一种高精度光纤阵列及其制备方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种高精度光纤阵列及其制备方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，光通信技术已经成为最主要的信息传递技术之一，光纤阵列开始广泛应用于光电模块、波分复用系统、波长选择开关、光分路器等产品中。而随着光通信技术的更新迭代，对于光纤阵列纤芯位置精度的要求也越来越高，尤其针对大尺寸/高通道光纤阵列产品，影响光纤阵列纤芯位置精度主要有两方面原因造成，其一为光纤包层直径的差异较大，行业内主流光纤厂家的包层直径通常为125±0.7um；其二为光纤阵列V型槽和组装造成的精度误差。目前，国内外组装光纤阵列方式大都分为二类：

第一类是使用玻璃材质作为基材和盖板，采用机械切割加工V型槽并组装成光纤阵列的方案，此方案因切割刀的磨损和设备不断累计的误差无法有效控制，导致最终制作的高通道光纤阵列纤芯位置精度较差，通常在16CH以下光纤阵列产品只能满足±0.5um，大于16CH的光纤阵列产品往往要大于±1.0um或更高；

第二类是使用硅晶片作为基材和盖板，采用湿法腐蚀工艺加工V型槽并组装成光纤阵列的方案，此方案没有机械加工导致的误差，故精度不受V槽数量的限制，因硅基板不透光的特性，组装光纤阵列时需用热固化胶水粘接，但热固化胶水固化往往需要较长时间，一般需1H以上，从而导致在固化过程中光纤阵列盖板需要长期受到自上而下的力才能保证完全和基板贴合，致使光纤阵列长期受力后发生形变导致Y轴精度超标，此方案通常在大于16CH的光纤阵列产品往往精度误差要大于±0.6um或更高。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种高精度光纤阵列及其制备方法，以解决光纤阵列中纤芯位置精度差的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高精度光纤阵列的制备方法，包括如下步骤：

S1、准备基板、盖板以及若干光纤段，选用硅材质制作的基板、玻璃材质制作的盖板；

S2、预加工

基板加工：采用湿法腐蚀工艺在基板上加工相连的V型槽和沉槽，V型槽的数量不少于光纤段的数量，且在基板上并列布置，沉槽位于V型槽后方；

光纤段加工：去除光纤段一端的涂覆层，露出包层，并将包层洗净；

S3、组装

将各光纤段一端的包层分别放置在基板上的各V型槽中，同时使各光纤段另一端从沉槽中向外延伸，然后将盖板自上而下压合在基板上表面，使每一光纤段的包层与对应V型槽的两斜面、盖板的下表面均相切；

在每一光纤段的包层与对应V型槽的两斜面、盖板的下表面之间注入第一紫外固化胶，通过紫外灯照射使第一紫外固化胶固化，将每一光纤段与V型槽对应的部分固定；

在沉槽中注入第二紫外固化胶，通过紫外灯照射使第二紫外固化胶固化，将每一光纤段与沉槽对应的部分固定；

S4、将组装后的光纤阵列组合体进行研磨，完成制备。

进一步的，选用的若干光纤段由同一根光纤产品裁剪而来。

进一步的，所述第一紫外固化胶为环氧树脂胶。

进一步的，通过紫外灯照射使第一紫外固化胶固化的步骤如下：使用紫外灯照射2~3min，紫外灯照射功率为150~200mw/cm²，环氧树脂粘度大于400cps，CTE值为120~150ppm/℃，固化后，硬度大于Shore 80 D。

进一步的，所述第二紫外固化胶为丙烯酸酯胶。

进一步的，通过紫外灯照射使第二紫外固化胶固化的步骤如下：使用紫外灯照射3~5min，紫外灯照射功率为100~150mw/cm²，丙烯酸酯胶粘度为8000~12000cps，固化后，硬度为Shore 50~80 A。

进一步的，通过压块将盖板自上而下压合在基板上表面，选用硅胶材质制作的压块。

进一步的，所述压块的硬度为Shore 20~30 A，且其宽度与基板上有效V型槽的总体宽度一致。

进一步的，所述基板的CTE值为2.5~3.3ppm/℃，盖板的CTE值为2.5~3.3ppm/℃，且其平整度小于1um。

一种高精度光纤阵列，采用上述一种高精度光纤阵列的制备方法。

本发明的有益效果为：

1、选用硅材质制作的基板，采用湿法腐蚀工艺在基板上加工V型槽， V型槽的加工精度可达到±0.1um内，选用玻璃材质制作的盖板，将基板、光纤段和盖板使用紫外固化胶组装粘接成光纤阵列组合体，规避了使用硅晶片作为基材和盖板的方案中热固化胶受力使光纤阵列发生形变的问题；

2、组装光纤阵列的光纤段由同批次单根光纤产品裁剪而成，保证了光纤阵列中不同光纤段上所露出包层部分的一致性，规避了因光纤包层误差导致的光纤阵列成品的精度问题，此方案光纤包层直径误差可控制在±0.1um内。

