CN109507775A - 有源光缆用带闪耀光栅的硅基光纤固定槽及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光通信、有源光缆技术领域，具体涉及一种有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽及其制作方法。该制作方法第一湿法腐蚀制备硅基V型槽，第二干法刻蚀在硅基V型槽的一个内侧面上刻蚀闪耀光栅，制备以反射式闪耀光栅为微反射镜面的有源光缆光纤固定槽，该硅基光纤固定槽，包括硅基V型槽，硅基V型槽一端开口，另一端有端斜面(111)，硅基V型槽的端斜面(111)内侧上刻蚀反射式闪耀光栅，反射式闪耀光栅的闪耀角为9.7°，反射式闪耀光栅与端斜面(111)组成微反射镜，微反射镜的镜面竖直向上。该硅基光纤固定槽内刻蚀闪耀光栅，可将能量集中于设计的闪耀级，进而提升耦合效率，且对不同光波长闪耀级不同可以实现分光的效果。
Description
技术领域
本发明属于光通信、有源光缆技术领域，具体涉及一种有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽及其制作方法。
背景技术
5G通信，数据中心，激光雷达(LiDAR)，相干光通信、OCT成像技术等多种最新的光电子集成技术方案和各种应用场景中都可见光收发模块的身影。光收发模块是光通讯的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。光模块有很多很重要的光电技术参数，但对于有源光缆或热插拔光模块而言，选用时最关注的就是三个参数：即中心波长、传输速率、传输距离。
光模块用到的垂直腔面激光器(VCSEL)波长大多为850nm或者1310nm；传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。色散是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。传输速率在850nm波段时VCSEL性能限制外，另一个重要原因是短距离用多模光纤时模间色散的存在，所以在制作光模块的过程中降低光在光纤中的色散，提高激光器与光纤的耦合效率至关重要。在长距离传输诸如1.3um的VCSEL与单模光纤耦合时，由于单模光纤芯径仅为9um，而VCSEL的氧化限制孔径在9um附近，加之发散角传播后，与光纤耦合时光斑直径远大于光纤芯径，造成耦合时光功率的浪费，因此在耦合时收缩光斑对提升耦合效率至为重要；此外，光在光纤中传播时高偏振态的激光色散更低，能够传输更远的距离。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽及其制作方法，使用该方法制作的硅基光纤固定槽内刻蚀闪耀光栅，可将能量集中于设计的闪耀级，进而提升耦合效率，且对不同光波长闪耀级不同可以实现分光的效果。
本发明的技术方案是：
有源光缆用带闪耀光栅的硅基光纤固定槽，包括硅基V型槽，所述的硅基V型槽一端开口，另一端有端斜面(111)，所述的硅基V型槽的端斜面(111)内侧上刻蚀反射式闪耀光栅，所述的反射式闪耀光栅的闪耀角为9.7°，所述的反射式闪耀光栅与端斜面(111)组成微反射镜，所述的微反射镜的镜面竖直向上。
具体的，所述的硅基V型槽的端斜面(111)与底面呈54.7°角。
具体的，所述的反射式闪耀光栅截面为三角形状
如上所述有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的制作方法，包括如下步骤：
一、湿法腐蚀制作硅基V型槽，制作的硅基V型槽具有底面(100)，且一端开口，另一端有端斜面(111)；
二、干法刻蚀在硅基V型槽上刻蚀闪耀光栅，对硅基V型槽的端斜面进行曝光和显影，以产生条形反射式闪耀光栅图形；然后使离子束垂直于端斜面(111)将条形刻蚀图形转移至硅片，最后倾斜刻蚀反射式闪耀光栅，倾斜角度是离子束与端斜面(111)呈80°。
