CN104765101B - 一种光纤阵列及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光纤阵列及其制作方法，装置包括基板(1)、多个耦合光纤(5)，所述基板(1)上形成有阶梯状布置的第一平台(1‑2)和第二平台(1‑3)，所述第二平台(1‑3)上设置有大于或等于耦合光纤(5)数量的定位V型槽(1‑1)，所述耦合光纤(5)对应地设置在所述定位V型槽(1‑1)中并延伸出所述基板(1)；进一步包括穿纤盖板(2)、辅助定位装置、压纤盖板(4)；所述辅助定位装置设置在所述压纤盖板(4)和所述第二平台(1‑3)之间并为所述穿纤盖板(2)提供支撑，以在所述穿纤盖板(2)和其所覆盖的所述定位V型槽(1‑1)之间形成能够容纳所述耦合光纤(5)穿过的通孔；采用本发明方法制作的装置体积小，制作过程简单。

Description

一种光纤阵列及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种光纤阵列及其制作方法，本发明属于通信领域。

背景技术

集成平面光波导芯片可以实现多个光学功能结合到单个芯片，集成度高，尺寸小，成本低，在光器件领域应用广泛。此类芯片做成光器件需要光学连接，常用的方法是采用光纤阵列与集成芯片耦合对准，实现光路的连接。

为了保证光纤的精确定位，常规制作光纤阵列时需要将多根光纤平行排列在有光纤定位功能的V型槽的基板上，再用平面的盖板把光纤夹紧固定在V型槽内，在盖板和基板之间采用胶水粘接固定，最后在将固定好光纤的光纤阵列的端面切片或抛光，实现与集成芯片波导近距离接触耦合粘接。

随着光器件小尺寸要求，空间变得越来越紧凑，部分光器件需要光纤阵列的一端连接集成光波导芯片，光纤的另一端还需要装配多个其它的器件。常用的方法是按照常规制作光纤阵列的方法将光纤排列好，一端制作成光纤阵列，再在光纤的另一端装配所需的器件，但这种方法只适用于另一端装配所需的器件不要求光学耦合的情况。在另一端器件需要光学耦合的情况下，则必须采用先在光纤上装配器件，再将光纤另一端排列制作成光纤阵列的方法。在这种情况下，由于光器件尺寸限制，光纤长度很短，存在被连接的器件直径大于光纤阵列中V型槽定位的光纤之间的间距的情况，导致光纤无法按照常规制作时平行放置到V型槽中，需要将光纤弯曲并缩短多根光纤之间的间距后才能放入V型槽中。众所周知，光纤本身存在很大的绕性，在不施加力的情况下会自然伸直，无法放入V型槽中，在光纤很短的情况下，这一现象更加明显。需要制作复杂的夹具才能实现光纤短距离的弯曲后平行放入V新槽中。在光纤数量较多的情况下几乎无法实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的困难，提供一种结构简单、易于制造、效率高的光纤阵列及其制作方法，采用本发明将带有器件的多根光纤压入到有光纤定位的V型槽的基板上，制作成光纤阵列，实现光纤阵列与集成芯片光波导的耦合对准。

本发明所采用的技术方案是：

一种光纤阵列，包括基板、多个耦合光纤，所述基板上形成有阶梯状布置的第一平台和第二平台，所述第二平台上设置有大于或等于耦合光纤数量的定位V型槽，所述耦合光纤对应地设置在所述定位V型槽中并延伸出所述基板；所述光纤阵列进一步包括穿纤盖板、辅助定位装置、压纤盖板；所述穿纤盖板固定设置于所述第二平台上靠近所述第一平台的部分，并至少部分地覆盖各个定位V型槽；所述辅助定位装置设置在所述压纤盖板和所述第二平台之间并为所述穿纤盖板提供支撑，以在所述穿纤盖板和其所覆盖的所述定位V型槽之间形成能够容纳所述耦合光纤穿过的通孔，所述耦合光纤在所述通孔中与所述穿纤盖板和所述定位V型槽之间处于非紧密接触的固定状态；所述压纤盖板固定设置于所述第二平台上远离所述第一平台的部分，并至少部分地覆盖各个定位V型槽；所述压纤盖板压紧设置在各个所述定位V型槽中的所述耦合光纤，使得其所覆盖的所述耦合光纤部分与所述压纤盖板和所述定位V型槽均紧密接触，从而被所述定位V型槽准确定位。

