專利名稱：偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法、光學(xué)件鍵合工藝和溶液的制作方法
偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法、光學(xué)件鍵合工藝和溶液
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法、光學(xué)件鍵合工藝和鍵合溶液。背景技術(shù)：
在光通信系統(tǒng)中，信號(hào)光在傳輸過程中會(huì)經(jīng)過許多不同的光學(xué)界面，其經(jīng)過每一個(gè)光學(xué)界面均會(huì)出現(xiàn)不同程度的反射，而反射產(chǎn)生的回程光可能會(huì)沿原光學(xué)路徑返回光源，勢(shì)必造成光源工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生頻率漂移、信號(hào)衰減變化等問題，從而影響整個(gè)光通訊系統(tǒng)正常工作。為了避免回程光對(duì)光源等器件產(chǎn)生影響，必須以光隔離器抑制回程光，以確保光通信系統(tǒng)的工作質(zhì)量。而光隔離器是一種對(duì)正向傳輸光具有很低插入損耗，對(duì)反向傳輸光有很大衰減的非互易性無源器件，用以抑制光通訊系統(tǒng)中回程光對(duì)光源所造成的不利影響。 圖I是現(xiàn)有的最通常的一種偏振無關(guān)光學(xué)隔離器結(jié)構(gòu)圖，由輸入光纖準(zhǔn)直器1’，隔離器芯2’及輸出光纖準(zhǔn)直器3’組成。其中最關(guān)鍵的部件為隔離器芯2’，其組成包括在正向傳輸光路上，依次為第一雙折射晶體楔角片201’、偏振旋轉(zhuǎn)器202’、第二雙折射晶體楔角片203’。其中雙折射晶體楔角片201’及203’可將通過的光束分成偏振方向互相垂直的0光和E光，偏振旋轉(zhuǎn)晶體202’為45°的法拉第旋轉(zhuǎn)晶片，在飽和磁場(chǎng)作用下，使通過該偏振旋轉(zhuǎn)晶體的偏振光振動(dòng)面發(fā)生45°旋轉(zhuǎn)。而該第二雙折射晶體楔角片光軸203’與第一雙折射晶體201’光軸相互成45°夾角。當(dāng)信號(hào)光正向傳輸時(shí)，信號(hào)光經(jīng)第一光纖準(zhǔn)直器I’準(zhǔn)直，進(jìn)入第一雙折射晶體楔角片201’，光束被分為0光和E光，其偏振方向互相垂直，當(dāng)它們經(jīng)過45°的偏振旋轉(zhuǎn)晶體202’時(shí)，出射的0光和E光的振動(dòng)面各自向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)45°，由于第二雙折射晶體楔角片203’光軸相對(duì)于第一雙折射晶體楔角片201’光軸正好呈45°，所以0光和E光被第二雙折射晶體楔角片203’折射匯聚到一起，進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器3’耦合到光纖中，因而正向光以極小的損耗通過光隔離器。由于法拉第效應(yīng)的非互易性，當(dāng)光束反向傳輸時(shí)，首先經(jīng)過第二雙折射晶體楔角片203’，分為偏振面與第一雙折射晶體楔角片201’光軸成45°的0光及E光，當(dāng)該兩偏振光經(jīng)45°的偏振旋轉(zhuǎn)晶體202’時(shí)，其共振面繼續(xù)與正向光旋轉(zhuǎn)一致的方向旋轉(zhuǎn)45°，因此回射的兩分離光束0光及E光相對(duì)于第一雙折射晶體楔角片201’，其性質(zhì)彼此進(jìn)行了互換，即第二雙折射晶體楔角片203’出射的0光相對(duì)于第一雙折射晶體楔角片201’變成了 E光，而自第二雙折射晶體楔角片203’出射出的E光相對(duì)于第一雙折射晶體楔角片201’變成了 0光，由于0光和E光的折射率等性質(zhì)不同使得兩分離光束不再沿原光路匯聚進(jìn)入光纖I’，反而被第一雙折射晶體楔角片201’進(jìn)一步分開成較大的角度，而不能耦合進(jìn)入第一光纖準(zhǔn)直裝置I’中，進(jìn)而達(dá)到反向隔離的目的。因現(xiàn)有光隔離器芯2’由分立的第一雙折射晶體楔角片201’、旋轉(zhuǎn)晶體202’、第二雙折射晶體楔角片203’組成。其缺點(diǎn)一為，在實(shí)際制造隔離器芯2’過程中，需要分別制造出精密的隔離器芯光學(xué)組件201’、202’、203’，然后再依靠夾具，以一定的工序，花費(fèi)大量工時(shí)，調(diào)整隔離器芯各個(gè)光學(xué)組件的相對(duì)位置并在側(cè)面用膠固定。