平面光波導分路器封裝技術

         隨著光纖通信產(chǎn)業(yè)的復蘇以及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（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技術生產(chǎn)的平面光波導（PLC）分路器。PLC分路器是當今國內(nèi)外研究的熱點，具有很好的應用前景，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)部結構

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

    PLC分路器采用半導體工藝（光刻、腐蝕、顯影等技術）制作。光波導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行封裝。其內(nèi)部結構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）結構緊湊，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）器件制作工藝復雜，技術門檻較高，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

    PLC分路器的封裝過程包括耦合對準和粘接等操作。PLC分路器芯片與光纖陣列的耦合對準有手工和自動兩種，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，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）耦合對準的準備工作：先將波導清洗干凈后小心地安裝到波導架上；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的位置，并通過計算機指令手動調(diào)整光纖與波導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，并借助波導輸出端的光斑初步判斷入射端光纖與波導的耦合對準情況，以實現(xiàn)光纖和波導對接時良好的通光效果。
    （4）當顯微觀測系統(tǒng)觀察到波導輸出端的光斑達到理想的效果后，移開顯微觀測系統(tǒng)。

    （5）將波導輸出端光纖陣列（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)整波導輸出端與光纖陣列的位置，使波導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盡量相等（即自動調(diào)整輸出端光纖陣列，使其與波導入射端實現(xiàn)精確的對準，從而提高整體的耦合效率）。

                                  圖3.1分支PLC分路器芯片封裝結構

 

    （7）當波導輸出端光纖陣列的光功率值達到最大且盡量相等后，再進行點膠工作。

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

    在上面的耦合對準過程中，PLC分路器有8個通道且每個通道都要精確對準，由于波導芯片和光纖陣列（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，便可保證其他通道也實現(xiàn)了對準，這樣可以減少封裝的復雜程度。在上面的封裝操作中最重要、技術難度最高的就是耦合對準操作，它包括初調(diào)和精確對準兩個步驟。其中初調(diào)的目的是使波導能夠良好的通光；精確對準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。對接光波導需要6個自由度；3個平動（X、Y、Z）和3個轉動（α、β、g），要使封裝的波導器件性能良好，則對準的平動精度應控制在0.5微米以下，轉動精度應高于0.05度。

    1×8分支PLC分路器的封裝

    對1分支PLC分路器進行封裝，封裝的耦合對準過程采用上面介紹的封裝工藝流程。對準封裝后的結構如圖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。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