所述辅助定位装置为布设在最外侧两个定位V型槽中的辅助光纤，所述辅助光纤的直径与所述耦合光纤的直径相同。

所述辅助定位装置为布设在定位V型槽两侧的辅助垫块。

所述穿纤盖板和压纤盖板采用上下表面抛光平整的耐火玻璃或硅。

所述第二平台上的耦合光纤的裸光纤与带涂覆层光纤的过渡区设置有尾纤粘接胶进行固定。

一种制作光纤阵列的方法，所述光纤阵列包括基板、多个耦合光纤，所述基板上形成有阶梯状布置的第一平台和第二平台，所述第二平台上设置有大于或等于耦合光纤数量的定位V型槽，其特征在于包括如下步骤：步骤1：在所述基板的所述定位V型槽上靠近第一平台的部分制作穿纤结构；步骤2：将所述耦合光纤一端剥去涂覆层后从所述基板的所述第一平台一侧穿过所述步骤1中所制作的穿纤结构，并伸出所述基板；步骤3：在所述基板上未制作穿纤结构的定位V型槽部分上点胶并覆盖从所述穿纤结构中穿出的所述耦合光纤；步骤4：在所述穿纤结构中穿出的所述耦合光纤上方覆盖压纤盖板，将所述压纤盖板对所覆盖的耦合光纤实施一定的下压力，使所覆盖的耦合光纤与所述定位V型槽以及所述压纤盖板相切，实现所述耦合光纤的精确定位；步骤5：对所述基板上定位V型槽上的胶进行固化，同时将在所述基板第一平台上的所述耦合光纤的剥露部分与带涂覆层部分的过渡区进行点胶固定。

进一步包括步骤6：对所述耦合光纤端面抛光。

所述步骤1中制作穿纤结构的步骤包括：将两根或多根辅助光纤放置在最外侧的所述定位V型槽中，在所述辅助光纤所在的定位V型槽以及所述辅助光纤的上表面点胶，再将穿纤盖板放置在辅助光纤的上方，通过将胶固化，使所述穿纤盖板相对于所述第二平台被固定，从而在所述穿纤盖板与其下方其它未设置辅助光纤的所述定位V型槽之间组形成可用于穿纤用的穿纤结构；所述辅助光纤的直径与所述耦合光纤的直径相同。

所述步骤1中制作穿纤结构的步骤包括：将两个或多个辅助垫块放置所述定位V型槽的外侧，将穿纤盖板放置在所述辅助垫块的上方，并使所述穿纤盖板相对于所述第二平台被固定，从而在所述穿纤盖板与其下方的所述定位V型槽之间组形成可用于穿纤用的穿纤结构。

所述步骤1中制作穿纤结构为通孔，通孔直径与比耦合光纤直径大2～3微米，使得处于穿纤结构中的所述耦合光纤与所述穿纤盖板和所述定位V型槽不紧密接触。

本发明具有如下优点：

1、本发明方法中光纤定位的V型槽中间一段用于组成穿纤用的定位孔，消除了在光纤一端已装有器件，且器件直径大于集成芯片所要求的光纤横向间距的情况下，无法克服光纤本身的绕性，将弯曲的光纤平行放到V型槽中制作光纤阵列的困难；

2、本发明装置体积小，制作过程简单，不需要复杂的夹具来制作光纤阵列。

附图说明

图1是本发明光纤阵列的结构示意图；

图2是本发明利用辅助光纤支撑形成穿纤通孔的结构示意图；

图3是本发明利用辅助光纤支撑形成的穿纤通孔截面示意图；

图4是本发明利用辅助垫块支撑形成的穿纤通孔截面示意图；

图5是本发明光纤阵列穿纤示意图；

图6是本发明光纤阵列压纤示意图；

图7是本发明光纤阵列压纤完成后示意图；

图8是本发明光纤阵列压纤后(端面部分的)光纤截面示意图；

图9是本发明光纤阵列尾纤固定后示意图；

其中：

1：基板； 1-1：定位V型槽；

1-2：第一平台； 1-3：第二平台；

2：穿纤盖板； 3：辅助光纤；

3-1：第一辅助光纤； 3-2：第二辅助光纤；

4：压纤盖板； 5：耦合光纤；

5-1：器件； 6：尾纤粘接胶；

7：辅助光纤粘接胶； 8：盖板粘接胶；

9-1：第一辅助垫块； 9-2：第二辅助垫块；

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下将结合具体实例及附图对发明的结构和实施方式进行详细的说明。

