4滴注在V形刻槽201和位于盖片前端的裸露光纤微带部分112上，使位于盖片前端的裸露光纤微带部分112和刻槽基片2形成一个整体。图4为本发明石蜡滴注后的光纤阵列侧视图，图5为本发明石蜡滴注后的光纤阵列俯视图。
步骤五，采用光纤阵列精密研磨工艺对石蜡4融合的整体端面进行研磨，使得石蜡4、裸露光纤微带部分11和\或刻槽基片2的端部共同形成倾角为45°的斜面，该45°的斜面向刻槽基片2倾斜。
步骤六，将石蜡4融化,使之脱离所述裸露光纤微带部分11和所述刻槽基片3。这一步中，将研磨完成后的产品加热到80-120摄氏度，石蜡即会融化，丧失黏性而与裸露光纤微带部分11以及刻槽基片3脱离。
步骤七，将所述裸露光纤微带部分11上残留的石蜡清洗干净。加热可使石蜡融化，但在光纤表面上还有残留物，用清洁剂如汽油溶解这些残留物，再用酒精清洗。这样裸露光纤微带部分的端面113就非常干净，形成了一个洁净的倾斜角为45°光学发射面。图6为本发明裸露光纤微带部分的端面研磨成45°后的光纤阵列侧视图，图7为本发明裸露光纤微带部分的端面研磨成45°后的光纤阵列俯视图。
由于没有胶水渗析到该裸露光纤微带部分呈45°光学反射面的端面的对侧，因此没有胶水阻挡VCSEL阵列或者PIN阵列与45°端面之间的光学通路，提高了耦合效率。
由于以厚度可定制的盖片来确定该裸露光纤微带部分呈45°光学反射面的端面与VCSEL阵列或者PIN阵列的距离，可以根据光学器件的高度来设计盖片厚度，实现高效率的耦合，耦合效率可达到70％左右。
本发明专利的光纤阵列可用来与VCSEL或者PIN阵列实现一对一的高精度耦合，工艺简单，成本低廉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，提供一光纤微带和一刻槽基片，将光纤微带的一端的涂覆层剥离，并洗净、切割，以成为洁净的裸露光纤微带部分，光纤微带的另一端为光纤微带图层部分，所述刻槽基片上形成有用于放置所述裸露光纤微带部分的V形刻槽，裸露光纤微带部分的长度大于V形刻槽的长度；
步骤二，将切割后的裸露光纤微带部分排入所述刻槽基片的V形刻槽中，且裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出，该V形刻槽的前端为V形刻槽与所述光纤微带图层部分相对的一端；
步骤三，将一盖片压在裸露光纤微带部分上，该盖片的长度小于所述V形刻槽的长度，且所述盖片的一端与V形刻槽朝向所述光纤微带图层部分的一端对齐，将裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片连接固定；
步骤四，将石蜡滴注在V形刻槽和位于所述盖片前端的裸露光纤微带部分上，使位于所述盖片前端的裸露光纤微带部分和刻槽基片形成一个整体，该盖片的前端为所述盖片与所述光纤微带图层部分相对的一端；
步骤五,对石蜡融合的整体端面进行研磨，使得石蜡、裸露光纤微带部分和\或刻槽基片的端部共同形成倾角为45°的斜面，且该斜面朝向所述刻槽基片所在的方位；
步骤六,将石蜡融化使之脱离所述裸露光纤微带部分和所述刻槽基片；
步骤七,将所述裸露光纤微带部分上残留的石蜡清洗干净。
2.根据权利要求1所述的一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于：所述步骤三中通过点胶和固化将裸露光纤微带部分、刻槽基片和盖片连接固定。
3.根据权利要求2所述的一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于：点胶过程采用紫外固化环氧树脂作为粘结剂。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于：所述裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出的长度为1-3.5厘米。
5.根据权利要求4所述的一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于：所述裸露光纤微带部分从所述V形刻槽的前端伸出的长度为2厘米。
6.根据权利要求1至3任一所述的一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于：所述步骤五中采用光纤阵列精密研磨工艺对石蜡融合的整体端面进行研磨。
7.根据权利要求1至3任一所述的一种用于与VSCEL或PIN阵列耦合的光纤阵列的制作方法，其特征在于：所述步骤七中采用清洁剂溶解残留物，再用酒精将裸光纤微带清洗干净。
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