CN1118715C - 用于连接光纤和光波导的结构 - Google Patents

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Abstract

一种光纤和波导连接结构，包含：光纤；光波导器件，其面上包括在基片的表面上突出出来的波导芯；及组装平台，其结构使得每个光纤的中心都能与光波导器件的波导芯的中心相对，并具有用于光纤的凹槽和用于光波导器件的突出部分的凹槽，根据此结构，依据无源连接的结构，不需要光源及光探测器，从而降低了成本并可实现快速连接。

Description

用于连接光纤和光波导的结构
本发明涉及将光纤和光波导相互连接的结构，更具体的，涉及这样一种光纤和光波导连接结构，其中光波导和光纤在组装平台上彼此无源连接。
通常，为将光波导器件和光纤结合在一起，在生产光纤阵列模块中其所包含的光纤阵列与光波导器件的输入/输出波导数目相同。通过将光纤固定到具有均匀间隔的V-形槽的块上，将一层黏结剂涂到光纤上，用罩将光纤固定，并抛光模块的截面而形成光纤阵列模块。对光波导器件的输入/输出截面进行抛光，以减少在与光纤阵列模块相耦合时的结损耗。在光被波导进光纤阵列模块的输入光纤后，光波导被精确的设置使得从波导的输出端可以发射出最大的输出光束。在最大的输出光束从波导输出端发射出后，光纤阵列模块和光波导器件被最后的固定和耦合。
图1示出传统的光波导器件和光纤阵列模块。这里，图中所示出的状态是在将光波导器件100和光纤阵列模块彼此结合在一起之前的状态。在图中的下部所示出的三维坐标表示通过光纤阵列模块110的输入端发射的光束的方向和每一模块的设置方向。当通过输入端辐射的光束通过光波导器件100散射到光纤阵列模块110的输出端以外时，就可找到具有最小损耗的结构位置，从而完成组合。
如上所述，当光纤阵列模块110和光波导器件100以有源结构的形式结合时，需要发射光的光源，并且必须包括用于计算损耗的光探测器。同样，调整排列的方向需要耗费很多的时间。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种光纤和光波导连接结构，其中光波导器件和光纤阵列模块以无源方式结合，从而，它们在无需单独的光源的情况下可以快速的彼此连接
相应的，为了实现上述目的，所提供的光纤和波导的连接结构包含：光纤；一光波导器件，其平面包含一突出到基片表面以外的波导芯；及一组装平台，其结构使得每个光纤的芯都与光波导器件的波导芯相对，并具有用于光纤的凹槽和用于光波导器件的突起部分的凹槽。
最好，当光波导器件被固定到组装平台上时，作为光纤罩的非突起部分将被固定到组装平台上。
组装平台最好还包含支座，其在当光纤被固定到凹槽上时，用于支撑从凹槽延伸出的光纤部分。
最好在组装平台上，从所刻蚀的槽的表面到一深度的高度等于每个光纤的截面半径，该深度为在该处，波导器件的突出部分能在将波导放入凹槽中时正好能与波导芯的中心相配合。
最好在波导器件中，从基片到光波导器件的中心的高度等于光纤的截面半径。
为了实现上述目的，所提供的光纤和波导连接结构包含；光纤；一光波导器件，其平面包含一突出到基片表面以外的波导；及一组装平台，其结构使得每个光纤的芯都与光波导器件的波导芯相对，并具有用于光纤的V-形槽和用于光波导器件的突起部分的凹槽；还包含支座，其在当光纤被固定到V-形槽上时，用于支撑延伸出的光纤部分。
通过下面结合相应附图的详细描述将对本发明的以上及其他目的有更清楚的认识。
图1为传统波导器件及光纤阵列模块的透视图；
图2为根据本发明实施例的光纤和光波导连接结构的透视图；
图3为根据本发明另一实施例的光纤和光波导连接结构的透视图；
图4为根据本发明另一实施例的光纤和光波导连接结构的透视图。
参考图2，光纤和光波导连接结构包含：光纤200；光波导器件210；及组装平台220。图2示出了将要连接到光波导器件210的输入部分的光纤201及装到使通过光波导的信号输出的部分中的光纤202。在输出部分出的光纤202的数量取决于光波导器件210的分支数。对光波导器件进行蚀刻直到包含光波导芯的突出部分从基片212的表面突出出来为止。在其上设置并连接有光纤200和光波导器件210的组装平台220具有用于设置光纤200的凹槽222及用于容纳光波导器件210的突出部分211的凹槽221，所述的组装平台形成在具有一定厚度的基片上。用于设置光纤200的凹槽的深度必须等于或略小于光纤的截面直径。在其中置入光波导器件210的突出部分211的凹槽221的深度必须等于光纤200的凹槽的深度。当在平台220上将光纤200和光波导器件210彼此相连设置时，每个光纤的中心(即每个光纤的芯的中心)必须准确的接触到光波导器件210的中心(即光波导芯的中心)。在蚀刻组装平台的深度时必须事先准确的计算此种连接，从而完成准确的蚀刻。光波导器件210的基片212作为将光纤200与组装平台220上的光波导器件210相固定的罩。
