錐光纖微球型光分插復用器及其制造方法

專利名稱：錐光纖微球型光分插復用器及其制造方法
技術領域：
本發明屬于光導和其它光學元件的裝置，尤其屬于有波長選擇裝置的光分插復用器及其制造方法。
背景技術：
光分/插復用器(Optical Add/Drop Multiplexer---OADM)是指在波分復用系統中能使光波長信道分出和插入的器件(或設備)，是一種無源器件。當今的社會是信息社會，信息量的增加推動光通信的發展，并要求提供越來越密集信道間隔，如10GHz的密集波分復用系統。這也對無源器件提出了越來越窄的光譜線寬和越來越小的譜線間隔的要求，目前使用的干涉膜濾波片型的OADM為適應越來越窄的帶寬要求，不斷增加不同的介質膜層，甚至達到近百層，難度不斷加大，成本直線上升，尋找窄帶濾波的OADM勢在必行。
光學介質微球(直徑從幾十μm到幾百μm)諧振腔在基礎科學研究領域和光子學集成應用領域均引起人們越來越廣泛的關注，因為在微球諧振腔內部存在著一系列特別高品質因子(Q值)(可達1×109)和非常小模式體積的回廊模，簡稱WG模。這些WG模式的頻率與微球的尺寸、介質折射率有關，稱為微球的形貌特征諧振譜線。高Q值的微球諧振腔決定了形貌特征諧振譜線寬很小，具備潛在的制作為窄帶濾波OADM的可能。
當信號光波為形貌特征諧振譜時，就與微腔形成共振，能耦合入/出微腔。但WG模式所對應的近球表面的光場分布卻是一瞬(倏)逝波，不為傳播波。因此，若信號光波以平面波方式直接照射微球諧振器，由于很大部分光穿過微球腔而沒能耦合到WG模式中，因而耦合效率很低。必須采用一種近場耦合器，它產生瞬(倏)逝波，能與微球腔的WG模式有很高的耦合效率。目前，已通過實驗證實有效的近場耦合器為雙錐光纖(以下簡稱錐光纖)，這樣將錐光纖與微球相組合就可構成一種高效窄帶OADM。
現有的錐光纖微球型光分插復用器如圖1所示，兩條錐形光纖的錐腰與一個SiO2微球在其赤道面相對處平行相切。當光纖輸入端口23中的某個光信號波長與微球腔發生諧振時(頻率等于其形貌特征譜)，該波長就耦合入微球，并從分出(Drop)端口25分出，相同波長的光從插入(Add)端口26插入，就從輸出端口24輸出，實現了對一波長的Add/Drop。目前，該光分插復用器只是在實驗室中通過微調整架進行調整固定以實現其功能，無法進行工業化生產，實用性差。

發明內容
本發明目的在于克服上述缺點，提供一種能進行工業化生產的錐光纖微球型光分插復用器，并提供其制造方法。
本發明所采用的技術方案為一種錐光纖微球型光分插復用器，包括光纖、微球，其結構要點在于，它還有一個承載基片，每根光纖中部拉細成錐度形成錐光纖，在承載基片上制有多個平行的能容納光纖的V型槽，在兩V型槽之間的中部開有1--2個能容納微球的凹坑，光纖固定于V型槽中，凹坑的縱向間距大于3倍的微球直徑，微球固定于凹坑中，相鄰兩條光纖的錐腰與微球在微球的赤道面相對處平行相切。
本發明可具體設計為它由三條光纖制成的錐光纖、兩個帶有固定柄的SiO2微球、一個承載基片組成，承載基片的材料選用晶向為<100>的單晶硅，刻蝕有三條平行的V型槽，V型槽的頂部寬度大于光纖外徑的0.82倍，最佳為1.22倍，在兩兩V型槽之間有1--2個凹坑，凹坑深度為微球半徑，凹坑中心開有一個小通孔，微球的固定柄穿過小通孔并固定，三條光纖間隔平行固定于承載基片的V型槽中，錐光纖的錐腰與微球的赤道面在同一水平面上，相鄰兩條光纖的錐腰分別與SiO2微球的赤道面平行相切。
可以選擇不同的微球來達到選擇不同波長光信號的目的。
