阅读说明：本技术 新型二维光纤阵列及其制作方法 (Novel two-dimensional optical fiber array and manufacturing method thereof ) 是由 刘勇 张丽丹 陈一博 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了新型二维光纤阵列及其制作方法。属于二维光纤阵列技术领域,光纤排列整齐；任意两根光纤都易于交换位置布置,包括单晶硅片的基板和夹具,在基板的上下两个表面上分别设有若干个V槽,在每个V槽内定位有光纤,在基板的上下两个表面上分别固定连接有压板,压板将光纤固定在V槽内；基板上下表面上的若干个V槽均为左右间隔均匀布置,并且基板上表面上的若干个V槽与基板下表面上的若干个V槽一对一上下正对布置；夹具固定夹在压板上。(The invention discloses a novel two-dimensional optical fiber array and a manufacturing method thereof. The optical fiber array belongs to the technical field of two-dimensional optical fiber arrays, and optical fibers are arranged neatly; any two optical fibers are easy to exchange position and are arranged, the optical fibers comprise a substrate of a monocrystalline silicon piece and a clamp, a plurality of V-shaped grooves are respectively arranged on the upper surface and the lower surface of the substrate, the optical fibers are positioned in each V-shaped groove, pressing plates are respectively and fixedly connected to the upper surface and the lower surface of the substrate, and the pressing plates fix the optical fibers in the V-shaped grooves; the V-shaped grooves on the upper surface and the lower surface of the substrate are uniformly arranged at left and right intervals, and the V-shaped grooves on the upper surface of the substrate and the V-shaped grooves on the lower surface of the substrate are oppositely arranged one by one up and down; the clamp is fixedly clamped on the pressure plate.)

新型二维光纤阵列及其制作方法

技术领域

本发明涉及二维光纤阵列技术领域，尤其涉及新型二维光纤阵列及其制作方法。

背景技术

光纤阵列是光纤通信中关键器件的关键组成部分。目前的光纤阵列是通过在石英或者玻璃材料上并列放置一排光纤并用胶水和盖板固定的单层光纤阵列。制作好后的光纤阵列，其任意两根光纤都不能交换位置布置，使用不便。

发明内容

本发明是为了解决现有光纤阵列存在制作好后的光纤阵列的任意两根光纤都不能交换位置布置的不足，提供一种光纤排列整齐；任意两根光纤都易于交换位置布置，使用方便，可靠性好的新型二维光纤阵列及其制作方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

新型二维光纤阵列，包括单晶硅片的基板和夹具，在基板的上下两个表面上分别设有若干个V槽，在每个V槽内定位有光纤，在基板的上下两个表面上分别固定连接有压板，压板将光纤固定在V槽内；基板上下表面上的若干个V槽均为左右间隔均匀布置，并且基板上表面上的若干个V槽与基板下表面上的若干个V槽一对一上下正对布置；夹具固定夹在压板上。

因为V槽的均布设置，使得光纤排列整齐；任意两根光纤都易于交换位置布置，使用方便，可靠性好。基板的上下两个表面都设置光纤，增大了光纤数量，而封装的光纤阵列体积却不大，集成度高。耦合损耗小，生产效率高，生产成本低，更有利于光纤阵列器件产品的集成化和小型化。

作为优选，基板上表面上的V槽和基板下表面上的V槽都分别为4个。

作为优选，压板包括在每个V槽正对处的压板上设有凹槽，凹槽的中心线与V槽的槽心线平行，在凹槽的槽顶面中部设有竖直孔，在竖直孔的右则内孔壁上水平朝右设有水平半通孔，在水平半通孔的右端还设有与压板外表面相连通的螺纹孔，并且螺纹孔的下端落在水平半通孔的下方；在螺纹孔的左则内孔壁上设有竖直滑槽；

在竖直滑槽内竖直滑动设有楔形块，并且楔形块的右端位于螺纹孔内；在螺纹孔内螺旋设有侧螺栓，侧螺栓的前端转动连接在楔形块上，并且楔形块能在侧螺栓的带动下沿着竖直滑槽上下滑动；

