CN107526132A - 一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法 - Google Patents

一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法 Download PDF

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蔡汉生
贾磊
胡上茂
曾荣
庄池杰
王博
汪海
施健
冯宾
张义
廖民传
胡泰山
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Abstract

本发明公开了一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法，涉及电场监测技术领域，解决了现有的耦合封装工艺将光纤与光波导耦合封装过程中，光纤与光波导之间无法对准，导致集成光学强电场传感器的插入损耗增大的技术问题。该集成光学强电场传感器的耦合封装方法包括：提供两个形成有V型槽的硅块；在每个硅块的所述V型槽内均粘接裸光纤；对裸光纤和硅块设置有V型槽的一面均进行端面磨斜；将两个硅块分别粘接在波导基片的两端，其中，一个硅块的V型槽内的裸光纤与波导基片上的光波导的一端对准，另一个硅块的V型槽内的裸光纤与光波导的另一端对准。本发明应用于集成光学强电场传感器的耦合封装。

Description

一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法
技术领域
本发明涉及电场监测技术领域，尤其涉及一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法。
背景技术
电场测量在诸多科学研究和工程技术领域都具有十分重要的意义，目前，光学传感与测量技术的迅速发展，为电场测量提供了有效手段，其中，集成光学强电场传感器与传统的电气电子式强电场传感器相比，由于其具有绝缘性能好、反应速度快、安全性高、体积小、重量轻等优点，已经逐渐成为电场测量领域的主流应用。
现有的集成光学强电场传感器主要包括晶片单元、光纤和封装结构，具体地，光纤通过耦合封装工艺与晶片单元中的光波导耦合封装在一起，但在使用现有的耦合封装工艺将光纤与光波导耦合封装过程中，光纤与光波导之间无法对准，导致集成光学强电场传感器的插入损耗增大，影响集成光学强电场传感器的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法，用于降低集成光学强电场传感器的插入损耗，提高集成光学强电场传感器的稳定性。
为达到上述目的，本发明提供一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法，采用如下技术方案：
该集成光学强电场传感器的耦合封装方法包括：
提供两个形成有V型槽的硅块；
在每个所述硅块的所述V型槽内均粘接裸光纤；
对所述裸光纤和所述硅块设置有所述V型槽的一面均进行端面磨斜；
将两个所述硅块分别粘接在波导基片的两端，其中，一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述波导基片上的光波导的一端对准，另一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述光波导的另一端对准。
与现有技术相比，本发明提供的集成光学强电场传感器的耦合封装方法具有以下有益效果：
在本发明提供的集成光学强电场传感器的耦合封装方法中，在提供了两个形成有V型槽的硅块之后，首先将裸光纤粘接在了每个硅块的V型槽内，并在固定了裸光纤的位置之后，将裸光纤和硅块设置有V型槽的一面均进行端面磨斜，这就使得该裸光纤被磨的一面与硅块被磨的一面齐平，然后再将该硅块分别粘接在波导基片的两端，其中，一个硅块的V型槽内的裸光纤与波导基片上的光波导的一端对准，另一个硅块的V型槽内的裸光纤与光波导的另一端对准，由此可知，采用上述集成光学强电场传感器的耦合封装方法进行集成光学强电场传感器的耦合封装时，由于裸光纤已经固定在了硅块的V型槽内，并且该裸光纤被磨的一面与硅块被磨的一面齐平，因此，在将裸光纤与波导基片上的光波导进行耦合时，只需将硅块被磨的一面与光波导的一端对准，即可实现该硅块V型槽内的裸光纤与波导基片上的光波导的一端对准，从而可以避免裸光纤直接与光波导耦合时无法对准的情况发生，进而可以降低集成光学强电场传感器的插入损耗，提高集成光学强电场传感器的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的集成光学强电场传感器的耦合封装方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的硅块的结构示意图；
图3为图1中步骤S4结束后形成的结构的示意图；
图4为图1中步骤S8结束后形成的结构的示意图。
附图标记说明：
1—硅块， 2—裸光纤， 3—波导基片，
