CN105353469A - 一种制造光衰减器阵列的方法及光衰减器阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于MEMS工艺制造光衰减器阵列的方法，在硅基光学平台上进行封装，输入光纤和输出光纤分别位于VOA芯片的两端，其特征在于所述VOA芯片下半部具有掏空部分，所述掏空部分可供光纤通过，所述输入光纤和输出光纤的端面直接耦合。以及一种光衰减器阵列。该制作方法和得到的光衰减器阵列封装结构更简单，组装工艺简单可靠、稳定可控，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造光衰减器阵列的方法及光衰减器阵列，具体涉及一种用光纤对光纤直接耦合的光衰减器阵列制作方法及使用该方法得到的光纤对光纤直接耦合的光衰减器阵列。
背景技术
现有技术中，光衰减器阵列的封装通常是将光衰减器（VOA）芯片固定在硅基光学平台上后将输入光纤和输出光纤分别焊接在VOA芯片两端，或者使用带尾纤的pigtail、Grin透镜等分离器件，不仅光纤之间具有较大的角度差和横向位移差，导致光纤的耦合损耗较大，且封装结构复杂，额外器件多增加封装复杂性、增大工艺难度、增加成本，且需要调节的参数多，尺寸精度无法达到较高标准，封装工艺稳定性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种器件少、封装工艺简单、尺寸精度高、封装工艺稳定可控的光衰减器阵列制造方法，以及用该方法得到的具有以上优点的光衰减器阵列。
通过研究光纤对光纤的耦合损耗，我们发现相对于光纤的角度差和横向位移，光纤端面的间距在一定范围内并不是耦合损耗的主要因素。而硅基光学平台对光纤的角度和横向位移可以控制的很好。因此，耦合损耗即使在光纤和光纤端面间有较大间距的情况下，仍然可以较小。例如，在光纤端面间距为４０微米时，若只考虑光纤端面间距的影响，耦合损耗只有０.３dB左右。
因此本发明提出了一种适用于光纤对光纤直接耦合的光衰减器阵列如MEMS VOA的设计和封装方法。
具体技术方案如下：
制造光衰减器阵列的方法，输入光纤和输出光纤分别位于VOA芯片的两端，于所述VOA芯片下半部具有掏空部分，所述掏空部分可供光纤通过，所述输入光纤和输出光纤的端面直接耦合，掏空部分形状不限，只要能让光纤通过即可，例如VOA芯片的形状可以为矩形边框，中间掏空部分为半圆形，如图8a和8b所示；且VOA芯片和光纤是通过刻蚀在硅基光学平台上的槽进行固定的，所述槽分别为芯片槽和光纤槽；由于光纤对光纤直接耦合时，光纤间间距有限，挡光板和驱动梁与光纤端面间距很小，为便于封装，可以制作限位装置，保证光纤不会接触驱动梁和挡光板，限位机构是在芯片槽和光纤槽上分别刻蚀出的，具体为位于芯片槽上的芯片限位突起，和位于光纤槽上的光纤限位突起；光纤槽和芯片槽可以同时或先后在硅基光学平台上刻蚀得到。光纤槽的刻蚀深度为65μm至125μm，芯片槽的刻蚀深度为75μm至硅基光学平台厚度的一半；VOA芯片表面与光纤端面平行，且所述VOA芯片和所述光纤端面可以调整为任意所需角度，如常规的8°；其中具体的，VOA芯片的驱动方式可以为常规任意驱动方式，如V型梁热驱动，当使用V型梁热驱动时，通过调整驱动梁根部位置和VOA芯片框架边缘的间距就可以调整芯片槽与光纤槽的深度差别。例如在光纤轮廓与VOA框架边缘相切时，只要调整驱动梁将挡光片位于正常工作位置就可实现光纤槽和芯片槽的深度相同，如图7所示，这意味着可实现同时制作芯片槽和光纤槽；VOA芯片的驱动梁与VOA芯片的一面共面，或可以在框架的内部，如图8a和8b所示。数个具有相同结构的输入光纤、输出光纤和VOA芯片在所述硅基光学平台上以阵列方式排布，就得到了相应的光衰减器阵列。图1所示为根据以上方法的一个实施例得到的光衰减器阵列的示意图，其中1为硅基光学平台，2为光纤，3为VOA芯片。
与目前现有技术相比，本发明具有如下优点：
1）使用了硅基光学平台，光衰减器或光衰减器阵列的封装结构更简单，现有技术一般会使用带尾纤的pigtail，Grin透镜等分离器件，封装结构复杂；
2）使用光纤对光纤直接耦合，除硅基光学平台，光纤和MEMSVOA芯片外，不需额外器件，成本低，且通道数越多，成本优势越大；
3）带限位机构的硅基光学平台和MEMSVOA芯片使组装工艺更简单可靠；
4）适合多通道VOA器件：在制作VOA阵列时，需要使用的器件仍只有光纤、MEMSVOA芯片和硅基光学平台，需要调光路的步骤少，封装工艺更简单；
5）工艺稳定：由于硅基光学平台和MEMSVOA芯片均采用MEMS技术制作，尺寸精度高；由于器件数量少，封装时需要调节的参数少，因此封装工艺稳定可控；
6）MEMSVOA芯片和硅基光学平台均是以单晶硅为主体材料，因此热膨胀系数匹配，封装后的器件的热稳定性好，且硅的传热系数高，封装好的VOA器件易于散热。
附图说明
图1为本发明的VOA阵列示意图；