当在组装平台上将光纤211与光波导器件210彼此固定并相连时，光纤200通过光波导器件210的基片212固定，即，光波导器件210未被蚀刻掉的基片部分212。光波导器件210的突出部分211插入组装平台220的凹陷221中。这里，从光波导器件210的基片212到波导芯中心的高度必须等于光纤200的截面直径。
图3示出根据本发明另一实施例的光纤和光波导器件的连接结构，其包括：光纤300；一光波导器件310；及一组装平台320。光纤300和光波导器件310和图2中的相同。在平台320的结构中，用于将光纤300与光波导器件310相连的组装部分322存在于用于支撑光纤的平板321之上(对照图2)。组装部分322的凹陷深度与图2中的相同。
图4示出根据本发明另一实施例的光纤和光波导器件的连接结构的示意图，其包括：光纤400，光波导器件410，及组装平台420。光纤400和光波导器件410与图2中的相同。组装平台420由用于支撑光纤400的平板421及组装部分422构成。组装部分422具有蚀刻出用于固定光纤400的V-形槽，及适配光波导器件410的突出部分的凹陷。V-形槽423的蚀刻深度和用于光波导的凹槽424的深度必须等于或小于每个光纤400的截面直径。光波导器件410的突出411的高度必须被控制，从而基片412的表面到波导芯的中心的高度可等于光纤400的截面半径。光波导器件410的突出411的总的高度必须略微小于光纤400的截面直径。
下面对生产图2到图4中的部件的特征和方法进行描述。下面将对依赖与部件件结合的光线和光波导器件的连接进行描述。首先，作为设置光纤和光波导器件210的基本块的组装平台220的特征在于：其具有用于固定光波导器件的槽221及用于以预定间隔在输入和输出部分固定光纤的槽222。硅基片的各向异性蚀刻可以用于制造组装平台220。图2的组装平台220是通过在硅晶片上形成Si3N4或其他材料的蚀刻掩膜图案并用KOH的蚀刻溶液或其他溶液蚀刻图形而形成的，其中不包含在其上将要固定波导器件和光纤的硅晶片部分。图4的组装平台是用各向异性蚀刻方法生产硅晶片的情况。图2到图4的光波导器件210，310，及410具有被去除到一定深度的边缘，从而在组装平台220，320，及420上分别准确的定位。用干蚀方法(如反应离子蚀刻(RIE))刻蚀或用精细研磨剂将边缘去除到一定深度实现这样的一种光波导器件。这里，输入和输出光波导的截面(即，在输入和输出部分将要与光线连接的光波导的截面)必须精确的进行加工，以便在将光纤和光波导相连时将光损耗将到最小。这里，光纤同样具有精确切除的截面从而当与输入和输出光波导的截面耦合时将光损耗降到最小。
下面将对图2到图4的部件间的耦合进行描述。在图2到图4中，当光纤，光波导器件和组装平台彼此接合时，光波导器件被置入组装平台上的用于光波导器件的槽内，从而完成接合。这里，光纤和光波导的截面彼此相配并对应，尤其是，光纤和光波导芯相配，从而具有相同的中心。当光纤被固定到组装平台上的槽上时，大约有20微米到30微米的光纤从用于在组装平台上固定光纤的槽延伸的表面突出出来。当光波导器件被固定到组装平台上时，光波导器件的边缘的被去除的部分(例如图2的基片212的一部分)作为固定光纤的平面。典型的光纤的直径为125微米，在组装平台上用于固定光纤的槽的深度大约为95到105微米。在此情况下，在接合时作为光波导器件的被蚀掉边缘的基片部分被固定到组装平台上的光纤上。当每个光纤的半径为62.5微米时，波导器件芯的中心离光波导器件的基片表面高必须是62.5微米，即，离开始突出的突出部分，从而用光纤的中心与光波导器件芯的中心相匹配。因此，光纤和光波导器件是向上和向下设置的，即，在组装平台上的光信号传输的方向上。依据光波导芯的输入和输出部分的光波导的突出形板从左到右的长度必须等于组装平台的凹槽的从左到右的长度，即在垂直于光信号传输方向上的长度。同样，必须事先制作光波导器件，以致使其输入和输出部分芯的中心与每个光纤的输入和输出部分相对，从而保证在左和右的方向上设置光纤。如图3和图4中所示，用于支撑光纤的组装平台板在当将光纤固定到组装平台上的槽上时，防止由于光纤覆层的脱落所造成的光纤的损坏。上面所述的光纤和波导器件间的连接通过用无源结构方法代替有源结构方法(将光纤固定到光波导器件上)得以实现，从而不需要光源，光探测器及精确的组装器件，而这些对于有源连接是必须的。
根据本发明，基于无源结构连接，不需要光源及光探测器就可将光纤和光波导连接，因此，降低了成本，同时连接迅速。

