CN1383011A

CN1383011A - 光纤阵列

Info

Publication number: CN1383011A
Application number: CN 02115842
Authority: CN
Inventors: 张小涛; 李传文; 米全林
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2002-12-04
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: CN1194237C

Abstract

本发明提供一种的光纤阵列,采用光吸收材料制作上基板和或下基板。具有光衰减作用的光衰减玻璃是最佳选择。基板总体吸收率大于20dB小于40dB,一般选用7－12dB/mm的光吸收材料,其折射率在1.4到1.6之间。本发明的优点是大大降低了光通道间的串扰,制作方法简单,有效的降低了反射、散射造成的光纤通道间的串扰问题,而没有更大的变动或采用复杂的结构,从而提高了器件在系统中的性能,产生了意想不到的效果,解决了困扰该领域的技术难题。

Description

光纤阵列

技术领域

本发明涉及一种新型的光纤阵列，特别是采用能吸收光纤中传输光的材料来固定阵列光纤，可以减小光阵列器件中光纤通道之间的串扰的光纤阵列。主要应用在光纤通信领域中进行阵列器件的光耦合，比如用于AWG和光纤的耦合，阵列激光器和阵列光纤的耦合，阵列探测器和阵列光纤的耦合等等。可以有效的降低由于端面反射、散射及其他原因而造成的光纤通道之间的串扰。主要应用在光纤通信领域的阵列器件。

背景技术

目前，随着信息通讯量的不断增加，光通讯正在走向集成化的道路。传统的器件都在向体积更小功能更多性能更强的方向发展。在光通讯、测量和其他相关领域，由于光波导器件的广泛应用，与之耦合的光纤阵列的应用越来越广泛，制作方法随之也越来越多，制作质量、技术、效率和集成度不断提高。

阵列光纤在结构上，目前主要采用V型槽做下基板和平基板做上基板粘接的方法制作，材料多为硅、玻璃、塑料等。一般的制作方法是，将光纤一端包层拨去，露出裸光纤，将其放入V型槽内，涂胶，然后将上基板放于其上，压紧，对齐，使胶固化，再将没有光纤的端面抛光，即成为光纤阵列。一个标准的光纤阵列端面图参见图1。

制作厂商有很多家，国内的光迅，上诠，国外的三星，等等。

由于器件的要求，光纤间距一般很小，在光纤阵列的应用中，一个最主要的问题就是要克服相邻光纤之间由于光散射、反射而产生的相互影响，即串扰。例如由阵列激光器出射光散射而造成的阵列激光器与阵列光纤耦合过程中也会产生串扰。如图2所示。

一个解决串扰的方法在美国专利(Patent No.：US6,277,668 B1)上提出来。他的主要途径是在探测器之间加上挡板(材料生长在探测器边上)，在应用的时候，将光纤阵列尽量靠近探测器，如图3示。这样做可以有效地降低串扰，但是，明显的可以看出来，在探测器之间加上挡板是一件十分麻烦的事情，这种挡板是在硅基上同探测器一起生长出来的，这种工艺实现起来是十分困难的。而且，在光纤与探测器对准耦合的过程中很容易伤害光纤端面。美国康宁公司申请的专利98806193(用于多路复用和去复用的相控光纤阵列)提出了相移的方法，防止阵列波导中的交叉耦合问题，方法较复杂。

发明内容

本发明的目的是设计一种简单易行、有效的降低反射、散射造成的光纤通道间的串扰问题，而没有更大的变动或采用复杂的结构，从而提高了器件在系统中的性能，并效果极佳的新型光纤阵列。

