CN107065076A - 一种微型结构的光波分复用集成器件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的光波分复用集成器件包括至少两个光滤波元件,所述的两个光滤波元件为第一光滤波元件和第二光滤波元件，所述第一光滤波元件的一端镀制有增透膜，所述第一光滤波元件的另外一端镀制有第一光波分复用滤光膜；所述第二光滤波元件的一端上镀制有光学膜，所述第二光滤波元件的另外一端镀制第二光波分复用滤光膜；所述第一光滤波元件和第二光滤波元件的相邻两个平面之间通过粘合连接。该专利提供一款相对于原结构而言，可批量化生产，简化了装配流程，降低了生产成本，减小了产品整体的尺寸，优化了性能的新型集成波分复用器组件结构。

Description

一种微型结构的光波分复用集成器件及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种微型结构的光波分复用集成器件及其制作方法，特别是涉及一种微型结构的光波分复用集成器件及其制作方法。

背景技术

光信通讯是高速信息传输最为重要的手段之一，它被广泛应用在电讯，数据通讯(包括数据中心)，有线电视网络，媒体图像传输和未来全方位的视频信号传送。在光信通讯中作为传输器的分布式反馈激光器(DFB)，垂直腔面发射激光器(VCSEL)等高速激光器，和作为接收器的面结型光电二极管(PIN)和雪崩光电二极管(APD)是关键的组成部件。激光器和接收器会进一步分别集成为光学传输次组装件(TOSA)和光学接收次组装件(ROSA)。由于射频信号和集成电路运行的局限性，很难通过提高激光器和光学探测器的调制速度来满足日益增加的传输和接收数据速度需求，如25千兆比特/秒或50千兆比特/秒。但通过WDM光学复用技术，就很容易实现100千兆比特/秒， 400千兆比特/秒，甚至更快的光学传输。因此光波复合分解技术(WDM) 通过在TOSA，ROSA中复合调制光信号的多个波长提高传输接收数据速度和降低成本已成为一种非常有效的方法。

现有用于TOSA，ROSA的WDM器件是将多个光学光滤波片组装到同一个光学底座上。不同的光滤波片对不同波长的光信号有不同的透射和反射。在光学底座的不同区域镀上高反射和高透射光学薄膜可以使得光束在光学底座中沿特定的光路传输。

现有的光滤波块组件装配方法是将一个一个光滤波片粘到光学底座上，即便使用自动化机器进行装配也存在耗时长效率低的问题。而且当光滤波片被切成很薄的薄片时(比如0.8mm,0.6mm或更薄)，表面会因镀膜应力的释放而弯曲。这种光滤波片表面弯曲会对同一光学复用光滤波片块上的不同光滤波片上的光束造成不同偏移，因而造成TOSA/ROSA光学耦合损耗的增加。

如图1至3所示：现有的2，4或8个波长的光滤波块组件是由多个光滤波片和一个光学底座组成。这需要装配人员或装配机器用光学环氧树脂胶把每个光滤波片同底座粘合起来。每个光滤波片镀有不同的光学薄膜，使得光波分复用滤波器透射或反射不同波长的光信号。在光学底座一端的光束输入区域镀有高透射薄膜同时在其余区域镀上高反射薄膜来引导光束的传输。

以图1为例，输入光束中λ1和λ2是不同波长的光信号，它们从光学底座镀有高透射膜的区域输入。光波分复用滤波片λ1让光学信号λ1通过同时反射光学信号λ2。光学信号λ2被反射到光学底座镀有高反射薄膜的端面。再次反射的光学信号λ2可以通过光波分复用光滤波片λ2。这样分解了复合在一起不同波长的光学信号λ1 和λ2，实现了典型的ROSA功能。对TOSA，把光束的输入方向变为输出方向就可以实现光学信号λ1和λ2的复合。

发明内容

本发明的目的是在于解决现有的光波分复用集成器件的结构过于复杂，装配流程过于繁琐，所需要的零部件较多，成本较高，产品的整体结构尺寸较大的问题，而提供一种新型集成波分复用器组件结构及其制作方法。