本发明所述的光纤阵列由光纤定位用基板，用于光纤穿纤用的穿纤盖板，支撑穿纤盖板用的辅助光纤，用于压光纤的压纤盖板，和带器件的多根耦合光纤，以及固定用胶组成。其中基板一端有一个或多个平行的定位V型槽，定位V型槽的横向间隔与集成芯片的波导横向间隔一致，用于放置剥露部分的光纤。定位V型槽上方有两个盖板，一个盖板通过辅助光纤与定位V型槽组成定位孔，用于耦合光纤穿纤，定位光纤间距，另一个盖板通过夹具从上表面施加压力，保证耦合光纤与定位V型槽以及压纤盖板相切，实现耦合光纤的精确定位。基板另一端为低于定位V型槽的表面的平台，用于固定耦合光纤剥露部分与非剥露部分的过渡区，并保证有部分非剥露光纤在平台上固定。

如图1所示是本发明光纤阵列的结构示意图，包括基板1、穿纤盖板2、辅助光纤3、压纤盖板4、耦合光纤5，以及固定各个部分的胶水组成。基板1由阶梯状的第一平台1-2和第二平台1-3组成，基板1一端的第二平台1-3上形成有沿整个第二平台1-3长度方向延伸的一个或多个平行的定位V型槽1-1，定位V型槽1-1之间的横向间隔与所对应的集成芯片的波导横向间隔一致，用于放置剥露部分的耦合光纤5。基板另一端为低于第二平台1-3的表面的第一平台1-2，具体来说，第一平台1-2的上表面略低于定位V型槽1-1槽底，用于固定耦合光纤5剥露部分与带涂覆层部分的过渡区。

穿纤盖板2和压纤盖板4设置在第二平台1-3上方并至少部分地覆盖所有定位V型槽1-1，优选地，穿纤盖板2和压纤盖板4基本上覆盖整个第二平台1-3。穿纤盖板2设置在定位V型槽1-1上方靠近第一平台1-2的位置，压纤盖板4靠近穿纤盖板2设置在定位V型槽1-1上方远离第一平台1-2的位置。

具体来说，穿纤盖板2和定位V型槽1-1之间形成有可以穿纤用的通孔，该通孔的形成方式为，在基板1清洁处理后，将两根辅助光纤3，即第一辅助光纤3-1、第二辅助光纤3-2分别放置在的基板1的两个最外侧的定位V型槽1-1中，然后在辅助光纤3所在定位V型槽1-1以及辅助光纤3上表面点辅助光纤粘接胶7，并将穿纤盖板2放置在辅助光纤3的上方，如图2所示。通过紫外光照射或加热的方式使辅助光纤粘接胶7固化，使穿纤盖板2通过辅助光纤3固定在基板1上，此时辅助光纤3与定位V型槽1-1、穿纤盖板2存在胶水间隙，同时在穿纤盖板2和基板1之间形成可用于穿纤用的通孔，如图3所示。所述辅助光纤3为较短的裸光纤，直径与耦合光纤5的裸光纤的直径一致，其在定位V型槽1-1中设置的长度应大于穿纤盖板2的长度，小于穿纤盖板2和压纤盖板4的长度之和，即辅助光纤3不从基板1的端面伸出，甚至不需要延伸到基板1的端面。

