一种光纤阵列结构及其制作方法技术

一种光纤阵列结构及其制作方法，包括了基板、输入/输出光纤和模式变换光纤的组合，其中，基板的一个面分为台阶状的平面区域和V型槽区域，一个端部去除部分涂覆层裸露其芯线的输入/输出光纤与一段芯线模场直径小于或者大于输入/输出光纤芯线模场直径的模式变换光纤芯线熔接拉锥形成光纤模式变换区，与V型槽数量一致且通过熔接拉锥的输入/输出光纤与模式变换光纤，通过粘结剂有序排列粘接在基板上，且其中的光纤模式变换区有序排列在基板的平面区域上或V型槽内、模式变换光纤部分或全部分别有序置于V型槽中。本发明专利技术通过拉锥的方法逐渐改变光模场，使拉锥后的光模场与硅光芯片输出波导的光模场尺寸匹配，可大幅减少耦合损耗，提高耦合效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤阵列结构及其制作方法
本专利技术涉及一种光纤通讯器件及其制作方法，尤其涉及一种光纤阵列结构及其制作方法，属于光纤通讯元器件生产和制造

技术介绍
硅基波导型光芯片作为传统集成电路IC芯片的发展方向和替代方案，在普通CMOS芯片中加入了光子器件，同时包含了传统的电子电路和超薄激光通路，融通了电子计算和光通信之间的界面，具有带宽大、速度快等优势，是突破系统发展瓶颈的重要技术途径。硅光芯片一般通过端面耦合方式与光纤进行耦合封装，实现光信号的输入和输出。硅光芯片在与光纤的端面耦合时，为了减小芯片波导与光纤之间的模式失配，需要在三维空间上逐渐扩大波导的端面，形成喇叭锥形过渡结构。然而，这种结构的制备非常困难，由于制作容差小，波导和9μm单模光纤相比，模场失配仍然很严重。在硅光芯片输出模场尺寸无法进一步优化增加的情况下，现有技术尚无更好的方法解决硅光芯片与光纤端面耦合的模式失配。
技术实现思路
为克服相关技术的不足，本专利技术提供一种光纤阵列结构及其制作方法，目的在于：提供一种新型的光纤阵列结构及其制作方法，通过光纤模场直径的变换与硅光芯片波导耦合，实现硅光芯片的低损耗耦合，提高耦合效率和光纤通讯的质量。为此，本专利技术首先提供一种光纤阵列结构，包括：基板、输入/输出光纤和模式变换光纤；其中：所述基板为矩形板，所述矩形板中的一个面分为台阶状的两个部分，其中的底层台阶为平面区域，其中的上层台阶开挖有与所述矩形板长度方向一致的至少一条V型槽，且所述V型槽的底部与所述平面区域在一个水平面上；所述输入/输出光纤的一个端部去除部分涂覆层裸露其芯线；所述模式变换光纤为芯线模场直径小于或者大于所述输入/输出光纤芯线模场直径的光纤芯线；所述输入/输出光纤的裸露芯线与所述模式变换光纤熔接拉锥形成光纤模式变换区；与所述V型槽数量一致且通过熔接拉锥的所述输入/输出光纤与所述模式变换光纤通过粘结剂有序排列粘接在所述基板上，其中：各所述光纤模式变换区分别有序排列在所述基板的平面区域上或V型槽内，各所述模式变换光纤部分或全部分别有序置于各所述V型槽中。进一步的，所述光纤阵列结构，还包括盖板；所述盖板其宽度与所述基板的宽度一致，所述盖板其长度不短于所述V型槽的长度且不超过所述基板的长度；所述盖板通过粘结剂覆盖贴合在粘接着所述模式变换光纤和所述光纤模式变换区的所述基板面上，且所述盖板的一个端面与所述V型槽所在一侧的所述基板的端面对齐；与所述盖板同一面却未被所述盖板覆盖的所述基板面用所述粘结剂覆盖。进一步的，所述盖板其面对所述基板平面区域的端面上设有倒角，所述倒角位于所述盖板与所述基板贴合面的一侧。进一步的，所述倒角为45°。进一步的，所述基板和/或所述盖板，分别用石英玻璃材质或者硅基材质板材制成。其次，本专利技术还提供一种光纤阵列结构的制作方法，包括如下步骤：将一块矩形板的一个面分作台阶状的两个部分，其中的底层台阶加工成平面区域，其中的上层台阶开挖出与所述矩形板长度方向一致的至少一条V型槽，且所述V型槽的底部与所述平面区域在一个水平面上，以此作为基板；在一根输入/输出光纤的一个端部去除部分涂覆层裸露其芯线；截取一段芯线模场直径小于或者大于所述输入/输出光纤芯线模场直径的光纤芯线作为模式变换光纤；将所述输入/输出光纤的裸露芯线与所述模式变换光纤进行熔接并拉锥形成光纤模式变换区；将通过熔接拉锥其数量与所述V型槽数量一致的所述输入/输出光纤与所述模式变换光纤分别通过粘结剂有序排列粘接在所述基板上，其中：各所述光纤模式变换区分别有序排列在所述基板的平面区域上或V型槽内，各所述模式变换光纤部分或全部分别有序置于各所述V型槽中，即完成所述光纤阵列结构的制作。