[發(fā)明專利]集成二維光纖陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610873221.9
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN107024739B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬克·菲利普維茲;馬克·H·加勒特
• 申請（專利權(quán)）人: Ⅱ-Ⅵ有限公司
• 主分類號: G02B6/38
• 分類號: G02B6/38
• 代理公司: 北京市煒衡律師事務(wù)所 11375
• 代理人: 葉俏燕

本發(fā)明的二維光纖陣列組件，包括相互配合的光纖導(dǎo)孔陣列塊（較低成本）和光纖精密輸出元件。導(dǎo)孔陣列塊與精密輸出元件都設(shè)有一組按指定位置度（間距）排列的二維通孔陣列。導(dǎo)孔陣列塊上的通孔略大于精密輸出元件上的通孔。采用一個光纖裝載夾具將一1×N光纖陣列按要求的位置度排列固定好，然后將裝載著1×N光纖陣列的光纖裝載夾具插入對齊的導(dǎo)孔陣列塊與精密輸出元件的組合件上，并將光纖陣列固定到導(dǎo)孔陣列塊上。然后移除光纖裝載夾具，并重新裝載新的1×N光纖陣列，重復(fù)該工序直到全部的1×N光纖陣列裝配到位。由于使用了精密的光纖裝載夾具，導(dǎo)孔陣列塊的導(dǎo)通孔的尺寸不需要太高的精度，故可以使用相對便宜的導(dǎo)孔陣列塊進(jìn)行生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖陣列領(lǐng)域，尤其涉及二維光纖陣列組件及裝配方式。

背景技術(shù)

光學(xué)通信系統(tǒng)，特別是與電信和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用(例如光交叉連接OXC、光纖空間交換網(wǎng)絡(luò))，面臨著不斷增長的需求量。在目前基于互聯(lián)網(wǎng)的計算設(shè)備的云互連,以及云存儲功能應(yīng)用日益廣泛的今天，低成本、快速、簡單信號切換的光通訊系統(tǒng)需求量正在逐漸增加。

二維光纖陣列的研發(fā)為光在M×N陣列任意一點輸出及M×N陣列任意一點輸入提供了一個可行性的方案，并且這類元件成本相對低廉。在這種無線路由模式中，M×N二維的光纖陣列通過一個M×N透鏡陣列準(zhǔn)直后在空間的后焦距面形成一組M×N的準(zhǔn)直光束。以此，形成了空間路由的功能，舉例來說，一對校準(zhǔn)過后的二維MEMS陣列可以達(dá)成將光束由任意輸出點耦合至任意輸入點的功能。圖1舉例說明了一種能夠提供該功能的典型結(jié)構(gòu)。請注意該光學(xué)系統(tǒng)作為一個典型的共軛成像系統(tǒng)，故其光輸出位置誤差會直接影響到光接受的位置精度誤差，即便是一個很小的(一微米數(shù)量級)的誤差會為傳輸過程帶來很大的插損，通常這類的插損問題被認(rèn)為與光纖陣列中相鄰的光纖纖芯的中心間距的變化帶來的位置誤差相關(guān)(以下簡稱為“位置間隔”)。

除去光纖之間的距離(位置間隔)不準(zhǔn)確，光纖出光的指向精度差也會產(chǎn)生耦合損耗、光斑變形和散射噪聲的問題。圖2舉例說明了一根光纖模型的指向精度誤差的問題，該光纖由成型在基板4中的內(nèi)孔3進(jìn)行定位，如圖所示，光纖1以一種離軸的方式穿過了內(nèi)孔3，由此產(chǎn)生了一個光纖與水平方向(水平方向由平面2定義)偏離的傾斜角(θ)，該θ角定義為光纖的指向精度。并且，該結(jié)構(gòu)也有可能造成光纖有一定程度的彎曲(圖示未指出該點)，這樣的彎曲也同樣會造成出光精度的指向誤差。在這樣的結(jié)構(gòu)下，指向精度不好的光纖陣列，在經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡聚焦后，形成的輸出光相對該系統(tǒng)的光軸會產(chǎn)生錯位。為了避免該錯位(以避免光斑變形、散射噪聲及串?dāng)_)，MEMS系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)就需要擴(kuò)大尺寸，帶來了降低透鏡陣列排列密度及增加MEMS系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜性的不良效果。這樣，如何創(chuàng)建高密度空間光交叉連接的問題就在于二維光纖陣列需要有一個很好的位置精度誤差及較小的出光指向精度誤差。在此背景下，本專利所涉及的就是一個擁有很好指向位置精度要求(小于±1um)及滿足小于±15mrd指向精度要求的產(chǎn)品。

目前，一種改善二維光纖陣列元件的方法是基于被多數(shù)高精度刻蝕(錐形)的硅片的使用，每個硅片單元有一個逐漸變小并且具有很高指向精度的導(dǎo)引孔陣列，該孔的設(shè)計要求有一個很大的“高寬比”(該比值為刻蝕的深度與刻蝕的寬度之間的比值)。從成本角度考慮，使用數(shù)個帶該類型導(dǎo)引孔的硅片進(jìn)行高精度對位的疊加使用，能夠達(dá)到“大高寬比”的要求，并且成本較低(如果需要，孔間的高精度對位，目前的工藝是有可能實現(xiàn)的)。通常來說，想要制作一個很高“高寬比”的厚硅片十分昂貴，該專利設(shè)計將“高寬比”的需求轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ㄩg距相應(yīng)兩片硅片定位精度的要求，這同樣可以保證指向精度的，但是這樣的變化會引入硅片裝配對位的操作難度。

另一個方面來說，使用一對互相定位好孔的硅片陣列，然后一次插入一根(或者一列)光纖，這樣能夠達(dá)到需要的對齊精度。用這種方法進(jìn)行裝配很耗時并且很繁瑣，同樣會帶來一個較高的工序成本。同樣的，這種配置的每一個部件精度要求十分高，這樣最終的結(jié)構(gòu)的價值也比較高。