具体的，所述的湿法腐蚀制作硅基V型槽的过程如下：首先选取硅片，对选取的硅片进行丙酮、乙醇-超声波清洁，去离子水冲洗、氮气吹干；然后将上述处理的硅片移入热氧化炉中进行湿氧氧化，氧化完成后取出硅片移入热退火炉中进行热退火；再进行光刻、显影处理；第四是将光刻、显影完成的硅片使用氮气吹干，后浸入HF水溶液中，制备SiO2掩膜；最后将经过以上处理过的硅片浸入KOH水溶液，进行湿法硅刻蚀，制备具有底面(100)与端斜面(111)形成54.7°角的硅基V型槽。
具体的，所述的KOH水溶液成分为：KOH40～50wt％、EDP、TMAH22wt％。
具体的，所述的EDP的组成成分为750ml乙二胺、120g邻苯二酚和100ml水。
本发明的有益效果是：针对具有底面(100)与端斜面(111)的硅基V型槽，进一步在端斜面(111)上制备反射式闪耀光栅，整体来实现光线偏转90°的功能,使用本发明提供的制作方法制作的光纤固定槽解决了垂直腔激光器阵列与单模光纤阵列耦合问题，特别是在数据中心的甚短距离通信的850nm光模块及长距离通信用1310nm光模块中VCSELs与光纤阵列的耦合，通过所设计的硅基光纤固定槽可实现：1.在有源光缆的发射端实现了VCSELs发射激光的90°偏转，反射式闪耀光栅可将光能量集中于所设定的闪耀级上，增强了垂直腔激光器阵列与光纤阵列耦合中光耦合效率；2.由于反射式闪耀光栅的反射级与波长相关，在波分复用系统中可以作为光波长选择开关(WSS)使用；3.在甚短距离通信有源光缆中，闪耀光栅可将光能量集中于所设定的闪耀级上，进一步压缩光斑，可有效改善模间色散，减小信号畸变，增大传输距离。
附图说明
图1是本发明提供的硅基光纤固定槽结构示意图；
图2是硅基光纤固定槽剖面结构示意图；
图3是刻蚀的反射式闪耀光栅及光纤传输示意图；
其中箭头指示的是光纤传输方向。
1硅基V型槽、2反射式闪耀光栅、3微反射镜、(100)底面、(111)端斜面。
具体实施方式
有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的制作方法，包括如下步骤：
一、湿法腐蚀制作硅基V型槽，制作过程如下：首先选取硅片，对选取的硅片进行丙酮、乙醇-超声波清洁，去离子水冲洗、氮气吹干；然后将上述处理的硅片移入热氧化炉中进行湿氧氧化，氧化完成后取出硅片移入热退火炉中进行热退火；再进行光刻、显影处理；第四是将光刻、显影完成的硅片使用氮气吹干，后浸入HF水溶液中，制备SiO2掩膜；最后将经过以上处理过的硅片浸入KOH水溶液，进行湿法硅刻蚀，制备具有底面(100)面与端斜面(111)形成54.7°角的硅基V型槽，所述的KOH水溶液成分为：KOH40～50wt％、EDP、TMAH22wt％，其中EDP的组成成分为750ml乙二胺、120g邻苯二酚和100ml水。制作的硅基V型槽1具有底面(100)，且一端开口，另一端有端斜面(111)；
二、干法刻蚀在硅基V型槽1上刻蚀闪耀光栅，对硅基V型槽的端斜面(111)进行曝光和显影，以产生条形反射式闪耀光栅2图形；然后使离子束垂直于端斜面(111)将条形刻蚀图形转移至硅片，最后倾斜刻蚀反射式闪耀光栅2，倾斜角度是离子束与端斜面(111)呈80°。
参照图1、图2所示为根据以上所述的方法制作的有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的结构示意图，包括硅基V型槽，所述的硅基V型槽1开口本实施例中为宽度为125μm(在其他用途特殊用途的情况下可以设定为其他宽度)。所述的硅基V型槽包括底面(100)，所述端斜面(111)与底面(100)呈54.7°角。所述的硅基V型槽1一端开口，另一端有端斜面(111)，所述的硅基V型槽的端斜面(111)内侧上刻蚀反射式闪耀光栅2，所述的反射式闪耀光栅2的闪耀角为9.7°，所述的反射式闪耀光栅2与端斜面(111)组成微反射镜3，所述的微反射镜3的镜面竖直向上，图3是刻蚀的反射式闪耀光栅2及光纤传输示意图。所述的反射式闪耀光栅2截面为三角形状。