进一步的，所述光纤阵列结构的制作方法，还包括如下步骤：用一宽度与所述基板一致、长度不短于所述V型槽的长度且不超过所述基板长度的矩形平板制成盖板；或取一宽度与所述基板一致、长度不短于所述V型槽的长度且不超过所述基板长度的矩形平板，在所述矩形平板面对所述平面区域且与所述基板贴合的端面上设置倒角，所述倒角为45°，以此制成盖板；将所述盖板通过粘结剂覆盖贴合在粘接着所述模式变换光纤和所述光纤模式变换区的所述基板面上，且所述盖板的一个端面与所述V型槽所在一侧的所述基板的端面对齐；与所述盖板同一面却未被所述盖板覆盖的所述基板面用所述粘结剂覆盖，即完成所述光纤阵列结构的制作。进一步的，所述光纤阵列结构的制作方法，还包括如下步骤：对所述V型槽、所述输入/输出光纤和所述模式变换光纤的端面进行研磨抛光，使所述V型槽、所述述输入/输出光纤和所述模式变换光纤的端面形成确定角度的抛光面；或对所述V型槽、所述输入/输出光纤、所述模式变换光纤和所述盖板的端面进行研磨抛光，使所述V型槽、所述输入/输出光纤、所述模式变换光纤和所述盖板的端面形成确定角度的抛光面。与现有技术相比，本专利技术有益效果及显著进步在于：1)本专利技术提供的一种光纤阵列结构及其制作方法，其光纤阵列结构包括了基板、输入/输出光纤和模式变换光纤，基板的一个面分为台阶状的平面区域和V型槽区域，一个端部去除部分涂覆层裸露其芯线的输入/输出光纤与一段芯线模场直径小于或者大于输入/输出光纤芯线模场直径的模式变换光纤芯线熔接拉锥形成光纤模式变换区，与V型槽数量一致且通过熔接拉锥的输入/输出光纤与所述模式变换光纤，通过粘结剂有序排列粘接在基板上，且使其中的光纤模式变换区有序排列在基板的平面区域上或V型槽内、模式变换光纤部分或全部分别有序置于V型槽中，如此形成的光纤阵列结构由于对普通单模光纤的端面光模场通过拉锥的方法逐渐改变其光模场，使拉锥后的光模场与硅光芯片输出波导的光模场尺寸匹配，因此，可大幅减少耦合损耗，提高耦合效率和光纤通讯的质量；2)由于实际生产中，硅光芯片和模式变换后的光纤进行直接耦合及粘结固定非常困难，因而很难进行实际应用，而本专利技术提供的光纤阵列结构及其制作方法，通过硅光芯片波导与小芯径模式变换光纤耦合、小芯径模式变换光纤与普通单模输入/输出光纤通过模式变换耦合这样两级耦合的方法，实现模场尺寸的逐级匹配，从而有效减少光纤与硅光芯片的端面耦合损耗，提高耦合效率，实现了普通单模输入/输出光纤的模场直径逐步变换后与硅光芯片波导耦合，使得硅光芯片的低损耗耦合封装成为了现实；3)本专利技术提供的一种光纤阵列结构及其制作方法，设计新颖独特，制作使用方便，光纤阵列结构工作可靠、稳定性高、耦合损耗低、通讯质量好，实验证明，硅光芯片与光纤耦合的端面耦合损耗可以降低到0.5dB以内，因此，极具推广和应用价值。附图说明为更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术的实施例所需使用的附图作一简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术中的部分实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤阵列结构，其特征在于，包括：/n基板、输入/输出光纤和模式变换光纤；其中：/n所述基板为矩形板，所述矩形板中的一个面分为台阶状的两个部分，其中的底层台阶为平面区域，其中的上层台阶开挖有与所述矩形板长度方向一致的至少一条V型槽，且所述V型槽的底部与所述平面区域在一个水平面上；/n所述输入/输出光纤的一个端部去除部分涂覆层裸露其芯线；/n所述模式变换光纤为芯线模场直径小于或者大于所述输入/输出光纤芯线模场直径的光纤芯线；/n所述输入/输出光纤的裸露芯线与所述模式变换光纤熔接拉锥形成光纤模式变换区；/n与所述V型槽数量一致且通过熔接拉锥的所述输入/输出光纤与所述模式变换光纤通过粘结剂有序排列粘接在所述基板上，其中：/n各所述光纤模式变换区分别有序排列在所述基板的平面区域上或V型槽内，各所述模式变换光纤部分或全部分别有序置于各所述V型槽中。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤阵列结构，其特征在于，包括：
基板、输入/输出光纤和模式变换光纤；其中：
所述基板为矩形板，所述矩形板中的一个面分为台阶状的两个部分，其中的底层台阶为平面区域，其中的上层台阶开挖有与所述矩形板长度方向一致的至少一条V型槽，且所述V型槽的底部与所述平面区域在一个水平面上；
所述输入/输出光纤的一个端部去除部分涂覆层裸露其芯线；
所述模式变换光纤为芯线模场直径小于或者大于所述输入/输出光纤芯线模场直径的光纤芯线；
所述输入/输出光纤的裸露芯线与所述模式变换光纤熔接拉锥形成光纤模式变换区；
与所述V型槽数量一致且通过熔接拉锥的所述输入/输出光纤与所述模式变换光纤通过粘结剂有序排列粘接在所述基板上，其中：
各所述光纤模式变换区分别有序排列在所述基板的平面区域上或V型槽内，各所述模式变换光纤部分或全部分别有序置于各所述V型槽中。