为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的光波分复用集成器件包括至少两个光滤波元件,所述的两个光滤波元件为第一光滤波元件和第二光滤波元件，所述第一光滤波元件的一端镀制有增透膜，所述第一光滤波元件的另外一端镀制有第一光波分复用滤光膜；所述第二光滤波元件的一端上镀制有光学膜，所述第二光滤波元件的另外一端镀制第二光波分复用滤光膜；所述第一光滤波元件和第二光滤波元件的相邻两个平面之间通过粘合连接。

进一步的，在所述的第一光滤波元件和第二光滤波元件之间至少设有一块光滤波元件，所述光滤波元件与第一光滤波元件和第二光滤波元件之间分别通过粘合连接，所述光滤波元件的一端镀制有光学膜，所述光滤波元件的另外一端镀制有光波分复用滤光膜；当所述第一光滤波元件和第二光滤波元件之间设有一块光滤波元件时，所对应的光滤波元件一端镀制有光学膜，另外一端镀制有第三光波分复用滤光膜；以此类推，第一光滤波元件和第二光滤波元件之间设有的每块光滤波元件，其一端镀制有光学膜，而另外一端镀制有对应的光滤波元件的光波分复用滤光膜。

进一步的，所述的粘合连接为通过光学粘结剂连接。

进一步的，所述的粘合连接为通过光胶连接,在本方案中所述的光胶连接，指的是不用黏结剂，再用一定压力的方式，使两个面型一致且光滑干净光学零件通过表面吸附的方式固定在一起。

进一步的，所述的光学膜为高反射膜。

进一步的，所述的光学膜为光波分复用滤光膜。

进一步的，所述第一光滤波元件和第二光滤波元件的形状为多边形。

进一步的，所述的光滤波元件是平行四边形。

进一步的，所述的第一光滤波元件的高度可加长，加长高度为为 2*h*tan(sin^-1(sinα÷n))，其中h为光滤波元件左右端面的垂直距离，n为光滤波元件的材料折射率，α为左侧入光角度。

进一步的，所述的光滤波元件的高度可加长，加长高度为为2*h *tan(sin^-1(sinα÷n))，其中h为光滤波元件左右端面的垂直距离， n为光滤波元件的材料折射率，α为左侧入光角度。