Claims (6)

1.一种光纤和波导连接结构，其特征在于包含：多根光纤；
一光波导器件，其面上包括在基片的表面上突出出来的波导；及
一组装平台，其结构使得每个光纤的中心都能与光波导器件的波导芯的中心相对，并具有用于光纤的凹槽和用于光波导器件的突出部分的四边阻挡的凹槽。
2.根据权利要求1所述的光纤和波导连接结构，其特征在于当光波导器件被固定到组装平台上时，非突出的基片部分充当将光纤固定到组装平台上的罩。
3.根据权利要求1所述的光纤和波导连接结构，其特征在于组装平台还包含一支座，当光纤被固定到凹槽上时其用于支撑从凹槽延伸出的光纤部分。
4.根据权利要求1所述的光纤和波导连接结构，其特征在于在组装平台上，从所刻蚀的槽的表面到一深度的高度等于每个光纤的截面半径，该深度为在该处，波导器件的突出部分能在将波导放入凹槽中时正好能与波导芯的中心相配合。
5.根据权利要求1所述的光纤和波导连接结构，其特征在于在光波导器件内，从基片到光波导器件中心的高度等于光纤截面的半径。
6.一种光纤和波导连接结构，其特征在于包含：
多根光纤；
一光波导器件，其面上包括在基片的表面上突出出来的波导；及
一组装平台，其结构使得每个光纤的中心都能与光波导器件的波导芯的中心相对，并具有用于光纤的V-形槽和用于光波导器件的突出部分的四边阻挡的凹槽，还包含一支座，用于当光纤被固定到V-形槽上时支撑延伸出的光纤部分。
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