專利名稱：光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以校準(zhǔn)光波導(dǎo)和光纖的裝置及其方法，尤其是涉及一種光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及其方法用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的輸入／輸出光波導(dǎo)和光纖耦合，其中具有各種各樣功能的光波導(dǎo)裝置集成于一個(gè)基片上。
通常，通過(guò)以下兩種方法可將一光纖連接到光波導(dǎo)裝置。首先，在光波導(dǎo)入射光進(jìn)入光纖或裝置之后，準(zhǔn)確調(diào)整光纖的位置，并測(cè)得在光波導(dǎo)或光濾波器的輸出口的光功率，以在最大光功率狀態(tài)固定光纖和光波導(dǎo)。這稱為有源校準(zhǔn)方法。在另一方面，沒(méi)有引導(dǎo)光，彼此耦接的光纖和光導(dǎo)按照那些耦接部分的形狀或結(jié)構(gòu)自動(dòng)校準(zhǔn)。這稱為無(wú)源校準(zhǔn)法。
有源校準(zhǔn)方法與光波導(dǎo)和光纖的耦合方法相同，有源校準(zhǔn)法需要光源和光探測(cè)器用以校準(zhǔn)光纖和光波導(dǎo)。而且，可以相對(duì)于具有6個(gè)自由度的校準(zhǔn)軸，將光纖和光波導(dǎo)裝置以亞微米精度準(zhǔn)確校準(zhǔn)。因此，校準(zhǔn)很困難并需太多時(shí)間。


圖1A和1B顯示了常規(guī)無(wú)源校準(zhǔn)方法的三維圖和側(cè)視圖。按照此方法，波導(dǎo)層101形成在安裝在平面基片100上的光纖的部分，以使光波導(dǎo)的芯子和光纖的芯子匹配，因此形成了具有V型槽的光纖安裝部分103。于是，形成了與具有V型槽的光纖安裝部分103垂直的一個(gè)槽，以使光纖110能緊壓光纖安裝部分103且和光波導(dǎo)相平行。光纖110截面精確研磨光，且光纖110裝在具有V型槽的光纖安裝部分103上且緊壓著光波導(dǎo)的橫截面。于是光纖110和光波導(dǎo)互相依附。
然而，在無(wú)源校準(zhǔn)方法中，由于光纖和光波導(dǎo)直徑在幾個(gè)微米的范圍內(nèi)，為了減少耦合損耗，需要耦合部分的形態(tài)和結(jié)構(gòu)非常精確，光纖端頭的精確定位，及光纖端頭的截面精確研磨。因此，校準(zhǔn)花費(fèi)時(shí)間且價(jià)格昂貴。
為了解決以上難題，本發(fā)明的目的在于提供一種用以校準(zhǔn)集成光學(xué)設(shè)備的輸入／輸出光波導(dǎo)和光纖的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及其方法。
按照以上目的的一個(gè)方面，提供一種通過(guò)集成的光學(xué)設(shè)備的輸入／輸出光波導(dǎo)的無(wú)源校準(zhǔn)光纖的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置，它包含沿著平面基片的縱向在平面基片上形成的一光波導(dǎo)，它具有一比平面基片短的芯子；沿平面基片的縱向在平面基片上形成一預(yù)定長(zhǎng)度的光纖安裝部分，用以接收光纖以使光波導(dǎo)和光纖相互接觸；以及位于光纖安裝部分和光波導(dǎo)的芯子之間的空腔，其充填進(jìn)由紫外線光照時(shí)折射率稍有增加的材料，以使該材料的折射率沒(méi)有和光纖的芯子的折射率顯著不同。
最好是，空腔具有三角形、正方形、半圓形或多邊形的截面形狀，且空腔是通過(guò)從由硅基片刻蝕，機(jī)械精密加工和精密模塑這些方法中選擇的一種方法而形成的。
按照本目的的另一方面，提供一種用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的輸入／輸出光波導(dǎo)和光纖的光纖無(wú)源校準(zhǔn)方法，它包含如下步驟(a)沿平面基片的縱向形成一光波導(dǎo)作為一層；(b)在平面基片上形成一光纖安裝部分，其上安裝一光纖以將所述光纖和光波導(dǎo)耦合；(c)在光纖安裝部分和光波導(dǎo)之間形成預(yù)定尺寸的空腔；(d)在光纖安裝部分上安裝光纖；(e)向空腔中注入可通過(guò)紫外線光照射提高其折射率的材料；以及(f)在充填空腔的材料上通過(guò)光照紫外線使光纖和光波導(dǎo)耦合。