4—光波导， 5—接触电极， 6—天线基片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法，该集成光学强电场传感器的耦合封装方法包括：
步骤S1、提供两个形成有V型槽的硅块。示例性地，提供如图2所示的形成有V型槽的硅块1。
步骤S2、在每个硅块1的V型槽内均粘接裸光纤。
步骤S3、对裸光纤和硅块1设置有V型槽的一面均进行端面磨斜。具体地，在对裸光纤和硅块1设置有V型槽的一面均进行端面磨斜之后，该裸光纤被磨的一面与硅块1被磨的一面齐平。
步骤S4、将两个硅块1分别粘接在波导基片的两端，其中，一个硅块1的V型槽内的裸光纤与波导基片上的光波导的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤与光波导的另一端对准。示例性地，步骤S4结束后形成如图3所示的结构，其中，一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准。可以理解的是，本发明实施例中，“裸光纤与光波导的一端对准”均指的是裸光纤的纤芯与光波导的一端对准。
在本发明实施例提供的集成光学强电场传感器的耦合封装方法中，在提供了两个形成有V型槽的硅块1之后，首先将裸光纤2粘接在了每个硅块1的V型槽内，并在固定了裸光纤2的位置之后，将裸光纤2和硅块1设置有V型槽的一面均进行了端面磨斜，这就使得该裸光纤2被磨的一面与硅块1被磨的一面齐平，然后再将该硅块1分别粘接在波导基片3的两端，其中，一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准，由此可知，采用上述集成光学强电场传感器的耦合封装方法进行集成光学强电场传感器的耦合封装时，由于裸光纤2已经固定在了硅块1的V型槽内，并且该裸光纤2被磨的一面与硅块1被磨的一面齐平，因此，在将裸光纤2与波导基片3上的光波导4进行耦合时，只需将硅块1被磨的一面与光波导4的一端对准，即可实现该硅块1V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，从而可以避免裸光纤2直接与光波导4耦合时无法对准的情况发生，进而可以降低集成光学强电场传感器的插入损耗，提高集成光学强电场传感器的稳定性。
示例性地，上述步骤S4中，将两个硅块1分别粘接在波导基片3的两端，其中，一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准的步骤包括：
步骤S41、将两个硅块1和波导基片3均安装在调节架上，两个硅块1分别位于波导基片3的两端，各硅块1与裸光纤2的延伸方向垂直的一面与波导基片3接触。
步骤S42、通过调节架，调节各硅块1的位置，使一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波4导的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准。
步骤S43、将各硅块1与波导基片3分离，在各硅块1与波导基片3接触的一面涂覆胶水，将各硅块1与波导基片3粘接。示例性地，可选用紫外固化胶将各硅块1与波导基片3粘接。具体地，可选用AT6001紫外固化胶，该紫外固化胶的玻璃化温度为-3℃，热膨胀系数为2×10-5/℃，比普通紫外固化胶的热膨胀系数小一个量级，从而可以显著改善硅块1与波导基片3耦合粘接处的温度稳定性。
进一步地，为了进一步减小裸光纤2与光波导4对准的误差，上述步骤S42中，通过调节架，调节各硅块1的位置，使一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准的步骤包括：
通过调节架，调节各硅块1的位置，并使用显微镜监测各硅块1与波导基片3的相对位置，使一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准。
此外，如图1所示，在上述步骤S4之后，上述集成光学强电场传感器的耦合封装方法还可包括：
步骤S5、在波导基片3上粘接天线基片，天线基片与波导基片3上的接触电极对应。示例性地，由于硅基片的热膨胀系数较小，没有压电、热电等影响稳定性的附加效应，因此，可选用硅基片作为天线基片。
步骤S6、将天线基片上的偶极子天线与接触电极电气连接。示例性地，可通过金属球焊将天线基片上的偶极子天线与接触电极电气连接。
进一步地，将天线基片上的偶极子天线与接触电极电气连接之后，上述集成光学强电场传感器的耦合封装方法还可包括：
步骤S7、提供一垫片。
步骤S8、将波导基片3和天线基片均固定在垫片上。
示例性地，步骤S8结束后，形成如图4所示的结构，其中，波导基片3的左右两端分别粘接有一个硅块1，一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与波导基片3上的光波导4的一端对准，另一个硅块1的V型槽内的裸光纤2与光波导4的另一端对准，波导基片3的上下两端分别设置有接触电极5，波导基片3设置有接触电极5处粘接有天线基片6，天线基片6上的偶极子天线与接触电极5电气连接，波导基片3和天线基片6均固定在垫片7上。
