用于连接光纤和光波导的方法技术

用激光束照射光纤（２）和波导（１ａ）之间的交界面（４），在波导和光纤之间产生熔接接头。提供给交界面的空间能量分布，其中心区域的能量相对于周边区域的能量被减少，从而能够使用能量相对较高的激光器，同时避免波导弯曲。一般通过使激光束的中心向波导偏移，使激光束照射在波导上的能量密度大于照射在光纤上的能量密度。在进行熔接的同时用一力Ｆ迫使波导和光纤彼此靠近，从而避免在边界处产生空间。可以提供一个辅助的聚合物或矿物接头。一种将不止一个光纤与平面波导内的相应波导区域进行多光纤熔接尾纤化的方法包括使用衍射光学元件（１３０）产生多个能量分布。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及本专利技术总体上涉及高速光纤通信领域，尤其涉及将光纤与集成光波导连接的方法。2．技术背景例如当准备一个在通信系统或网络中使用的集成光学器件时，一般要将光纤与光波导相连。本文中使用的术语“光波导”区别于“光纤”，它表示一种光波导媒体，一般形成于矩形截面的平面(石英)衬底(或基片，在本文中两者可互换)上或其中。注意，术语“平面波导”传统上是指一个包括芯和包层区的元件；即，光路和光路所在的衬底；但是，在本申请中，为避免混淆，使光路(波导)区别于衬底(或基片)。一般来说，光波导区域(芯)延伸到的基片的边缘或末端。在集成光学应用中，经常遇到这种类型的波导，例如作为复用器或去复用器的部件，或者更普通地，作为集成光学电路的一部分。将光纤连接在一起的传统熔接技术使用电弧放电。但是，该项技术因波导的几何特性和波导的热容量大于光纤的热容量而不适于连接光纤和波导。因此，已经提议通过使各元件对接并用激光束将它们熔融在一起，来连接光纤和平面型石英波导。但是，又有一个问题产生；即用来产生熔接接头的高能激光束会使波导芯弯曲，另外光纤会过度熔化。另一方面，如果使用低能量的激光束，那么波导和光纤之间的接头强度会低于应用的要求。一种建议用来解决上述问题的方法是，用非激光束的手段来预热波导，其中所述激光束是用来完成波导和光纤之间的熔接的。这种预热技术可以降低熔接所需要的激光束功率。但是，这种方法使形成熔接接头的过程复杂化，并且在许多情况下，要求使用专用设备和/或修改与光纤相连的集成光学部件的结构。另一种考虑是对光通信技术的要求正在不断增长，这些要求使所涉及的硬件和软件复杂化，并且重点强调要获得更有效的制造和部署。例如，目前，地铁网络的发展以及对使用16、32或40或者更多信道的窄带WDM系统进行有关信号路由选择、添加/去除以及切换的要求，使得有利于能够将多根光纤与相应的波导相连(以下称为“多光纤熔接尾纤化”)，具备良好的性能特征、精度、重复能力和效率，胜于单根光纤/波导的连接。本专利技术提供了一种在光纤和基片中的光波导之间形成精确熔接接头的方法，该方法的光学损耗低，接头强度大。本专利技术还包括一种在多根光纤和基片中的多个波导之间精确进行多光纤熔接尾纤化的方法，该方法和光学损耗低，接头强度大。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种将光纤与基片中的光波导相连的方法，该方法包括以下步骤将光纤与波导对准；将光纤和波导对接；并且用一激光束照射位于光纤和波导之间的对接区，其中激光束具有足够的功率和一空间能量分布；并且阻挡一部分激光束，以致于在所述对接处，相对于与空间能量分布之周边部分对应的能量，减少与所述空间能量分布基本中心部分对应的能量。本专利技术该实施例的一个方面包括将一屏蔽物放在激光束光路中所述对接区的上游，以便消除激光器的大体中心部分，同时允许其周边部分通过。依照本专利技术的另一方面，相对于周边部分减少空间能量分布大体中心部分中的能量的步骤是通过将对接区上游的激光束分成几个不同的光束并将这些光束射到对接区上而完成的。例如，这可以通过将一分束反射镜放在激光束光路中对接区的上游，然后由抛物面反射镜将不同光束射向对接区来做到。可以将激光束分束得到的不同光束略微散焦到对接区上。本专利技术的另一方面涉及，将对接区相对于聚焦的或略微散焦的激光束精确定位，以便将波导与光纤熔接。该方法包括以下步骤获得激光束在波导基片表面上的象，并且产生一组坐标x1，y1，该组坐标对应于激光束大体中心的位置。将坐标x1和y1设置成，其分别离开基片边缘或极端的量分别为Δx，Δy。