最好是，形成光纖安裝部分的步驟(b)中，部分去除形成在平面基片上的光波導(dǎo)層部分以形成光纖安裝部分用以將光纖和光波導(dǎo)耦合。
另外，提供一種光纖無(wú)源校準(zhǔn)方法用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的輸入／輸出光波導(dǎo)和光纖，它包含步驟有(a)沿平面基片的縱向形成光波導(dǎo)；(b)在平面基片上形成安裝光纖的光纖安裝部分，以將光纖和光波導(dǎo)耦合；(c)在靠近光波導(dǎo)的光纖安裝部分上安裝光纖，并固定光纖；(d)切割靠近光波導(dǎo)的光纖安裝部分安裝的光纖和光波導(dǎo)，以使光纖和光波導(dǎo)的截面同時(shí)研磨光，因此，在光纖安裝部分和光波導(dǎo)之間形成預(yù)定尺寸的空腔；(e)向空腔中注入其折射率隨紫外線的輻照而增加的材料；且(f)通過(guò)向充填槽的材料上輻照紫外線將光纖和光波導(dǎo)耦合。
通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例以更深刻闡明本發(fā)明的以上目的和優(yōu)點(diǎn)圖1A和圖1B是顯示了常規(guī)無(wú)源校準(zhǔn)方法的三維圖和側(cè)視圖；圖2A和圖2B顯示了按照本發(fā)明的實(shí)施例的其上安裝有光纖的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法的三維圖和側(cè)視圖；圖3A和3B顯示了按本發(fā)明的另一實(shí)施例的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法的三維圖和側(cè)視圖；且圖4是顯示了按照模式場(chǎng)半徑和水平位移的耦合損耗的變化曲線圖。
參照?qǐng)D2A和圖2B，按本發(fā)明的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置包括光波導(dǎo)240，光纖安裝部分210和空腔220。
光波導(dǎo)240提供光導(dǎo)通路，沿平面基片230的縱向在平面基片230上形成比平面基片230短的光波導(dǎo)芯子200。在硅平面基片230上通過(guò)沉積硅形成作為光波導(dǎo)層的光波導(dǎo)240。
光纖安裝部分210是其上安裝光纖250的部分，沿平面基片230的縱向在平面基片230上形成預(yù)定長(zhǎng)度的光纖安裝部分210，以使光波導(dǎo)220與光纖250接觸。從形成的光波導(dǎo)240上去除安裝的光纖250的一部分用以形成光纖安裝部分210，且使用氫氧化鉀(KOH)溶液非均質(zhì)地對(duì)硅晶基片230刻蝕，產(chǎn)生具有V形槽的光纖安裝部分210，以使光纖芯252的中心和光波導(dǎo)芯200的中心相對(duì)應(yīng)。
空腔220位于光纖安裝部分210和光波導(dǎo)芯子200之間且充填進(jìn)如UV-固化樹脂的材料，該材料的折射率在紫外線的照射下稍微增高，以使其折射率沒(méi)有和光纖芯子252的折射率顯著不同。這里，空腔220可具有能接收任何形狀的光纖，如三角形，正方形或半圓形，且可以通過(guò)硅基片刻蝕，機(jī)械精密加工和精密模塑而形成。
圖3A和3B顯示了按本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的用以耦合光波導(dǎo)和光纖的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及其方法的三維圖和側(cè)視圖。也就是，如圖3A所示，在光波導(dǎo)上形成V-形槽之后，將光纖裝入V-形槽，且光纖和光波導(dǎo)同時(shí)且垂直切割。
