平面光波導(dǎo)分路器封裝技術(shù)

         隨著光纖通信產(chǎn)業(yè)的復(fù)蘇以及FTTX的發(fā)展，光分路器（Splitter）市場的春天也隨之到來。

    目前光分路器主要有兩種類型：一種是采用傳統(tǒng)光無源器件制作技術(shù)（拉錐耦合方法）生產(chǎn)的熔融拉錐式光纖分路器；另一種是采用集成光學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的平面光波導(dǎo)（PLC）分路器。PLC分路器是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點，具有很好的應(yīng)用前景，然而PLC分路器的封裝是制造PLC分路器中的難點。

                                      PLC分路器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

    PLC分路器的封裝是指將平面波導(dǎo)分路器上的各個導(dǎo)光通路（即波導(dǎo)通路）與光纖陣列中的光纖一一對準(zhǔn)，然后用特定的膠（如環(huán)氧膠）將其粘合在一起的技術(shù)。其中PLC分路器與光纖陣列的對準(zhǔn)精確度是該項技術(shù)的關(guān)鍵。PLC分路器的封裝涉及到光纖陣列與光波導(dǎo)的六維緊密對準(zhǔn)，難度較大。當(dāng)采用人工操作時，其缺點是效率低，重復(fù)性差，人為因素多且難以實現(xiàn)規(guī)?；纳a(chǎn)等。

    PLC分路器采用半導(dǎo)體工藝（光刻、腐蝕、顯影等技術(shù)）制作。光波導(dǎo)陣列位于芯片的上表面，分路功能集成在芯片上，也就是在一只芯片上實現(xiàn)1、1等分路；然后，在芯片兩端分別耦合輸入端以及輸出端的多通道光纖陣列并進(jìn)行封裝。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實物照片分別如圖1、2所示。

    與熔融拉錐式分路器相比，PLC分路器的優(yōu)點有：
  （1）損耗對光波長不敏感，可以滿足不同波長的傳輸需要。
  （2）分光均勻，可以將信號均勻分配給用戶。
  （3）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可以直接安裝在現(xiàn)有的各種交接箱內(nèi)，不需留出很大的安裝空間。
  （4）單只器件分路通道很多，可以達(dá)到32路以上。
  （5）多路成本低，分路數(shù)越多，成本優(yōu)勢越明顯。

    同時，PLC分路器的主要缺點有：
  （1）器件制作工藝復(fù)雜，技術(shù)門檻較高，目前芯片被國外幾家公司壟斷，國內(nèi)能夠大批量封裝生產(chǎn)的企業(yè)很少。
  （2）相對于熔融拉錐式分路器成本較高，特別在低通道分路器方面更處于劣勢。

    PLC分路器封裝技術(shù)

    PLC分路器的封裝過程包括耦合對準(zhǔn)和粘接等操作。PLC分路器芯片與光纖陣列的耦合對準(zhǔn)有手工和自動兩種，它們依賴的硬件主要有六維精密微調(diào)架、光源、功率計、顯微觀測系統(tǒng)等，而最常用的是自動對準(zhǔn)，它是通過光功率反饋形成閉環(huán)控制，因而對接精度和對接的耦合效率高。

    PLC分路器封裝主要流程如下：

    （1）耦合對準(zhǔn)的準(zhǔn)備工作：先將波導(dǎo)清洗干凈后小心地安裝到波導(dǎo)架上；再將光纖清洗干凈，一端安裝在入射端的精密調(diào)整架上，另一端接上光源（先接6.328微米的紅光光源，以便初步調(diào)試通光時觀察所用）。
    （2）借助顯微觀測系統(tǒng)觀察入射端光纖與波導(dǎo)的位置，并通過計算機指令手動調(diào)整光纖與波導(dǎo)的平行度和端面間隔。
    （3）打開激光光源，根據(jù)顯微系統(tǒng)觀測到的X軸和Y軸的圖像，并借助波導(dǎo)輸出端的光斑初步判斷入射端光纖與波導(dǎo)的耦合對準(zhǔn)情況，以實現(xiàn)光纖和波導(dǎo)對接時良好的通光效果。
    （4）當(dāng)顯微觀測系統(tǒng)觀察到波導(dǎo)輸出端的光斑達(dá)到理想的效果后，移開顯微觀測系統(tǒng)。

