CN102565931B - 一种v型槽基板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可用于波导芯片输入端和输出端的V型槽基板，包括基板本体和一个或多个位于其上的V型槽，所述V型槽包括输入段、连接段和输出段。在一个实施中，该V型槽制作成光纤阵列后用于波导芯片的输出端，基板本体的端面与其表面垂直；V型槽的输入段呈直线，且与所述基板本体端面的法线成一定偏角；V型槽的连接段呈弧形，且其弯曲半径大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径；V型槽的输出段呈直线；V型槽数目为多个时，V型槽并行排列，且各V型槽之间间隔距离相等。与传统V型槽基板相比，该V型槽基板偏角灵活可调，控制精度极高，可批量生产，加工成本低。

Description

一种V型槽基板

技术领域

本发明涉及到一种V型槽基板，主要应用于光纤通讯领域的平面光波导器件。

背景技术

随着光通讯技术的发展和广泛应用，平面光波导器件变得越来越重要，国内光纤到户的大规模推广推动平面光波导器件向着多样化、集成化、低成本方向发展。平面光波导分路器件是光线到户过程中比较关键的器件之一，而分路器中的关键器件之一就是光线阵列的制造。

目前市场上的光纤阵列具有8度偏角，例如专利02229401.5和201020615115.9中所述，该角度的实现是在光纤阵列端面抛光加工中实现的，不仅抛光耗材量大，费时费力，而且该角度的变化只能通过更改抛光夹具的设计来实现，控制精度不高，灵活性差。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术中存在的不足，提供一种V型槽基板。本发明公开的技术方案如下：

一种V型槽基板，制作成光纤阵列后用于波导芯片输出端，包括基板本体和一个或多个位于其上的V型槽，所述V型槽包括输入段、连接段和输出段，其中，所述基板本体的端面与其表面垂直；所述V型槽的输入段呈直线，且与所述基板本体端面的法线成一定偏角；所述V型槽的连接段呈弧形，且其弯曲半径大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径；所述V型槽的输出段呈直线；当所述基板本体上的V型槽数目为多个时，所述V型槽并行排列，且各V型槽之间间隔距离相等。在一些实施例中， 所述V型槽的截面可以是U槽或V槽。在另一些实施例中，所述V型槽的输出段与所述基板本体端面的法线平行。在其它一些实施例中，所述基板本体上的同一V型槽的输入段端口与输出段端口的连线与所述基板本体端面的法线平行。

另一种V型槽基板，制作成光纤阵列后用于波导芯片输入端，包括基板本体和一个或多个位于其上的V型槽，所述V型槽包括输入段、连接段和输出段，其中，所述基板本体的端面与其表面垂直；所述V型槽的输入段呈直线；所述V型槽的连接段呈弧形，且其弯曲半径大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径；所述V型槽的输出段呈直线，且与所述基板本体端面的法线成一定偏角；当所述基板本体上的V型槽数目为多个时，所述V型槽并行排列，且各V型槽之间间隔距离相等。在一些实施例中，所述V型槽的截面可以是U槽或V槽。在另一些实施例中，所述V型槽的输入段与所述基板本体端面的法线平行。在其它一些实施例中，所述基板本体上的同一V型槽的输入段端口与输出段端口的连线与所述基板本体端面的法线平行。

本发明的优点在于：与传统V型槽基板相比，V型槽基板上的V型槽与基板本体端面的法线之间的偏角是通过光刻掩模版的设计来实现的，可以根据实际加工需求灵活可调，控制精度极高；后期端面研磨抛光量小，而且其制作方法适合于大批量操作，制作加工成本低。

附图说明

图1是本发明公开的制作成光纤阵列后用于波导芯片输出端的V型槽基板的示意图。

图2是本发明公开的制作成光纤阵列后用于波导芯片输出端的V型槽基板的另一个实施例的示意图。

图3是本发明公开的制作成光纤阵列后用于波导芯片输入端的V型槽基板的结构示意图。

图4是本发明公开的V型槽基板的制作方法流程图。

图5(a)-(b)是V型槽基板制作过程中形成的U槽和V槽截面示意图。

图6是V型槽加工成光纤阵列的端面示意图。

图7是V型槽加工成光纤阵列的侧视图。

图8是本发明公开的V型槽基板的应用实例示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细地说明：

图1是本发明公开的制作成光纤阵列后用于波导芯片输出端的V型槽基板的一个实施例的示意图。如图1所示，V型槽基板10包括基板本体1和多个位于其上的V型槽2，V型槽2包括输入段20，连接段21和输出段22。基板本体1的端面与其表面垂直，V型槽2并行排列且各V型槽之间间隔距离相等。V型槽2的输入段20并列呈直线且与基板本体1端面的法线成一偏角α。在一些实施例中，V型槽2的输入段20与基板本体1端面的法线之间的偏角α为8度。连接段21并列呈弧形，平滑连接输入段20和输出段22，且其弯曲半径大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径。在图1所示实施例中，V型槽2的输出段22与基板本体1端面的法线平行，即输出段22与基板本体1端面的法线平行且并行直线输出；可以看出，同一V型槽的输入段20的端口和输出段22的端口的连线与基板本体1端面的法线不平行。在其他实施例中，V型槽2的输出段22呈直线，但与基板本体1端面的法线不平行。