一种根据上述中任一项所述的一种微型结构的光波分复用集成器件的制作方法，所述的方法步骤如下：

A、先从镀膜完成的晶片中切出片状的光滤波原材料，加工成片状光滤波元件，光波分复用滤光膜处于另外一端；在光滤波元件一端上镀制增透膜；这是第一光滤波元件；

B、再从镀膜完成的晶片中切出片状的光滤波原材料，加工成片状光滤波元件，光波分复用滤光膜处于另外一端；在光滤波元件一端上镀制光学膜；这是第二光滤波元件；

C、根据步骤(A)和(B)继续加工其它的光滤波元件；

D、接着将片状光滤波元件按通道顺序以水平方向依次逐层进行胶合连接，形成滤波块组件；

E、根据需要对所述的光滤波组件以垂直于水平方向进行切割处理，生产出最终需要的尺寸的微型结构的光波分复用集成器件。

采用上述技术方案的有益效果是：相对于原结构而言，可批量化生产，简化了装配流程，降低了生产成本，减小了产品整体的尺寸，优化了性能。

附图说明

图1为现有2波长的光波分复用器件的结构示意图；

图2为现有4波长的光波分复用器件的结构示意图；

图3为现有8波长的光波分复用器件的结构示意图；

图4为本发明专利所述的2波长的光波分复用器件的结构示意图；

图5为本发明所述的4波长的光波分复用器件，由2个平行四边体光滤波元件和2个梯形体光滤波元件组成的结构示意图；

图6为本发明所述的4波长的光波分复用器件，由4个平行四边体的光滤波元件组成的结构示意图；

图7为本发明所述的4波长的光波分复用器件，由3个平行四边体的光滤波元件和2个三角体的光滤波元件所组成的结构示意图；

图8为本发明所述的4波长的光波分复用器件，由2个平行四边体的光滤波元件和1个三角体的光滤波元件所组成的结构示意图；

图9为本发明所述的4波长的光波分复用器件，由3个平行四边体的光滤波元件组成的结构示意图；

图10为本发明所述的8波长的光波分复用器件，由5个平行四边体的光滤波元件组成的结构示意图；

图11为本发明所述的8波长的光波分复用器件，由8个平行四边体的光滤波元件组成的结构示意图；

图12为本发明所述的2波长的光波分复用器件的结构示意图；

图13为本发明中所述光波分复用集成器件的制作方法中的选用不同的光学滤波元件的结构示意图；

图14为本发明所述方法中将不同的光学滤波元件进行贴合的结构示意图；

图15为本发明中将所述贴合之后的光学滤波元件切割成单独的光波分复用器件的结构示意图。

1-第一光滤波元件、10-第一光波分复用滤光膜、2-第二光滤波元件、 20-第二光波分复用滤光膜、3-第三光滤波元件、4-第四光滤波元件、 5-第五光滤波元件、6-第六光滤波元件、7-第七光滤波元件、8-第八光滤波元件、9-高反射膜、11-增透膜、30-第三光波分复用滤光膜、 40-第四光波分复用滤光膜、50-第五光波分复用滤光膜、60-第六光波分复用滤光膜、70-第七光波分复用滤光膜、80-第八光波分复用滤光膜。

具体实施方式

以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的内容作进一步地说明。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图4中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的光波分复用集成器件包括至少两个光滤波元件,所述的两个光滤波元件为第一光滤波元件1和第二光滤波元件2，所述第一光滤波元件1的一端镀制有增透膜11，所述第一光滤波元件1的另外一端镀制有第一光波分复用滤光膜10；所述第二光滤波元件2的一端上镀制有光学膜，在本方案中所述的光学膜为高反射膜9，所述第二光滤波元件2的另外一端镀制第二光波分复用滤光膜20；所述第一光滤波元件1的上表面和第二光滤波元件2的下表面之间通过粘合连接。

如图5中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的集成器件包括第一光滤波元件1、第二光滤波元件2、第三光滤波元件3和第四光滤波元件4，所述第一光滤波元件1的一端镀有增透膜11，另外一端镀有第一光波分复用滤光膜10；所述第二光滤波元件2、第三光滤波元件3和第四光滤波元件4的一端镀有高反射膜9，另外一端分别对应的镀有对应的第N光波分复用滤光膜，其中所述的第N光波分复用滤光膜是指第二光波分复用滤光膜20、第三光波分复用滤光膜30和第四光波分复用滤光膜40；所述第三光滤波元件3和第四光滤波元件4设于所述第一光滤波元件1和第二光滤波元件2之间，且彼此相邻的两个光滤波元件的上表面和下表面之间通过粘接的方式组合固定在一起的，在本方案中所述的第一光滤波元件1和第二光滤波元件2为梯形。在本方案中所述的第三光滤波元件3和第四光滤波元件4为平行四边体。实现了4波长的光波分复用器件功能。

如图6中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，与图5中所述的集成器件区别在于，所述的第一光滤波元件1 和第二光滤波元件2为平息四边体。

如图7中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，与图5中所述的集成器件区别在于，所述的第一光滤波元件1 和第二光滤波元件2为三角体。

如图8中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的集成器件包括第一光滤波元件1、第二光滤波元件2和第三光滤波元件3，所述第一光滤波元件1的一端镀有增透膜11，另外一端镀有第一光波分复用滤光膜10；所述第二光滤波元件2一端镀有第二光波分复用滤光膜20；所述的第三光滤波元件3的两端分别镀制有第三光波分复用滤光膜30和第四光波分复用滤光膜40；所述第三光滤波元件3设于所述第一光滤波元件1和第二光滤波元件2 之间，且彼此相邻的两个光滤波元件的上表面和下表面是通过粘接的方式固定在一起，在本方案中所述的第二光滤波元件2为三角体，所述的第一光滤波元件1和第三光滤波元件3为平行四边体。实现了4 波长的光波分复用器件功能。

