CN111596419A - 一种光纤芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光整形技术领域，提供了一种光纤芯片及其制作方法，光纤芯片包括{100}晶族基板，{100}晶族基板上开设有V形槽，V形槽内设有至少一根光纤条；{100}晶族基板为(100)硅片，V形槽沿硅片<110>晶向开设，V形槽的槽面为硅片{111}晶面，光纤条包括玻璃纤芯和包覆于玻璃纤芯外的光学反射层，光纤条利用胶水固定安装于V形槽内。本发明的光纤芯片，通过V形安装槽安装有的光纤条，由于光纤条的全反射以及极低的光衰，使得光传播不易被吸收，光束能量集中，且光在光纤条传导的过程中不需考虑V形槽对光的吸收等损耗，该光纤芯片成本低廉，便于在半导体激光器中封装使用，有利于激光器件的制备，具有对激光器件光束进行整形的功能。

Description

一种光纤芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及激光整形技术领域，尤其涉及一种光纤芯片及其制作方法。
背景技术
半导体激光器具有体积小、重量轻、电光转换效率高、寿命长和可靠性高等优点，已在通讯、医疗、显示、工业制作和安防等领域广泛应用。但目前，在激光器封装中，多无法对其光型进行整形，其光型都取决于激光器件的自身发光区域，由于存在光束质量差、光强分布不均匀、发散角大等缺陷，阻碍了半导体激光器的发展和使用，为了适用不同应用的需求，往往需要对激光束进行整形；激光束整形技术通常是指将入射激光束的强度分布改变为所需要的强度分布，同时也可调整它的相位分布和发散角以控制其传播特性，满足对其光斑尺寸、发散角甚至是光强分布的要求；光纤具有的全反射以及极低的光衰特性，具有对激光器件光束的整形作用，但精确且微小尺寸的光纤不易在激光器中封装使用。
因此，开发一种具有对激光器件光束整形功能的光纤芯片及其制作方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种光纤芯片及其制作方法，以解决目前不易将精确且微小尺寸的光纤在激光器中封装使用以实现激光器件光束整形的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种光纤芯片，包括{100}晶族基板，所述{100}晶族基板上开设有V形槽，所述V形槽内设有至少一根光纤条。
作为一种改进的技术方案，所述{100}晶族基板为(100)硅片，所述V形槽沿硅片<110>晶向开设。
作为一种改进的技术方案，所述V形槽的槽面为硅片的{111}晶面，所述V形槽的槽面与硅片的{100}晶面的夹角为54.74°，所述V形槽的两槽面间的夹角为70.52°。
作为一种改进的技术方案，所述光纤条包括玻璃纤芯和包覆于所述玻璃纤芯外的光学反射层，所述光纤条利用胶水固定安装于所述V形槽内。
本发明同时公开了上述所述的光纤芯片的制作方法，包括如下步骤：
S1、提供一{100}晶族基板，在所述{100}晶族基板的(100)面上制备一层保护层；
S2、在所述保护层上覆盖一层光刻胶层，并在所述光刻胶层上做出若干沿<110>晶向开设、且均匀排列设置的暴露区；
S3、将所述暴露区暴露的所述保护层腐蚀掉，然后将图形化的所述光刻胶层去掉；
S4、使用碱性溶液进行{100}晶族基板的各向异性腐蚀，腐蚀得到所述V形槽；
S5、湿法腐蚀去掉所述保护层；
S6、在所述V形槽内注胶，将所述光纤条放置于所述V形槽内，然后固化胶水；
S7、对所述{100}晶族基板的底面进行研磨，研磨至所需厚度，然后进行切片加工，制备成单颗的所述光纤芯片。
作为一种改进的技术方案，所述{100}晶族基板采用(100)硅片；