本发明的光纤阵列采用光吸收材料制作上，下基板。可以是上基板采用光吸收材料制作或下基板采用光吸收材料制作，或者上、下基板均采用光吸收材料制作。

所述的光纤阵列，其基板是采用具有光衰减作用的光衰减玻璃制作。

基板还可以采用塑料、环氧高分子材料制作。

所述的光吸收材料的膨胀系数小于3×10⁶/K。

所述的光纤阵列，其基板的光吸收材料的总体光吸收率大于20dB小于40dB。

一般选用7-12dB/mm的光吸收材料。

所述的光纤阵列的基板是采用折射率在1.4到1.6之间的光吸收材料。

本发明的优点是选用光吸收材料制作，大大降低了光通道间的串扰。制作方法简单，与传统方法相同，只是用光吸收材料，如光衰减玻璃，作为光纤阵列的上下夹层，定位和固定光纤，有效的降低了反射、散射造成的光纤通道间的串扰问题，而没有更大的变动或采用复杂的结构，从而提高了器件在系统中的性能，产生了意想不到的效果，解决了困扰该领域的技术难题。

附图说明

图1是传统方法制作的光纤阵列的端面图。1-1为上基板即盖片，1-2为下基板即底片，1-3为光纤，1-4为胶。盖片1-1一般采用玻璃材料，底片1-2是V型槽，将光纤夹在之间，用353ND胶粘接，然后将端面抛磨。

图2是一个激光器阵列2与光纤阵列1耦合时的示意图。为了达到更佳的耦合效率，在激光器阵列2与光纤阵列1之间放入透镜阵列3。激光器2-1发出的光a经过透镜3-1的汇聚耦合入光纤1-3。在理想的状况下，光将全部耦合入光纤，但由于光的模场是椭圆的，就有一部分光b没有耦合入光纤，而是射在光纤阵列的上盖片或下底片上，然后反射回透镜阵列，再次反射就有可能进入另一条光路中，进入光纤，形成串扰。当盖片或底片采用吸收材料时，这部分光b就会被吸收掉，从而避免或降低了串扰。

图3是运用美国专利号为US6,277,668 B1制作的，在探测器4-1间隔处生长有挡板4-2的探测器阵列4与光纤阵列1耦合器件的模拟图。1-3是光纤。可以看出来，采用这样的措施可以达到很好的效果，但是挡板4-2的生长制作是一件相当复杂困难的工艺。

图4是依据本发明制作出来的光纤阵列1。它的上基板1-1采用针对特定波长光吸收率到达10dB/mm以上的光衰减玻璃，下基板1-2采用V型槽。如果光纤间距要求较低，可以采用与上基板1-1相同的光衰减玻璃制作。光纤阵列的端面1-5被抛磨成7～10度角，为了达到更好的指标端面可以镀针对光纤的增透膜。

具体实施方式

本发明的光纤阵列采用能吸收光纤中所传输光的材料制作上基板和、或下基板，在定位和固定光纤的同时可以有效地吸收由于端面反射、散射及其他原因而造成的散射光，避免其进入其它光纤通道，减小通道间的串扰。吸收材料一般为吸收玻璃，制作比较方便，也可以更好的与光纤的热膨胀系数匹配。

图1是一种已有的典型的光纤阵列方案(其立体图可参看图4)，其中1-1是盖板，1-2是带V型槽的底板，1-3是光纤，1-4是粘接用的胶。其中根据使用情况不同而改变，光纤1-3可以选用单模或者多模的光纤，借助底板1-2上的V型槽固定光纤1-3之间的相对位置，盖板1-1可以在以后的操作中保护光纤1-3不受到损伤，胶1-4将他们固定在一起。为了定位，底板1-2一般使用硅材料，然后采用光刻和腐蚀的方法制作V型槽，或者采用石英或玻璃材料，经精密的机械加工，制作出定位用的V型槽。

本发明最显著的特征是采用了光吸收材料来制作光纤阵列的上基板1-1或下基板1-2。这种材料可以吸收在光纤中传输的光，在保护光纤的同时，减小光纤通道之间的串扰。如果要求串扰更小，可以考虑上基板和下基板同时采用了光吸收材料来制作。

