[发明专利]一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法

说明书

本发明提出一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法，旨在降低光波导‑光纤垂直耦合因数值孔径不匹配所造成的耦合损耗。其加工流程为：在光波导上确定加工区域，根据要加工的反射球形凹面半径R确定激光圆形刻蚀路径半径r'=R/2，反射球形凹面圆心和圆形刻蚀路径圆心重合；选择激光刻蚀掩模图形，可以为圆形、椭圆形、自由曲线形等；掩模沿圆形刻蚀路径旋转刻蚀，掩模圆心始终沿圆形刻蚀路径移动，而掩模周边一点始终与反射球形凹面圆心重合；以半径为r_i所作的圆周各点刻蚀深度相同，不同r_i，刻蚀深度不同；当激光刻蚀旋转一周，形成类似球形的反射凹面；对得到的双侧球形反射凹面进行处理，获得单侧球形反射凹面。

技术领域

本发明涉及微加工制造领域，提出了一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法。

背景技术

近年来，随着宽带通信、超级计算机及大数据中心等领域对数据处理速度的要求不断提升，推动了对高速带宽(≥50Gbps)相关技术的研究。基于印刷电路板(PrintedCircuit Board,PCB)的光互连背板技术具有高带宽、低能耗、低成本等优势，成为近年来高端设备信息互连技术领域的研究热点。

目前，以聚合物为基础材料的光波导是最常见的光波导，而垂直耦合技术是光互连应用的关键技术之一，如何实现高效的垂直耦合成为研究的热点。专利(申请公布号：CN105397300A)提出将光波导加工为带有斜面耦合端口的倾斜镜面反射法，“High-coupling-efficiency optical interconnection using a 90-bent fiber array connector inoptical printed circuit boards”文中将光纤弯曲组合成耦合模块的弯曲光纤法，以及专利(申请公布号：CN 102540349A)提出在光波导上制备光栅的波导光栅法等，都能有效地实现垂直耦合。

实现垂直耦合的方法虽然多种多样，但光源、光纤、光波导等光学器件之间数值孔径的不匹配往往带来较大的耦合损耗。为了提高垂直耦合效率，有的提出在耦合器件中引入凹面镜(专利号：US 6529661B2)或凸透镜(专利申请公布号：CN 101813806A)以实现光束汇聚的思想，但又面临加工工艺精度较低、后期封装复杂的难题。由此，直接在背板光波导上制备凹面镜的方法更为简单有效。

截止目前，越来越多制备凹面镜的方法被发掘，但也都存在各自的不足。专利(公开号：CN 1272182A)采用化学腐蚀法制备凹面镜，但此种制备方法具有精度低、工艺复杂、仅在一个方向上具有汇聚效果等问题；专利(公开号：CN 103395739A)提出一种利用水分子不侵性制备凹面镜的方法，该方法对材料要求高，且液滴形状难以控制，因此存在工艺复杂、精度不高的缺点；“Design and fabrication of embedded micro-mirror insertsfor out-of-plane coupling in PCB level optical interconnections”文中提出深质子写入(deep proton writing，DPW)技术在光波导上加工凹面镜，但仍具有工艺复杂、难以批量生产的弊端。以上凹面镜制备的方法，在材料、制备工艺、加工精度等方面存在较多问题，难以满足大批量的光背板工业生产的要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种基于激光环形刻蚀在光波导上制备球形凹面镜的方法，旨在降低光波导-光纤垂直耦合时因数值孔径不匹配所造成的较大耦合损耗。具有操作简单、精度较高、高效垂直耦合等优点，适用于大工业生产。

为达到上述目的，本发明的构思如下：