上述錐光纖微球型光分插復用器制造方法，包括錐光纖、微球、承載基片的制作及其組裝，其承載基片的制作方法為利用晶向為<100>單晶硅的各向異性腐蝕特性制作V型槽和凹坑，制作工藝為設計用于光刻的掩模板，當選擇正型光刻膠時，掩模板的透光區圖形與實際要腐蝕形成的圖形相似，掩模板上定標有放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑的透光區，用于在硅片上光刻腐蝕放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑，光刻過程為先將單晶硅用氧化法生長出SiO2層，涂光刻膠，烘干，蓋上掩模板，紫外線曝光，取走掩模板，對承載基片進行顯影、漂洗、烘干、用HF酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，用四甲基氫氧化銨(TMAH)腐蝕硅，形成放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑。
當微球固定于固定柄上，必須在承載基片制作用于固定固定柄的小通孔，可采用雙面光刻法制作小通孔，也可用激光打孔制作。
用雙面光刻法制作小通孔的工藝為設計用于光刻小通孔的第2掩模板及第3塊掩模板，當選擇負型光刻膠時，第2、3塊掩模板定標有放置微球固定柄的小通孔的不透光區，用于在凹坑的正、背面光刻腐蝕小通孔，光刻過程為對制作好V型槽和凹坑的承載基片進行再一次氧化，在V型槽和凹坑底部生長SiO2層，采用負型光刻膠，雙面涂膠，烘干、在承載基片V型槽的背面蓋上第2掩模板，紫外線曝光，取走第2掩模板，將承載基片翻轉一面，蓋上第3塊掩模板，紫外線曝光，取走第3塊掩模板，對承載基片進行顯影、漂洗、烘干、用氫氟酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，四甲基氫氧化銨(TMAH)腐蝕硅，形成小通孔。
三塊掩模板的圖形設計采用正型膠時，掩模板的透光區圖形與實際要腐蝕形成的圖形相似，為縱向上有寬度與V型槽開口寬度相同若干長條，橫向上間隔布置有放置微球的凹坑橫條，兩縱條的中心間距為微球的直徑與錐光纖錐腰直徑的和，兩橫條的中心間距大于3倍的微球直徑，橫條的寬度等于1.6-2倍微球半徑，采用負型膠時，第2塊掩模板其不透光區圖形為正方形，邊長與微球的直徑及承載基片的厚度成正比，以腐蝕時兩正方形不穿連為限，一般兩正方形之間的間隔為50μm，正方形的中心與掩模板凹坑的中心重合；第3塊掩模板的不透光區圖形為直徑與固定柄直徑相同的圓形或為該圓形的外切正方形，中心位置在與掩模板凹坑的中心位置相同。
微球的制作方法為將光纖的端頭用電弧(或激光)進行燒結形成微球，成為帶柄的微球。
其組裝過程為①微球的放入在光纖與微球的連接處涂少許紫外固化膠，用鑷子夾住固定的微球光纖柄，借助放大鏡將光纖穿過硅片凹坑上小通孔；②錐光纖放置入V型槽首先將錐光纖固定在固定件上，然后將此固定件和制作好的承載基片各固定在一個微調節架上，分別調節微調節架，同時在顯微鏡下觀察錐光纖與微球，讓錐腰與微球相切，錐外部分落在V型槽內；③錐光纖放入V型槽后，在錐外V型槽卡住部分處點上紫外固化膠，用紫外曝光燈照射紫外固化膠30秒，將微球與錐光纖固定。
一種錐光纖微球型光分插復用器的封裝工藝，其要點在于封裝時應選擇溫度特性與光纖與微球材料相匹配的，折射率也應低于光纖折射率的材料作為填充材料，可供采用的膠合劑有丙烯酸樹脂、環氧樹脂，封裝材料選用硅彈性樹脂、氟化聚合物、硅油和甘油，其中硅彈性樹脂能最適合于作填料兼包層材料。
本發明的優點在于，對輸入、輸出光處理方便、簡單，結構緊湊，可進行工業化生產，實用性好。通過測試得知，對諧振波長錐光纖與微球間光的耦合效率可達90％，與目前商用干涉膜濾波片型，及光纖光柵+環形器型OADM相比，本發明譜線帶寬窄，分出插入波長信道損耗小，對直通信號波長損耗很小，適合密集波長信道的光纖通信。