使用本发明提供的有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽时，当光束入射后会有90°偏转，实现光线偏转90°的功能，该硅基光纤固定槽1由于反射式闪耀光栅2的反射作用可将能量集中于设计的闪耀级，进而提升耦合效率，且对不同光波长闪耀级不同可以实现分光的效果。闪耀光栅的周期根据波长的应用对应选择，公式为其中d为闪耀光栅周期，λb为波长。
本发明的意义在于：1.在有源光缆的发射端实现了VCSELs发射激光的90°偏转，闪耀光栅可将光能量集中于所设定的闪耀级上，增强了垂直腔激光器阵列与光纤阵列耦合中光耦合效率；2.由于反射式闪耀光栅的反射级与波长相关，在波分复用系统中可以作为光波长选择开关(WSS)使用；3.在甚短距离通信有源光缆中，闪耀光栅可将光能量集中于所设定的闪耀级上，进一步压缩光斑，可有效改善模间色散，减小信号畸变，增大传输距离。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (7)
1.有源光缆用带闪耀光栅的硅基光纤固定槽，包括硅基V型槽，所述的硅基V型槽(1)一端开口，另一端有端斜面(111)，其特征在于，所述的硅基V型槽的端斜面(111)内侧上刻蚀反射式闪耀光栅(2)，所述的反射式闪耀光栅(2)的闪耀角为9.7°，所述的反射式闪耀光栅(2)与端斜面(111)组成微反射镜(3)，所述的微反射镜(3)的镜面竖直向上。
2.根据权利要求1所述有源光缆用带闪耀光栅的硅基光纤固定槽，其特征在于，所述的硅基V型槽的端斜面(111)与底面(100)呈54.7°角。
3.根据权利要求1所述有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽，其特征在于，所述的反射式闪耀光栅(2)截面为三角形状。
4.如上任一权利要求所述有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、湿法腐蚀制作硅基V型槽，制作的硅基V型槽具有底面(100)，且一端开口，另一端有端斜面(111)；
二、干法刻蚀在硅基V型槽上刻蚀闪耀光栅，对硅基V型槽的端斜面(111)进行曝光和显影，以产生条形反射式闪耀光栅(2)图形；然后使离子束垂直于端斜面(111)将条形刻蚀图形转移至硅片，最后倾斜刻蚀反射式闪耀光栅(2)，倾斜角度是离子束与端斜面(111)呈80°。
5.根据权利要求4所述有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的制作方法，其特征在于，所述的湿法腐蚀制作硅基V型槽的过程如下：
首先选取硅片，对选取的硅片进行丙酮、乙醇-超声波清洁，去离子水冲洗、氮气吹干；然后将上述处理的硅片移入热氧化炉中进行湿氧氧化，氧化完成后取出硅片移入热退火炉中进行热退火；再进行光刻、显影处理；第四是将光刻、显影完成的硅片使用氮气吹干，后浸入HF水溶液中，制备SiO2掩膜；最后将经过以上处理过的硅片浸入KOH水溶液，进行湿法硅刻蚀，制备具有底面(100)与端斜面(111)形成54.7°角的硅基V型槽(1)。
6.根据权利要求5所述有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的制作方法，其特征在于，所述的KOH水溶液成分为：KOH40～50wt％、EDP、TMAH22wt％。
7.根据权利要求6所述有源光缆用带有闪耀光栅的硅基光纤固定槽的制作方法，其特征在于，所述的EDP的组成成分为750ml乙二胺、120g邻苯二酚和100ml水。
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