一種超小芯距的光纖陣列的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種超小芯距的光纖陣列，包括襯底、光纖、蓋片，襯底前端設(shè)置有多個(gè)槽體組成的限位槽，光纖固定設(shè)置于限位槽的槽體中，蓋片位于限位槽中的光纖上方，所述光纖采用抗微彎光纖，該抗微彎光纖經(jīng)包層處理后設(shè)置于限位槽的槽體中，包層處理后的光纖包括可實(shí)現(xiàn)無(wú)泄露通光的纖芯區(qū)域，該區(qū)域包層厚度薄且均勻；本發(fā)明裝置可應(yīng)用于高度集成化的光通信領(lǐng)域，可提供多個(gè)光通路，實(shí)現(xiàn)陣列通道的光路耦合，或者完成器件中光路的多次級(jí)聯(lián)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超小芯距的光纖陣列

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的光纖陣列，特別是涉及一種超小芯距的光纖陣列，本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]目前，光通信領(lǐng)域正向著小型化，集成化方向發(fā)展。光器件需要在更小的空間內(nèi)完成更多的功能，光波導(dǎo)、MEMS等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，提出了更狹小的空間內(nèi)更密集的光通道需求，光纖陣列在這樣的應(yīng)用場(chǎng)景中起到了越來(lái)越重要的作用。但是隨著集成化和小型化的進(jìn)一步需求，光纖陣列的光纖密度越來(lái)越成為瓶頸。
[0004]傳統(tǒng)光纖陣列的做法通常是使用普通光纖，去掉涂覆層，將其固定在有V型槽的下基板上，前段裸露出一段，在V型槽內(nèi)涂膠，再在上面蓋上玻璃蓋片，把纖壓緊對(duì)齊使膠固化，最后研磨拋光。這種結(jié)構(gòu)的光纖陣列纖芯之間的距離為兩根光纖的半徑與V型槽之間的間隔，V型槽在工藝不斷改進(jìn)之后其間隔逐漸趨向于0，所以傳統(tǒng)光纖陣列的最小纖芯距離是光纖直徑。而普通光纖直徑一旦減小到一定范圍，其通光能力會(huì)大幅度減弱，插損迅速增大，不能被制作為光纖陣列，從而光纖直徑成為限制光纖陣列纖芯距離的瓶頸。
[0005]美國(guó)專(zhuān)利US20020094178提出了一種小芯距的結(jié)構(gòu)，利用對(duì)稱(chēng)的兩組V槽進(jìn)行錯(cuò)齒拼接，使得光纖密集程度提高一倍，芯距較傳統(tǒng)方案減小一倍，但是其參照比較的方案尺寸較大，優(yōu)化后的方案仍然沒(méi)有突破光纖直徑瓶頸。美國(guó)專(zhuān)利US7419308提出了一種方案既減小光纖芯距又對(duì)光纖保護(hù)措施，但是為獲得保護(hù)功能只能將光纖設(shè)計(jì)成束，形成二維結(jié)構(gòu)，不能適應(yīng)現(xiàn)階段一維接口的需求，另一方面其沒(méi)有解決包層減薄帶來(lái)的損耗問(wèn)題，光纖尺寸也限制在50微米以上。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的困難，提供一種纖芯距離非常小的光纖陣列，其最小纖芯距離可在30微米至50微米之間，遠(yuǎn)小于普通光纖陣列的纖芯距離為125微米，而插入損耗沒(méi)有明顯劣化。
[0008]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案為:
一種超小芯距的光纖陣列，包括襯底、光纖、蓋片，襯底前端設(shè)置有多個(gè)槽體組成的限位槽，光纖固定設(shè)置于限位槽的槽體中，蓋片位于限位槽中的光纖上方，所述光纖采用抗微彎光纖，該抗微彎光纖經(jīng)包層處理后設(shè)置于限位槽的槽體中，包層處理后的光纖包括可實(shí)現(xiàn)無(wú)泄露通光的纖芯區(qū)域，該區(qū)域的包層厚度薄且均勻。
[0009]所述纖芯區(qū)域包層處理后的外徑為25-125微米，其插入損耗劣化指標(biāo)小于0.5dB0
[0010]所述抗彎光纖的未經(jīng)包層處理的區(qū)域和經(jīng)包層處理的纖芯區(qū)域之間設(shè)置有錐形的過(guò)渡區(qū)域。
[0011]所述抗微彎光纖采用包層腐蝕方式進(jìn)行光纖包層處理。
[0012]所述抗微彎光纖數(shù)量為I根或I根以上，所述抗微彎光纖以一維方向并排設(shè)置于限位槽內(nèi)。
[0013]所述抗微彎光纖成等間距排列或不等間距排列。
[0014]所述限位槽的槽體采用V型槽或者矩形槽或者U型槽或者圓形槽。
[0015]所述抗微彎光纖采用符合標(biāo)準(zhǔn)G.657A1、G.657A2、G.657A3的光纖。