圖1為現有錐光纖微球型光分插復用器原理結構示意2為固定件的結構示意3為本發明的原理結構示意4為本發明實施例2的結構示意5為本發明實施例3的結構示意6為實施例3掩模板透光區的示意7為實施例3第2塊掩模板不透光區的示意8為實施例3第3塊掩模板不透光區的示意9為本發明實施例4的結構示意圖其中1承載基片 11 V型槽 12凹坑 14小通孔 15掩模板16第2塊掩模板 17第3塊掩模板 2光纖 21錐腰 23輸入端口 24輸出端口 25分出端口 26插入端口 3微球 31固定柄 4固定件 41側邊框具體實施方式
一種錐光纖微球型光分插復用器，它是由承載基片1、光纖2、微球3組成，每根光纖中部拉細成錐度形成錐光纖，在承載基片1上制有多條平行的能容納光纖2的V型槽11，兩V型槽中心間距為微球3的直徑與錐光纖錐腰21直徑的和，光纖2固定于V型槽11中，在兩V型槽之間的中部開有1或2個能容納微球3的凹坑12，凹坑12的縱向間距大于3倍的微球3直徑，微球3固定于凹坑12中，相鄰兩條光纖的錐腰21與微球3在微球的赤道面相對處平行相切。
還可以進一步設計承載基片1的材料選用晶向為<100>的單晶硅，厚度為350μm--500μm，錐光纖的錐腰直徑可選擇為1.5--5μm，V型槽11的頂部寬度大于光纖外徑的0.82倍，凹坑12中心開有一個小通孔14，微球3的下端有一固定柄31，固定柄31穿過小通孔14并固定。
可以選擇不同的微球來達到選擇不同波長光信號的目的，對所選擇的光信號進行光分/插復用。
上述錐光纖微球型光分插復用器制造方法，包括錐光纖2、微球3、承載基片1的制作及組裝，為滿足相同的傳播常數的要求，可用相同普通通信標準光纖制作錐光纖和微球。
1、錐光纖的制作，目前有三種方法，分別為①氫氟酸(HF)腐蝕法其操作步驟是(1)將光纖的塑料涂覆層用光纖剝離鉗剝去約4cm，并用無水乙醇棉球擦拭干凈，并將其固定于固定件4中；(2)配制HF溶液，配比為氫氟酸∶氟化銨∶去離子水＝3(ml)∶6(g)∶10(ml)，加入氟化銨是為了緩沖腐蝕使表面光滑；(3)將此段裸光纖浸于器皿的HF酸溶液中，器皿放在可移動平臺上。腐蝕區的長度和錐度，可通過改變浸泡HF溶液的光纖長度來控制。(4)在腐蝕過程中，腐蝕質量和進程要通過顯微鏡觀察和測量通過其中的光功率進行監測。每次要中止腐蝕時，則將光纖提起，用去離子水沖洗，烘干，然后放到顯微鏡下觀察、測量，整個過程在室溫下進行。
②火焰加熱拉伸法采用拉錐機制作錐光纖。其拉伸速度、拉伸長度、火焰運動速度等參數均可通過計算機進行設置。
③CO2激光光源加熱拉伸法用CO2激光器作為加熱光源，干凈、可控、起動快、無慣性，點狀光源配以程序控制振鏡掃描加熱，可制作出任意錐度和錐腰的錐光纖。
2、光學微球的制備，主要有兩種方式(1)高溫熔融法；高溫熔融主要用于二氧化硅微球的制備。采用高溫電弧、干凈火焰、CO2激光器中的一種來加熱光纖末端。高溫將光纖末端局部熔融，在表面張力作用下形成較標準的球形，冷卻后便是一個帶光纖柄的微球。這種方法可以得到預期直徑的、圓度較高的微球，其表面光滑、干凈，有低的光WGM傳輸損耗。
(2)溶膠-凝膠法，這種方法制作的微球折射率和半徑都可以控制，但均勻性和球形度都有待于提高。
微球制備后，其諧振頻率就確定了，為了能對諧振頻率進行調節，可以采用改變溫度和應力使球的半徑或折射率發生改變來調節諧振頻率。