2.根据权利要求1所述的光纤阵列结构，其特征在于：
还包括盖板；
所述盖板其宽度与所述基板的宽度一致，所述盖板其长度不短于所述V型槽的长度且不超过所述基板的长度；
所述盖板通过粘结剂覆盖贴合在粘接着所述模式变换光纤和所述光纤模式变换区的所述基板面上，且所述盖板的一个端面与所述V型槽所在一侧的所述基板的端面对齐；
与所述盖板同一面却未被所述盖板覆盖的所述基板面用所述粘结剂覆盖。


3.根据权利要求2所述的光纤阵列结构，其特征在于：
所述盖板其位于所述基板平面区域的端面上设有倒角，所述倒角位于所述盖板与所述基板贴合面的一侧。


4.根据权利要求3所述的光纤阵列结构，其特征在于：所述倒角为45°。


5.根据权利要求1或2所述的光纤阵列结构，其特征在于：所述基板和/或所述盖板，分别用石英玻璃材质或者硅基材质板材制成。


6.一种光纤阵列结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
将一块矩形板的一个面分作台阶状的两个部分，其中的底层台阶加...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖龙斌，严亭，丁靓，
申请(专利权)人：上海传输线研究所中国电子科技集团公司第二十三研究所，上海信及光子集成技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31