所述的保护层为使用PECVD在(100)硅片表面生长的氮化硅/二氧化硅薄膜，或采用干法/湿法将(100)硅片表面氧化制得的二氧化硅薄膜，或采用蒸镀/溅射方式在(100)硅片表面生长的金属薄膜，金属薄膜为镍、钛、铂、金中的任一单层金属薄膜或多层金属的复合薄膜。
作为一种改进的技术方案，采用光刻方式在所述保护层上进行光刻胶覆盖，然后在覆盖的所述光刻胶层上沿<110>晶向对齐曝光，并继续显影工艺图形化所述光刻胶层，获得均匀排列设置的若干所述暴露区。
作为一种改进的技术方案，通过化学湿法腐蚀或等离子干法蚀刻的方式将所述暴露区暴露出的所述保护层腐蚀至基板表面，然后进行清洗，将图形化的所述光刻胶层清洗掉。
作为一种改进的技术方案，所述碱性溶液采用氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或TMAH溶液中的一种。
作为一种改进的技术方案，所述胶水采用UV胶或热敏胶，通过固化胶水固定所述光纤条，采用金刚石刀具的物理切割方式进行切片加工。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
设有的该光纤芯片，通过V形安装槽安装有的光纤条，由于光纤条的全反射以及极低的光衰，使得光传播不易被吸收，光束能量集中，且光在光纤条传导的过程中不需考虑V形槽对光的吸收等损耗，该光纤芯片成本低廉，便于在半导体激光器中封装使用，有利于激光器件的制备，具有对激光器件光束进行整形的功能。
该光纤芯片的制作方法，沿<110>晶向进行V形槽的制备，使用碱性溶液对硅片基板进行各向异性腐蚀，由于硅片的特殊属性，只会腐蚀基板暴露区{111}面中间的部分，腐蚀到{111}面便自然截止腐蚀，腐蚀精确，使得用以安装光纤条的V形槽制备不但简单方便，且制备的V形槽深度一致，便于精确且微小尺寸光纤条的安装固定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明结构I的结构示意图；
图2为本发明结构II的结构示意图；
图3为本发明结构III的结构示意图；
图4为本发明结构IV的结构示意图；
图5为本发明结构V的结构示意图；
图6为本发明结构V的部分剖视结构示意图；
图7为本发明光纤条未放置状态的结构示意图；
图8为本发明结构VI的结构示意图；
图9为本发明光纤芯片的结构示意图；
图10为本发明光纤芯片的部分剖视结构示意图；
图11为本发明光纤芯片的制作方法流程图；
附图标记：1-{100}晶族基板；101-V形槽；2-光纤条；201-玻璃纤芯；202-光学反射层；3-保护层；4-光刻胶层；401-暴露区。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
如图9和图10共同所示，本实施例提供了一种光纤芯片，包括{100}晶族基板1，{100}晶族基板1上开设有V形槽101，V形槽101内设有至少一根光纤条2，光纤条2的数量依据需求安装，可安装一条，也可安装多条。
本实施例中，{100}晶族基板1选用(100)硅片，V形槽101沿硅片<110>晶向开设；当然，基板不限于(100)硅片，选用便于开设V形槽101的<100>硅片即可。
本实施例中，V形槽101的槽面为硅片的{111}晶面，V形槽101的槽面与硅片的{100}晶面的夹角为α＝54.74°，V形槽101的两槽面间的夹角为β＝70.52°，为通过碱性溶液腐蚀得到的特定规格的槽体结构。
本实施例中，光纤条2包括玻璃纤芯201和包覆于玻璃纤芯201外的光学反射层202，光纤条2利用胶水固定安装于V形槽101内，光在光纤传导的过程中，不需要考虑V形槽101对光的吸收等损耗。
本实施例中，光纤条2安装后，确保光纤条2及胶水不高于基板表面高度。