示例性地，将波导基片3和天线基片6均固定在垫片7上的方法可包括：使用紫外固化胶，将波导基片3和天线基片6粘接在垫片7上。
可选地，上述波导基片3可选用铌酸锂晶片，垫片7的材质也可为铌酸锂。具体地，可选用x切z传的铌酸锂晶片作为波导基片3和垫片7。
可以想到的是，在将上述裸光纤与波导基片上的光波导耦合、在波导基片上粘接天线基片、将天线基片上的偶极子天线与接触电极电气连接，并将波导基片和天线基片均固定在垫片上之后，还可将上述结构均封装在对应的封装结构中，至于将上述结构均封装在对应的封装结构中的方法，本领域技术人员可参照现有的集成光学强电场传感器的耦合封装工艺中对应的方法，本发明实施例对此部分内容不进行限定，故此处不再进行赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，包括：
提供两个形成有V型槽的硅块；
在每个所述硅块的所述V型槽内均粘接裸光纤；
对所述裸光纤和所述硅块设置有所述V型槽的一面均进行端面磨斜；
将两个所述硅块分别粘接在波导基片的两端，其中，一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述波导基片上的光波导的一端对准，另一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述光波导的另一端对准。
2.根据权利要求1所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，将两个所述硅块分别粘接在波导基片的两端，其中，一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述波导基片上的光波导的一端对准，另一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述光波导的另一端对准的步骤包括：
将两个所述硅块和所述波导基片均安装在调节架上，两个所述硅块分别位于所述波导基片的两端，各所述硅块与所述裸光纤的延伸方向垂直的一面与所述波导基片接触；
通过调节架，调节各所述硅块的位置，使一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述波导基片上的光波导的一端对准，另一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述光波导的另一端对准；
将各所述硅块与所述波导基片分离，在各所述硅块与所述波导基片接触的一面涂覆胶水，将各所述硅块与所述波导基片粘接。
3.根据权利要求2所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，通过调节架，调节各所述硅块的位置，使一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述波导基片上的光波导的一端对准，另一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述光波导的另一端对准的步骤包括：
通过调节架，调节各所述硅块的位置，并使用显微镜监测各所述硅块与所述波导基片的相对位置，使一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述波导基片上的光波导的一端对准，另一个所述硅块的所述V型槽内的所述裸光纤与所述光波导的另一端对准。
4.根据权利要求2所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，所述胶水为紫外固化胶。
5.根据权利要求1所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，所述波导基片为铌酸锂晶片。
6.根据权利要求1所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，将所述硅块分别粘接在波导基片的两端之后，所述集成光学强电场传感器的耦合封装方法还包括：
在所述波导基片上粘接天线基片，所述天线基片与所述波导基片上的接触电极对应；
将所述天线基片上的偶极子天线与所述接触电极电气连接。
7.根据权利要求6所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，将所述天线基片上的偶极子天线与所述接触电极电气连接之后，所述集成光学强电场传感器的耦合封装方法还包括：
提供一垫片；
将所述波导基片和所述天线基片均固定在所述垫片上。
8.根据权利要求7所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，将所述波导基片和所述天线基片均固定在所述垫片上的方法包括：使用紫外固化胶，将所述波导基片和所述天线基片粘接在所述垫片上。
9.根据权利要求7或8所述的集成光学强电场传感器的耦合封装方法，其特征在于，所述垫片的材质为铌酸锂。
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