图2是本发明公开的制作成光纤阵列后用于波导芯片输出端的V型槽基板的另一个实施例的示意图。如图2所示，V型槽基板10包括基板本体1和多个位于其上的V型槽2，V型槽2包括输入段20，连接段21和输出段22。基板本体1的端面与其表面垂直平行排列。V型槽2并行排列且各V型槽之间间隔距离相等。V型槽2的输入段20与基板本体1端面的法线成一偏角α。V型槽2的连接段21为并行的多段弧线，输出段22并行直线输出，且基板本体1上的同一V型槽的输入段20端口与输出段22端口的连线与所述基板本体1端面的法线平行。与图1相比，图2中的连接段21由多段曲线相连构成，且每段曲线的弯曲半径均大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径。在一些实施例中，V型槽2的输出段 22呈直线，但与基板本体1端面的法线不平行。

图3是本发明公开的制作成光纤阵列后用于波导芯片输入端的V型槽基板的结构示意图。如图3所示，V型槽基板10′包括基板本体1′和多个位于其上的V型槽2′，V型槽2′包括输入段20′，连接段21′和输出段22′。基板本体1′的端面与其表面垂直平行排列。V型槽2′并行排列且各V型槽之间间隔距离相等。V型槽2′的输入段20′并行排列呈直线。V型槽2′的连接段21′由多段曲线相连构成，且每段曲线的弯曲半径均大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径。输出段22′并列呈直线，并与所述基板本体1′端面的法线成一定偏角。基板本体1′上的同一V型槽的输入段20′端口与输出段22′端口的连线与所述基板本体1′端面的法线平行。在其他实施例中，V型槽2′的输入段20′呈直线，但与基板本体1端面的法线不平行。

以上实施例中的偏角α是通过光刻掩模版的设计来实现的，它的大小和方向可以根据实际加工需求灵活可调，而且角度控制精度极高。V型槽基板的输入段和输出段都是直线段，保证了其偏角不受端面抛光量的影响。另外，关于V型槽连接段的弯曲半径，如果光纤阵列采用B6类单模光纤(1550nm)，若要满足其宏弯损耗(B类)小于0.1dB，其弯曲半径必须大于10mm。那么要适用于这种光纤，本发明公开的V形槽中，V型槽的连接段的弯曲半径也必须大于10mm，以此类推。

如图4所示，该V型槽基板制作方法包括以下步骤：第一步，选择V型槽基板本体，其材料可为硅、石英或玻璃等。第二步，在基板本体表面沉积一层刻蚀掩蔽层，其中，硅基板本体可以沉积SiO₂作为刻蚀掩蔽层，石英和玻璃基板本体可以沉积Poly作为刻蚀掩蔽层；接着采用旋涂的方式铺上光刻胶。第三步，曝光显影，将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。第四步，采用刻蚀工艺去除未被光刻胶保护的刻蚀掩蔽层，使掩膜版上的图形进一步转移到掩蔽层上。第五步，去除光刻胶后，采用刻蚀工艺刻蚀基板本体，使掩膜版上的图形最终转移到V型槽基板本体上，其中，根据刻蚀方法不同，形成的槽截面也不同。硅基板本体若采用干法刻蚀，则形成U槽(如附图5(a)所示)，湿法刻蚀形成V槽(如附图5(b)所示)；石英和玻璃基板本体采用干法刻蚀形成U槽(如附图5(a)所示)。第六 步，去除掩蔽层，形成带有图形的V型槽基板。

图5(a)是干法刻蚀基板本体形成U槽的截面示意图、掩膜层3保护其下方的基板本体1在刻蚀过程中不被腐蚀，形成U槽的侧刻蚀作用很小。图5(b)是湿法刻蚀基板本体形成V槽的截面示意图，由于湿法刻蚀的各向同性作用，V槽的侧刻蚀作用明显。由于湿法刻蚀在硅单晶基板本体的不同晶向上的刻蚀速率差异较大，因此可以通过调整湿法刻蚀的刻蚀液、浓度、温度、pH值等工艺使(111)晶面的速率最小，从而获得如图5(b)所示的V槽。本发明中的V型槽截面可以是U槽或V槽，基板本体上加工形成U槽或V槽后统称为V型槽基板。