基于上述结构的该光纤芯片，通过V形安装槽安装有的光纤条2，由于光纤条2的全反射以及极低的光衰，使得光传播不易被吸收，光束能量集中，且光在光纤条2传导的过程中不需考虑V形槽101对光的吸收等损耗，该光纤芯片成本低廉，便于在半导体激光器中封装使用，有利于激光器件的制备，具有对激光器件光束进行整形的功能。
如图11所示，本实施例同时公开了上述所述的光纤芯片的制作方法，包括如下步骤(本实施例中，在整个光纤芯片结构的制备过程中，为了便于说明，各个工艺步骤所产生的中间产物或过渡结构分别用结构I、结构II、结构III...结构VI来记载，当然也可以采用其他定义名称进行说明)：
S1、提供一{100}晶族基板1，在{100}晶族基板1的(100)面上制备一层保护层3，得到结构I，如图1所示；
该步骤中，{100}晶族基板1采用(100)硅片。
该步骤中，制备的保护层3可通过多种方式制备，保护层3为使用PECVD在(100)硅片表面生长的氮化硅/二氧化硅薄膜，或采用干法/湿法将(100)硅片表面氧化制得的二氧化硅薄膜，或采用蒸镀/溅射方式在(100)硅片表面生长的金属薄膜，金属薄膜为镍、钛、铂、金中的任一单层金属薄膜或多层金属的复合薄膜。
该步骤中制备的保护层3在后续的腐蚀加工工艺中起到保护作用，其厚度可根据腐蚀的深度进行调整，以腐蚀100um的深槽为例，通过制备的氮化硅薄膜作保护层3，则所需制备的氮化硅薄膜的厚度为280-320nm，通过制备的二氧化硅薄膜作保护层3，则所需制备的二氧化硅薄膜的厚度为800-1200nm，通过制备的金属薄膜作保护层3，则所需制备的金属薄膜的厚度为180-220nm。
S2、在保护层3上覆盖一层光刻胶层4，并在光刻胶层4上做出若干沿<110>晶向开设、且均匀排列设置的暴露区401，得到结构II，如图2所示；
该步骤中，采用光刻的方式在保护层3上进行光刻胶覆盖，然后在覆盖的光刻胶层4上沿<110>晶向对齐曝光，并继续显影等光刻工艺图形化光刻胶层4，获得所需大小(宽度)的、且均匀排列设置的若干暴露区401，由于各暴露区401均沿硅片的<110>晶向，获得的各暴露区401互相平行。
S3、将暴露区401暴露的保护层3腐蚀掉，然后将图形化的光刻胶层4去掉，得到结构III,如图3所示；
该步骤中，通过化学湿法腐蚀或等离子干法蚀刻的方式将暴露区401暴露出的保护层3腐蚀掉，腐蚀至基板表面，露出将要腐蚀的硅片表面，然后进行清洗，将图形化的光刻胶层4清洗掉。
S4、使用碱性溶液进行{100}晶族基板1的各向异性腐蚀，腐蚀得到V形槽101，得到结构IV，如图4所示；
该步骤中，碱性溶液可采用氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或TMAH溶液中的一种，由于硅片的特殊属性，碱性溶液只会腐蚀硅片{111}面中间的部分，且腐蚀到{111}面后自然截止腐蚀，从而在碱性溶液的腐蚀下自然腐蚀得到所需的V形槽101，且V形槽101深度一致。
S5、V形槽101腐蚀完成后，采用湿法腐蚀方式去掉保护层3，得到结构V，如图5和图6共同所示；
S6、在V形槽101内注胶，将光纤条2放置于V形槽101内，然后固化胶水，通过胶水固化实现光纤条2于V形槽101内的安装固定，得到结构VI，如图7和图8共同所示；
该步骤中，胶水采用UV胶或热敏胶，便于快速固化实现光纤条2的安装固定。
S7、对{100}晶族基板1的底面进行研磨，研磨至所需厚度，然后进行切片加工，制备成单颗的光纤芯片，如图9和图10共同所示。
该步骤中，采用硅片研磨设备进行硅片基板底面的研磨、抛光，将安装光纤条2后的硅片研磨至所需厚度，最后采用金刚石刀具的物理切割方式进行切片加工，制备成单颗的光纤芯片，以便在激光器封装中使用。
