一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，包括基板，基板一面刻蚀有呈阵列排布的插芯，插芯内插装有光纤，光纤延伸至插芯端头，光纤与插芯固定密封，基板另一面刻蚀有呈阵列排布的准直微透镜，所述准直微透镜均位于插芯端头，所述每个准直微透镜的焦点分别与对应插芯端头的端面重合；本实用新型专利技术集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，将准直微透镜阵列和二维光纤阵列集成在一起，高度平行，高精度对准，应用时省略了两个阵列对准封装的步骤，同时也不需要单独调整准直微透镜或光纤，安装工作量小。

【技术实现步骤摘要】
一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件
本技术涉及光纤
，具体涉及一种集成的光学元件，应用于光交换机的集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件。
技术介绍
全光通信网络实现的技术核心在于全光交换机。目前以3D-MEMS设计方案的全光交换机得以广泛推广。一般其出入光接口的设计方案是制造出的高精度2D光纤阵列和利用模压或蚀刻制作出准直微透镜阵列，然后再利用高精度的调整仪器将光纤阵列和准直微透镜阵列整体对准耦合，从而获得准直的发射或接收光路。由于从光纤发射出的光一般按照由光纤的数值孔径(NA)确定的锥形模式而发散。(NA=ηsin(θmax)，其中η是光纤发射到其中的介质的折射率，而θmax是所述锥形发射模式的半角。）为了降低光纤阵列链接到光学系统的损耗，阵列中的光纤所发射的发散光束一般由透镜准直或重聚焦后耦合到另一个光学系统时，要求微透镜阵列对齐光纤系统中的每一条，以确保1)光是从每条光纤在阵列中一个精确的已知位置发射的，2)光是从每条光纤以基本相同的角度发射的（即光纤被对齐成彼此基本平行)，3)光是从每条光纤在离准直透镜基本相同的距离处发射的，4)每条光纤具有基本相同的数值孔径。目前人们已经制造了2D高精度光纤阵列，其间距精度约2μm，出射光平行度2.5mrad,同时也利用模压或蚀刻制作了2D准直微透镜阵列，其间距精度约2μm。将准直微透镜阵列和光纤阵列整体对准封装，起到光路的准直。但是，光纤阵列和微准直透镜阵列都存在间距误差，两者整体封装后中心核心就会产生误差，误差范围在0-4μm之间，该误差造成光路耦合损耗；其次，每一个准直透镜的焦点都无法同时对应相应的光纤端面而无法出射平行光路；再次，光纤阵列的出光方向不一致也会导致准直后光路无法平行出射。这些原因给光路准直耦合带来重大的困难，从而导致光损耗较大而无法使用。公告号CN202676944U公开了“一种携带准直透镜的二维光纤阵列”，包括多个呈阵列排布的插芯及插装于插芯内的光纤，光纤延伸至插芯端头，且光纤与插芯固定密封，每个插芯端头上均封装有一微透镜。通过光纤和独立的微透镜一一对应，很好地解决了由于光纤阵列和微透镜阵列都存在间距误差、焦距误差、出光方向不一致等问题，但是其中的微透镜需要手工调节，将微透镜的焦点位于插芯端头的端面，工作量大，工作效率低。
技术实现思路
为了解决现有技术光纤阵列和微准直透镜阵列封装后存在误差，带来光路耦合损耗的问题，本技术的目的是提供一种间距误差及焦距误差小、出光方向一致、安装工作量小的集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，其特征在于，包括基板，基板一面刻蚀有呈阵列排布的插芯，插芯内插装有光纤，光纤延伸至插芯端头，光纤与插芯固定密封，基板另一面刻蚀有呈阵列排布的准直微透镜，所述准直微透镜均位于插芯端头，所述每个准直微透镜的焦点分别与对应插芯端头的端面重合。采用上述方案，将准直微透镜阵列和二维光纤阵列集成在同一基板上，简化了准直微透镜的安装工序，减少了工作量，提高了工作效率。其中，所述基板为硅基板。其中，所述插芯端头镀有第一增透膜，所述准直微透镜表面镀有第二增透膜。采用上述方案，在插芯端头和准直微透镜表面镀有增透膜，增大光路中所需波长的透过率。其中，所述插芯采用半导体光刻和等离子刻蚀工艺制作而成。其中，所述准直微透镜采用半导体双面曝光技术制作而成。