用這種方法生產(chǎn)裝配光學(xué)隔離器芯2’，不僅制造工藝復(fù)雜，花費(fèi)工時(shí)長，而且成品率也不高，可靠性不佳。其缺點(diǎn)二為，在光信號(hào)正向傳輸方向上，因隔離器芯2’各光學(xué)組件之間存在著一定的空氣間隙,加大了 O光及E光的光束走離，加大了 O光及E光之間的間隔，由此帶來了因O光E光光束分離產(chǎn)生的偏振相關(guān)損耗。另外，因隔離器芯2’各個(gè)組成部件均為分立件，裝配兩雙折射晶體楔角片時(shí)，兩楔角面平行度無法達(dá)到單個(gè)光學(xué)元件所能達(dá)到的平行度要求，從而使得從隔離器芯出射的O光和E光不再平行，由此又進(jìn)一步附加了偏振相關(guān)損耗。為了克服由分立光學(xué)組件裝配而成隔離器芯的固有缺陷，美國專利US6600601，發(fā)明了一種新的隔離器芯的制造方法，其技術(shù)特點(diǎn)是先加工成通光尺寸為長條狀的隔離器芯組件，即長條狀的第一雙折射晶體楔角片、長條狀的旋轉(zhuǎn)晶體、長條狀的第二雙折射晶體楔角片，并用膠膠合的方法，將第一雙折射晶體楔角長條，旋轉(zhuǎn)晶體長條，第二雙折射晶體楔角長條膠合成一個(gè)長條狀的隔離器芯，并再進(jìn)一步將長條狀隔離器芯切成小尺寸隔離器芯片。該方法雖然能將分立光學(xué)件膠合成一整體，避免了由分立光學(xué)元件裝配而成的隔離器芯的缺點(diǎn)，但因用膠膠合的方法，使得通光面有膠，限制了其使用范圍及使用壽命。另外，因膠合隔離器芯是從長條開始加工，膠合再切小，還是無法滿足大批量生產(chǎn)的需求，從生產(chǎn)效 率來說，工時(shí)節(jié)約不明顯。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一，在于提供一種偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法，無需單獨(dú)制造隔離器芯的各分立光學(xué)元件并花費(fèi)大量工時(shí)調(diào)整裝配成隔離器芯組件，還保證了光路無膠，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，不僅減小了偏振相關(guān)損耗，提高了隔離器芯的使用范圍及使用壽命，還很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。上述的技術(shù)問題是這樣實(shí)現(xiàn)的一種偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法，其包括步驟10、兩偏振選擇晶片準(zhǔn)備取一對(duì)大通光尺寸的雙折射晶片，磨拋其鍵合面，兩雙折射晶片的鍵合面相向，兩雙折射晶片的光軸夾角為45°，且兩光軸均平行于鍵合面；兩鍵合面經(jīng)磨拋后，面形優(yōu)于、/4，光潔度優(yōu)于60-40 (本發(fā)明中提到的光潔度均為美軍標(biāo)MIL-PRF-1383B)，粗糙度優(yōu)于均方根2納米，并且在已拋光的鍵合面上鍍使用波長范圍內(nèi)的對(duì)SiO2材料的增透膜，且增透膜最外層為SiO2薄膜材料，得到第一和第二偏振選擇晶片;—偏振旋轉(zhuǎn)器晶片準(zhǔn)備取一片與偏振選擇晶片同樣通光尺寸的45°旋轉(zhuǎn)角的法拉第旋轉(zhuǎn)晶片，表面拋光，面形優(yōu)于、/4，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2納米，并且在兩通光表面鍍使用波長范圍內(nèi)的對(duì)SiO2材料的增透膜，且增透膜最外層為SiO2薄膜材料；步驟20、鍵合先將第一偏振選擇晶片鍵合面朝上，并將鍵合表面擦拭干凈后滴
0.4-1微升/平方厘米的鍵合液，再取所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片并擦拭干凈，將其中一個(gè)面朝下放置于第一偏振選擇晶片鍵合面之上并對(duì)準(zhǔn)，依同樣方法在所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面鍵合第二偏振選擇晶片，使兩個(gè)偏振選擇晶片光軸夾角為45°放置對(duì)準(zhǔn)，在三個(gè)晶片對(duì)準(zhǔn)放置后，加5-15Kg/cm2的壓力，并保持2-4個(gè)小時(shí)，之后取出放置爐子熱處理10(T20(TC至少24小時(shí)；得到大通光尺寸的復(fù)合一體的鍵合基片；
