【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光器件的垂直耦合，尤其涉及一种双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构。
技术介绍
1、随着高速高密度光互连的需求不断增加，单层光波导的信息传输能力已经无法满足日益增长的数据需求。因此，在光互连领域，多通道多层光波导的并行传输成为必然选择，这也催生了多层光波导与光纤之间的垂直耦合光组件。
2、然而，目前的技术面临一些挑战。多层波导与垂直腔面发射激光器(vcsel)/光电二极管(pd)的耦合通常采用斜面镜的方法。一篇题为《multicore polymer waveguidesand multistep 45°mirrors for 3d photonic integration》的论文介绍了一种利用六边形分布的多层单模波导与pd阵列进行垂直耦合的方法。然而，六边形分布的波导结构并不适合实现多密度的并行光互连。此外，由于pd的接收面尺寸远大于波导的尺寸，对垂直反射后的光斑大小并没有特别严格的要求。然而，当波导的尺寸和数值孔径与光纤相当时，经过斜面镜垂直反射后的光斑往往会大于光纤端面的尺寸，从而直接影响了波导与光纤之间的垂直耦合效率。寻找一种能够高效耦合多层波导与光纤的垂直耦合光波导器件的方法成为该领域技术人员迫切需要解决的问题。
3、因此，有必要提供一种双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构解决上述技术问题。
技术实现思路
1、本部分的目的在于提供一种用于并行光互连的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，具有较高的耦合效率；本专利技术的另一
2、概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
3、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
4、本专利技术提供了一种双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其具体技术方案如下：
5、在清洗好的基片上通过旋涂、光刻、显影等制备下层波导；采用准分子光刻进行斜面镜或凹面镜的制备，并镀金属膜或介质高反射膜；在此基础上经过旋涂、光刻、显影等制备上层波导；然后，在相应位置采用准分子光刻制备斜面镜或凹面镜，并镀金属膜或介质高反射膜；最后，将光纤和透镜与所制备的反射微镜对齐。
6、根据上诉专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：
7、(1)在清洗好的基片上旋涂下层聚合物包层胶，并进行紫外光照和后烘；
8、(2)旋涂第一层聚合物芯层胶，采用掩膜版，进行紫外曝光，显影后得到一系列的下层矩形波导；
9、(3)旋涂中间层聚合物包层胶，进行紫外光照与后烘；
10、(4)采用准分子激光器刻蚀，在下层矩形波导上刻蚀斜面镜或凹面镜，并镀金属膜或介质高反射膜；
11、(5)旋涂中间薄层聚合物包层胶
12、(6)旋涂第二层聚合物芯层胶，采用掩膜版，进行紫外曝光，显影后得到一系列的上层聚合物波导；
13、(7)旋涂上层聚合物包层胶，并进行紫外曝光和后烘；
14、(8)采用准分子激光器刻蚀，在上层矩形波导上刻蚀斜面镜或凹面镜，并镀金属膜或介质高反射膜；
15、(9)获得刻有反射微镜的双层聚合物光波导；
16、(10)将透镜阵列与光纤阵列组装并封装，并与斜面镜或凹面镜对齐。
17、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(1)中，所述基片为pcb板、soi基片或sio2基片，pcb板的清洗流程包括丙酮、酒精和去离子水超声波清洗，soi基片或sio2基片的清洗流程包括丙酮、甲醇、异丙醇和去离子水超声波清洗，然后用氮气吹干，并用等离子体轰击表面，增加基底与包层胶之间的粘附力。所旋涂的聚合物包层胶厚度略大于所制备的芯层厚度。
18、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(2)中，所述掩膜版采用矩形波导阵列和套刻标记的设计，其中波导宽度和长度可根据实际需要进行设计，旋涂厚度决定了波导高度，掩膜版设计的宽度和紫外曝光时间决定了波导宽度；套刻标记呈现十字或者田字格形式，所处位置位于波导两端。
19、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(3)中，所述中间层聚合物包层胶厚度要远大于第一层聚合物芯层胶厚度。
20、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(4)中，所述准分子激光刻蚀通过控制光刻的路径、掩膜版图形和轰击次数，实现所需的斜面镜或凹面镜，并采用磁控溅射或热蒸发设备进行金属膜或介质高反射膜的制备。
21、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(5)中，所述中间薄包层厚度小于步骤(3)中包层厚度。
22、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(6)中，所述第二层芯层胶的厚度与第一层芯层胶厚度一致，所述掩膜图中的矩形波导和套刻标记同下层波导尺寸和位置保持一致。
23、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(7)中，所述上层聚合物包层胶厚度略大于第二层芯层胶厚度。
24、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(8)中，所述斜面镜或凹面镜的位置应与下层斜面镜或凹面镜的位置保持一定的距离。
25、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(9)中，所述反射微镜位置均在双层波导上，上下层波导上的反射微镜水平方向保持一定距离。
26、作为本专利技术所述制备方法的一种优选方案，其中：所述步骤(10)中，所述透镜阵列中透镜个数和位置与反射微镜保持一致，所述光纤阵列为标准mt连接器，所述光纤亦可是单根光纤，方便初期实验测试。