附图说明

图1为本发明光纤阵列的立体图（不含胶）；

图2为本发明基板的立体图；

图3为本发明光纤阵列的主视图（不含胶）；

图4为本发明光纤阵列的剖面结构示意图（含胶）。

标注说明：1、基板，1-1、V型槽，1-2、沉槽，2、盖板，3、光纤段，3-1、涂覆层，3-2、包层，4、压块，5、第一紫外固化胶，6、第二紫外固化胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1~4所示，一种高精度光纤阵列的制备方法，包括如下步骤： S1、选材；S2、预加工；S3、组装；S4、研磨。

选材时，需要准备基板1、盖板2以及若干光纤段3。具体选型如下：

选用硅材质制作的基板1，基板1的CTE（热膨胀系数）值为2.5~3.3ppm/℃；

选用玻璃材质制作的盖板2，盖板2的CTE值为2.5~3.3ppm/℃，且其平整度小于1um；

选用的若干光纤段3由同一根光纤产品裁剪而来。

预加工过程包括如下工序：

基板1加工：采用湿法腐蚀工艺在基板1上加工相连的V型槽1-1和沉槽1-2，V型槽1-1的数量不少于光纤段3的数量，且在基板1上并列布置，沉槽1-2位于V型槽1-1后方；

光纤段3加工：去除光纤段3一端的涂覆层3-1，露出包层3-2，并将包层3-2洗净（一般使用酒精进行清洗）。在其中一个实施例中，所使用光纤段3的涂覆层3-1的直径为237~247um，包层3-2的直径为124.9~125.1um。

组装过程包括如下工序：

S3.1、将各光纤段3一端的包层3-2分别放置在基板1上的各V型槽1-1中，同时使各光纤段3另一端从沉槽1-2中向外延伸，然后将盖板2自上而下压合在基板1上表面，使每一光纤段3的包层3-2与对应V型槽1-1的两斜面、盖板2的下表面均相切。本实施例中，通过压块4将盖板2自上而下压合在基板1上表面（施加5~10N的力），选用硅胶材质制作的压块4，具体的，压块4的硬度为Shore 20~30 A（邵氏硬度，分为A型，C型和 D型三类），且其宽度与基板1上有效V型槽的总体宽度一致；

S3.2、在每一光纤段3的包层3-2与对应V型槽1-1的两斜面、盖板2的下表面之间注入第一紫外固化胶5，通过紫外灯照射使第一紫外固化胶5固化，将每一光纤段3与V型槽1-1对应的部分固定。本实施例中，第一紫外固化胶5为环氧树脂胶，具体的，通过紫外灯照射使第一紫外固化胶5固化的步骤如下：使用紫外灯照射2~3min，紫外灯照射功率为150~200mw/cm²，环氧树脂粘度大于400cps，CTE值为120~150ppm/℃，固化后，硬度大于Shore 80 D；

S3.3、在沉槽1-2中注入第二紫外固化胶6（第二紫外固化胶6应高于光纤段3），通过紫外灯照射使第二紫外固化胶6固化，将每一光纤段3与沉槽1-2对应的部分固定。本实施例中，第二紫外固化胶6为丙烯酸酯胶，具体的，通过紫外灯照射使第二紫外固化胶6固化的步骤如下：使用紫外灯照射3~5min，紫外灯照射功率为100~150mw/cm²，丙烯酸酯胶粘度为8000~12000cps，固化后，硬度为Shore 50~80 A。

其中，基板1上有效V型槽的总体宽度是指最左侧放置光纤段3的V型槽1-1的左侧边至最右侧放置光纤段3的V型槽1-1的右侧边的距离。若V型槽1-1中不放置光纤段3，则为无效V型槽。

S4、将组装后的光纤阵列组合体进行研磨，即对其前端面进行研磨，完成制备。常用的研磨设备为研磨机。

请参阅图1~4所示，一种高精度光纤阵列，采用上述一种高精度光纤阵列的制备方法。

总的来说，本发明具体如下优点：

1、选用硅材质制作的基板1，采用湿法腐蚀工艺在基板1上加工V型槽1-1， V型槽1-1的加工精度可达到±0.1um内，选用玻璃材质制作的盖板2，将基板1、光纤段3和盖板2使用紫外固化胶组装粘接成光纤阵列组合体，规避了使用硅晶片作为基材1和盖板2的方案中热固化胶受力使光纤阵列发生形变的问题；

2、组装光纤阵列的光纤段3由同批次单根光纤产品裁剪而成，保证了光纤阵列中不同光纤段3上所露出包层3-2部分的一致性，规避了因光纤包层误差导致的光纤阵列成品的精度问题，此方案光纤包层直径误差可控制在±0.1um内。

以上光纤阵列制作方案可使大于16CH的高通道/大尺寸光纤阵列产品中纤芯位置精度控制在±0.3um以内。

当然，以上仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。