如圖3A所示，在硅基片上沉積硅以形成光波導(dǎo)310作為一層后，對(duì)應(yīng)于安裝入光纖的光波導(dǎo)層的部分被除去。然后，使用氫氧化鉀(KOH)溶液對(duì)硅(Si)晶基片非均質(zhì)地刻蝕，產(chǎn)生具有V-形槽的光纖安裝部分340，以便使光波導(dǎo)芯330的中心與光纖芯322的中心對(duì)準(zhǔn)。于是，使用其刀片厚度相當(dāng)于幾微米的切割機(jī)360制成將其中注入隨紫外線輻射其折射率增高的材料的空腔350。因此，具有光纖和光波導(dǎo)同時(shí)研磨的效果。
通過(guò)使用以上光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置，由以下的方法校準(zhǔn)光纖和光波導(dǎo)。將其折射率隨紫外線照射增加的材料如UV-固化樹脂注入光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置的空腔，也就是，安裝的光纖和光波導(dǎo)之間。然后，向光纖輻射紫外線。因此，被紫外線照射部分固化，且固化的部分比沒(méi)有固化的部分的折射率增加的多，因此，導(dǎo)致光波導(dǎo)芯子端頭張開。通過(guò)控制紫外線輻照強(qiáng)度和時(shí)間，可以獲得最佳光波導(dǎo)，由于這種光波導(dǎo)其芯子端頭逐漸張開，表示光纖和光波導(dǎo)的芯軸之間的不對(duì)準(zhǔn)度的水平位移對(duì)光纖和光波導(dǎo)之間的耦合損耗的影響相對(duì)減小。
圖4顯示了按模式場(chǎng)半徑和水平位移的耦合損耗的變化。由于光波導(dǎo)的模式場(chǎng)半徑通過(guò)紫外線輻照而增加，耦合損耗對(duì)水平位移的依賴性逐漸減少?？梢园慈缦路椒ù_定具有逐漸端頭張開芯子的光波導(dǎo)的效果。假定光纖和光波導(dǎo)的模式場(chǎng)顯示高斯分布，光纖和光波導(dǎo)之間的間隙和超出范圍是0，由以下的數(shù)學(xué)公式(1)表示光纖和光波導(dǎo)之間的耦合損耗。coupling loss=10Log((2w1w2w12+w22)2exp[-2d2w12+w22])[dB]...(1)]]>這里W1和W2代表光纖和光波導(dǎo)的場(chǎng)模半徑(1／e功率半徑)且d表示光纖和光波導(dǎo)之間的水平位移。
因此，如圖4所示，當(dāng)場(chǎng)模半徑增加時(shí)，取決于水平位移的耦合損耗的變化率減少。這里，假定光波導(dǎo)的場(chǎng)模半徑是4微米。
在上述實(shí)施例中，具有單一芯子的光纖用于解釋方便。然而，具有多個(gè)芯子的光纖不受到上面的限制。
通常，當(dāng)芯子直徑增加時(shí)，場(chǎng)模半徑增加。因此，在本發(fā)明中，形成其芯子端頭逐漸張開的光波導(dǎo)，減少了耦合損耗對(duì)水平位移的依賴性。因此，沒(méi)有必要精確控制耦合部分的形狀和結(jié)構(gòu)。
尤其是，在上述本發(fā)明的第二實(shí)施例中，具有單一芯子或多個(gè)芯子的光波導(dǎo)和光纖同時(shí)垂直于基片被切割。且此時(shí)，在具有單一芯子或多個(gè)芯子的光波導(dǎo)和光纖之間形成的空腔注入其折射率在紫外線輻射下增高的材料，如紫外線-固化樹脂。為了這個(gè)目的，在安裝光纖之后，進(jìn)行機(jī)械精密處理，且無(wú)需額外對(duì)光纖的橫截面進(jìn)行研磨，而且，通過(guò)形成了其芯子端頭逐漸張開的光波導(dǎo)，減少了光纖的準(zhǔn)確定位的重要性。
權(quán)利要求
1.一種光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置，用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的光纖和輸入／輸出光波導(dǎo)，其特征是包括一個(gè)沿平面基片縱向并在該平面基片上形成的光波導(dǎo)，其芯子短于平面基片；一個(gè)沿所述平面基片縱向并在所述平面基片上形成有一預(yù)定長(zhǎng)度的光纖安裝部分，以使所述光波導(dǎo)和光纖相互接觸，用以接觸光纖；以及一個(gè)置于所述光纖安裝部分和所述光波導(dǎo)芯子之間的空腔，其中充填在紫外線的照射下其折射稍有增加的材料，以使所述材料的折射率和所述光纖芯子的折射率沒(méi)有明顯的不同。
