Interconexión de fibra óptica para pelar guía de onda
Descripción general
 La presente invención se refiere a conectar una guía de ondas soportada sobre un sustrato a una fibra óptica que usa vidrio. ] Materiales de vidrio de guía de ondas se funde a una temperatura inferior a la temperatura que se puede calentar de forma segura en la presente invención se suministra a ambos o uno de la fibra óptica o guía de ondas, el material de vidrio se calienta está conectado a la fibra óptica a la guía de ondas que características de la presente invención, el sustrato bajo el extremo de cada guía de ondas de la porción del sustrato en la guía de ondas y el subyacente adyacente a térmicamente aislar el corte térmico de guía de ondas descansa sustrato Es existir en. El blindaje térmico se logra al limitar la transferencia de calor a lo largo del borde del sustrato desde una región de guía de ondas a una región de guía de ondas adyacente cuando se aplica calor para la conexión.
Campo técnico
La presente invención se refiere a una técnica para fijar una fibra óptica a una interconexión óptica, más específicamente a una guía de ondas de una sílice dopada formada sobre un sustrato de silicio.
El medio para hacer que el elemento óptico integrado sea depositar la guía de ondas de sílice dopada sobre la película de sílice dopada depositada sobre el sustrato de silicio. Esta técnica, conocida como 'sílice sobre silicio', tiene el potencial de ser más pequeña, más compleja y menos costosa que los dispositivos ópticos individuales hechos de fibra y elementos micro ópticos.
Diversos elementos ópticos pasivos se fabrican usando tecnología de sílice sobre silicio, en cuyo caso la guía de ondas óptica se forma usando un núcleo de silicato de fósforo (sílice P dopada). En un método de fabricación, la guía de onda se deposita en una capa base llamada 'hipox' que se forma al oxidar el silicio con vapor a alta presión. El núcleo se cubre con una fina capa de revestimiento de SiO2. Los dispositivos fabricados con esta técnica incluyen reflectores compuestos de Bragg, multiplexores, divisores de polarización adiabática y acopladores de estrella de matriz.
En la actualidad, fosfosilicato guías de ondas de núcleo de vidrio de dispositivos ópticos integrados hechos usando sílice en la tecnología de silicio, epoxi, fijación UV o ejemplos por material de unión, tal como material de encapsulado, en contacto nominalmente a la fibra óptica de salida de entrada Respectivamente El material utilizado para conectar la guía de onda del dispositivo óptico a la fibra óptica también es útil en los pasos necesarios para llenar el espacio que pueda existir en el enlace de proximidad. Sin embargo, debido al daño al material de unión y al deterioro de sus características ópticas, se incurre en costos de reparación extremadamente costosos. Para aplicaciones tales como cables submarinos, el uso de estos materiales no es aceptable.
Journal of Lightwave Technology, 6, No. 6, junio de 1988, titulado 'Fibra de anclaje para dispositivos de ondas guiadas' por E. J. Murphy, Está revisando el estado actual del anclaje de fibra en dispositivos de guía de ondas. Se discuten los métodos actuales para lograr una baja pérdida de inserción de la fibra de fibra de guía de fibra y se describen técnicas para alinear y asegurar permanentemente.
En este documento, el autor afirma que el material de unión y el método de aplicación adecuados requieren rigidez ya que determina la estabilidad y fiabilidad de la conexión de la guía de ondas de fibra. Afirmó que el anti-adherente UV es ampliamente utilizado, ya que mastica rápidamente sin comprometer la alineación de la fibra. Sin embargo, cuando se adhiere UV en un ambiente hostil de temperatura, presión o humedad, la estabilidad es cuestionable y la conexión puede no ser lo suficientemente estable. Igualmente importante es que, incluso si las propiedades ópticas del epoxi están ligeramente degradadas, esto perjudica significativamente la transmisión de la señal óptica a través de él.
Este documento concluye que el principal desafío de la próxima década es la tecnología confiable y robusta de anclaje y empaque de fibra.
La presente invención está particularmente dirigida a resolver este problema realizando un acoplador de proximidad de guía de onda de fibra fiable y robusto que se puede usar para todos los entornos y aplicaciones, incluido el lecho marino.
