[发明专利]用于连接光纤和光波导的方法

说明书

                      发明背景

1．发明领域

本发明总体上涉及高速光纤通信领域，尤其涉及将光纤与集成光波导连接的方法。

2．技术背景

例如当准备一个在通信系统或网络中使用的集成光学器件时，一般要将光纤与光波导相连。本文中使用的术语“光波导”区别于“光纤”，它表示一种光波导媒体，一般形成于矩形截面的平面(石英)衬底(或基片，在本文中两者可互换)上或其中。注意，术语“平面波导”传统上是指一个包括芯和包层区的元件；即，光路和光路所在的衬底；但是，在本申请中，为避免混淆，使光路(波导)区别于衬底(或基片)。一般来说，光波导区域(芯)延伸到的基片的边缘或末端。在集成光学应用中，经常遇到这种类型的波导，例如作为复用器或去复用器的部件，或者更普通地，作为集成光学电路的一部分。

将光纤连接在一起的传统熔接技术使用电弧放电。但是，该项技术因波导的几何特性和波导的热容量大于光纤的热容量而不适于连接光纤和波导。因此，已经提议通过使各元件对接并用激光束将它们熔融在一起，来连接光纤和平面型石英波导。但是，又有一个问题产生；即用来产生熔接接头的高能激光束会使波导芯弯曲，另外光纤会过度熔化。另一方面，如果使用低能量的激光束，那么波导和光纤之间的接头强度会低于应用的要求。

一种建议用来解决上述问题的方法是，用非激光束的手段来预热波导，其中所述激光束是用来完成波导和光纤之间的熔接的。这种预热技术可以降低熔接所需要的激光束功率。但是，这种方法使形成熔接接头的过程复杂化，并且在许多情况下，要求使用专用设备和/或修改与光纤相连的集成光学部件的结构。

另一种考虑是对光通信技术的要求正在不断增长，这些要求使所涉及的硬件和软件复杂化，并且重点强调要获得更有效的制造和部署。例如，目前，地铁网络的发展以及对使用16、32或40或者更多信道的窄带WDM系统进行有关信号路由选择、添加/去除以及切换的要求，使得有利于能够将多根光纤与相应的波导相连(以下称为“多光纤熔接尾纤化”)，具备良好的性能特征、精度、重复能力和效率，胜于单根光纤/波导的连接。

本发明提供了一种在光纤和基片中的光波导之间形成精确熔接接头的方法，该方法的光学损耗低，接头强度大。

本发明还包括一种在多根光纤和基片中的多个波导之间精确进行多光纤熔接尾纤化的方法，该方法和光学损耗低，接头强度大。

                      发明内容

本发明的一个实施例提供了一种将光纤与基片中的光波导相连的方法，该方法包括以下步骤：将光纤与波导对准；将光纤和波导对接；并且用一激光束照射位于光纤和波导之间的对接区，其中激光束具有足够的功率和一空间能量分布；并且阻挡一部分激光束，以致于在所述对接处，相对于与空间能量分布之周边部分对应的能量，减少与所述空间能量分布基本中心部分对应的能量。

本发明该实施例的一个方面包括将一屏蔽物放在激光束光路中所述对接区的上游，以便消除激光器的大体中心部分，同时允许其周边部分通过。

依照本发明的另一方面，相对于周边部分减少空间能量分布大体中心部分中的能量的步骤是通过将对接区上游的激光束分成几个不同的光束并将这些光束射到对接区上而完成的。例如，这可以通过将一分束反射镜放在激光束光路中对接区的上游，然后由抛物面反射镜将不同光束射向对接区来做到。可以将激光束分束得到的不同光束略微散焦到对接区上。

本发明的另一方面涉及，将对接区相对于聚焦的或略微散焦的激光束精确定位，以便将波导与光纤熔接。该方法包括以下步骤：获得激光束在波导基片表面上的象，并且产生一组坐标x₁，y₁，该组坐标对应于激光束大体中心的位置。将坐标x₁和y₁设置成，其分别离开基片边缘或极端的量分别为Δx，Δy。然后，确定第二组坐标x₂和y₂，它们代表了波导的极端位置；并且将波导极端和对接光纤手工或自动地定位在位置ΔX=x₂-x₁，ΔY=y₂-y₁上；也就是说，将对接区最佳且精确地定位在激光束的熔接区域中。用一摄像机获得激光束在基片上的象，其中摄像机与激光器一起相对基片和光纤固定。最好，按时间顺序摄取几个象。依照本发明的定位方法为对接区提供的定位精度大于大约正或负的1微米。