图2为本发明VOA阵列的3D示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为硅基光学平台上带限位机构的光纤槽和芯片槽的示意图；
图5-10为根据实施例1制备硅基光学平台的流程示意图；
图11-14为根据实施例2制备硅基光学平台的流程示意图；
图15为VOA框架示意图；
图16和17为驱动梁与VOA芯片的位置示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
实施例1和实施例2为制备硅基光学平台的方法。
实施例1：如图5-10所示制备硅基光学平台。准备厚度1毫米的硅基光学平台硅片，硅片先热氧化生长一层氧化硅，厚度为1微米；随后光刻光纤槽图形，并通过干法刻蚀把没有被光刻胶盖住的氧化硅刻蚀掉；然后以光刻胶和氧化硅共同做掩模，进行硅的深刻蚀，刻蚀出光纤槽，刻蚀深度为65微米-125微米；光纤槽刻蚀完成后，将硅片进行砂轮划片刻画出放置芯片的芯片槽，芯片槽宽度略大于VOA芯片的厚度，深度根据VOA的设计决定，如深度范围为75微米～硅基光学平台厚度的一半；图10所示的在硅基光学平台硅片通过热氧化生长一层氧化硅的步骤为可选步骤，生长厚度在没有氧化硅覆盖的区域为1微米。
实施例2：当光纤槽和芯片槽深度相同时，可一次刻蚀完成光纤槽和芯片槽的制作。工艺流程如图11-14所示，先准备厚度1毫米的硅基光学平台硅片，硅片先热氧化生长一层氧化硅，厚度为1微米；然后光刻光纤槽和芯片槽图形，光纤槽和芯片槽的图形做好后同时刻蚀氧化硅。之后的硅的深刻蚀也是一起完成。刻蚀深度与实施例1相同。
实施例3为VOA芯片的封装。
将VOA芯片垂直固定在实施例1或实施例2得到的硅基光学平台的芯片槽内，其中VOA芯片为V形梁热驱动，梁的厚度在10-50微米，长度在500微米到5000微米，VOA芯片框架设计成C字型，中间掏空部分为半圆形，驱动梁育VOA芯片的一面共面，如图16所示。如图15所示可通过调整驱动梁4根部位置和VOA芯片框架边缘的间距d，调整芯片槽与光纤槽的深度差别，光纤轮廓6为可供光纤通过的部位，5为挡光板。如图4所示，在组装VOA阵列时，将芯片3紧贴芯片限位突起7固定在芯片槽8内，将光纤2贴紧光纤限位9突起固定在光纤槽10内即可。最终得到的VOA芯片与光纤集成的3D示意图为图2所示，局部放大图如图3所示。数个具有相同结构的输入光纤、输出光纤和VOA芯片在所述硅基光学平台上以阵列方式排布，就得到了相应的光衰减器阵列。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种制造光衰减器阵列的方法，在硅基光学平台上进行封装，输入光纤和输出光纤分别位于VOA芯片的两端，其特征在于所述VOA芯片下半部具有掏空部分，所述掏空部分可供光纤通过，所述输入光纤和输出光纤的端面直接耦合。
2.根据权利要求1所述的制造光衰减器阵列的方法，其特征在于所述VOA芯片和所述光纤是通过刻蚀在所述硅基光学平台上的槽进行固定的。
3.根据权利要求2所述的制造光衰减器阵列的方法，其特征在于所述槽上还刻蚀出限位机构。
4.根据权利要求3所述的制造光衰减器阵列的方法，其特征在于所述限位机构为位于固定所述VOA芯片的芯片槽上的芯片限位突起，和位于固定所述光纤的光纤槽上的光纤限位突起。
5.根据权利要求4任一项所述的制造光衰减器阵列的方法，其特征在于所述光纤槽和所述芯片槽可以同时或先后在硅基光学平台上刻蚀得到。
6.根据权利要求4或5所述的制造光衰减器阵列的方法，其特征在于所述光纤槽的刻蚀深度为65μm至125μm，芯片槽的刻蚀深度为75μm至硅基光学平台厚度的一半。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制造光衰减器阵列的方法，其特征在于所述VOA芯片表面与光纤端面平行，且所述VOA芯片和所述光纤端面可以调整为任意所需角度。
8.一种光衰减器阵列，包括硅基光学平台和固定在其上的输入光纤、输出光纤和VOA芯片，其特征在于所述VOA芯片下半部具有掏空部分，所述掏空部分可供光纤通过，所述输入光纤和输出光纤的端面在所述掏空部分直接耦合，数个具有相同结构的输入光纤、输出光纤和VOA芯片在所述硅基光学平台上以阵列方式排布。
9.根据权利要求8所述的光衰减器阵列，其特征在于所述VOA芯片和所述光纤是通过刻蚀在所述硅基光学平台上的槽进行固定的。
10.根据权利要求9所述的光衰减器阵列，其特征在于所述硅基光学平台上的槽包括限位机构，所述VOA芯片和所述光纤通过所述限位机构固定在所述槽中。
11.根据权利要求9或10所述的光衰减器阵列，其特征在于用于固定所述光纤的槽深度为65μm至125μm，用于固定所述VOA芯片的槽的深度为75μm至硅基光学平台厚度的一半。
12.根据权利要求8-11任一项所述的光衰减器阵列，其特征在于所述VOA芯片表面与光纤端面平行，且所述VOA芯片和所述光纤端面可以调整为任意所需角度。
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