其中，所述鍵合液的配制方法為取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2至6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得；步驟30、切條將所得的鍵合基片按其中一個(gè)通光尺寸要求切成長條狀；步驟40、磨拋將長條狀的鍵合復(fù)合基片磨拋成楔角平面，并用此平面光膠上盤，磨拋另一個(gè)楔角平面，兩個(gè)楔角平面相互平行；步驟50、鍍膜將磨拋后的兩楔角平面在其使用波長范圍內(nèi)鍍制對(duì)空氣增透的增透膜；步驟60、長條切小按最終要求的通光面尺寸，將長條鍵合基片切成復(fù)合隔離器
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心；步驟70、組裝將所得的隔離器芯與磁環(huán)、玻璃套管、兩光纖準(zhǔn)直器組裝成一個(gè)完整的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器。進(jìn)一步地，所述雙折射晶片為正的雙折射晶體或負(fù)的雙折射晶體；所述法拉第旋轉(zhuǎn)晶片為非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)晶片。其中，所述述雙折射晶片可以為鈮酸鋰晶體或釩酸釔晶體；所述的非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)晶片可以是帶有磁環(huán)的石鎦石單晶或由具有磁性的石鎦石單晶構(gòu)成。其優(yōu)點(diǎn)在于I、能從大的通光尺寸鍵合工序開始做起，直到切小成鍵合隔離器芯片，無需單獨(dú)制造隔離器芯的各分立光學(xué)元件并花費(fèi)大量工時(shí)調(diào)整裝配成隔離器芯組件，從而很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。2、因鍵合時(shí)通光面采用富含硅離子的鍵合溶液，保證了光路無膠，提高了隔離器芯的使用范圍及使用壽命。3、因鍵合成一體化的隔離器芯，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，縮短了正向傳輸?shù)墓獬?，?光及E光的走離變小，減小了 0光及E光之間的間隔，從而減小了由0光及E光分離帶來的偏振相關(guān)損耗。另外，因先鍵合成一體，再磨拋楔角面，這種工藝能保證兩楔角面具有很高的平行度精度，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，從而克服了由分立元件裝配而成的隔離器芯特有的0光及E光之間不平行出射導(dǎo)致的偏振相關(guān)損耗大的問題。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二，在于提供一種光學(xué)件鍵合工藝，可將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體，無需單獨(dú)制造各分立光學(xué)元件并花費(fèi)大量工時(shí)調(diào)整裝配成成品組件，還保證了光路無膠，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，不僅減小了偏振相關(guān)損耗，提高了成品組件的使用范圍及使用壽命，還很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。上述的技術(shù)問題是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光學(xué)件鍵合工藝，其采用氫氧催化鍵合工藝將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體，該氫氧催化鍵合工藝包括步驟I、鍵合液的配制取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為 重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2 6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后待用；步驟2、待鍵合的晶片表面處理將待鍵合的晶片的待鍵合面拋光，面形優(yōu)于入/4，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2nm，并且在拋光表面上鍍使用波長范圍內(nèi)對(duì)SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外層為SiO2薄膜材料；步驟3、待鍵合晶片表面清潔鍍膜后的待鍵合晶片表面用酒精、乙醚按體積比I :I的溶液擦拭干凈后等待鍵合；步驟4、晶片鍵合先取第一待鍵合晶片，使鍵合面朝上，吸取0. 4-1. 0微升/平方厘米的鍵合液滴在晶片的鍵合面上，再取第二待鍵合晶片，使該第二待鍵合晶片的鍵合面朝下對(duì)準(zhǔn)放置于第一待鍵合晶片的上表面上，再吸取0. 4-1. 0微升/平方厘米的鍵合液滴在第二待鍵合晶片的上表面上，依此類推，鍵合第三待鍵合晶片；