如图9中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，与图8所述的集成器件区别在于，所述的第一光滤波元件1、第二光滤波元件2和第三光滤波元件3均为平行四边体。

如图10中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的集成器件包括第一光滤波元件1、第二光滤波元件2、第三光滤波元件3、第四光滤波元件4和第五光滤波元件5，所述第一光滤波元件1的一端镀有增透膜11，另外一端镀有第一波分复用滤光膜10；所述第三光滤波元件3、第四光滤波元件4和第五光滤波元件5的两端镀有不同波段的波分复用滤光膜,其中所述的第二光滤波元件2的一端镀有第二波分复用滤光膜20；所述第三光滤波元件3 的一端镀有第三波分复用滤光膜30，第三光滤波元件3的另外一端镀有第四波分复用滤光膜40；所述第四光滤波元件4的一端镀有第五波分复用滤光膜50，第四光滤波元件4的另外一端镀有第六波分复用滤光膜60；所述第五光滤波元件5的一端镀有第七波分复用滤光膜70，第五光滤波元件5的另外一端镀有第八波分复用滤光膜80；所述第三光滤波元件3、第四光滤波元件4和第五光滤波元件5设于所述第一光滤波元件1和第二光滤波元件2之间，且彼此相邻的两个光滤波元件的上表面与下表面是通过粘接的方式固定在一起，在本方案中所述的第一光滤波元件1、第二光滤波元件2、第三光滤波元件 3、第四光滤波元件4和第五光滤波元件5为平行四边形。从而实现了8波长的光波分复用器件功能。

如图11中所示，本方案中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，所述的集成器件包括第一光滤波元件1、第二光滤波元件2、第三光滤波元件3、第四光滤波元件4、第五光滤波元件5、第六光滤波元件6、第七光滤波元件7和第八光滤波元件8，所述第一光滤波元件1的一端镀有增透膜11，另外一端镀有第一波分复用滤光膜 10；所述第二光滤波元件2、第三光滤波元件3、第四光滤波元件4、第五光滤波元件5、第六光滤波元件6、第七光滤波元件7和第八光滤波元件8的一端镀有高反射膜9，另外一端分别对应的镀有对应的第N光波分复用滤光膜，其中所述的第N光波分复用滤光膜分别是指第二光波分复用滤光膜20、第三光波分复用滤光膜30、第四光波分复用滤光膜40、第五光波分复用滤光膜50、第六光波分复用滤光膜 60、第七光波分复用滤光膜70和第八光波分复用滤光膜80；所述第三光滤波元件3、第四光滤波元件4、第五光滤波元件5、第六光滤波元件6、第七光滤波元件7和第八光滤波元件8设于所述第一光滤波元件1和第二光滤波元件2之间，且彼此相邻的两个光滤波元件的上表面与下表面是通过粘接的方式固定在一起，在本方案中所述的第一光滤波元件1、第二光滤波元件2、第三光滤波元件3、第四光滤波元件4、第五光滤波元件5、第六光滤波元件6、第七光滤波元件7 和第八光滤波元件8均为平行四边形。实现了8波长的光波分复用器件功能。

如图12中所述，所述的第一光滤波元件1的高度加长后，信号光从第一光滤波元件1的左侧增透膜层11入射，进入第一光滤波元件1，其中信号光λ1从第一光滤波元件1的右侧第一光波分复用滤光膜10透射出来，而其余信号被反射至第一光滤波元件1的左侧上方高反膜9上，实现再次反射回第一光滤波元件1右侧的第一光波分复用滤光膜10上，对信号光中的λ1进行再次过滤，从而降低第一光波分复用滤光膜10上第二次反射的信号光中残留的λ1能量。该部分信号光穿越第一光滤波元件1与第二光滤波元件2的粘合面进入第二光滤波元件2中，在第二光滤波元件2左侧的高反膜9上实现反射，并从第二光滤波元件2的右侧第二光波分复用滤光膜20透射出来，从而实现了两个信号的波分功能。反之，则可实现两个信号的复用功能。

