一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法及裝置，其方法具體步驟包括：在一段光纖的端面鍍一層波導(dǎo)材料薄膜；采用激光在光纖端面的鍍膜層形成一個(gè)微環(huán)；采用光纖熔融拉錐機(jī)將另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐；將帶有微環(huán)的一段光纖接近熔融拉錐后的光纖，通過調(diào)節(jié)兩段光纖之間的距離形成一個(gè)微環(huán)諧振器。本發(fā)明通過在光纖端面的鍍膜層處形成一個(gè)微環(huán)，再用拉錐后的光纖接近從而形成一個(gè)微環(huán)諧振器，其制作過程簡單，并且可以調(diào)節(jié)微環(huán)與直波導(dǎo)之間的耦合間隙，可以得到較小的耦合間隙，從而提高了耦合效率；并且采用激光技術(shù)來制作微環(huán)，其得到的微環(huán)的尺寸精度可以達(dá)到微米級，不僅提高了精度也能提高生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖集成【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法及裝置的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)60年代初期，紅寶石激光器、氦氖激光器的出現(xiàn)揭開了光通信發(fā)展的序幕，其后，隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)同其它學(xué)科領(lǐng)域不斷滲透和融合，形成了許多新的分支學(xué)科或邊緣學(xué)科。七十年代，在微電子學(xué)和激光技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，集成光學(xué)作為一門新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其主要目的是將傳統(tǒng)的大型光學(xué)系統(tǒng)小型化直至微型化，但是，此技術(shù)并不是簡單地將組成光學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)元器件按比例微縮，而是需要在高新物理學(xué)知識和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上對這些元器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行根本的改變，并最終能獲得具有多功能的單片集成光路。
[0003]在集成光學(xué)中，傳送信號的載波是光波，而整個(gè)系統(tǒng)則是通過光波導(dǎo)進(jìn)行連接的，其系統(tǒng)的主要元件是光波導(dǎo)器件。在集成光學(xué)的這種微結(jié)構(gòu)中，光的傳播模式或變換模式會(huì)發(fā)生分立化，并且表現(xiàn)出很明顯的光的粒子性，因此出現(xiàn)了許多均勻光學(xué)材料所不具有的新的物理效應(yīng)，其中微腔諧振器的研究就是當(dāng)中的一個(gè)例子，其不僅尺寸從幾百微米朝幾個(gè)微米的方向發(fā)展，并且形狀也經(jīng)歷了微柱、微球、微環(huán)、微盤等幾個(gè)發(fā)展階段，但其中研究最多的還是微環(huán)諧振器，以其功能多樣化、結(jié)構(gòu)緊湊、波長選擇性良好等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于構(gòu)建集成光學(xué)器件的基本波導(dǎo)單元。
[0004]所述微環(huán)諧振器主要由微環(huán)諧振腔和通信光纖組成，但是傳統(tǒng)的微環(huán)諧振器的制備，例如傳統(tǒng)光學(xué)刻蝕、納米模壓、溝槽填充、旋轉(zhuǎn)拋涂法、真空蒸發(fā)法反應(yīng)離子刻蝕法等需要經(jīng)過較為復(fù)雜的工藝過程，形成多層結(jié)構(gòu)的微環(huán)諧振器，并且最后穩(wěn)定性較差，生產(chǎn)成本也較高，這在一定的程度上阻礙了其發(fā)展了應(yīng)用，與此同時(shí)因?yàn)槲h(huán)諧振腔與通信光纖因失配造成的連接損耗導(dǎo)致從微環(huán)諧振腔到通信光纖之間傳輸光的比例即耦合效率也一直很難得到提升，許多研究者提出采用側(cè)面研磨的普通光纖作為與微環(huán)諧振腔之間的光耦合的輸入/輸出直波導(dǎo)，來降低與通信光纖的熔接困難，但是普通光纖與構(gòu)成微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)、材料間存在較大的差異，致使得到的耦合效率也會(huì)很低，難以實(shí)現(xiàn)良好的諧振效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法及裝置，其制作過程簡單并且能夠得到精度更高、耦合效率更高、并且可以進(jìn)行大量生產(chǎn)的微環(huán)諧振器。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，具體包括:
[0007]Al、在一段光纖的端面鍍一層波導(dǎo)材料薄膜；
[0008]A2、采用激光在光纖端面的鍍膜層形成一個(gè)微環(huán)；[0009]A3、采用光纖熔融拉錐機(jī)將另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐；
[0010]A4、將帶有微環(huán)的一段光纖接近熔融拉錐后的光纖，通過調(diào)節(jié)兩段光纖之間的距離形成一個(gè)微環(huán)諧振器。
[0011]進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)材料薄膜的折射率比所述光纖的折射率大。
[0012]更進(jìn)一步的，所述波導(dǎo)材料薄膜為氮化硅。
[0013]進(jìn)一步的,所述步驟Al中在光纖端面的波導(dǎo)材料薄膜的厚度為2um?3um。
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟A2的具體實(shí)現(xiàn)方法為:采用深紫外激光器對所述光纖端面的鍍膜層進(jìn)行曝光，首先利用帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的掩膜板對激光器的光束進(jìn)行調(diào)整，所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)在掩膜版的不透光部分；采用調(diào)整過后的激光束對光纖端面的鍍膜層進(jìn)行曝光加工，得到與所述掩膜版上的環(huán)狀結(jié)構(gòu)一致但大小成一定比例縮小的微環(huán)。
[0015]更進(jìn)一步的，所述微環(huán)為圓形、橢圓形或者跑道型。
[0016]進(jìn)一步的,所述步驟A3中熔融拉錐后的光纖直徑為2um?3um。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟A4的具體實(shí)現(xiàn)方法為:將帶有微環(huán)的光纖垂直固定在一個(gè)超高精密電控位移臺(tái)上，然后再用熔融拉錐后的光纖水平固定在另一個(gè)超高精密電控位移臺(tái)上，使拉錐后的光纖與微環(huán)所在光纖處于一個(gè)水平面上，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)超高精密電控位移臺(tái)來控制兩者之間的距離，當(dāng)兩者之間的距離小于0.2um時(shí)，即可形成一個(gè)微環(huán)諧振器。
[0018]本發(fā)明解決技術(shù)問題還提供了一種光纖微環(huán)諧振器的制作裝置，其包括光纖鍍膜單元、激光器單元、熔融拉錐單元以及位移調(diào)節(jié)控制單元；所述光纖鍍膜單元用于對一段光纖的端面進(jìn)行鍍膜加工；所述激光器單元用于對光纖鍍膜單元鍍膜完成后的一段光纖的鍍膜層進(jìn)行激光曝光，得到包含微環(huán)的光纖；所述熔融拉錐單元用于對另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐；所述位移調(diào)節(jié)控制單元用于固定包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖，并且對包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0019]進(jìn)一步的，所述位移調(diào)節(jié)控制單元包括兩臺(tái)超高精密電控位移臺(tái)，一臺(tái)用于固定包含微環(huán)的光纖，另一臺(tái)用于固定熔融拉錐后的光纖，所述位移調(diào)節(jié)控制單元將包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖之間的距離調(diào)節(jié)至小于0.2um。
[0020]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法及裝置，通過在光纖端面的鍍膜層處形成一個(gè)微環(huán)，再用拉錐后的光纖接近從而形成一個(gè)微環(huán)諧振器，其制作過程簡單，并且可以調(diào)節(jié)微環(huán)與直波導(dǎo)之間的耦合間隙，可以得到較小的耦合間隙，從而提高了耦合效率；并且采用激光技術(shù)來制作微環(huán)，其得到的微環(huán)的尺寸精度可以達(dá)到微米級，不僅提高了精度也能提高生產(chǎn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法第一步的示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法第二步的示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法中熔融拉錐后的光纖端面示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法第四步的示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制作裝置的結(jié)構(gòu)框圖；[0027]圖中:1-光纖、2-鍍膜層、3-鍍膜層微環(huán)、4-拉錐后光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0029]如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法示意圖，其具體包括如下步驟:
[0030]Al、在一段光纖的端面鍍一層波導(dǎo)材料薄膜；
[0031]其中所述的波導(dǎo)材料薄膜的折射率比光纖材料的折射率大，選用的波導(dǎo)材料薄膜的折射率越大，其彎曲損耗就越小，在實(shí)際的操作中可以采用純硅膜、氮化硅膜，或者聚合物光波導(dǎo)材料等作為鍍膜材料，在本發(fā)明實(shí)施例中選取氮化硅材料作為鍍膜材料。
[0032]具體的操作為采用磁控濺射工藝在一根光纖切割平整后的端面鍍上氮化硅膜，使其厚度控制在2um到3um左右，如圖2所示，其中陰影部分為鍍膜處。
[0033]A2、米用激光在光纖端面的鍍膜層形成一個(gè)微環(huán)；
[0034]其中所述微環(huán)的形狀可以為圓形、橢圓形或者跑道型，當(dāng)然也可以做其他的變形，在本發(fā)明實(shí)施例中的微環(huán)加工成圓形。
[0035]其具體的實(shí)現(xiàn)方法為:采用深紫外激光器對所述光纖端面的鍍膜層進(jìn)行曝光，再利用帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的掩膜板對激光器的光束進(jìn)行調(diào)整，所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)在掩膜版的不透光部分；采用調(diào)整過后的激光束對光纖端面的鍍膜層進(jìn)行曝光加工，得到與所述掩膜版上的環(huán)狀結(jié)構(gòu)一致但大小成一定比例縮小的微環(huán)，其中深紫外線的波長可以為193nm或者157nm，加工出來的微環(huán)深度為2um，其中微環(huán)內(nèi)徑為50um，外徑為55um，如圖3所示，當(dāng)然圓形微環(huán)的大小也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人為調(diào)整。
[0036]在上述步驟中通過采用特殊結(jié)構(gòu)的掩膜版對激光器的激光束進(jìn)行調(diào)整后對鍍膜層進(jìn)行曝光加工，其中所述的特殊結(jié)構(gòu)為掩膜版的不透光部分，其與對應(yīng)要形成的微環(huán)的大小結(jié)構(gòu)一致，在本發(fā)明實(shí)施例中，掩膜版上的不透光部分為一圓環(huán)形。其通過采用此種激光曝光的方法對光纖端面進(jìn)行加工可得到精度更高的微環(huán)諧振腔，并且能夠提高生產(chǎn)效率。
[0037]A3、采用光纖熔融拉錐機(jī)將另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐；得到直徑為2um?3um的光纖，如圖4所示為熔融拉錐后的光纖端面示意圖。
[0038]其中，光纖熔融拉錐技術(shù)為現(xiàn)有手段，在本發(fā)明實(shí)施例中不再做詳細(xì)介紹。
[0039]A4、將帶有微環(huán)的一段光纖接近熔融拉錐后的光纖，通過調(diào)節(jié)兩段光纖之間的距離形成一個(gè)微環(huán)諧振器。
[0040]其具體的實(shí)現(xiàn)方法為:將帶有微環(huán)的一段光纖垂直固定在一個(gè)超高精密電控位移臺(tái)上，其位移精度能夠達(dá)到0.02um，然后再用熔融拉錐后的光纖水平固定在另一個(gè)超高精密電控位移臺(tái)上，使拉錐后的光纖與微環(huán)所在光纖處于一個(gè)水平面上，如圖5所示，此時(shí)通過調(diào)節(jié)兩個(gè)超高精密電控位移臺(tái)來控制兩者之間的距離，當(dāng)兩者之間的距離小于0.2um時(shí)，即可形成一個(gè)耦合效率較高的微環(huán)諧振腔。兩者距離越小，耦合光的現(xiàn)象越明顯，當(dāng)兩者之間的距離大于0.2um時(shí)，耦合現(xiàn)象將很不明顯。
[0041]本發(fā)明還提供了一種光纖微環(huán)諧振器的制作裝置，如圖6所示為其結(jié)構(gòu)框圖，其包括光纖鍍膜單元、激光器單元、熔融拉錐單元以及位移調(diào)節(jié)控制單元；所述光纖鍍膜單元用于對一段光纖的端面進(jìn)行鍍膜加工；所述激光器單元用于對光纖鍍膜單元鍍膜完成后的一段光纖的鍍膜層進(jìn)行激光曝光，得到包含微環(huán)的光纖；所述熔融拉錐單元用于對另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐；所述位移調(diào)節(jié)控制單元用于固定包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖，并且對包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，所述位移調(diào)節(jié)控制單元包括兩臺(tái)超高精密電控位移臺(tái)，一臺(tái)用于固定包含微環(huán)的光纖，另一臺(tái)用于固定熔融拉錐后的光纖，所述位移調(diào)節(jié)控制單元將包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖之間的距離調(diào)節(jié)至小于0.2um。