在水平半通孔内从左往右依次设有左滑块、挤压弹簧和右滑块，并且右滑块的右端挤压在楔形块上；

在竖直孔内上下滑动设有竖直滑动杆，在凹槽内上下滑动设有压块，竖直滑动杆固定连接在压块的上表面上；左滑块的左端挤压在竖直滑动杆的右侧表面上；

在竖直孔内的上端孔壁上设有内螺纹，在设有内螺纹处的竖直孔内螺旋配合设有一号螺栓，在一号螺栓的下端转动连接有转动滑块，一根一号弹簧的两端分别固定连接在转动块的下表面上和竖直滑动杆的上表面上。

通过侧螺栓就能调整左滑块的左端挤压在竖直滑动杆的右侧表面上的挤压力，用一号螺栓调节压块向下压的距离和压紧力的大小。这样让压块压在光纤上的力的大小可实现人工调整，让每根光纤都能牢固的压紧在对应的V槽内。每个V槽内的光纤直径大小也可以不用都相等，直径不同的光纤也可以通过这个结构固定在基板上的凹槽内。降低了光纤在一个光纤阵列中实用必须直径完全相等的限制，扩展性好。通过侧螺栓的璇进和璇出就能将一根光纤取出V槽，并可将光纤安装到需要的V槽中去。本方案不用胶水就能将光纤安装到需要的V槽中，还能实现光纤放在哪个V槽内完全由用户自由决定，大大提高了光纤阵列使用的灵活性。

根据所述的新型二维光纤阵列的制作方法，制作方法包括如下步骤：

步骤一，采用外购的双面抛光单晶硅片作为基板，用清洗溶液对基板进行清洗，并用烘箱烘干；

特别的，对硅片的厚度、晶向、平面度、表面粗糙度的数据要符合设计要求。

步骤二，制作掩膜，选择和基板材料刻蚀选择比高的材料作为掩膜，在基板的两个表面通过CVD工艺或者PVD工艺沉积掩膜层，或者也可以用特定的光刻胶作为掩模；

步骤三，制作二维V槽，根据设计图形，采用光刻和湿法腐蚀工艺在基板的两个表面都腐蚀出V槽，并采用刻蚀或者湿法腐蚀技术把掩膜层去掉；

特别的，利用定位边、定位标记、套刻方法定位硅片两面的图形。

步骤四，划片，采用高精度的划片机，把基板按照设计图纸切割到预设的规格。

步骤五，检测，采用高精度检测设备对划片好的产品进行规格检查，包括深度、直径、角度；经过测量达到合格标准的V槽，既作为光纤阵列基片，继续后续封装步骤；

步骤六，光纤定位封装，把光纤排入V槽中，用压板压住并固定；

封装时需要经过光纤清洗、基片固定、压板固定、排入光纤、注胶、固化、烘烤步骤，根据封装设备不同，封装过程会有一些区别。

步骤七，光纤阵列断面研磨抛光；把完成步骤六的半成品光纤阵列装入夹具中，在研磨设备上进行粗磨、细磨、抛光工艺；

将光纤阵列端面研磨成8°斜面，也可根据具体需求定制光纤阵列端面的斜面。

步骤八、光纤阵列检测。采用高精度检测设备对完成步骤七的光纤阵列进行检测，包括划痕检测、残缺检测、角度检测。

步骤九、将检测合格的光纤阵列入库。

本发明能够达到如下效果：

本发明的光纤排列整齐；任意两根光纤都易于交换位置布置，使用方便灵活，可靠性好。

附图说明

图1是本发明在基板的两个表面沉积掩膜的结构示意图。

图2是本发明采用光刻和湿法腐蚀工艺在基板上腐蚀出V槽的结构示意图。

图3是本发明制作完成的光纤阵列基片的实物示意图。

图4是本发明进行封装时，光纤排入V槽的示意图。

图5是本发明封装完成的光纤阵列的示意图。

图6是本发明压板处的一种局部截面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：新型二维光纤阵列。参见图1-6所示，包括单晶硅片的基板1和夹具，在基板的上下两个表面上分别设有若干个V槽，在每个V槽内定位有光纤，在基板的上下两个表面上分别固定连接有压板，压板将光纤固定在V槽内；基板上下表面上的若干个V槽均为左右间隔均匀布置，并且基板上表面上的若干个V槽与基板下表面上的若干个V槽一对一上下正对布置；夹具固定夹在压板上。夹具在附图在未画出，夹具就是夹紧在压板固定装置。