[0016]所述抗微彎光纖中未經(jīng)包層處理的光纖區(qū)域設(shè)置于襯底后端，所述抗微彎光纖上涂有保護(hù)性尾膠，或者抗微彎光纖外部設(shè)置有金屬外殼覆蓋保護(hù)。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
1、本發(fā)明光纖陣列使用包層厚度減小的抗微彎光纖作為主要原料，既減小了纖芯之間的距離又保證了通光能力，通過(guò)克服這一對(duì)矛盾，實(shí)現(xiàn)了光纖陣列的超小芯距，并且整體制作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定；
2、本發(fā)明光纖陣列的纖芯之間距離特別小并且插損劣化不明顯。其主要應(yīng)用在光纖通信領(lǐng)域中，提供多條光通路，實(shí)現(xiàn)與多通路的器件進(jìn)行耦合如AWG、光開(kāi)關(guān)、陣列探測(cè)器等，或者實(shí)現(xiàn)單個(gè)元件的多次級(jí)聯(lián)。本發(fā)明可以有效提高單位體積光纖數(shù)量，完成器件的小型化，在高度集成化的環(huán)境中提供光通路。
[0018]

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明光纖陣列的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明襯底V型槽的示意圖；
圖3是本發(fā)明抗微彎光纖被腐蝕的示意圖；
圖4是本發(fā)明抗微彎光纖導(dǎo)入V型槽的示意圖；
圖5是本發(fā)明微彎光纖在襯底上的排布示意圖；
圖6是本發(fā)明腐蝕光纖正面示意圖；
圖7是采用本發(fā)明光纖陣列對(duì)外耦合的實(shí)施例；
其中:
1-1:蓋片；1_2:光纖；
1-3:襯底；1-4:保護(hù)性尾膠；
3-1:涂覆層原始纖區(qū)域；3-2:過(guò)渡區(qū)域；
3-3:包層處理后的纖芯區(qū)域； 4-1:V型槽；
4-2:真空吸孔；4-3:特細(xì)針頭；
7-1:光纖陣列；7-2:光源；
7-3:芯片。

【具體實(shí)施方式】
[0020]結(jié)合圖示具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程，現(xiàn)特優(yōu)選一種方案進(jìn)行說(shuō)明。
[0021]圖1是一種本發(fā)明光纖陣列的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底1-3、光纖1-2、蓋片1-1，襯底的前端有V型槽的限位槽，限位槽的V型槽體中對(duì)應(yīng)設(shè)置有光纖，光纖是抗微彎光纖，其前端經(jīng)過(guò)包層厚度減小處理后固定設(shè)置于槽體中，限位槽上方蓋上蓋片1-1對(duì)光纖進(jìn)行覆蓋以密封保護(hù)，再經(jīng)固化和保護(hù)處理形成光纖陣列。本發(fā)明所公開(kāi)的光纖陣列經(jīng)包層處理后的抗微彎光纖結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖3所示，涂覆層原始纖區(qū)域3-1是具有包層和涂覆層的原始光纖區(qū)域，外觀上整體粗大，是光纖的后端；3-2是過(guò)渡區(qū)域，涂覆層被剝除，包層厚度由后向前逐漸減小成錐形；包層處理后的纖芯區(qū)域3-3是包層薄而均勻的穩(wěn)定區(qū)域，成厚度均勻的柱形，外觀上整體細(xì)小，是光纖的前端。抗微彎光纖的前視圖如圖6所示，包括具有涂覆層原始纖區(qū)域3-1、過(guò)渡區(qū)域3-2、包層處理后的纖芯區(qū)域3-3。過(guò)渡區(qū)域3-2是一片保護(hù)區(qū)域避免光纖在直徑分界面上折斷，包層減小后的包層腐蝕后的纖芯區(qū)域3-3是光纖進(jìn)入V型槽的部分，是對(duì)外工作的核心部分，是光纖中的細(xì)小區(qū)域。過(guò)渡區(qū)域3-2和包層處理后的纖芯區(qū)域3-3都需要使用包層腐蝕等手段進(jìn)行制作。涂覆層原始纖區(qū)域3-1保留了原光纖的所有特征，沒(méi)有做任何處理，是光纖中的粗大區(qū)域。本發(fā)明光纖陣列的俯視圖如圖5所示，襯底1-3的前端有V型槽將光纖較細(xì)的部分限制在前端，上面用蓋片1-1進(jìn)行遮擋保護(hù)。在這種結(jié)構(gòu)中，單根光纖1-1需要排布成折線(xiàn)狀，涂覆層原始纖區(qū)域3-1與包層處理后的纖芯區(qū)域3-3平行，過(guò)渡區(qū)域3-2有偏折。多根光纖排布在光纖陣列上時(shí)，經(jīng)包層處理過(guò)的纖芯區(qū)域3-3并行密集置于襯底前端V槽中，全部光纖的腐蝕過(guò)渡區(qū)域每根都偏折不同的角度，形成一個(gè)扇形，全部光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1并行粗疏置于襯底后端，這個(gè)部分涂有保護(hù)性尾膠1-4。優(yōu)選案例中，保護(hù)性軟膠可以替換成其他的方案，例如用玻璃片覆蓋全部光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1，或者使用金屬外殼覆蓋支撐在全部光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1外部。