3、承載基片的制作方法為選用<100>單晶硅，利用晶向為<100>單晶硅的各向異性腐蝕特性制作V型槽11和凹坑12。所謂的各向異性腐蝕特性是指由于各種晶面上原子排列密度不同導致了硅單晶各向異性，突出地表現為腐蝕速率不同。各向異性腐蝕液腐蝕單晶硅時，沿<100>晶向比<111>晶向有更高的腐蝕速率，約為<100>∶<110>∶<111>＝50∶30∶1(μm/小時)。V型槽11和凹坑12的作工藝為設計用于光刻的掩模板15，掩模板15上定標有放置光纖的V型槽11和放置微球的凹坑12的透光區，用于在硅片上光刻腐蝕放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑，制作過程為將承載基片1使用標準化學機械拋光技術拋光，接著清洗，然后雙面熱氧化生長SiO2厚度大約7000，用勻膠機雙面涂一薄層正型光刻膠(約為1000nm)，烘干，蓋上掩模板，紫外線曝光，取走掩模板15，對承載基片1進行顯影、漂洗、烘干、用氫氟酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，用四甲基氫氧化銨(TMAH)腐蝕硅，當凹坑的深度達到微球半徑時停止硅腐蝕，形成放置光纖的頂角為70.52°的V形槽和放置微球的凹坑。
腐蝕硅常用的各向異性腐蝕液有KOH和TMAH。TMAH具有刻硅速率高、晶向選擇性好、低毒性，是微機電系統(MEMS)工藝中常用的刻蝕劑。TMAH濕法刻蝕獲得光滑刻蝕表面的工藝。首先，制備質量百分比為25％的TMAH溶液，溶液靜置48h后，取出40ml放在500ml燒杯中，加入160ml去離子水，充分攪拌后，加入2g過硫酸銨，攪拌直至完全溶解。在85℃水浴下，在<100>硅上進行V形槽刻蝕，刻蝕速率可達1.1μm/min，而且刻蝕表面光滑。
用TMAH在<100>硅片上刻蝕V形槽，TMAH溶液的濃度在25％(質量百分比)，刻蝕溫度介于60--90℃水浴，一支回流管用于保持溶液的濃度不至因為水氣蒸發等而發生變化。刻蝕速率隨著溫度的升高而增加，刻蝕速率隨著TMAH的濃度增加而降低。
當微球3需固定于固定柄31上時，必須在承載基片制作用于固定固定柄的小通孔14，可采用雙面光刻法制作小通孔，也可用激光打孔制作。
在制作好V型槽和凹坑的承載基片1上采用雙面光刻法制作小通孔14，制作工藝為設計用于光刻小通孔14的第2塊掩模板16及第3塊掩模板17，第2、3塊掩模板定標有放置微球的小通孔的不透光區，用于在凹坑的正、背面光刻腐蝕小通孔14，制作過程為對承載基片1進行再一次氧化，在V型槽11和凹坑12底部生長SiO2層，雙面涂負型光刻膠，烘干、在承載基片1背面(有V型槽的一面為正面)蓋上第2塊掩模板16，紫外線曝光，取走第2塊掩模板16，將承載基片1翻轉一面，蓋上第3塊掩模板，紫外線曝光，取走第3塊掩模板，對承載基片進行顯影、漂洗、烘干、用氫氟酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，用四甲基氫氧化銨腐蝕硅，形成小通孔。
4、其組裝過程為①微球的放入在固定柄31與微球3的連接處涂少許紫外固化膠，用鑷子夾住固定柄31，借助放大鏡將固定柄31穿過承載基片1上小通孔14；②錐光纖的放置首先將錐光纖固定在固定件4上，如圖2所示，固定件4為一邊開放的框架，在兩側邊框41的開口端有固定錐光纖的槽，然后將此固定件4和制作好的承載基片1各固定在一個微調節架上，分別調節微調節架，同時在顯微鏡下觀察錐光纖與微球，讓錐腰與微球相切，錐外部分落在V型槽內；③錐光纖放入V型槽后，在錐外V型槽卡住的部分點上紫外固化膠，開起紫外曝光燈照射紫外固化膠30秒，將微球與錐光纖固定，固定件4與錐光纖分離。
