專利名稱：鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，屬集成光學(xué)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于光纖傳感及光學(xué)測量，還可作為核心器件應(yīng)用于光纖陀螺儀等系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，光纖傳感及光學(xué)測量所用的全光纖傳感器具有穩(wěn)定性差，精度低等缺點(diǎn)，采用機(jī)械陀螺或激光陀螺的陀螺儀制造工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴、并且有難免的閉鎖效應(yīng)，采用鈮酸鋰集成光學(xué)器件的光纖陀螺儀沒有機(jī)械陀螺必有的高速旋轉(zhuǎn)部件；具有體積小、重量輕、功耗小，制造工藝相對簡單、成本低、壽命長、響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍寬、完全靜止、固態(tài)可靠等許多優(yōu)點(diǎn)。
鈮酸鋰(LiNbO3)集成光學(xué)技術(shù)起源于二十世紀(jì)八十年代初，受啟發(fā)于集成電路，把多個(gè)光學(xué)分離器件集成在同一芯片上，減小系統(tǒng)的體積和重量，提高系統(tǒng)可靠性。
發(fā)明目的本實(shí)用新型的目的就是要提出一種鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，該器件包括管殼、芯片、輸入輸出光纖，芯片裝在管殼里，光纖從管殼的光纖出口穿出。整體管殼小型化，光纖出口端采用偏心非對稱設(shè)計(jì)；波導(dǎo)與電極所在的鈮酸鋰晶片構(gòu)成芯片；其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與電極結(jié)為上升余弦過渡函數(shù)曲線結(jié)構(gòu)，在晶片上生成波導(dǎo)及電極圖形；光纖與波導(dǎo)采用端對端精密對準(zhǔn)耦合，光纖采用與芯片相同的鈮酸鋰U型塊做支撐塊，正裝耦合。
本實(shí)用新型的顯著特點(diǎn)在于1、該鈮酸鋰(LiNbO3)集成光學(xué)器件功耗小、響應(yīng)極快、可集成度高、穩(wěn)定可靠。與柔韌靈便、體積小、重量輕、成本低、抗電磁干擾力強(qiáng)的單模光纖技術(shù)相容，能充分開發(fā)光纖的應(yīng)用領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖傳感、光信息處理等軍民兩用領(lǐng)域；2、用鈮酸鋰集成光學(xué)技術(shù)可以把光纖陀螺系統(tǒng)所需的分束/合束器、相位調(diào)制器、起偏/檢偏器集成在同一芯片上，它除具有多功能外，還具有損耗低、偏振消光比高、光背向反射低、殘余強(qiáng)度調(diào)制低和驅(qū)動(dòng)電壓低等特點(diǎn)；3、用于光纖陀螺系統(tǒng)中有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減小系統(tǒng)體積，有利于批量生產(chǎn)、降低成本；4、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，相比其他的斜線和正弦結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)和電極，其波導(dǎo)和電極的長度明顯減小，且有更低的光傳輸損耗和半波電壓；5、管殼的小型化、優(yōu)化設(shè)計(jì)，與常規(guī)的對稱設(shè)計(jì)相比，更適合芯片及光纖的結(jié)構(gòu)，減小光纖應(yīng)力，提高器件穩(wěn)定性；6、低損耗退火質(zhì)子交換波導(dǎo)的制作技術(shù)，相比普通采用的純苯甲酸做質(zhì)子交換源具有更好的長期穩(wěn)定性和更低的傳輸損耗；7、高可靠光纖與波導(dǎo)永久性粘接技術(shù)，相比傳統(tǒng)硅片V型槽倒裝耦合，具有明顯的工作穩(wěn)定性和長期可靠性，更適合于高低溫工作；8、采用預(yù)先的芯片和器件多次高溫老化，反復(fù)高低溫循環(huán)篩選，剔除早期失效器件，最終提供性能可靠的器件。


圖1為本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型中光纖出口端結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型中鈮酸鋰U型槽固定光纖示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明該鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，包括管殼1、芯片2、輸入輸出光纖3，芯片2裝在管殼1里，光纖3從管殼1的光纖出口穿出(如圖1所示)。