为保证耦合光纤能够顺利穿过由穿纤盖板2和基板1组成的通道，穿纤盖板2放置在辅助光纤上方时不施加压力，辅助光纤粘接胶7本身的厚度，会使穿纤用的通孔比耦合光纤5直径大几个微米，使得耦合光纤5容易从所形成的通孔中穿过。同时为保证耦合光纤5能顺利穿过通孔，需要控制好辅助光纤粘接胶7的点胶区域，确保放置耦合光纤5的V槽区域内无胶。优选地，基板1的第二平台1-3上的定位V型槽1-1在靠近第一平台1-2的部分形成有扩宽部，以扩孔形式方便耦合光纤5穿进定位V型槽1-1和穿纤盖板2之间所形成的通道。

辅助光纤3的作用在于将穿纤盖板2托起并形成可以穿纤用的通孔。本发明并不局限于使用辅助光纤3来支撑穿纤盖板2，其它可起到相同作用的任意支撑辅助垫块也可以用来支撑穿纤盖板2，并能达到同样的效果。如图4所示，利用第一辅助垫块9-1、第二辅助垫块9-2支撑穿纤盖板2，在穿纤盖板2与定位V型槽1-1之间同样形成有穿纤通孔。

完成穿纤通孔的制作后，将耦合光纤5的光纤末端涂覆层剥离，从基板1的第一平台1-2一端穿过穿纤盖板2与基板1之间组成的通孔，并将涂覆层剥离的过渡区放置在基板1的第一平台1-2的中心区域附近，如图5所示。在基板的定位V型槽1-1上方未覆盖穿纤盖板2的区域点盖板粘接胶8，盖板粘接胶8应覆盖耦合光纤5的在基板1上的裸光纤区域，包括以浸润方式进入穿纤盖板2下方的裸光纤区域。将压纤盖板4对穿出的耦合光纤5实施一定下压力，如图6和图7所示，使耦合光纤5与定位V型槽1-1以及压纤盖板4相接触，实现耦合光纤的精确定位，如图8所示，并采用紫外照射或热固化的方式将盖板粘接胶8固化。

由此可知，被压纤盖板4覆盖的耦合光纤5部分与定位V型槽1-1以及压纤盖板4相紧密接触，从而被准确定位；被穿纤盖板2覆盖的耦合光纤5部分由于在穿纤盖板2与基板1粘合后才穿入，因此与定位V型槽1-1以及穿纤盖板2之间不是紧密接触状态，通过穿纤盖板2对耦合光纤5的非紧密覆盖实现了如下技术效果：

1、将耦合光纤5在定位V型槽1-1上初步定位，方便压纤盖板4的粘合固定，使得光纤阵列的制作过程更加简单，不需要使用复杂的夹具来对准和固定。

2、更加平顺地消除耦合光纤5在定位V型槽1-1上固定所产生的应力，使得多个有较大弯曲要求的光纤平行放到定位V型槽中制作小型化的光纤阵列成为可能。

所述的基板1、穿纤盖板2和压纤盖板4可以根据需要选取不同材料，可以是耐火玻璃或硅等材料，但并不限于此类材料制作。所述的穿纤盖板2和压纤盖板4上下表面抛光平整，穿纤盖板2的位置为靠近基板1的第一平台1-2一端，压纤盖板4靠近光纤阵列与集成芯片的耦合端，且压纤盖板4的位置应尽量贴近穿纤盖板2的同时覆盖到光纤阵列与集成芯片的耦合端，并且边缘与耦合端对齐。

将在基板1的第一平台1-2的耦合光纤5的裸光纤与带涂覆层光纤的过渡区点尾纤粘接胶6固定，如图9所示，避免后面器件5-1带动裸露部分耦合光纤弯曲或扭转，造成耦合光纤损伤。

最后对光纤阵列端面抛光，根据集成芯片的实际需求，可以是耦合光纤和基板端面同时抛光，也可以是悬臂结构的光纤阵列，仅抛光耦合光纤端面。所述的辅助光纤为裸露光纤，直径与其余耦合光纤直径相同。

本发明针对现有技术光纤尾部带器件的光纤阵列制作困难的问题，采用一种新型的光纤阵列制作方法以形成上述光纤阵列结构，采用本发明方法可以解决带器件的光纤放置到V型槽中定位的问题，实现光纤阵列中光纤的精确定位。本发明方法具体制作步骤如下：