基板上表面上的V槽和基板下表面上的V槽都分别为4个。

压板包括在每个V槽正对处的压板上设有凹槽12，凹槽的中心线与V槽的槽心线平行，在凹槽的槽顶面中部设有竖直孔15，在竖直孔的右则内孔壁上水平朝右设有水平半通孔10，在水平半通孔的右端还设有与压板外表面相连通的螺纹孔7，并且螺纹孔的下端落在水平半通孔的下方；在螺纹孔的左则内孔壁上设有竖直滑槽8；

在竖直滑槽内竖直滑动设有楔形块19，并且楔形块的右端位于螺纹孔内；在螺纹孔内螺旋设有侧螺栓20，侧螺栓的前端转动连接在楔形块上，并且楔形块能在侧螺栓的带动下沿着竖直滑槽上下滑动；

在水平半通孔内从左往右依次设有左滑块11、挤压弹簧9和右滑块6，并且右滑块的右端挤压在楔形块上；

在竖直孔内上下滑动设有竖直滑动杆14，在凹槽内上下滑动设有压块13，竖直滑动杆固定连接在压块的上表面上；左滑块的左端挤压在竖直滑动杆的右侧表面上。

在竖直孔内的上端孔壁上设有内螺纹，在设有内螺纹处的竖直孔内螺旋配合设有一号螺栓18，在一号螺栓的下端转动连接有转动滑块17，一根一号弹簧16的两端分别固定连接在转动块的下表面上和竖直滑动杆的上表面上。

通过侧螺栓就能调整左滑块的左端挤压在竖直滑动杆的右侧表面上的挤压力，用一号螺栓调节压块向下压的距离和压紧力的大小。这样让压块压在光纤上的力的大小可实现人工调整，让每根光纤都能牢固的压紧在对应的V槽内。每个V槽内的光纤直径大小也可以不用都相等，直径不同的光纤也可以通过这个结构固定在基板上的凹槽内。降低了光纤在一个光纤阵列中实用必须直径完全相等的限制，扩展性好。通过侧螺栓的璇进和璇出就能将一根光纤取出V槽，并可将光纤安装到需要的V槽中去。本方案不用胶水就能将光纤安装到需要的V槽中，还能实现光纤放在哪个V槽内完全由用户自由决定，大大提高了光纤阵列使用的灵活性。

因为V槽的均布设置，使得光纤排列整齐；任意两根光纤都易于交换位置布置，使用方便，可靠性好。基板的上下两个表面都设置光纤，增大了光纤数量，而封装的光纤阵列体积却不大，集成度高。耦合损耗小，生产效率高，生产成本低，更有利于光纤阵列器件产品的集成化和小型化。

根据所述的新型二维光纤阵列的制作方法，制作方法包括如下步骤：

步骤一，采用外购的双面抛光单晶硅片作为基板，用清洗溶液对基板进行清洗，并用烘箱烘干；

特别的，对硅片的厚度、晶向、平面度、表面粗糙度的数据要符合设计要求。

步骤二，制作掩膜2，选择和基板材料刻蚀选择比高的材料作为掩膜，在基板的两个表面通过CVD工艺或者PVD工艺沉积掩膜层，或者也可以用特定的光刻胶作为掩模；

步骤三，制作二维V槽3，根据设计图形，采用光刻和湿法腐蚀工艺在基板的两个表面都腐蚀出V槽，并采用刻蚀或者湿法腐蚀技术把掩膜层去掉；

特别的，利用定位边、定位标记、套刻方法定位硅片两面的图形。

步骤四，划片，采用高精度的划片机，把基板按照设计图纸切割到预设的规格。

步骤五，检测，采用高精度检测设备对划片好的产品进行规格检查，包括深度、直径、角度；经过测量达到合格标准的V槽，既作为光纤阵列基片，继续后续封装步骤；

步骤六，光纤定位封装，把光纤4排入V槽中，用压板5压住并固定；

封装时需要经过光纤清洗、基片固定、压板固定、排入光纤、注胶、固化、烘烤步骤，根据封装设备不同，封装过程会有一些区别。

步骤七，光纤阵列断面研磨抛光；把完成步骤六的半成品光纤阵列装入夹具中，在研磨设备上进行粗磨、细磨、抛光工艺；

将光纤阵列端面研磨成8°斜面，也可根据具体需求定制光纤阵列端面的斜面。

步骤八、光纤阵列检测。采用高精度检测设备对完成步骤七的光纤阵列进行检测，包括划痕检测、残缺检测、角度检测。

步骤九、将检测合格的光纤阵列入库。