铌酸锂调制器用光波导与光纤耦合的实现方法及耦合装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种铌酸锂调制器用波导与光纤耦合的实现方法及其装置，其耦合装置包括：适于耦合的两根光纤；固定光纤的固定块，加固光纤的加固块；由若干垫片形成的垫片组合；ＬＮ波导芯片；管壳，其中套置有固定块及加固块的光纤通过一垫片组合支撑在管壳内，其一端面与通过垫片组合支撑在管壳内的ＬＮ波导芯片的侧端面连接，其另一端伸出管壳外作为输入或输出接口，且其与管壳的交接处通过粘胶粘接为一体。本发明专利技术通过采用改进的耦合技术与耦合结构，使调制器中光波导与光纤耦合精确可靠、稳定性高、附加损耗低、光反射低、插入损耗不受温度变化和机械振动影响。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铌酸锂调制器用光波导和光纤耦合的实现方法及耦合装置，属于通讯光器件的改进。一、金属化光纤耦合技术此技术方案如附图说明图1，其中1为金属化光纤，2为金属桥，3为金属衬底。工艺过程如下将LN波导固定在管壳内金属衬底上，用夹具夹持金属化光纤并精确对准LN波导后，点折射率匹配液；用激光将金属插管、金属桥和金属衬片焊接在一起；尾纤用胶固定在管壳两端的光纤尾槽上，外用金属插管与橡胶套保护。二、硅V型槽技术硅V型槽技术是利用化学腐蚀的方法在硅片上刻蚀出横截面为V型的凹槽，将光纤固定在其中；耦合后将硅片与波导固定起来。实现时LN调制器耦合时有两种方案，如图2所示，一是将硅片与波导固定在另一个载体上，如图2(a)所示；另一种是将固定了光纤的硅片端面抛光，再用胶将其与波导端面粘接，如图2(b)所示。(a)中所示方案实施过程如下将剥离护套的光纤 放在硅片的V型槽中，用环氧胶固定，光纤包层与硅片间加保护层，老化后用夹具夹持，置于操作台上，精确对准，点匹配液，用特种胶将LN波导片与硅片都粘接在石英片上形成芯片，再将芯片固定在管壳上。因为这种方案中波导处于波导片下面，所以称为倒装。这种方案在国外被深入研究过，国内44所也曾在LN调制器上利用过这种技术。(b)中方案对于光纤阵列(Fiber Array)与光电子芯片的耦合是比较合适的，实际产品中已有大量应用。为了增大端面粘接的面积，提高强度，一般都用两片有V型槽的硅片粘合或石英片与有V型槽的硅片粘合来夹持光纤，耦合后再与LN波导粘合。另外可以磨斜LN波导端面与V型槽端面以降低光反射，据现有资料，良好的设计可以将光反射降到-40dB以下。三、石英毛细管技术为了简化装配，出现了石英毛细管技术。它利用玻璃工艺形成内径为0.126毫米的石英毛细管，同时在端头形成锥形孔，可以很方便地插入光纤，固定后研磨抛光即可用来耦合。目前石英毛细管外径的标准规格为1.0、1.8和2.5毫米，抛光后的端面有较大的面积与波导端面粘接，可以较好地把光纤固定在对准位置上，同时还可以起保护作用。国外多个专利中都有这种耦合技术的具体方案，尽管在细节上千差万别，总体设计是相似的，结构如图3。这种技术的实现过程大致如下先剥离光纤，加装保护用石英管和石英毛细管后点胶固定，抛光端面；在LN波导片加粘接LN块，以增大端面粘接的面积；用夹具夹持加工好的光纤，精确对准后用紫外胶粘接波导与光纤，尾纤与管壳间也用胶粘接。四、LN槽技术为了解决这些问题，出现了LN槽技术。这种技术直接在LN波导两端刻出刻出凹槽，将光纤耦合后埋在其中，如图4所示。此技术通过机械加工在LN波导片两端刻出略大于光纤尺寸的凹槽，并在波导两端形成端面，光纤耦合后用胶固定在凹槽内，有时为加固还在光纤上加一个带槽的LN片。五、LN块技术 LN块技术方案在光纤端头加装带槽的LN块，与LN波导片直接粘接，从而大大削弱了热应力；同时又能加大LN块的粘接面积，增强光纤与LN波导片之间的连接强度，如图5所示。该技术先在LN块上加工出符合光纤尺寸的凹槽；再用胶将剥离后的光纤定位、粘在其中；加LN片点胶粘合、固化，在光纤外围形成LN块；在光纤尾侧用环氧树脂加固，将其与LN波导块粘接面磨斜、抛光；精确耦合后在LN波导与LN块间用紫外胶粘合。对于金属化光纤耦合技术，虽然金属化光纤本身也有较好的性能，可以用于多种光器件的耦合，但在这种耦合方案中，用焊锡将将金属化光纤与金属插管焊接起来，并且金属插管、金属桥和金属衬片焊接在一起，就产生了问题。固定光纤用的各部分都是金属材料，其热膨胀率与LN相差较大，在环境温度改变时，会使光纤与波导间产生相对位移，从而导致插入损耗漂移。实验中我们发现了这个问题。用器件老化的办法可以挑出性能差的器件，但不能从根本上解决问题。这对铌酸锂调制器的生产是不可行的。