27、与相关技术相比较，本专利技术提供的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构具有如下有益效果：
28、本专利技术提供一种双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构：
29、主要优点是制备相对简单，可以直接与裸光纤进行垂直耦合，亦可以实现可插拔的双层波导与mt光纤阵列垂直耦合，应用灵活性比较高，垂直耦合效率高。本专利技术方法适合大批量光波导板工业生产的要求，推进了高密度光波导板互连技术的应用。
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1.一种双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构的制备方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S1中下层聚合物包层胶的厚度要略大于芯层厚度。
3.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S2中掩膜版中掩膜图形为矩形波导和套刻标记，其中波导宽度和长度可根据实际需要进行设计，旋涂厚度决定了波导高度，掩膜版设计的宽度和紫外曝光时间决定了波导宽度，每组矩形波导个数为N，N等于12或4或8或24或48，所述套刻标记形状为十字或田字格形式，位置位于波导两侧。
4.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S2中掩膜版若为阳版，则和正性包层胶配合使用，掩膜版若为阴版，则和负性包层胶配合使用，以获取波导和套刻标记结构。
5.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S3中，中间层包层胶厚度要远大于第一层芯层胶厚度，包层胶若为负
6.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S4中，所述准分子激光刻蚀通过控制光刻的路径、掩膜版图形和轰击次数，实现所需的反射微镜，并采用磁控溅射或热蒸发设备进行金属膜或介质高反射膜的制备，所述反射微镜不限于斜面镜或球形凹面镜或非球形凹面镜或自由曲面镜，所述反射微镜个数与波导保持一致，所述反射微镜的深度要略大于下层波导芯层的高度，所述反射膜不限于金属膜或介质高反射膜。
7.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S5中，中间薄聚合物包层胶厚度小于S3中包层胶厚度。
8.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S6中，所述掩膜版图形与S2中保持一致；所述第二层芯层厚度和曝光时间均与S2中相同，所述S7中，所述中间薄包层胶厚度小于S3中的中间层包层胶。
9.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S8中，所述反射微镜形状、大小和个数与S4保持一致，所述反射微镜的深度略大于上层波导芯层厚度。
10.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述S9中，所述反射微镜位置均在双层波导上，上下层波导上的反射微镜水平方向保持一定距离，所述S10中，所述反射微镜个数为N，所述透镜阵列包括N个微透镜，所述光纤阵列包括N条光纤，所述N条光纤、所述N个微透镜与所述N个反射微镜一一对齐设置，所述S10中，所述光纤阵列插入MT连接器；所述光纤、微透镜、反射微镜间距为250μm；所述光纤直径与波导尺寸保持一致；所述微透镜与反射微镜直径均小于250μm；所述微透镜分别到所述光纤端面、所述反射微镜中心距离为所述微透镜的焦距；所谓光纤阵列或所述透镜与光纤阵列的选取取决于所述反射微镜的形状及垂直耦合情况；所述微透镜阵列和所述光纤阵列，以及所述微透镜阵列和反射微镜阵列，分别采用热固型环氧树脂胶粘结固定。
...【技术特征摘要】
1.一种双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构的制备方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述s1中下层聚合物包层胶的厚度要略大于芯层厚度。
3.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述s2中掩膜版中掩膜图形为矩形波导和套刻标记，其中波导宽度和长度可根据实际需要进行设计，旋涂厚度决定了波导高度，掩膜版设计的宽度和紫外曝光时间决定了波导宽度，每组矩形波导个数为n，n等于12或4或8或24或48，所述套刻标记形状为十字或田字格形式，位置位于波导两侧。
4.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述s2中掩膜版若为阳版，则和正性包层胶配合使用，掩膜版若为阴版，则和负性包层胶配合使用，以获取波导和套刻标记结构。
5.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述s3中，中间层包层胶厚度要远大于第一层芯层胶厚度，包层胶若为负胶，则对整个样品进行曝光，包层胶若为正胶，则不进行曝光。
6.根据权利要求1所述的双层聚合物光波导与阵列光纤的垂直耦合结构，其特征在于，所述s4中，所述准分子激光刻蚀通过控制光刻的路径、掩膜版图形和轰击次数，实现所需的反射微镜，并采用磁控溅射或热蒸发设备进行金属膜或介质高反射膜的制备，所述反射微镜不限于斜面镜或球形凹面镜或非球形凹面镜或自由曲面镜，所述反射微镜个数与波导保持一致，所述反...
【专利技术属性】
技术研发人员：王廷云，张芳，邓传鲁，黄怿，张小贝，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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