步骤一：在靠近基板1的第一平台1-2一端的第二平台1-3的V型槽上部分制作穿纤结构。制作方法为：将两根或多根辅助光纤3放置在定位V型槽1-1中，优选放置在最外侧的定位V型槽1-1中，在辅助光纤3所在定位V型槽1-1以及辅助光纤3上表面点胶，再将穿纤盖板2放置在辅助光纤3的上方，通过将胶固化，使穿纤盖板2被固定，从而在穿纤盖板2与下方其它未使用的定位V型槽1-1之间形成可用于穿纤用的通孔。这种穿纤结构要求基板1上定位V型槽1-1的数量比耦合光纤5的数量多两个或两个以上通道，用于放置两根或多根辅助光纤。为保证后续耦合光纤能顺利穿过通孔，要求放置耦合光纤的V槽区域无胶；

步骤二：将一端剥去涂覆层的带器件的耦合光纤5从基板1的第一平台1-2一端穿过穿纤盖板2与基板1之间形成的通孔，并伸出基板1；

步骤三：在基板1的定位V型槽1-1上方未覆盖穿纤盖板2的区域点胶并覆盖耦合光纤3，胶同时应填充到穿纤盖板2下方；

步骤四：在靠近光纤耦合端的定位V型槽1-1的上方，将压纤盖板4对穿出的耦合光纤实施一定下压力，使耦合光纤3与定位V型槽1-1以及压纤盖板4相切，实现耦合光纤3的精确定位，压纤盖板4的位置应尽量贴近穿纤盖板2。

步骤五：对基板1上定位V型槽1-1上的胶进行固化，同时将在基板1第一平台1-2上的耦合光纤剥露部分与带涂覆层部分的过渡区点胶固定，避免光纤尾端器件带动裸光纤弯曲或扭转，造成耦合光纤损伤；

步骤六：对耦合光纤端面抛光，根据集成芯片的实际需求，可以是耦合光纤和基板端面同时抛光，也可以是悬臂结构的光纤阵列，仅抛光耦合光纤端面。

步骤一中的两根或多根辅助光纤3可由起相同作用的第一辅助垫块9-1、第二辅助垫块9-2来替代，此时基板1上定位V型槽1-1的数量可与耦合光纤5的数量相同。将两个或多个辅助垫块放置所述定位V型槽1-1的外侧，将穿纤盖板2放置在所述辅助垫块的上方，并使所述穿纤盖板2相对于所述第二平台1-3被固定，从而在所述穿纤盖板2与其下方的所述定位V型槽1-1之间组形成可用于穿纤用的穿纤结构。

虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围上，可以在光纤阵列结构和制作细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤阵列，包括基板(1)、多个耦合光纤(5)，所述基板(1)上形成有阶梯状布置的第一平台(1-2)和第二平台(1-3)，所述第二平台(1-3)上设置有大于或等于耦合光纤(5)数量的定位V型槽(1-1)，所述耦合光纤(5)对应地设置在所述定位V型槽(1-1)中并延伸出所述基板(1)；其特征在于：

所述光纤阵列进一步包括穿纤盖板(2)、辅助定位装置、压纤盖板(4)；

所述穿纤盖板(2)固定设置于所述第二平台(1-3)上靠近所述第一平台(1-2)的部分，并至少部分地覆盖各个定位V型槽(1-1)；

所述辅助定位装置设置在所述压纤盖板(4)和所述第二平台(1-3)之间并为所述穿纤盖板(2)提供支撑，以在所述穿纤盖板(2)和其所覆盖的所述定位V型槽(1-1)之间形成能够容纳所述耦合光纤(5)穿过的通孔，所述耦合光纤(5)在所述通孔中与所述穿纤盖板(2)和所述定位V型槽(1-1)之间处于非紧密接触的固定状态；

所述压纤盖板(4)固定设置于所述第二平台(1-3)上远离所述第一平台(1-2)的部分，并至少部分地覆盖各个定位V型槽(1-1)；所述压纤盖板(4)压紧设置在各个所述定位V型槽(1-1)中的所述耦合光纤(5)，使得其所覆盖的所述耦合光纤(5)部分与所述压纤盖板(4)和所述定位V型槽(1-1)均紧密接触，从而被所述定位V型槽(1-1)准确定位。