然后，确定第二组坐标x2和y2，它们代表了波导的极端位置；并且将波导极端和对接光纤手工或自动地定位在位置ΔX=x2-x1，ΔY=y2-y1上；也就是说，将对接区最佳且精确地定位在激光束的熔接区域中。用一摄像机获得激光束在基片上的象，其中摄像机与激光器一起相对基片和光纤固定。最好，按时间顺序摄取几个象。依照本专利技术的定位方法为对接区提供的定位精度大于大约正或负的1微米。在本专利技术的另一实施例中，一种用将多个光纤与基片中相应的多个波导相连的方法包括以下步骤将一个基本上准直的激光束传过一衍射光学元件(DOE)，以便在对接区同时为多个光纤-波导连接中的每一个产生一个需要的空间激光能量分布。该实施例的一个方面提供了一种将激光束的能量分布精确定位在每个对接区上的方法，并且包括在上述定位方面提到的定位步骤。上述专利技术提供了一种将光纤与光学基片中的波导坚固地、精确地和有效地定位的方法。在该实施例的每个方面，对接区中的能量分布是不对称的；也就是说，射到波导上的能量大于到达光纤上的能量。用这种方法，可以控制光纤的熔化程度。在本专利技术实施例的另一方面，在照射对接区期间，在光纤和波导之间沿可以使光纤和波导靠近在一起的方面施加一个力。在另一方面，如此控制激光器的功率周期，使激光器的功率在第一时间阶段保持相对较高的第一电平，在第二时间阶段保持相对较低的第二电平，其中在第一时间阶段，产生熔接接头，而第二时间阶段跟在第一时间阶段的后面，由此允许熔接接头逐渐冷却。本专利技术的方法可以使光纤与平面石英波导相连。为了保证波导材料吸收激光器的能量，用波长大于4微米的激光束执行照射步骤。合适的激光器包括波长为9.8微米的CO激光器，以及波长为10.6微米的CO2激光器。使用CO2激光器目前在成本上有优势。在以下详细描述中叙述本专利技术的附加特点和优点，并且本领域的熟练技术人员很容易从描述中清楚其中的一部分，或者通过实践如所写说明书和权利要求书以及附图所述的专利技术来认识这结特点和优点。应该理解，上述一般描述和以下详细描述都只是本专利技术的举例，它们试图提供为理解要求保护的本专利技术特性提供一个概观和框架。所包含的附图有助于进一步理解本专利技术，并且包含在此，构成说明书的一部分。附图示出了本专利技术的实施例，并且与说明文字一起起解释本专利技术原理和操作的作用。附图概述附图说明图1是一示意图，示出了用来实践本专利技术一实施例的设备的一般布置；图2是一示意图，示出了依照本专利技术一实施例的激光束相对光纤和波导之间边界的偏移；图3是一曲线图，示出了依照本专利技术一实施例的激光器的典型工作周期；图4示出了依照本专利技术一实施例的在光纤和波导之间的另一接头；图5示出了用于实现本专利技术另一实施例的设备；图6A、6B和6C示出了激光束的能量分布曲线；图7示出了用图5设备产生的两个激光束的一种特殊布置；图8是一示意图，示出了依照本专利技术一实施例的激光点位置控制；图9是一示意图，示出了依照本专利技术一实施例的激光点位置控制；图10是一示意图，示出了依照本专利技术一实施例的波导末端和光纤接头；图11是一示意图，示出了依照本专利技术一实施例的多光纤熔接尾纤化；图12A、12B、12C和12D是示意图，示出了依照本专利技术一实施例的在对接区的激光点几何形状；图13是一示意图，示出了依照本专利技术一实施例的用于多光纤熔接尾纤化的光学建立；图14示出了另一种阶梯形基片设备，以便提供与光纤的强有力的连接；图15是一示意图，示出了依照本专利技术另一实施例的多光纤熔接尾纤化；和图16是一示意图，示出了依照图15的用于多光纤熔接尾纤化的光学建立。较佳实施例的详细描述现在详细参照本专利技术的较佳实施例，结合附图进行举例说明。在任何可能的地方，在整个附图中用相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将光纤与基片中的光波导相连的方法，其特征在于，包括以下步骤：将光纤与波导对准；将光纤和波导对接；并且用一激光束照射位于光纤和波导之间的对接区，其中激光束具有一功率和一空间能量分布；并且阻挡一部分激光束，以致于在所述对接处，相 对于与空间能量分布之周边部分对应的能量，减少与所述空间能量分布基本中心部分对应的能量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AMJ贝甘，B帕里斯，F斯科塔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]