La presente invención se refiere a la conexión de una guía de ondas soportada por un sustrato a una fibra óptica que usa vidrio. En una realización preferida, la fibra óptica y / o la guía de ondas se suministran fundiendo vidrio a una temperatura inferior a la temperatura a la que la guía de ondas puede calentarse de forma segura. El material de vidrio se calienta para conectar la fibra óptica a la guía de ondas. Característica de la presente invención, la presencia del disipador de calor en un sustrato en el que la guía de ondas está presente, su propósito final sustrato y la inferior de las guías de onda, la guía de ondas adyacente térmica y de una parte del sustrato subyacente Por separado. El bloqueo por calor limita la transmisión a lo largo del borde del sustrato desde una región de guía de onda a una región de guía de onda adyacente cuando se aplica calor para la conexión.
Con referencia a la figura 1, se describe en IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 1, No. 8, agosto 1984, 241 243, como se describe por C. Dragone et al. sílice / silicio (SiO2 / Si) usando técnicas, multicanal integrado acoplador de estrella óptica que consta de dos conjuntos de guías de onda separadas por una losa (26) realizadas sobre un sustrato de silicio (22, 24) (20) Se muestran El acoplador consiste en una configuración simétrica de las dos matrices de guías de ondas y está separado por una región de espacio libre plano que ocupa el centro del acoplador. En funcionamiento, la señal de entrada se distribuye por igual en todas las guías de onda de salida.
Acoplador Diario Lightwave Tecnología por Bee H. Babiku (B.H.Verbeek) et (J.Lightwave Technol.) Vol. 6, 1011 1015 páginas, 1988, 'Integrated fabricado sobre el Si mediante dopado con fósforo guía de ondas SiO2 Película delgada de silicio dopada con P formada como sustrato de silicio, como se describe en 'Four-Demultiplexmultiplexer' y J. Lightwave Technol. 7, 308 313, 1989.
En uso, las fibras ópticas de entrada y salida están acopladas al extremo de la guía de ondas del acoplador en estrella. La fijación de la fibra óptica al extremo de la guía de ondas en el sustrato es probablemente el desafío más difícil que se presenta al empacar dispositivos ópticos. Después de la alineación, la fibra y el dispositivo deben estar acoplados entre sí con al menos 10 veces más tolerancia que la tolerancia requerida para los paquetes de circuitos integrados. Es importante asegurarse de que las caras extremas ópticamente pulidas de las guías de ondas adyacentes no se contaminen durante el proceso de anclaje, generalmente cuando las fibras ópticas se fijan de forma independiente. Si se utilizan agentes de fijación líquidos como epoxi, se debe tener cuidado de suministrar y localizar las caras extremas de la guía de ondas contigua para que no queden cubiertas con un agente de fijación anclado. Además, debido a que las dimensiones de la guía de onda y la fibra óptica son muy pequeñas, la fibra se coloca en un área muy pequeña, creando así una conexión de proximidad de intensidad mínima. En ciertos casos, este problema se relaja como un paso final al encapsular la fibra óptica en el sustrato con un agente de refuerzo. El problema con este proceso es que puede ocurrir un desplazamiento de la posición inducido por el estrés. Para aplicaciones donde solo se requiere una fibra o donde el espacio entre las guías de onda es amplio, se puede usar un capilar o una joya con un agujero en el centro para aumentar el área de superficie y la estabilidad.
2 y 3, se muestra un acoplador de estrella óptico integrado multicanal de la figura 1 adecuado para realizar una guía de ondas sobre un sustrato de silicio conectable a una fibra óptica de acuerdo con los principios de la presente invención. La figura 2 es una vista de extremo ampliada del acoplador y el sustrato, y la figura 3 es una vista superior del acoplador. Las dimensiones del acoplador de estrella N × N como se muestra en la figura 1 son N igual a 19, aproximadamente 1,5 x 3,0 cm, y el grosor es aproximadamente 0,55 mm. El intervalo entre las guías de onda es de aproximadamente 250 μm. El sustrato a cada lado de la guía de ondas se elimina debido al aislamiento térmico que aísla térmicamente cada guía de onda de la región de guía de ondas adyacente.
2 y 3, el sustrato (26) ubicado entre guías de ondas adyacentes (32) y (34), (34) y (36) está dispuesto a lo largo de cada lado de la guía de ondas (34) (38) que se extiende desde el borde del sustrato. El propósito de rechazo de calor (38), la porción de extremo y el sustrato inferior de la guía de ondas (34), desde el extremo y la parte del sustrato a las que se montan las guías de ondas (32, 36), son térmicamente aislado Ahí
Por lo tanto, el extremo de cada guía de onda y el sustrato está aislado térmicamente de las guías de ondas adyacentes y del sustrato sobre el que terminan.