用上述方法可制作下列錐光纖微球型光分插復用器下面結合視圖對本發明進行詳細的描述實施例1，如圖3所示，一種錐光纖微球型光分插復用器，它包括三條直徑為125μm的光纖2，錐光纖的錐腰21直徑為2.5μm，四個直徑為250μm的微球3，承載基片1的厚度為500μm，在承載基片1上制有三條平行的能容納光纖2的V型槽11，兩V型槽中心間距為252.5μm，V型槽11的頂部寬度為110μm，在兩V型槽之間的中部各開有2個能容納微球3的凹坑12，凹坑12的縱向間距大于3倍的微球3直徑，微球3固定于凹坑12中，相鄰兩條光纖的錐腰21與微球3在微球的赤道面相對處平行相切。
實施例2，如圖4所示，一種錐光纖微球型光分插復用器，它包括兩條直徑為30μm的光纖2、一個帶有固定柄31的直徑為60μm的SiO2微球3、一個承載基片1，光纖2的錐腰21直徑約為1.5--5μm，承載基片1上刻蝕有兩條平行的V型槽11、V型槽11的頂部寬度為28μm，大于光纖2外徑的0.82倍，在級兩V型槽之間的中部各開有凹坑，凹坑中心開一個小通孔14，微球3的固定柄31穿過小通孔14并固定，兩條光纖2間隔平行固定于承載基片1的V型槽11中，錐光纖的錐腰21與微球3的赤道面在同一水平面上，兩條光纖的錐腰21分別與SiO2微球3的赤道面平行相切。
實施例3，如圖5所示，一種錐光纖微球型光分插復用器，它包括三條直徑為125μm的光纖2、兩個帶有固定柄31的直徑為250μm的SiO2微球3、一個厚度為350μm承載基片1，光纖2錐腰21的直徑約為3μm，固定柄31的直徑為125μm，承載基片1刻蝕有三條平行的V型槽11、V型槽11的頂部寬度為153μm，為光纖2外徑的1.2 2倍，在兩兩V型槽之間的凹坑中心各開有一個小通孔14，微球3的固定柄31穿過小通孔14并固定，三條光纖2間隔平行固定于承載基片1的V型槽11中，相鄰兩條光纖的錐腰21分別與SiO2微球3的赤道面平行相切。其余未述部分與上例相同。
如圖6所示，為實施例3的掩模板15透光區(圖中的白色部分)的示意圖，與實際要要腐蝕形成的圖形相似，縱向上有寬度與V型槽開口寬度相同為153μm的長條，橫向上布置有放置微球的凹坑橫條，兩縱條的中心間距為微球3的直徑與錐光纖錐腰21直徑的和為253μm，橫條的寬度等于1.6-2倍微球3的半徑，具體尺寸為遮光線寬53μm，兩條線中心線之間間距253μm，橫條寬度為200μm，邊框與兩條遮光線形成三條透光區，形成三條放置光纖的V型槽11和放置兩個微球的凹坑12。
如圖7所示，為實施例3的第2塊掩模板16不透光區(圖中的陰影部分)的示意圖，其不透光區圖形為正方形，邊長與微球的直徑及承載基片的厚度成正比，以腐蝕時兩正方形不穿連為限，一般兩正方形之間的間隔為50μm，正方形的邊長為200μm，正方形的中心與掩模板15凹坑12的中心重合。
如圖8所示，為實施例3的第3塊掩模板17不透光區(圖中的陰影部分)的示意圖，其不透光區圖形為直徑不小于固定柄直徑的圓形或為該圓形的外切正方形，圖中為直徑130μm的圓，中心位置與第2塊掩模板16圖形的中心相同。
實施例4，如圖9所示，一種錐光纖微球型光分插復用器，光纖外徑為80μm，兩SiO2微球3的直徑分別為160μm、200μm，與其最佳匹配的錐光纖錐腰直徑約為1.5--5μm，V型槽11的開口寬度為90μm。其余未述部分與上例相同。
權利要求
1.一種錐光纖微球型光分插復用器，包括光纖(2)、微球(3)，其特征在于，它還有一個承載基片(1)，每根光纖中部拉細成錐度形成錐光纖，在承載基片(1)上制有多條平行的能容納光纖(2)的V型槽(11)，兩V型槽中心間距為微球(3)的直徑與錐光纖的錐腰(21)直徑的和，光纖(2)固定于V型槽(11)中，在兩V型槽之間的中部開有1--2個能容納微球(3)的凹坑(12)，凹坑(12)的縱向間距大于3倍的微球(3)直徑，微球(3)固定于凹坑(12)中，相鄰兩條光纖的錐腰(21)與微球(3)在微球的赤道面相對處平行相切。
