十、常见光无源器件制作工艺

PLC工艺简介 工艺简介
玻璃光波导制备工艺
玻璃光波导的折射率差与光纤最接近， 玻璃光波导的折射率差与光纤最接近，波导芯片与光纤的耦合 损耗最小，市场上的PLC光分路器芯片多数由玻璃波导制成。 光分路器芯片多数由玻璃波导制成。 损耗最小，市场上的 光分路器芯片多数由玻璃波导制成
PLC工艺简介 工艺简介
准直器装配工艺
准直器装配工艺II 准直器装配工艺
如图搭建光路，将玻璃管固定在左侧调节架上， 如图搭建光路，将玻璃管固定在左侧调节架上，标准准直器固定在右侧 调节架上，二者间距Z 用夹子夹住尾纤前后移动，直至损耗最小， 调节架上，二者间距 w，用夹子夹住尾纤前后移动，直至损耗最小，将 毛细管与玻璃管固定。 毛细管与玻璃管固定。
3. 套上金属管，GRIN-Lens部分与金属管无接触，为悬空状 套上金属管， 部分与金属管无接触， 部分与金属管无接触 避免因受力而改变光路。 态，避免因受力而改变光路。
TFF型DWDM反射端装配结构 型 反射端装配结构
FBT器件封装结构 器件封装结构
光纤融锥区被两个胶 团悬空固定， 团悬空固定，避免外力 干扰 光纤、 光纤、石英基板和胶 水之间热膨胀系数匹配
谢谢！ 谢谢！
常见光无源器件制作工艺
万助军 华中科技大学光电学院 E-mail: zhujun.wan@
目录
APC跳线的端面偏心问题 跳线的端面偏心问题 准直器装配工艺 TFF滤波片贴片工艺 滤波片贴片工艺 TFF型DWDM反射端装配结构 型 反射端装配结构 FBT器件封装结构 器件封装结构 双光纤准直器与Wedge对的配合 双光纤准直器与 对的配合 偏振无关型光隔离器装配结构 光环形器装配结构 锡焊工艺与全胶工艺 PLC工艺简介 工艺简介
硅基二氧化硅(SiO2/Si)光波导具有良好的光学、电学、机械性能和热稳 光波导具有良好的光学 硅基二氧化硅 光波导具有良好的光学、电学、 定性，被认为是无源光集成最有实用前景的技术途径。 定性，被认为是无源光集成最有实用前景的技术途径。 Polymer光波导具有很高的热光系数，是制作热光控制动态器件的优良 光波导具有很高的热光系数 光波导具有很高的热光系数， 材料。 材料。 玻璃光波导是通过离子交换得到的扩散型波导 截面为椭圆形， 是通过离子交换得到的扩散型波导， 玻璃光波导是通过离子交换得到的扩散型波导，截面为椭圆形，与光纤 耦合损耗最小。 耦合损耗最小。
θ=
( N 1)λ 2L
取L=1.4mm，λ=500nm，当N=5时，θ=0.04。 ， ， 时 。 贴片时，一般要求干涉条纹数不超过5，小于0.04的倾角，可通过调节来抵消。 的倾角， 贴片时，一般要求干涉条纹数不超过 ，小于 的倾角 可通过调节来抵消。
TFF滤波片的贴片工艺，是干涉原理在工艺中的简单应用。 滤波片的贴片工艺，是干涉原理在工艺中的简单应用。 滤波片的贴片工艺
TFF滤波片贴片工艺 滤波片贴片工艺
TFF型DWDM反射端装配结构 型 反射端装配结构
1. 将TFF滤波片贴在 滤波片贴在GRIN-Lens端面上，将毛细管与玻璃管固定； 端面上， 滤波片贴在 端面上 将毛细管与玻璃管固定； 2. 将以上两部分对调，以UV胶预固定，再以 将以上两部分对调， 胶预固定， 胶水加强固定； 胶预固定 再以353ND胶水加强固定； 胶水加强固定
小钢管封装， 小钢管封装，裸光纤输出
大钢管封装， 大钢管封装，尾纤由 900um松套管保护 松套管保护 ABS盒封装，尾纤由 盒封装，尾纤由2mm 盒封装 或者3mm PVC保护 或者 保护
实物照片
FBT器件封装结构 器件封装结构
双光纤准直器与Wedge对的耦合 对的耦合 双光纤准直器与
双光纤准直器与Wedge对的耦合： 对的耦合： 双光纤准直器与 对的耦合 减少一个准直器和一片Displacer晶体，可以缩小 晶体， 减少一个准直器和一片 晶体 体积和降低成本。 体积和降低成本。 光路更加对称，便于封装。 光路更加对称，便于封装。
光环形器装配结构
锡焊工艺与全胶工艺
RoHS：the restriction of the use of certain hazardous substances in ： electrical and electronic equipment ，关于在电子电气设备中限制使 用某些有害物质指令，欧盟于2003年颁布。 用某些有害物质指令，欧盟于 年颁布。 年颁布 RoHS与光无源器件：光无源器件封装过程中普遍采用锡焊工艺， 与光无源器件：光无源器件封装过程中普遍采用锡焊工艺， 与光无源器件 焊锡中含有铅成分，属于RoHS限制使用范畴。 限制使用范畴。 焊锡中含有铅成分，属于 限制使用范畴 全胶工艺：以胶水粘接代替锡焊封装，被称为全胶工艺，所采用胶 全胶工艺：以胶水粘接代替锡焊封装，被称为全胶工艺， 水也必须符合RoHS要求。 要求。 水也必须符合 要求 锡焊工艺与全胶工艺： 锡焊工艺与全胶工艺： 全胶工艺要求更精确的光路分析和结构设计， 全胶工艺要求更精确的光路分析和结构设计，比如偏振无关型光 隔离器中，输入/输出准直器之间必然存在 隔离器中，输入 输出准直器之间必然存在Offset，如果金属桥内径 ， 输出准直器之间必然存在 与准直器外径配合间隙较大，可以实现对光， 与准直器外径配合间隙较大，可以实现对光，这在锡焊工艺中没有 问题，在全胶工艺中则因胶层厚度不均匀而劣化可靠性， 问题，在全胶工艺中则因胶层厚度不均匀而劣化可靠性，必须精确 计算光路并采用偏心准直器。 计算光路并采用偏心准直器。 全胶工艺中的胶水直接面对外界环境，对防水特性要求很高。 全胶工艺中的胶水直接面对外界环境，对防水特性要求很高。