步驟5、加壓用夾具使鍵合片四邊對(duì)齊，并在鍵合片的上下兩表面上均勻地施加壓力，壓力范圍在5-15Kg/cm2，室溫下保持壓力2 4小時(shí)；步驟6、熱處理從加壓夾具取出鍵合片，并放置爐內(nèi)熱處理100°C _200°C之間，至少24小時(shí)結(jié)束。其優(yōu)點(diǎn)在于利用本發(fā)明的光學(xué)件鍵合工藝，可以將第一雙折射晶體平片、偏振旋轉(zhuǎn)晶體平片以及第二雙折射晶體平片有效地鍵合，無需單獨(dú)制造各分立光學(xué)元件并花費(fèi)大量工時(shí)調(diào)整裝配成成品組件，還保證了光路無膠，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，不僅減小了偏振相關(guān)損耗，提高了成品組件的使用范圍及使用壽命，還很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之三，在于提供一種光學(xué)件鍵合溶液，其用于鍵合第一雙折射晶體平片、偏振旋轉(zhuǎn)晶體平片以及第二雙折射晶體平片，無需單獨(dú)制造各分立光學(xué)元件并花費(fèi)大量工時(shí)調(diào)整裝配成成品組件，還保證了光路無膠，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，不僅減小了偏振相關(guān)損耗，提高了成品組件的使用范圍及使用壽命，還很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。上述的技術(shù)問題是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光學(xué)件鍵合溶液，其采用氫氧催化鍵合工藝將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體，該鍵合溶液采用下述方法制備取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2 6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得所述光學(xué)件鍵合溶液。其優(yōu)點(diǎn)在于利用本發(fā)明的光學(xué)件鍵合溶液，可將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體，無需單獨(dú)制造各分立光學(xué)元件并花費(fèi)大量工時(shí)調(diào)整裝配成成品組件，還保證了光路無膠，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，不僅減小了偏振相關(guān)損耗，提高了成品組件的使用范圍及使用壽命，還很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提聞了生廣效率。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖I為現(xiàn)有的偏振無關(guān)光纖隔離器結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明偏振無關(guān)光纖鍵合隔離器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明隔離器芯加工過程的鍵合工藝過程示意圖。圖4為本發(fā)明隔離器芯加工過程的切條過程示意圖。
圖5和圖6為本發(fā)明隔離器芯加工過程的磨拋過程示意圖。圖7為本發(fā)明隔離器芯加工過程的長條切小的過程示意圖。圖8為本發(fā)明隔離器完整的裝配示意圖。圖9為本發(fā)明隔離器的典型的隔離度隨波長變化曲線圖。
具體實(shí)施方式
一、光學(xué)件的鍵合溶液
