[发明专利]一种光学耦合装置及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件之间实现高效光耦合的光学耦合装置及其制作方法，本发明装置和方法可以应用于信息或传感领域的光学集成器件制造，本发明属于光学领域。

背景技术

光通信和光传感领域的发展越来越要求各种光器件提供高集成度，低成本的解决方案。然而，各种光学元件在实现不同功能时所能够采用的最合适的材料是不同的，这些基于不同材料制作的元件，其制作工艺也不同，因此无法直接集成在一种衬底上。而且光束在这些元件中传播时的模场也有很大差异，导致这些光学元件在直接互连时存在很大的损耗。混合集成技术正是为了解决光学元件互连问题，从而实现高度的集成化的封装技术，在近年来得到了迅速的发展。混合集成技术中的两种互连方案已被人们普遍采用，一是在光学元件之间加入透镜或多透镜组合，将光束会聚到接收光元件中。另一种是在接收光元件中加入模场转换结构，就可以在光学元件直接耦合时降低原来因为模场不匹配引起的较大的损耗。然而，这两种方案也各有缺点。第一种方案虽然耦合效率高，但是光路复杂，要求操作人员具有熟练的技巧来调节透镜位置。第二种方案则存在设计和加工难度大，成品率不高的缺点，因为要对光学元件内部光路做改动。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的技术缺陷，提供一种光学耦合装置及其制作方法，可以在不同光学元件之间实现高效的光耦合，应用在混合集成的光器件或模块中，而且具有制作简单，成本低廉的优点。

本发明光学耦合装置实现方法的工作原理是，采用的耦合单元由高分子聚合物如丙烯酸酯，环氧树脂等以及其它助剂组成，在固化成形前，保持液体形态。将这种材料附着在光学元件表面，如图1所示，利用液体附着在光学元件上的表面张力与其它外力或自身重力形成的力平衡，保持所需要的曲面形状。然后再通过适当的方法，如紫外光照射，加热等，使得这种材料固化成形。这样就在接收光的光学元件表面形成了一个类似于透镜的装置，起到会聚光束的作用。

本发明所采用的技术方案是：

一种光学耦合装置，包括出光单元、受光单元，所述受光单元（2）上设置有耦合单元，所述耦合单元材料采用包含高分子聚合物的透明、液态透光材料，其形状为透镜曲面形状，所述耦合单元、受光单元同出光单元的光路对准。

所述透光材料的折射率大于空气折射率。

所述高分子聚合物为丙烯酸酯或者环氧树脂。

所述出光单元为光元件阵列，受光单元为包括有阵列波导的平面光波导器件，受光单元上粘接有玻片，所述耦合单元设置于受光单元和玻片的侧面。

一种光学耦合装置的制作方法，包括如下步骤：步骤1：在受光单元的受光表面涂上一层包括有高分子聚合物的液态透光材料；步骤2：使液态透光材料在受光表面形成透镜的曲面形状；步骤3：使透光材料达到固化条件而固化成型，形成耦合单元；步骤4：将出光单元与受光单元的光路对准、固定。

所述步骤2方法采用将涂有液态透光材料的受光表面倒置，使透光材料的重力与液态透光材料本身的表面张力达到平衡。

所述步骤2方法采用受光单元安装于旋转的基座上，使透光材料在基座旋转中的离心力与透光材料本身的表面张力达到平衡。

所述步骤4中的固化方法为紫外光照射或者加热。

本发明的有益效果是：

通过本发明这种简单的制作方法而成的光学耦合装置，在接收光的光学元件表面形成一层能够会聚光束的类似透镜的透光材料，可以减小因为出射光的光学元件模场与接收光的光学元件模场不匹配造成的直接耦合损耗。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构图；

图2是本发明所采用的耦合单元结构示意图；

图3是本发明的技术原理图；

图4是本发明的实施例二的结构图；

图5是本发明的实施例三的结构图；

其中：

1：出光单元；      2：受光单元；

3：耦合单元；      2a：光敏区域；

2b：导光层；       2c：波导阵列；

5：底板；          6：玻片；

4a：出射的高斯光束；

4b：转换后的高斯光束；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做出详细说明。