Por ejemplo, una fibra óptica (40) para ser acoplado a un extremo de la guía de ondas, tales como guía de ondas (34), en una realización, por ejemplo, o se sumerge en la pasta de vidrio hecho de blindaje de plomo de aluminio borosilicato. El extremo revestido de la fibra óptica (40) se alinea luego y se aproxima al borde de la guía de ondas (34) y el sustrato subyacente. Por lo tanto, la guía de ondas (34) y la fibra óptica (40) se colocan con sus caras frontales enfrentadas entre sí. La cara final de la pasta de vidrio y la guía de ondas y la fibra óptica, por ejemplo, se calienta mediante un láser para evaporar el portador en la pasta de vidrio, las partículas de vidrio se unen, conectar los extremos de la porción de extremo de la fibra óptica y el sustrato inferior de la guía de ondas .
La estructura se puede calentar con láser de CO 2 o láser excimer. Debe observarse que la fibra óptica es inherentemente transparente a la energía del láser excimer a 240 nm, mientras que el vidrio de borosilicato con pasta de vidrio es intrínsecamente opaco. Por lo tanto, la pasta de vidrio y el sustrato se calientan, el portador en la pasta de vidrio se evapora y el vidrio conecta la fibra óptica con la guía de onda y el sustrato subyacente. Ni la guía de onda ni la fibra óptica se ven afectadas negativamente por el calor. De hecho, la guía de ondas se puede calentar a aproximadamente 1000ºC antes de que el dopante P allí empiece a evaporarse. De hecho, usando la presente invención se ha determinado que aplicando calor directo al sustrato de silicio debajo de la guía de ondas siempre es mejor obtener una buena unión, en lugar de aplicar calor directamente a la pasta de vidrio o fibra óptica. Durante el proceso de calentamiento, el láser aplica calor al borde del sustrato debajo de la guía de ondas (34). A medida que el sustrato de silicio se calienta, el calor fluye hacia el pasta de vidrio, la guía de onda y el extremo cercano de la fibra óptica. En ciertos casos, la pasta de vidrio evapora el soporte y se calienta lo suficiente como para que las partículas de vidrio se fusionen para formar una unión de vidrio. El bloqueo del calor (38) en el sustrato evita que el calor aplicado al sustrato se desplace a lo largo del borde del sustrato hasta la guía de ondas adyacente o vuelva a la masa relativamente grande del sustrato de silicio en sí mismo. . Por lo tanto, debido al aislamiento térmico, el sustrato subyacente a la guía de ondas a conectar a la fibra óptica se calienta rápidamente a la temperatura deseada mientras que el sustrato por debajo de la guía de ondas adyacente se puede mantener a una temperatura relativamente baja.
Después de la alineación, la pasta de vidrio puede introducirse en el extremo de la guía de ondas o en una o ambas fibras ópticas, y es posible un ajuste posicional adicional a medida que la pasta de vidrio se derrite y se vuelve transparente. Si es necesario, se puede suministrar una pasta de vidrio de bajo punto de fusión antes de la alineación.
El aislamiento térmico (38), que aísla térmicamente el extremo de la guía de onda de la guía de onda adyacente, permite que el calor suministrado al extremo de la guía de onda fluya lateralmente a lo largo del sustrato hacia la otra guía de ondas. Efectivamente. Como resultado, el calor aplicado al borde del sustrato que soporta la guía de ondas acoplada estrechamente a la fibra óptica pasará a través del canal para calentar el pasta de vidrio. El calor se bloquea para que no se extienda a lo largo del borde del sustrato mediante protección térmica.
Con referencia a las figuras 4, 5 y 6, se muestra un método y aparato para suministrar vidrio de bajo punto de fusión en el extremo de una fibra óptica de acuerdo con los principios de la presente invención. La fibra óptica hendida (42) se mueve hacia abajo hasta que toque la superficie de un vidrio de bajo punto de fusión, tal como vidrio de borosilicato (44) que se encuentra en estado líquido en el recipiente. Al retirar la fibra óptica, se forma un extremo hemisférico (43) en la punta de la fibra. Haciendo referencia a la Fig. 7, a continuación, la fibra óptica (42) está alineado con respecto al sustrato (26) en la guía de ondas (34), es llevado cerca, el sustrato es un vidrio en el extremo de la fibra óptica se funde, Hasta que el final de la fibra óptica esté acoplado al extremo de la guía de onda. El sustrato se puede calentar con un láser de CO2 o un láser excimer a 240 nm. Como se menciona anteriormente, la fibra óptica es esencialmente transparente a la energía del láser excimer a 240 nm mientras que el vidrio de borosilicato es opaco.