硅V型槽倒装技术存在的缺点是一、硅V型槽精度要求高，制作难度大；二、硅、石英、与LN的热膨胀系数不同，温度改变时会使粘接用的胶产生应力，严重时还会破坏粘接层；同时在硅片与LN片之间还会产生相对位移，导致插入损耗随温度漂移。三、石英片同时与管壳和硅片、LN波导片粘接在一起，容易把外部作用力传递到硅片和LN波导片上，产生插入损耗波动。四、由于是倒装结构，在管壳内固定芯片与实现电连结时，操作不方便，容易损坏。这给铌酸锂调制器的制作带来了难度。硅V型槽正装技术在铌酸锂调制器中已有应用，是一种较好的技术。但是硅与LN的热的热膨胀系数不同，温度改变时会使粘接用的胶产生应力，同时在硅片与LN片之间还可能产生相对位移，导致插入损耗随温度漂移。同时为减小温度的影响，硅片与LN粘接面不宜过大，这就减弱了调制器的机械性能。另外由于硅对紫外光的透射率小，在耦合时不利于曝光。因此现有铌酸锂调制器大都没有采用这种技术。石英毛细管技术也存在同样的问题。由于石英与LN的热膨胀系数差别较大，在石英毛细管直径较大时，它与LN块之间的热应力与热形变会导致插入损耗波动；直径小时，接触面变小，机械性能和长期稳定性又变差。另外在端面磨斜和耦合时，保偏光纤精确定位较难，增大了相关夹具设计的难度。Lucent早期产品曾采用过这种技术。LN槽技术直接把光纤固定在波导片上，较好地克服了温度的影响。但是在LN片上开槽难度大，又容易损坏波导片，降低了成品率，提高了器件成本。另外开槽的LN片机械性能变差，与光纤耦合的长期稳定性不好。LN块技术有效地解决了端面粘接的热应力问题，扩大了粘接面积，增强了粘接强度，使LN波导与光纤间的相对位置保持得更稳定。但是现有的这类设计在温度稳定性及机械性能方面仍有不足之处。为进一步改善耦合后器件的热稳定性、机械性能及长期稳定性，固定块及加固块可以为LN块和LN加固块，此时该方法中包括以下步骤(1)选一根单模光纤跳线，检查其损耗是否正常；如正常，用刀片从中间处切开依次穿入保护套和金属尾管；(2)剥去光纤包层外约20到25mm，保留5到6mm的内包层，用擦纤纸拭净；(3)用光纤切刀切割，保留一定长度的光纤；在显微镜下检查切割面是否平齐；不平齐则重切光纤(4)将光纤用夹具夹持，置于微调架上；显微镜下精细调整，使其落入LN固定块上的槽中，注意光纤端面与LN固定块平齐；点入紫外胶，加LN加固块，压平，用紫外灯均匀曝光； (5)在显微镜下观察，光纤端面应平齐，无缺陷，若有异物，用擦纤纸拂去，如端面有缺陷，应重新加工；(6)将光纤用特制夹具夹持后进行端面抛光，然后清洗，晾干。本专利技术所述的耦合装置包括适于耦合的两根光纤；固定光纤的固定块，套置在光纤外并与光纤连接，起加大粘接面积，固定光纤及保护光纤的作用；加固光纤的加固块；套置在光纤外并与光纤连接，起保护光纤的作用；若干垫片组合形成的垫片组合，起支撑、保护光纤与LN波导芯片的作用；LN波导芯片；管壳，用于容置LN波导芯片、光纤、固定块、加固块及垫片组合；其中套置有固定块及加固块的光纤的通过一垫片组合支撑在管壳内，其一端面与通过垫片组合支撑在管壳内的LN波导芯片的侧端面连接，其另一端伸出管壳外作为输入或输出接口，与管壳的交接处通过粘胶粘接为一体。其中上述耦合装置中，固定块的种类有多种结构和材料组成，固定块可以是石英毛细管，也可以是LN块。以下结合附图详细说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌酸锂调制器用波导与光纤耦合的实现方法，其特征在于包括以下步骤： ａ、制备好适于耦合的光纤，作为输入光纤和输出光纤； ｂ、将光纤与加固块固接为一体； ｃ、将光纤与固定块固接为一体； ｄ、将垫片组合放到管壳中，将待耦合的光波导芯片平置于垫片上； ｅ、将垫片组合的各垫片及芯片与垫片固接为一体； ｆ、将组合后的芯片及垫片组合固定在管壳内的适当位置； ｇ、将支撑光纤用的垫片固定在管壳内的适当位置； ｈ、将步骤ｃ中形成的光纤分别平直地装入到耦合设备的左、右两侧夹具上； ｉ、将步骤ｇ中形成的管壳装到耦合设备上，并调整位置使其与耦合设备两侧的两个光纤平行； ｊ、降低两光纤的高度，使两光纤的纤芯与芯片上的波导对齐； ｋ、将其中一光纤接激光器，另一光纤接功率计，反复调整两光纤位置，使两光纤均可以获得最大功率输出； ｌ、将光纤与芯片粘接； ｍ、将光纤及固定块固定在管壳内的光纤垫片上； ｎ、将光纤与管壳上的光纤尾槽连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李汉国，蒲天春，蔡义智，谭松，曹宏斌，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]