該光學(xué)件的鍵合溶液采用氫氧催化鍵合工藝將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體。實(shí)施例I鍵合溶液配制取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比10%的NaOH和25%的SiO2,再按體積比取2份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得。實(shí)施例2鍵合溶液配制取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比14%的NaOH和30%的SiO2,再按體積比取6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得。實(shí)施例3鍵合溶液配制取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比12%的NaOH和28%的SiO2,再按體積比取5份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得。二、光學(xué)件的鍵合工藝該工藝是一種氫氧催化鍵合工藝，采用氫氧催化鍵合工藝將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體。實(shí)施例4步驟I、鍵合液的配制按上述實(shí)施例I的方法配制鍵合溶液；步驟2、待鍵合的晶片表面處理將待鍵合的晶片的待鍵合面拋光，面形為X/4，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2nm，并且在拋光表面上鍍使用波長范圍內(nèi)對(duì)SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外層為SiO2薄膜材料；步驟3、待鍵合晶片表面清潔鍍膜后的待鍵合晶片表面用酒精乙醚按體積比I :1的溶液擦拭干凈后等待鍵合；步驟4、晶片鍵合先取第一待鍵合晶片，使鍵合面朝上，吸取0. 4微升/平方厘米的鍵合液滴在晶片的鍵合面上，再取第二待鍵合晶片，使該第二待鍵合晶片的鍵合面朝下對(duì)準(zhǔn)放置于第一待鍵合晶片的上表面上，再吸取0. 4微升/平方厘米的鍵合液滴在第二待鍵合晶片的上表面上，依此類推，鍵合第三待鍵合晶片；步驟5、加壓用夾具使鍵合片四邊對(duì)齊，并在鍵合片的上下兩表面上均勻地施加壓力，壓力范圍在5Kg/cm2，室溫下保持壓力4小時(shí)；步驟6、熱處理從加壓夾具取出鍵合片，并放置爐內(nèi)熱處理100°C達(dá)至少24小時(shí)結(jié)束。實(shí)施例5
步驟I、鍵合液的配制按上述實(shí)施例2的方法配制鍵合溶液；步驟2、待鍵合的晶片表面處理將待鍵合的晶片的待鍵合面拋光，面形為X/6，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2nm，并且在拋光表面上鍍使用波長范圍內(nèi)對(duì)SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外層為SiO2薄膜材料；步驟3、待鍵合晶片表面清潔鍍膜后的待鍵合晶片表面用酒精乙醚按體積比I :1的溶液擦拭干凈后等待鍵合；步驟4、晶片鍵合先取第一待鍵合晶片，使鍵合面朝上，吸取0. 7微升/平方厘米的鍵合液滴在晶片的鍵合面上，再取第二待鍵合晶片，使該第二待鍵合晶片的鍵合面朝下對(duì)準(zhǔn)放置于第一待鍵合晶片的上表面上，再吸取0. 7微升/平方厘米的鍵合液滴在第二待鍵合晶片的上表面上，依此類推，鍵合第三待鍵合晶片；步驟5、加壓用夾具使鍵合片四邊對(duì)齊，并在鍵合片的上下兩表面上均勻地施加 壓力，壓力范圍在lOKg/cm2，室溫下保持壓力3小時(shí)；步驟6、熱處理從加壓夾具取出鍵合片，并放置爐內(nèi)熱處理150°C達(dá)至少24小時(shí)結(jié)束。實(shí)施例6步驟I、鍵合液的配制按上述實(shí)施例2的方法配制鍵合溶液；步驟2、待鍵合的晶片表面處理將待鍵合的晶片的待鍵合面拋光，面形為X/8，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2nm，并且在拋光表面上鍍使用波長范圍內(nèi)對(duì)SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外層為SiO2薄膜材料；步驟3、待鍵合晶片表面清潔鍍膜后的待鍵合晶片表面用酒精乙醚按體積比I :1的溶液擦拭干凈后等待鍵合；步驟4、晶片鍵合先取第一待鍵合晶片，使鍵合面朝上，吸取I. 0微升/平方厘米的鍵合液滴在晶片的鍵合面上，再取第二待鍵合晶片，使該第二待鍵合晶片的鍵合面朝下對(duì)準(zhǔn)放置于第一待鍵合晶片的上表面上，再吸取I. 0微升/平方厘米的鍵合液滴在第二待鍵合晶片的上表面上，依此類推，鍵合第三待鍵合晶片；步驟5、加壓用夾具使鍵合片四邊對(duì)齊，并在鍵合片的上下兩表面上均勻地施加壓力，壓力范圍在15Kg/cm2，室溫下保持壓力2小時(shí)；步驟6、熱處理從加壓夾具取出鍵合片，并放置爐內(nèi)熱處理200°C達(dá)至少24小時(shí)結(jié)束。