[0022]襯底可通過(guò)掩膜刻蝕工藝進(jìn)行處理，制作出前端V型槽，形成限位槽?？刮澒饫w可用氫氟酸腐蝕，輔助通過(guò)控制溫度、濕度、時(shí)間等參數(shù)控制腐蝕程度進(jìn)行腐蝕包層處理。通常所選用的抗微彎光纖微彎半徑越小，其腐蝕后的通光能力越強(qiáng)，可腐蝕到更小的直徑。蓋片可選用石英玻璃，襯底可選用硅底板。本發(fā)明抗微彎光纖包層處理的方式不限于腐蝕包層處理，也可以采用其它現(xiàn)有技術(shù)存在的包層處理方式，例如:機(jī)械去除包層方式。
[0023]本發(fā)明光纖陣列的前視圖的核心部分是V型槽，V型槽的結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于本發(fā)明意在超小間距，所以V型槽之間不留有平頂?shù)倪^(guò)渡區(qū)域，各槽的尖角直接連接。
[0024]在制作本案例所示的光纖陣列時(shí)，先選取抗微彎的光纖，在微彎狀態(tài)下插入損耗沒(méi)有劣化的光纖都可以被采用，例如滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)G.657AUG.657A2、G.657A3的各種光纖。把光纖按照?qǐng)D3所示樣式進(jìn)行加工，可以使用氫氟酸浸泡，控制時(shí)間和溫度將光纖加工成型。包層腐蝕后的包層處理后的纖芯區(qū)域3-3區(qū)域的外徑范圍可以在25-125微米之間，一般要求加工完成后插入損耗劣化在0.5dB以?xún)?nèi)。
[0025]當(dāng)光纖腐蝕完成后，將按照?qǐng)D4進(jìn)行制作，將光纖導(dǎo)入V型槽。包層腐蝕后的纖芯區(qū)域部分預(yù)留一些突出襯底，放置在外部的真空吸附孔上，采用真空吸孔4-2的目的是避免導(dǎo)入過(guò)程中光纖滑移。采用特細(xì)針頭4-3將光纖輕柔地?fù)苋胨镜腣型槽4-1當(dāng)中，再撥動(dòng)光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1部分與前端的包層處理后的纖芯區(qū)域3-3平行，使抗微彎光纖的腐蝕過(guò)渡區(qū)域形成自然的偏折。
[0026]當(dāng)一根光纖導(dǎo)入完成后，將其他的光纖按照這一方法都導(dǎo)入，使其多根纖的排布如圖5所示。當(dāng)所有光纖進(jìn)入導(dǎo)入完成，將膠水點(diǎn)入V型槽中，蓋上蓋片進(jìn)行固化，最后涂上軟性膠水保護(hù)光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1與過(guò)渡區(qū)域3-2區(qū)域。
[0027]現(xiàn)以一個(gè)實(shí)際工作場(chǎng)景來(lái)說(shuō)明優(yōu)選案例的工作狀態(tài)，如圖7所示，圖示中有一種需要10路光源7-2進(jìn)行耦合的芯片7-3，并且每路光源之間的空間距離為35微米。采用優(yōu)選案例結(jié)構(gòu)制作的光纖陣列7-1，其中抗微彎光纖選用G.657A3標(biāo)準(zhǔn)的光纖,包括處理方式采用包層腐蝕方式，包層腐蝕后的纖芯區(qū)域直徑腐蝕至32.5微米，其V槽幾何中心距離為35微米。當(dāng)外部的光源與光纖陣列10根光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1端進(jìn)行連接后，光順次經(jīng)過(guò)每根光纖的涂覆層原始纖區(qū)域3-1、過(guò)渡區(qū)域3-2、包層處理后的纖芯區(qū)域3-3區(qū)域，最終出射耦合進(jìn)入芯片7-3。在這個(gè)工作狀態(tài)中，光纖陣列實(shí)現(xiàn)了光源在空間上的密集化，光源的密集程度由光纖陣列前端光纖纖芯距離描述。
在這個(gè)工作狀態(tài)中V型槽的幾何中心距控是制相鄰光纖的纖芯距離的手段。而光纖的包層處理后的纖芯區(qū)域3-3的直徑是相鄰光纖纖芯距離的最小值，此例中可以將光纖的包層腐蝕后的纖芯區(qū)域3-3腐蝕為35微米，則相鄰的光纖緊貼彼此，纖芯之間的距離恰好是光纖的包層處理后的纖芯區(qū)域3-3的直徑。所以光纖的包層處理后的纖芯區(qū)域3-3的直徑代表的是光纖陣列最小的纖芯距離，只要獲得了更小的光纖直徑，就可以在更大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)纖芯距離。
[0028]在優(yōu)選案例中，圖5所示的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行擴(kuò)展和縮減，I根或者多根光纖都可以按照這種結(jié)構(gòu)放置。但是為了保證光纖陣列在使用時(shí)前端的各纖在一維維度上平行，后端也具有足夠的空間安放光纖束，圖5中展示的扇形結(jié)構(gòu)是具有典型性的，在各種案例中都適用。