管殼1設(shè)計(jì)采用小型化，外形尺寸為30×8×4mm3及非對稱設(shè)計(jì)，光纖出口端4采用偏心設(shè)計(jì)(如圖2所示)，與常規(guī)的對稱設(shè)計(jì)相比，更適合芯片2及光纖3的結(jié)構(gòu)，減小光纖3的應(yīng)力，提高器件穩(wěn)定性。
波導(dǎo)與電極所在的鈮酸鋰晶片構(gòu)成芯片2，在波導(dǎo)及電極設(shè)計(jì)方面，采用上升余弦過渡函數(shù)曲線結(jié)構(gòu)，相比其他的斜線和正弦結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)和電極，其波導(dǎo)和電極的長度明顯減小，且有更低的光傳輸損耗和半波電壓，即通過計(jì)算機(jī)軟件生成該函數(shù)對應(yīng)的圖形，制作出光刻掩膜版，經(jīng)過半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝，在晶片上生成波導(dǎo)及電極圖形。波導(dǎo)及電極采用上升余弦過渡函數(shù)曲線結(jié)構(gòu)，其函數(shù)為Y(x)＝[1-cos(πx/L)]H/2其中L為過渡區(qū)長度，H為過渡區(qū)高度。
采用退火質(zhì)子交換技術(shù)生成波導(dǎo)，在工藝中用苯甲酸鋰稀釋苯甲酸做質(zhì)子交換源，質(zhì)子交換工藝完成后，高溫退火，相比普通采用的純苯甲酸做質(zhì)子交換源具有更好的長期穩(wěn)定性和更低的傳輸損耗。
光纖與波導(dǎo)采用端對端精密對準(zhǔn)耦合，光纖3采用與芯片(波導(dǎo)與電極所在的鈮酸鋰晶片)相同的鈮酸鋰U型塊5做支撐塊，由鈮酸鋰U型槽固定光纖(如圖3所示)，正裝耦合，用紫外膠永久粘接固化，相比傳統(tǒng)硅片V型槽倒裝耦合，具有明顯的工作穩(wěn)定性和長期可靠性，更適合于高低溫工作。
采用預(yù)先的芯片和器件多次高溫老化，芯片及器件在高溫老化36小時(shí)以上，高低溫循環(huán)5次以上反復(fù)高低溫循環(huán)篩選，剔除早期失效器件，最終提供性能可靠的器件。
權(quán)利要求1.一種鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，由管殼(1)、芯片(2)、輸入輸出光纖(3)組成，芯片(2)裝在管殼(1)里，光纖(3)從管殼(1)的光纖出口穿出，其特征在于整體管殼小型化，光纖出口端(4)采用偏心非對稱設(shè)計(jì)，波導(dǎo)與電極所在的鈮酸鋰晶片構(gòu)成芯片(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，其特征在于，其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與電極結(jié)構(gòu)為上升余弦過渡函數(shù)曲線結(jié)構(gòu)，在晶片上生成波導(dǎo)及電極圖形。
3.如權(quán)利要求1所述的鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，其特征在于，其光纖與波導(dǎo)采用端對端精密對準(zhǔn)耦合，光纖采用與芯片相同的鈮酸鋰U型塊(5)做支撐塊，正裝耦合。
專利摘要本實(shí)用新型為鈮酸鋰多功能集成光學(xué)器件，屬集成光學(xué)領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于光纖傳感及光學(xué)測量，作為核心器件應(yīng)用于光纖陀螺儀等系統(tǒng)。該器件包括管殼、芯片、輸入輸出光纖，整體管殼小型化，其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與電極結(jié)構(gòu)為上升余弦過渡函數(shù)曲線結(jié)構(gòu)，光纖與波導(dǎo)采用端對端精密對準(zhǔn)正裝耦合。管殼的小型化、優(yōu)化設(shè)計(jì)，更適合芯片及光纖的結(jié)構(gòu)，減小光纖應(yīng)力，提高器件穩(wěn)定性。高可靠光纖與波導(dǎo)永久性粘接技術(shù)，具有明顯的工作穩(wěn)定性和長期可靠性，更適合于高低溫工作。
文檔編號G02B6/26GK2615694SQ0323608
公開日2004年5月12日 申請日期2003年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者(設(shè)計(jì)人請求不公開姓名) 申請人:北京世維通光通訊技術(shù)有限公司