2.根據權利要求1所述的一種錐光纖微球型光分插復用器，其特征在于，承載基片(1)的材料選用晶向為<100>的單晶硅，V型槽(11)的頂部寬度大于光纖外徑的0.82倍，凹坑(12)中心開有一個小通孔(14)，微球(3)的下端有一固定柄(31)，固定柄(31)穿過小通孔(14)并固定。
3.根據權利要求2所述的一種錐光纖微球型光分插復用器，其特征在于，它由三條光纖(2)制成的錐光纖、兩個帶有固定柄(31)的SiO2微球(3)、一個承載基片(1)組成，承載基片(1)上刻蝕有三條平行的V型槽(11)，V型槽(11)的頂部寬度為光纖外徑的1.22倍，錐光纖的錐腰(21)與微球(3)的赤道面在同一水平面上，相鄰兩條光纖的錐腰(21)分別與SiO2微球(3)的赤道面平行相切。
4.根據權利要求3所述的一種錐光纖微球型光分插復用器，其特征在于，光纖外徑為125μm，兩SiO2微球(3)的直徑為250μm，與其最佳匹配的錐光纖錐腰直徑為1.5--5μm，兩V型槽中心間距相同。
5.根據權利要求3所述的一種錐光纖微球型光分插復用器，其特征在于，光纖外徑為80μm，兩SiO2微球(3)的直徑分別為160μm、200μm，與其最佳匹配的錐光纖錐腰直徑約為1.5--5μm，V型槽(11)的開口寬度為90μm。
6.一種錐光纖微球型光分插復用器制造方法，包括錐光纖、微球(3)、承載基片(1)的制作及其組裝，其特征在于，承載基片(1)的制作方法為利用晶向為<100>單晶硅的各向異性腐蝕特性制作V型槽(11)和凹坑(12)，制作工藝為設計用于光刻的掩模板(15)，當使用正型光刻膠時，掩模板(15)上定標有放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑的透光區，用于在硅片上光刻腐蝕放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑，制作過程為先將單晶硅用氧化法生長出SiO2層，涂正型光刻膠，烘干，蓋上掩模板，紫外線曝光，取走掩模板，對承載基片進行顯影、漂洗、烘干、用氫氟酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，用四甲基氫氧化銨腐蝕硅，當凹坑的深度達到微球半徑時停止硅腐蝕，形成放置光纖的V型槽(11)和放置微球的凹坑(12)。
7.一種錐光纖微球型光分插復用器制造方法，包括錐光纖、微球(3)、承載基片(1)的制作及其組裝，其特征在于，承載基片(1)的制作方法為利用晶向為<100>單晶硅的各向異性腐蝕特性制作V型槽(11)和凹坑(12)，制作工藝為設計用于光刻的掩模板(15)，當使用正型光刻膠時，掩模板(15)上定標有放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑的透光區，用于在硅片上光刻腐蝕放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑，制作過程為先將單晶硅用氧化法生長出SiO2層，涂正型光刻膠，烘干，蓋上掩模板，紫外線曝光，取走掩模板，對承載基片進行顯影、漂洗、烘干、用氫氟酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，用四甲基氫氧化銨腐蝕硅，當凹坑的深度達到微球半徑時停止硅腐蝕，形成放置光纖的V型槽和放置微球的凹坑，在已制作好V型槽和凹坑的承載基片(1)上，采用雙面光刻法在凹坑(12)中心小通孔(14)制作小通孔(