V型槽基板需要先制作成光纤阵列才能被应用到波导器件中。根据本发明，首先分别准备用于波导芯片输入端和输出端的带有一个或多个V型槽的V型槽基板，然后把去除包层的裸光纤放入V型槽内，涂覆固化胶后将玻璃盖板放于其上，压紧，对齐，使胶固化，将没有光纤的端面0度抛光，制作成分别用于波导芯片输入端和输出端的光纤阵列。图6是V型槽基板装配好光纤并加盖板后形成光纤阵列的端面示意图，光纤4嵌在V型槽2内，基板本体1、光纤4和平玻璃盖板5之间由胶水粘结(图中未描述)。图7是V型槽基板装配好光纤并加盖板后形成光纤阵列的侧视图，基板本体1的端面与其表面垂直，光纤4安装在V形槽内，其上盖有平玻璃盖板5。

图8是本发明公开的V型槽基板的应用实例示意图。如图8所示，信号光从波导芯片输入端的4通道光纤阵列(装有光纤的V形槽基板10′)平行入射，并以一定的偏角进入波导芯片30，经波导的信号光被加工处理后均分成4路，进入芯片输出端的4通道光纤阵列(装有光纤的V形槽基板10)，后经光纤传输传送至4个不同的信号终端用户接收机上，从而完成信号的加工处理和传输。

实际应用中一般根据芯片输入和输出端口数来选择V型槽基板的V型槽数量。例如，如果波导芯片30是1×N型光分路器，则输入端的光纤阵列为单通道光纤阵列，即其V型槽基板带有单个V型槽，输出端的光纤阵列为与分路器输出波导匹配的N通道光纤阵列，即其V型槽基板带有与 分路器输出波导数量相同的V型槽。如果该波导芯片30是单路可变光衰减器，那么输入端和输出端的光纤阵列均为单通道光纤阵列，即其V型槽基板均带有单个V型槽。

与本发明带偏角的光纤阵列匹配使用的波导芯片也必须在输入输出端面带有一定的偏角，可以是在芯片设计制作过程中就带有偏角，也可以是在芯片切割后抛光加工成带有一定偏角的芯片。请注意，偏角的大小与芯片的材质折射率有关，需要满足光传播的折射定律以减小信号光在端面处的耦合损耗。假设光纤阵列的偏角是8度，如果芯片的材质是石英，按照折射定律则芯片入射和出射端偏角为8度，如果芯片的材质是单晶硅，按照折射定律则芯片入射和出射端偏角是3.35度。

以上实施方式对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施方式中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种V型槽基板，制作成光纤阵列后用于波导芯片输出端，包括基板本体和一个或多个位于其上的V型槽，所述V型槽包括输入段、连接段和输出段，所述基板本体的端面与其表面垂直，其特征在于：

所述V型槽的输入段呈直线，且与所述基板本体端面的法线成一定偏角；

所述V型槽的连接段呈弧形，且其弯曲半径大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径；

所述V型槽的输出段呈直线；

当所述基板本体上的V型槽数目为多个时，所述V型槽并行排列，且各V型槽之间间隔距离相等。

2.根据权利要求1所述的V型槽基板，其特征在于：所述V型槽的截面是U槽或V槽。

3.根据权利要求1所述的V型槽基板，其特征在于：所述V型槽的输出段与所述基板本体端面的法线平行。

4.根据权利要求1所述的V型槽基板，其特征在于：所述基板本体上的同一V型槽的输入段端口与输出段端口的连线与所述基板本体端面的法线平行。

5.一种V型槽基板，制作成光纤阵列后用于波导芯片输入端，包括基板本体和一个或多个位于其上的V型槽，所述V型槽包括输入段、连接段和输出段，所述基板本体的端面与其表面垂直，其特征在于：

所述V型槽的输入段呈直线；

所述V型槽的连接段呈弧形，且其弯曲半径大于满足光纤宏弯损耗指标所需的最小弯曲半径；

所述V型槽的输出段呈直线，且与所述基板本体端面的法线成一定偏角；

当所述基板本体上的V型槽数目为多个时，所述V型槽并行排列，且各V型槽之间间隔距离相等。

6.根据权利要求5所述的V型槽基板，其特征在于：所述V型槽的截面是U槽或V槽。

7.根据权利要求5所述的V型槽基板，其特征在于：所述V型槽的输入段与所述基板本体端面的法线平行。

8.根据权利要求5所述的V型槽基板，其特征在于：所述基板本体上的同一V型槽的输入段端口与输出段端口的连线与所述基板本体端面的法线平行。