采用上述方案，准直微透镜阵列和插芯阵列的对准精度小于1μm，误差小。与现有技术相比，本技术实现的有益效果：本技术集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，将准直微透镜阵列和二维光纤阵列集成在一起，高度平行，高精度对准，应用时省略了两个阵列对准封装的步骤，同时也不需要单独调整准直微透镜或光纤，安装工作量小；本技术的光学元件集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列，结构及安装过程简单，易于实现。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本技术：图1是本技术集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件的主视图；图2是本技术集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件的后视图；图3是本技术集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件的俯视图。其中：基板1，插芯2，光纤3，准直微透镜4，第一增透膜5，第二增透膜6。具体实施方式如图1所示，一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，包括硅基板1，硅基板1一面刻蚀有呈阵列排布的插芯2，插芯2内插装有光纤3，光纤3延伸至插芯2端头，光纤3与插芯2固定密封，插芯2端头镀有第一增透膜5。如图2、3所示，硅基板1另一面刻蚀有呈阵列排布的准直微透镜4，准直微透镜4位于插芯2端头，每个准直微透镜4的焦点分别与对应插芯1端头的端面重合，准直微透镜4表面镀有第二增透膜6。本技术光学元件的制作过程如下:S1，利用半导体双面曝光技术在硅基板1一面刻蚀准直微透镜阵列；S2，利用半导体光刻和等离子刻蚀工艺在硅基板1另一面刻蚀出插芯阵列，利用光刻机高精度对准，使准直微透镜4位于插芯2端头，每个准直微透镜4的焦点分别与对应插芯2端头的端面重合，插芯阵列的刻蚀深度匹配准直微透镜4的焦距；S3，在插芯2端头与准直微透镜4表面分别镀第一增透膜5和第二增透膜6；S4，插入端面镀膜的光纤3到插芯2，胶水密封。本技术光学元件解决了目前精密光纤阵列和准直微透镜阵列整体配合时存在的间距误差、出光方向不一致，焦距误差等问题；本技术光学元件将准直微透镜阵列和光纤阵列集成在同一片硅基板的正反面，利用半导体双面曝光和等离子刻蚀工艺，使得透镜阵列和插芯阵列的对准精度小于1μm，消除光纤阵列和透镜阵列的对准误差，装配时插入光纤到插芯即可，不需要装配后的调节。上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好地使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，其特征在于，包括基板（1），基板（1）一面刻蚀有呈阵列排布的插芯（2），插芯（2）内插装有光纤（3），光纤（3）延伸至插芯（2）端头，光纤（3）与插芯（2）固定密封，基板（1）另一面刻蚀有呈阵列排布的准直微透镜（4），所述准直微透镜（4）均位于插芯（2）端头，所述每个准直微透镜（4）的焦点分别与对应插芯（2）端头的端面重合。

【技术特征摘要】
1.一种集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，其特征在于，包括基板（1），基板（1）一面刻蚀有呈阵列排布的插芯（2），插芯（2）内插装有光纤（3），光纤（3）延伸至插芯（2）端头，光纤（3）与插芯（2）固定密封，基板（1）另一面刻蚀有呈阵列排布的准直微透镜（4），所述准直微透镜（4）均位于插芯（2）端头，所述每个准直微透镜（4）的焦点分别与对应插芯（2）端头的端面重合。2.如权利要求1所述的集成准直微透镜阵列和二维光纤阵列的光学元件，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建卫，
申请(专利权)人：上海矽越光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31