2.如权利要求1所述的一种光纤阵列，其特征在于：所述辅助定位装置为布设在最外侧两个定位V型槽(1-1)中的辅助光纤(3)，所述辅助光纤(3)的直径与所述耦合光纤(5)的直径相同。

3.如权利要求1所述的一种光纤阵列，其特征在于：所述辅助定位装置为布设在定位V型槽(1-1)两侧的辅助垫块。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种光纤阵列，其特征在于：所述穿纤盖板(2)和压纤盖板(4)采用上下表面抛光平整的耐火玻璃或硅。

5.如权利要求1-3中任一项所述的一种光纤阵列，其特征在于：所述第二平台(1-2)上的耦合光纤(5)的裸光纤与带涂覆层光纤的过渡区设置有尾纤粘接胶(6)进行固定。

6.一种制作光纤阵列的方法，所述光纤阵列包括基板(1)、多个耦合光纤(5)，所述基板(1)上形成有阶梯状布置的第一平台(1-2)和第二平台(1-3)，所述第二平台(1-3)上设置有大于或等于耦合光纤(5)数量的定位V型槽(1-1)，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在所述基板(1)的所述定位V型槽(1-1)上靠近第一平台(1-2)的部分制作穿纤结构；

步骤2：将所述耦合光纤(5)一端剥去涂覆层后从所述基板(1)的所述第一平台(1-2)一侧穿过所述步骤1中所制作的穿纤结构，并伸出所述基板(1)；

步骤3：在所述基板(1)上未制作穿纤结构的定位V型槽(1-1)部分上点胶并覆盖从所述穿纤结构中穿出的所述耦合光纤(5)；

步骤4：在所述穿纤结构中穿出的所述耦合光纤(5)上方覆盖压纤盖板(4)，将所述压纤盖板(4)对所覆盖的耦合光纤(5)实施一定的下压力，使所覆盖的耦合光纤(5)与所述定位V型槽(1-1)以及所述压纤盖板(4)相切，实现所述耦合光纤(5)的精确定位；

步骤5：对所述基板(1)上定位V型槽(1-1)上的胶进行固化，同时将在所述基板(1)第一平台(1-2)上的所述耦合光纤(5)的剥露部分与带涂覆层部分的过渡区进行点胶固定。

7.如权利要求6所述的一种制作光纤阵列的方法，其特征在于：进一步包括步骤6：对所述耦合光纤端面抛光。

8.如权利要求7所述的一种制作光纤阵列的方法，其特征在于：所述步骤1中制作穿纤结构的步骤包括：

将两根或多根辅助光纤(3)放置在最外侧的所述定位V型槽(1-1)中，在所述辅助光纤(3)所在的定位V型槽(1-1)以及所述辅助光纤(3)的上表面点胶，再将穿纤盖板(2)放置在辅助光纤(3)的上方，通过将胶固化，使所述穿纤盖板(2)相对于所述第二平台(1-3)被固定，从而在所述穿纤盖板(2)与其下方其它未设置辅助光纤(3)的所述定位V型槽(1-1)之间组形成可用于穿纤用的穿纤结构；所述辅助光纤(3)的直径与所述耦合光纤(5)的直径相同。

9.如权利要求7所述的一种制作光纤阵列的方法，其特征在于：所述步骤1中制作穿纤结构的步骤包括：

将两个或多个辅助垫块放置所述定位V型槽(1-1)的外侧，将穿纤盖板(2)放置在所述辅助垫块的上方，并使所述穿纤盖板(2)相对于所述第二平台(1-3)被固定，从而在所述穿纤盖板(2)与其下方的所述定位V型槽(1-1)之间组形成可用于穿纤用的穿纤结构。

10.如权利要求8或9所述的一种制作光纤阵列的方法，其特征在于：所述步骤1中制作穿纤结构为通孔，通孔直径与比耦合光纤直径大2～3微米，使得处于穿纤结构中的所述耦合光纤(5)与所述穿纤盖板(2)和所述定位V型槽(1-1)不紧密接触。