2.按照權(quán)利要求1所述的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述光纖具有單一芯子或多個(gè)芯子。
3.按照權(quán)利要求2所述的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述空腔具有的截面形狀為三角形、正方形、半圓形或多邊形。
4.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述空腔是由從硅基片刻蝕，機(jī)械精密處理和精密模塑組成的一組中選取的一種方法而形成的。
5.一種光纖無(wú)源校準(zhǔn)方法，用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的光纖和輸入／輸出光波導(dǎo)，其特征是包括以下步驟(a)沿平面基片的縱向形成一光波導(dǎo)作為一層；(b)在所述平面基片上形成光纖安裝部分，其上安裝所述光纖以將所述光纖和光波導(dǎo)耦合；(c)在所述光纖安裝部分和光波導(dǎo)之間形成預(yù)定尺寸的空腔；(d)在所述光纖安裝部分上安裝所述光纖；(e)向所述空腔中注入隨紫外線輻射其折射率增加的材料；(f)通過(guò)向充填空腔的材料上輻照紫外線而使所述光纖和光波導(dǎo)耦合。
6.按照權(quán)利要求5所述的光纖無(wú)源校準(zhǔn)方法，其特征在于，在形成光纖安裝部分的步驟(b)中，部分去除在平面基片上形成的光波導(dǎo)層的一部分以形成將所述光纖和光波導(dǎo)耦合的所述光纖安裝部分。
7.一種光纖無(wú)源校準(zhǔn)方法，用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的光纖和輸入／輸出光波導(dǎo)，其特征是包括以下步驟(a)沿平面基片縱向形成光波導(dǎo)；(b)在所述平面基片上形成其上安裝有光纖的光纖安裝部分，以將所述光纖和光波導(dǎo)耦合；(c)在所述光波導(dǎo)附近的所述光纖安裝部分上安裝所述光纖，并固定該光纖；(d)切割安裝在所述光波導(dǎo)附近光纖安裝部分上的光纖和光波導(dǎo)，以使所述光纖和光波導(dǎo)的截面同時(shí)被研磨，因此在所述光纖安裝部分和光波導(dǎo)之間形成預(yù)定尺寸的空腔；(e)向所述空腔中注入隨紫外線輻射其折射率增加的材料；且(f)通過(guò)向注入槽中的材料上輻照紫外線使所述光纖和光波導(dǎo)耦合。
8.按照權(quán)利要求7所述的光纖無(wú)源校準(zhǔn)方法，其特征在于，在形成光纖安裝部分的步驟(b)中，部分去除在所述平面基片上形成的一部分光波導(dǎo)層以形成所述光纖安裝部分用以將所述光纖和光波導(dǎo)耦合。
全文摘要
一種光纖無(wú)源校準(zhǔn)裝置及其方法,用以無(wú)源校準(zhǔn)集成光學(xué)裝置的光纖和輸入/輸出光波導(dǎo),該裝置包括:沿平面基片縱向在平面基片上形成光波導(dǎo),光波導(dǎo)的芯子比平面的基片要短;沿平面的基片的縱向在平面基片上形成預(yù)定長(zhǎng)度的光纖安裝部分,以使光波導(dǎo)和光纖彼此接觸,用以接收光纖;及向位于光纖安裝部分和光波導(dǎo)的芯子之間的空腔充填隨紫外線輻射其折射率增加的材料以使材料的折射率和光纖的芯子的折射率沒(méi)有明顯不同。
文檔編號(hào)G02B6/30GK1204777SQ98102700
公開日1999年1月13日 申請(qǐng)日期1998年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月2日
發(fā)明者徐必承, 李炯宰, 李泰衡, 金賢洙, 李相潤(rùn) 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社