APC跳线的端面偏心问题 跳线的端面偏心问题
准直器装配工艺I 准直器装配工艺
1. 将透镜与玻璃管固定好
2. 如图搭建光路，将玻璃管固定在调节架上，反射镜置于透镜前面 w/2位置， 如图搭建光路，将玻璃管固定在调节架上，反射镜置于透镜前面Z 位置 位置， 用夹子夹住尾纤前后移动，直至损耗最小，将毛细管与玻璃管固定。 用夹子夹住尾纤前后移动，直至损耗最小，将毛细管与玻璃管固定。
准直器装配工艺是实践对理论的最直接回应。 准直器装配工艺是实践对理论的最直接回应。
准直器装配工艺
TFF滤波片贴片工艺 滤波片贴片工艺
在三端口DWDM器件的反射端口，需要将 器件的反射端口，需要将TFF滤波片贴在 滤波片贴在GRIN-Lens端面上， 端面上， 在三端口 器件的反射端口 滤波片贴在 端面上 如果两个平面之间存在夹角，就会产生干涉条纹。 如果两个平面之间存在夹角，就会产生干涉条纹。
Hale Waihona Puke APC跳线的端面偏心问题 跳线的端面偏心问题
定位插销 y Ferrule 轴线 z
O E R 82° °
O 82° ° R
82
O δ 82° ° R A A’ O’ E x
干涉仪的参 考平板
APC跳线的端面研磨成球面，其定点偏心表现为三种模式：普通偏心模式，因 跳线的端面研磨成球面，其定点偏心表现为三种模式：普通偏心模式， 跳线的端面研磨成球面 角度误差引起的偏心(R)，因定位插销方位误差引起的偏心 角度误差引起的偏心 ，因定位插销方位误差引起的偏心(Rsin8δ)。 。 取R=10mm，=0.1，δ=1，后两种因素引起的偏心分别为 ， ， ，后两种因素引起的偏心分别为17.5um和24.3um。 和 。 解决APC跳线端面偏心问题的关键是研磨夹具的设计和加工，装夹孔的倾角和卡 跳线端面偏心问题的关键是研磨夹具的设计和加工， 解决 跳线端面偏心问题的关键是研磨夹具的设计和加工 槽方位必须准确。 槽方位必须准确。
偏振无关型光隔离器装配结构
光环形器装配结构
预先将所有光学元件排列在一个陶瓷基板上，装入金属支架并固定好。 预先将所有光学元件排列在一个陶瓷基板上，装入金属支架并固定好。
将以上装配好的组件与左侧双光纤准直器和右侧单光纤准直器联调。 将以上装配好的组件与左侧双光纤准直器和右侧单光纤准直器联调。
光环形器是典型的三部分互调器件。 光环形器是典型的三部分互调器件。
PLC工艺简介 工艺简介
SiO2/Si光波导特性和制备工艺 光波导特性和制备工艺
Parameters Refractive index difference (%) Core size (m2) Propagation loss (dB/cm) Pigtail loss (dB/facet) Minimum bending radius (mm) Type Ⅰ 0.25 8×8 × <0.01 0.1 25 Type Ⅱ 0.5 7×7 × <0.02 0.2 15 Type Ⅲ 0.75 6×6 × 0.035 0.5 5 Type Ⅳ 1.5 5×5 × 0.07 2 2
锡焊工艺与全胶工艺
PLC光波导常用材料 光波导常用材料
PLC工艺简介 工艺简介
PLC光波导常用材料特性 光波导常用材料特性
Material LiNbO3 InP Silica SOI Polymer Glass RI1@1550nm 2.2 3.2 1.45 3.5 1.3~1.7 1.45 Index step 0~0.5% 0~3% 0~4% 70% 0~35% 0~0.5% Loss@1550nm (dB/cm) 0.5 3 0.05 0.1 0.1 0.05 Pigtail loss (dB/facet) 1 5 0.25 0.5 0.1 0.1
双光纤准直器与Wedge对的耦合 对的耦合 双光纤准直器与
偏振无关型光隔离器装配结构
预先将隔离器芯套在左侧准直器上并固定， 预先将隔离器芯套在左侧准直器上并固定，将“准直器→隔离 准直器 隔离 器芯→准直器 三部分互调，变成“准直器+隔离器芯 准直器” 隔离器芯→准直 器芯 准直器”三部分互调，变成“准直器 隔离器芯 准直 器”两部分互调，简化了装配工艺并提高可靠性。 两部分互调，简化了装配工艺并提高可靠性。