Lo que se ha expuesto hasta ahora simplemente ilustra la aplicación del principio de la presente invención. Los expertos en la técnica pueden idear otras disposiciones y métodos sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.
Antecedentes de la técnica
Medios para resolver el problema
Efecto de la invención
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra esquemáticamente un acoplador de estrella integrado multicanal fabricado usando tecnología de silicio sobre sílice.
La figura 2 es una vista extrema del dispositivo de la figura 1;
La figura 3 es una ilustración esquemática de un acoplador en estrella fabricado usando tecnología de sílice sobre silicio con caras terminales de guía de onda aisladas térmicamente de acuerdo con los principios de la presente invención.
La figura 4 muestra la formación de un hemisferio de vidrio de bajo punto de fusión en la cara extrema de la fibra óptica.
La figura 5 muestra la formación de un hemisferio de vidrio de bajo punto de fusión en la cara extrema de la fibra óptica.
La figura 6 muestra la formación de un hemisferio de vidrio de bajo punto de fusión en la cara extrema de la fibra óptica.
La figura 7 muestra la formación de una conexión de contacto de acuerdo con la invención.
20 acoplador
22, 24 matriz
26 Sustrato, losa
32, 34, 36 guía de onda
38 Cierre térmico
40, 42 fibra óptica
43 porción de extremo hemisférica
44 vidrio de borosilicato
Reclamo
Reivindicaciones: Se reivindica lo siguiente: 1. Un método para fabricar una fibra óptica, que comprende alinear un extremo de una fibra óptica en la proximidad de un extremo de una guía de onda, alimentando un material de vidrio a al menos uno de los dos extremos en las proximidades, Un paso de calentar el material de vidrio para que el material de vidrio conecte la guía de onda y el sustrato a la fibra óptica, una guía de onda soportada en el sustrato se une a la fibra óptica Cómo conectarse
2. El método de la reivindicación 1, en el que la difusión térmica del material de vidrio es mayor que la difusión térmica de la fibra óptica y menor que la difusión térmica del sustrato.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de vidrio se funde a una temperatura inferior a 1000ºC.
4. El método según la reivindicación 3, que comprende además la etapa de formar una barrera térmica en un sustrato a cada lado de la guía de ondas.
5. El método de la reivindicación 1, en el que el sustrato tiene un aislamiento térmico que se extiende inversamente al borde del sustrato a lo largo de cualquier lado de la guía de ondas.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el material de vidrio es vidrio de borosilicato.
7. Un método según la reivindicación 3, en el que el material de vidrio es una pasta de vidrio.
8. Un método según la reivindicación 3, en el que el extremo de la fibra óptica se recubre con un material de vidrio antes de alinearse con el extremo de la guía de ondas.
9. Un método según la reivindicación 3, en el que el extremo de la guía de ondas se recubre con un material de vidrio antes de alinearse con el extremo de la fibra óptica.
10. El método según la reivindicación 2, que comprende además la etapa de formar una barrera térmica en un sustrato a cada lado de la guía de ondas.
11. El método según la reivindicación 3, que comprende además la etapa de usar un rayo láser para calentar el material de vidrio hasta su punto de fusión.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además la etapa de dirigir el rayo láser hacia el sustrato para calentar directamente el extremo del sustrato y conducir el calentamiento del material de vidrio por conducción.
13. El método según la reivindicación 10, que comprende además la etapa de dirigir el rayo láser al sustrato para calentar directamente el borde del sustrato y calentar el material de vidrio por conducción.
14. sustrato de guía de ondas soportada, dijo en relación adyacente a la guía de onda, acoplado a las partes extremas de la guía de ondas dispuesta fibra óptica de modo que la porción de extremo y la porción de extremo se enfrenta a, y la fibra óptica Interconexión que comprende un material de vidrio que tiene un punto de fusión inferior a la temperatura a la que la guía de ondas puede calentarse de forma segura.
15. El método de la reivindicación 14, en el que el sustrato comprende un aislamiento térmico que se extiende inversamente desde el borde del sustrato a lo largo de cada lado de la guía de ondas.
Dibujo :
Application number :1994-003558
Inventors :アメリカンテレフォンアンドテレグラフカムパニー
Original Assignee :コラドドラゴン、ハーマンメルヴィンプレスビー