[0029]優(yōu)選案例中，圖2所示的V型槽可以進(jìn)行變化或者拓展。V型槽的形狀可以轉(zhuǎn)變?yōu)閁型，圓形，方形或者在將光纖置于一個(gè)大的矩形槽中通過(guò)機(jī)械尺寸的限制使纖緊固。而V型槽的間距也可以視情況而改變，各槽中心距離可以等間距的擴(kuò)大或縮小，或者以非等間距的方式進(jìn)行排布。而光纖的腐蝕程度也可以根據(jù)情況而定，也可以采用多種細(xì)小端直徑的光纖進(jìn)行排布。
[0030]本發(fā)明主要的技術(shù)思路是利用小直徑的光纖制作小芯距的光纖陣列，主要攻克的技術(shù)難點(diǎn)是通過(guò)計(jì)算和篩選，解決了包層厚度減少后負(fù)光纖載光能力減弱，導(dǎo)致光纖直徑的不可能大幅減小的問(wèn)題。針對(duì)包層的研究表明，普通光纖包層厚度減少到一定程度后其負(fù)載光的能力會(huì)減弱。而我們通過(guò)建立模型進(jìn)行理論研究表明，對(duì)光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的修改可以緩解這樣的問(wèn)題。而抗微彎光纖為了獲得抗微彎特性對(duì)光纖結(jié)構(gòu)進(jìn)行的調(diào)整，利用諸如折射率陷阱，納米氣泡等結(jié)構(gòu)進(jìn)行光束禁錮，很好的符合了我們的預(yù)期，其對(duì)抗包層厚度減小的能力大幅度增強(qiáng)。目前尚沒(méi)有公開(kāi)的研究對(duì)抗微彎光纖的包層減小問(wèn)題進(jìn)行研究，我們的實(shí)驗(yàn)表明抗微彎性能越好的光纖其包層可減小到更小的范圍。
[0031]盡管優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明確，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上對(duì)本發(fā)明作出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超小芯距的光纖陣列，包括襯底、光纖、蓋片，襯底前端設(shè)置有多個(gè)槽體組成的限位槽，光纖固定設(shè)置于限位槽的槽體中，蓋片位于限位槽中的光纖上方，其特征在于:所述光纖采用抗微彎光纖，該抗微彎光纖經(jīng)包層處理后設(shè)置于限位槽的槽體中，包層處理后的光纖包括可實(shí)現(xiàn)無(wú)泄露通光的纖芯區(qū)域，該區(qū)域的包層厚度薄且均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征在于:所述纖芯區(qū)域包層處理后的外徑為25-125微米，其插入損耗劣化指標(biāo)小于0.5dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征在于:所述抗彎光纖的未經(jīng)包層處理的區(qū)域和經(jīng)包層處理的纖芯區(qū)域之間設(shè)置有錐形的過(guò)渡區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征在于:所述抗微彎光纖采用包層腐蝕方式進(jìn)行光纖包層處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征是:所述抗微彎光纖數(shù)量為I根或I根以上，所述抗微彎光纖以一維方向并排設(shè)置于限位槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征是:所述抗微彎光纖成等間距排列或不等間距排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征是:所述限位槽的槽體采用V型槽或者矩形槽或者U型槽或者圓形槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征是:所述抗微彎光纖采用符合標(biāo)準(zhǔn) G.657A1、G.657A2、G.657A3 的光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超小芯距的光纖陣列，其特征是:所述抗微彎光纖中未經(jīng)包層處理的光纖區(qū)域設(shè)置于襯底后端，所述抗微彎光纖上涂有保護(hù)性尾膠，或者抗微彎光纖外部設(shè)置有金屬外殼覆蓋保護(hù)。
【文檔編號(hào)】G02B6/36GK104391352SQ201410744413
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】謝卉, 屈文俊, 劉光清, 楊睿, 凌九紅, 周婷婷, 夏源, 孫莉萍, 胡強(qiáng)高 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司