[0042]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，具體包括: Al、在一段光纖的端面鍍一層波導(dǎo)材料薄膜； A2、采用激光在光纖端面的鍍膜層形成一個(gè)微環(huán)； A3、采用光纖熔融拉錐機(jī)將另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐； A4、將帶有微環(huán)的一段光纖接近熔融拉錐后的光纖，通過調(diào)節(jié)兩段光纖之間的距離形成一個(gè)微環(huán)諧振器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述波導(dǎo)材料薄膜的折射率比所述光纖的折射率大。
3.如權(quán)利要求2所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述波導(dǎo)材料薄膜為氮化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述步驟Al中在光纖端面的波導(dǎo)材料薄膜的厚度為2um?3um。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述步驟A2的具體實(shí)現(xiàn)方法為:采用深紫外激光器對所述光纖端面的鍍膜層進(jìn)行曝光，首先利用帶有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的掩膜板對激光器的光束進(jìn)行調(diào)整，所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)在掩膜版的不透光部分；采用調(diào)整過后的激光束對光纖端面的鍍膜層進(jìn)行曝光加工，得到與所述掩膜版上的環(huán)狀結(jié)構(gòu)一致但大小成一定比例縮小的微環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述微環(huán)為圓形、橢圓形或者跑道型。
7.如權(quán)利要求1所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述步驟A3中熔融拉錐后的光纖直徑為2um?3um。
8.如權(quán)利要求1所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制造方法，其特征在于，所述步驟A4的具體實(shí)現(xiàn)方法為:將帶有微環(huán)的光纖垂直固定在一個(gè)超高精密電控位移臺(tái)上，然后再用熔融拉錐后的光纖水平固定在另一個(gè)超高精密電控位移臺(tái)上，使拉錐后的光纖與微環(huán)所在光纖處于一個(gè)水平面上，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)超高精密電控位移臺(tái)來控制兩者之間的距離，當(dāng)兩者之間的距離小于0.2um時(shí)，即可形成一個(gè)微環(huán)諧振器。
9.一種光纖微環(huán)諧振器的制作裝置，其特征在于，包括光纖鍍膜單元、激光器單元、熔融拉錐單元以及位移調(diào)節(jié)控制單元；所述光纖鍍膜單元用于對一段光纖的端面進(jìn)行鍍膜加工；所述激光器單元用于對光纖鍍膜單元鍍膜完成后的一段光纖的鍍膜層進(jìn)行激光曝光，得到包含微環(huán)的光纖；所述熔融拉錐單元用于對另一段光纖進(jìn)行熔融拉錐；所述位移調(diào)節(jié)控制單元用于固定包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖，并且對包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種光纖微環(huán)諧振器的制作裝置，其特征在于，所述位移調(diào)節(jié)控制單元包括兩臺(tái)超高精密電控位移臺(tái)，一臺(tái)用于固定包含微環(huán)的光纖，另一臺(tái)用于固定熔融拉錐后的光纖，所述位移調(diào)節(jié)控制單元將包含微環(huán)的光纖以及熔融拉錐后的光纖之間的距離調(diào)節(jié)至小于0.2um。
【文檔編號】H01S3/067GK103606809SQ201310363020
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】冉曾令, 柳珊, 饒?jiān)平? 王彥君, 盛龍, 羅配良 申請人:無錫成電光纖傳感科技有限公司