    （5）將波導(dǎo)輸出端光纖陣列（FA）的第一和第八通道清洗干凈，并用吹氣球吹干。再采用步驟(2)的方法將波導(dǎo)輸出端與光纖陣列連接并初步調(diào)整到合適的位置。然后將其連接到雙通道功率計的兩個探測接口上。

    （6）將光纖陣列入射端6.328微米波長的光源切換為1.310/1.550微米的光源，啟動光功率搜索程序自動調(diào)整波導(dǎo)輸出端與光纖陣列的位置，使波導(dǎo)出射端接收到的光功率值最大，且兩個采樣通道的光功率值應(yīng)盡量相等（即自動調(diào)整輸出端光纖陣列，使其與波導(dǎo)入射端實現(xiàn)精確的對準(zhǔn)，從而提高整體的耦合效率）。

                                  圖3.1分支PLC分路器芯片封裝結(jié)構(gòu)

 

    （7）當(dāng)波導(dǎo)輸出端光纖陣列的光功率值達(dá)到最大且盡量相等后，再進(jìn)行點膠工作。

    （8）重復(fù)步驟（6），再次尋找波導(dǎo)輸出端光纖陣列接收到的光功率最大值，以保證點膠后波導(dǎo)與光纖陣列的最佳耦合對準(zhǔn)，并將其固化，再進(jìn)行后續(xù)操作，完成封裝。

    在上面的耦合對準(zhǔn)過程中，PLC分路器有8個通道且每個通道都要精確對準(zhǔn)，由于波導(dǎo)芯片和光纖陣列（FA）的制造工藝保證了各個通道間的相對位置，所以只需把PLC分路器與FA的第一通道和第八通道同時對準(zhǔn)，便可保證其他通道也實現(xiàn)了對準(zhǔn)，這樣可以減少封裝的復(fù)雜程度。在上面的封裝操作中最重要、技術(shù)難度最高的就是耦合對準(zhǔn)操作，它包括初調(diào)和精確對準(zhǔn)兩個步驟。其中初調(diào)的目的是使波導(dǎo)能夠良好的通光；精確對準(zhǔn)的目的是完成最佳光功率耦合點的精確定位，它是靠搜索光功率最大值的程序來實現(xiàn)的。對接光波導(dǎo)需要6個自由度；3個平動（X、Y、Z）和3個轉(zhuǎn)動（α、β、g），要使封裝的波導(dǎo)器件性能良好，則對準(zhǔn)的平動精度應(yīng)控制在0.5微米以下，轉(zhuǎn)動精度應(yīng)高于0.05度。

    1×8分支PLC分路器的封裝

    對1分支PLC分路器進(jìn)行封裝，封裝的耦合對準(zhǔn)過程采用上面介紹的封裝工藝流程。對準(zhǔn)封裝后的結(jié)構(gòu)如圖3所示，封裝的組件由PLC分路器芯片和光纖陣列組成。在PLC分路器芯片的連接部位，為了確保連接的機械強度和長期可靠性，對玻璃板整片用膠粘住。光纖陣列是用機械的方法在玻璃板上以250微米間距加工成V形溝槽，然后將光纖陣列固定在此。制作8芯光纖陣列的最高累計間隔誤差平均為0.48微米，精確度極高。在PLC分路器芯片與光纖陣列的連接以及各個部件的組裝過程中，為了減少組裝時間，采用紫外固化粘接劑。光纖連接界面是保持長期可靠的重點，應(yīng)選用耐濕、耐剝離的氟化物環(huán)氧樹脂與硅烷鏈材料組合的粘接劑。為了減少端面的反射，采用8°研磨技術(shù)。連接和組裝好光纖陣列后的PLC分路器芯片被封裝在金屬（鋁）管殼內(nèi)。1分支的組件外形尺寸約為73。

 

 

                                      PLC分路器實物照片