该光纤芯片的制作方法，沿<110>晶向进行V形槽101的制备，由于碱性溶液对硅片基板的各向异性腐蚀，只会腐蚀基板暴露区401的{111}面中间部分，腐蚀到{111}面便自然截止腐蚀，腐蚀精确，使得用以安装光纤条2的V形槽101的制备不但简单方便，且制备的V形槽101深度一致，便于精确且微小尺寸光纤条2的安装固定。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤芯片，其特征在于：包括{100}晶族基板，所述{100}晶族基板上开设有V形槽，所述V形槽内设有至少一根光纤条。
2.如权利要求1所述的光纤芯片，其特征在于：所述{100}晶族基板为(100)硅片，所述V形槽沿硅片<110>晶向开设。
3.如权利要求2所述的光纤芯片，其特征在于：所述V形槽的槽面为硅片{111}晶面，所述V形槽的槽面与硅片{100}晶面的夹角为54.74°，两槽面间的夹角为70.52°。
4.如权利要求1-3任一项所述的光纤芯片，其特征在于：所述光纤条包括玻璃纤芯和包覆于所述玻璃纤芯外的光学反射层，所述光纤条利用胶水固定安装于所述V形槽内。
5.一种光纤芯片的制作方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、提供一{100}晶族基板，在所述{100}晶族基板的(100)面上制备一层保护层；
S2、在所述保护层上覆盖一层光刻胶层，并在所述光刻胶层上做出若干沿<110>晶向开设、且均匀排列设置的暴露区；
S3、将所述暴露区暴露的所述保护层腐蚀掉，然后将图形化的所述光刻胶层去掉；
S4、使用碱性溶液进行{100}晶族基板的各向异性腐蚀，腐蚀得到所述V形槽；
S5、湿法腐蚀去掉所述保护层；
S6、在所述V形槽内注胶，将所述光纤条放置于所述V形槽内，然后固化胶水；
S7、对所述{100}晶族基板的底面进行研磨，研磨至所需厚度，然后进行切片加工，制备成单颗的所述光纤芯片。
6.如权利要求5所述的光纤芯片的制作方法，其特征在于：所述{100}晶族基板采用(100)硅片；
所述的保护层为使用PECVD在(100)硅片表面生长的氮化硅/二氧化硅薄膜，或采用干法/湿法将(100)硅片表面氧化制得的二氧化硅薄膜，或采用蒸镀/溅射方式在(100)硅片表面生长的金属薄膜，金属薄膜为镍、钛、铂、金中的任一单层金属薄膜或多层金属的复合薄膜。
7.如权利要求6所述的光纤芯片的制作方法，其特征在于：采用光刻方式在所述保护层上进行光刻胶覆盖，然后在覆盖的所述光刻胶层上沿<110>晶向对齐曝光，并继续显影工艺图形化所述光刻胶层，获得均匀排列设置的若干所述暴露区。
8.如权利要求7所述的光纤芯片的制作方法，其特征在于：通过化学湿法腐蚀或等离子干法蚀刻的方式将所述暴露区暴露出的所述保护层腐蚀至基板表面，然后进行清洗，将图形化的所述光刻胶层清洗掉。
9.如权利要求8所述的光纤芯片的制作方法，其特征在于：所述碱性溶液采用氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或TMAH溶液中的一种。
10.如权利要求9所述的光纤芯片的制作方法，其特征在于：所述胶水采用UV胶或热敏胶，通过固化胶水固定所述光纤条，采用金刚石刀具的物理切割方式进行切片加工。
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CN116500057A (zh) * 2023-04-28 2023-07-28 深圳鑫振华光电科技有限公司 一种基于人工智能的光纤设备视觉数据分析系统及方法

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