光吸收材料可以是光衰减玻璃，对红外光吸收的塑料，环氧胶等等。在选择用于光纤阵列的光吸收材料时，应主要应考虑如下问题：1、上基板和下基板和光纤热膨胀系数的一致性，光吸收材料的膨胀系数小于3×10⁶/K。；2、光吸收材料的吸收谱与吸收率，基板的光吸收材料的总体光吸收率大于20dB小于40dB。一般选用7-12dB/mm的光吸收材料。3、光吸收材料的化学稳定性。

一般来说，这种光吸收材料可以选用光衰减玻璃，它比较好加工，同时热膨胀系数与定位用的其它材料，比如硅相差不大，在温度发生改变的时候不会产生很大的应力，不致使器件失效。

如果选用塑料或者环氧胶等高分子材料，其热膨胀系数会比光纤大很多，在选用时应该注意硬度不能太高，厚度也不能太厚，以免应力过大，造成光纤阵列翘曲，甚至断裂。

光衰减玻璃的制作方法一般是掺杂或离子扩散法在本底玻璃材料(比如石英，K9玻璃等等)中引入金属离子，形成吸收中心，它能选择性地吸收某一个波长范围之内的光(通信上主要使用波长为980nm，1310nm，1550nm等波长的光)。如果要求总体吸收率大于20dB以上，对于图4所示的结构，选用10dB/mm的光衰减玻璃，厚度0.5mm，长度2mm就可以达到总体吸收率的要求。吸收率不能选得太高，否则掺杂过多，本底材料的热膨胀系数和折射率等指标都会发生变化，甚至机械强度发生明显的退化，造成结构的不稳定。

另外，使用光衰减玻璃还可以使它的折射率与光纤的折射率相近，通信用的光纤折射率在1.46附近，可以采用折射率在1.4到1.6之间的玻璃作为本底材料，比如普通的K9玻璃。这样在光纤镀增透膜的情况的同时可以减小盖板和底板表面的反射。

下面是一种典型的应用情况(图2)：

左边是激光器阵列2，中间是透镜阵列3，右边是光纤阵列1，激光器阵列2发射出来的光经过透镜阵列3的会聚，集中在光纤阵列1上，选择合适的透镜3-1和间距可以使耦合效率达到最优，适当的增加激光器2-1之间的间距可以避免激光器的光部分耦合进相邻光纤，造成串扰。但由于激光器光的模场是椭圆型的，和单模光纤的圆模场不匹配，一般从激光器出来的光a最多有60％的光能耦合到相应的光纤1-3之中，剩余的40％则进入上盖板和下盖板成为杂散光，其中有一部分光b会经多次反射，进入到相邻甚至非相邻光纤之中，造成信号的串扰，其影响大约在-45dB以下，在一些要求比较高的场合，依然会对系统的性能造成影响。采用吸收系数为10dB/mm，厚度0.5mm，长度2mm的光衰减玻璃作为盖板之后，大部分光在盖板中被吸收，基本上不会有光进入其它通道，串扰可以减小到-55dB以下，可以确保它符合系统的使用要求。

Claims

1、一种光纤阵列，包括上、下基板及阵列光纤，其特征是上基板和、或下基板是采用光吸收材料制作。

2、根据权利要求1所述的光纤阵列，其特征是基板是采用光衰减玻璃材料制作。

3、根据权利要求1所述的光纤阵列，其特征是基板是采用塑料、环氧高分子材料制作。

4、根据权利要求1～3之一所述的光纤阵列，其特征是基板采用的光吸收材料的膨胀系数小于3×10⁶/K。

5、根据权利要求1～3之一所述的光纤阵列，其特征是基板总体光吸收率大于20dB小于40dB。

6、根据权利要求1～3之一所述的光纤阵列，其特征是选用7-12dB/mm的光吸收材料。

7、根据权利要求1～3之一所述的光纤阵列，其特征是基板是采用折射率在1.4到1.6之间的光吸收材料。