如图13至15中所示，本方案中所述的采一种微型结构的光波分复用集成器件的制作方法，所述的制作方法的步骤如下：

(1)、先从镀膜完成的晶片中切出片状的光滤波原材料，加工成片状光滤波元件，光波分复用滤光膜处于另外一端；在光滤波元件一端上镀制增透膜；这是第一光滤波元件1；

(2)、再从镀膜完成的晶片中切出片状的光滤波原材料，加工成片状光滤波元件，光波分复用滤光膜处于另外一端；在光滤波元件一端上镀制光学膜；这是第二光滤波元件2；

(3)、根据步骤(1)和(2)继续加工其它的光滤波元件；

(4)、接着将片状光滤波元件按通道顺序以水平方向依次逐层进行胶合连接，形成滤波块组件；

(5)、根据需要对所述的光滤波组件以垂直于水平方向进行切割处理，生产出最终需要的尺寸的微型结构的光波分复用集成器件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内，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 (11)

1.一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的光波分复用集成器件包括至少两个光滤波元件,所述的两个光滤波元件为第一光滤波元件和第二光滤波元件，所述第一光滤波元件的一端镀制有增透膜，所述第一光滤波元件的另外一端镀制有第一光波分复用滤光膜；所述第二光滤波元件的一端上镀制有光学膜，所述第二光滤波元件的另外一端镀制第二光波分复用滤光膜；所述第一光滤波元件和第二光滤波元件相邻两个平面之间通过粘合连接。

2.根据权利要求1所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：在所述的第一光滤波元件和第二光滤波元件之间至少设有一块光滤波元件，所述光滤波元件与第一光滤波元件和第二光滤波元件之间分别通过粘合连接，所述光滤波元件的一端镀制有光学膜，所述光滤波元件的另外一端镀制有光波分复用滤光膜。

3.根据权利要求1或2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的粘合连接为通过光学粘结剂连接。

4.根据权利要求1或2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的粘合连接为通过光胶连接。

5.根据权利要求1或2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的光学膜为高反射膜。

6.根据权利要求1或2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的光学膜为光波分复用滤光膜。

7.根据权利要求1或2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述第一光滤波元件和第二光滤波元件的形状为多边形。

8.根据权利要求2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的光滤波元件是平行四边形。

9.根据权利要求1中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的第一光滤波元件高度加长2*h*tan(sin^-1(sinα÷n))后，右端第一光波分复用膜以实现两次滤光，其中h为光滤波元件左右端面的垂直距离，n为光滤波元件的材料折射率，α为左侧入光角度。

10.根据权利要求2中所述的一种微型结构的光波分复用集成器件，其特征在于：所述的光滤波元件高度加长2*h*tan(sin^-1(sinα÷n))后，右端光波分复用膜以实现两次滤光，其中h为光滤波元件左右端面的垂直距离，n为光滤波元件的材料折射率，α为左侧入光角度。

11.一种根据权利要求1至8中任一项所述的一种微型结构的光波分复用集成器件的制作方法，其特征在于，所述的方法步骤如下：

A、先从镀膜完成的晶片中切出片状的光滤波原材料，加工成片状光滤波元件，光波分复用滤光膜处于右平面；在光滤波元件左平面上镀制增透膜；这是第一光滤波元件；

B、再从镀膜完成的晶片中切出片状的光滤波原材料，加工成片状光滤波元件，光波分复用滤光膜处于右平面；在光滤波元件左平面上镀制光学膜；这是第二光滤波元件；

C、根据步骤(A)和(B)继续加工其它的光滤波元件；

D、接着将片状光滤波元件按通道顺序以水平方向依次逐层进行胶合连接，形成滤波块组件；

E、根据需要对所述的光滤波组件以垂直于水平方向进行切割处理，生产出最终需要的尺寸的微型结构的光波分复用集成器件。