14)，制作工藝為設計用于光刻小通孔(14)的第2塊掩模板(16)及第3塊掩模板(17)，當使用負型光刻膠時，第2、3塊掩模板定標有放置微球的小通孔的不透光區，用于在凹坑的正、背面光刻腐蝕小通孔(14)，制作過程為對承載基片進行第二次氧化，在V型槽和凹坑底部生長SiO2層，采用負型光刻膠，雙面涂膠，烘干、在承載基片V型槽的背面蓋上第2塊掩模板(16)，紫外線曝光，取走第2塊掩模板(16)，將承載基片(1)翻轉一面，蓋上第3塊掩模板，紫外線曝光，取走第3塊掩模板，對承載基片進行顯影、漂洗、烘干、用氫氟酸腐蝕SiO2，去除光刻膠，用四甲基氫氧化銨腐蝕硅，形成小通孔。
8.根據權利要求7所述的一種錐光纖微球型光分插復用器制造方法，其特征在于，當使用正型光刻膠時，掩模板(15)的透光區圖形與實際要腐蝕形成的圖形相似，為縱向上有寬度與V型槽開口寬度相同長條，橫向上間隔布置有放置微球的凹坑橫條，兩縱條的中心間距為微球(3)的直徑與錐光纖錐腰(21)直徑的和，兩橫條的中心間距大于3倍的微球(3)直徑，橫條的寬度等于1.6-2倍微球(3)的半徑，使用負型光刻膠時，第2塊掩模板的不透光區圖形為正方形，邊長與微球的直徑及承載基片的厚度成正比，以腐蝕時兩正方形不穿連為限，一般兩正方形之間的間隔為53μm，正方形的中心與掩模板15凹坑的中心重合；第3塊掩模板(17)的不透光區圖形為直徑與固定柄(31)直徑相同的圓形或為該圓形的外切正方形，中心位置在與掩模板(15)放置微球凹坑的中心位置相同。
9.根據權利要求6或7所述的一種錐光纖微球型光分插復用器制造方法，其特征在于，微球的制作方法為將光纖的端頭用電弧或激光進行燒結形成微球，成為帶柄的微球。
10.根據權利要求6或7所述的一種錐光纖微球型光分插復用器制造方法，其特征在于，其組裝過程為①微球的放入在光纖與微球的連接處涂少許紫外固化膠，用鑷子夾住固定的微球光纖柄，借助放大鏡將光纖穿過硅片凹坑中的小通孔；②錐光纖的放置首先將錐光纖固定在固定件(4)上，然后將此固定件和制作好的承載基片各固定在一個微調節架上，分別調節微調節架，同時在顯微鏡下觀察錐光纖與微球，讓錐腰與微球相切，錐外部分落在V型槽內；③錐光纖放入V型槽后，在錐外V型槽卡住的部分點上紫外固化膠，開起紫外曝光燈照射紫外固化膠30秒，將微球與錐光纖固定。
11.一種錐光纖微球型光分插復用器的封裝工藝，其特征在于，封裝時應選擇溫度特性與光纖與微球材料相匹配，折射率也應低于光纖折射率的材料作為填充材料，可供采用的膠合劑有丙烯酸樹脂、環氧樹脂。
12.根據權利要求11所述的一種錐光纖微球型光分插復用器的封裝工藝，其特征在于，封裝材料選用硅彈性樹脂、氟化聚合物、硅油和甘油，其中硅彈性樹脂能最適合于作填料兼包層材料。
全文摘要
本發明屬于光導和其它光學元件的裝置，尤其屬于有波長選擇裝置的光分插復用器及其制造方法。本發明為一種錐光纖微球型光分插復用器，包括光纖、微球，其結構要點在于，它還有一個承載基片，在承載基片上制有多個平行的能容納光纖的V型槽，在兩V型槽之間的中部開有1－2個能容納微球的凹坑，光纖固定于V型槽中，凹坑的縱向間距大于3倍的微球直徑，微球固定于凹坑中，相鄰兩條光纖的錐腰與微球在微球的赤道面相對處平行相切。本發明的優點在于，譜線帶寬窄，分出插入波長信道損耗小，對直通信號波長損耗很小，適合密集波長信道的光纖通信，對輸入、輸出光處理方便、簡單，結構緊湊，可進行工業化生產，實用性好。
文檔編號H04J14/02GK101083511SQ20061008495
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者黃衍堂, 陳朝 申請人:福州大學