三、偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法本發(fā)明的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法用于制造如圖2所示的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器，該偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的隔離器芯2為鍵合成一體化的隔離器芯，中間的偏振旋轉(zhuǎn)器晶片202分別與兩端的第一偏振選擇晶片201及第二偏振選擇晶片203之間不存在空氣間隙，縮短了正向傳輸?shù)墓獬蹋?光及E光的距離變小，減小了 0光及E光之間的間隔，從而減小了由0光及E光分離帶來的偏振相關(guān)損耗。實(shí)施例7步驟10、兩偏振選擇晶片準(zhǔn)備取一對(duì)大通光尺寸的鈮酸鋰(LiNbO3)材料的雙折射晶片，如圖3所示，定向切割下料，定向角為22. 5° ±0.2°，晶體平片尺寸為IlmmX IlmmX 1mm，兩雙折射晶片的光軸夾角為45°，且兩光軸均平行于鍵合面，并其中一邊倒角做光軸標(biāo)識(shí)；磨拋其鍵合面，磨拋去除量0. 5mm，兩雙折射晶片的鍵合面相向，兩鍵合面經(jīng)磨拋后，面形、/8，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根0. 7nm,并且在已拋光的鍵合面上鍍使用波長范圍1550nm±30nm內(nèi)的對(duì)SiO2材料增透的增透膜，單面反射率〈O. 2%，且增透膜最外層為SiO2薄膜材料，得到第一和第二偏振選擇晶片；—偏振旋轉(zhuǎn)器晶片準(zhǔn)備選用需外加磁場(chǎng)的45°旋轉(zhuǎn)角的石鎦石晶體，即需帶有磁環(huán)的石鍛石單晶，購自Integrated Photonics, Inc.,尺寸IlmmX I Imm X0. 39mm,旋轉(zhuǎn)角度為45° ±°，消光比大于40dB，表面拋光，面形為入/8，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根I納米，并且在兩通光表面鍍使用波長范圍1550nm±30nm內(nèi)的對(duì)SiO2材料增透的增透膜，單面反射率〈O. 2%，且增透膜最外層為SiO2薄膜材料。步驟20、鍵合液的配制取一份適量體積的市售的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比14%的NaOH和28%的SiO2,再按體積比取4份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得，過濾后的溶液直接導(dǎo)入塑料針筒密封室溫保存，為晶體鍵合備用； 鍵合先將第一偏振選擇晶片鍵合面朝上，并將鍵合表面用酒精與已醚按體積比I: I的混合溶液擦拭干凈后滴0. 4微升/平方厘米的鍵合液，再取所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片并擦拭干凈，將其中一個(gè)面朝下放置于第一偏振選擇晶片鍵合面之上并對(duì)準(zhǔn)，依同樣方法在所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面鍵合第二偏振選擇晶片，即將所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面用酒精與已醚按體積比1:1的混合溶液擦拭干凈后滴0.4微升/平方厘米的鍵合液，將第二偏振選擇晶片的鍵合面朝下放置于偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面上，并使兩個(gè)偏振選擇晶片光軸夾角為45°放置對(duì)準(zhǔn)，在三個(gè)晶片對(duì)準(zhǔn)放置后，加8Kg/cm2的壓力，并保持4個(gè)小時(shí)，之后取出放置爐子熱處理100°C 48小時(shí)；得到大通光尺寸的復(fù)合一體的鍵合基片。步驟30、切條如圖4所示，將所得的鍵合基片按其中一個(gè)通光尺寸要求切成長條狀，尺寸為 0. 7mmX IlmmX I. 39mm。步驟40、磨拋如圖5和圖6所示，將長條狀的鍵合復(fù)合基片磨拋成楔角平面，并用此平面光膠上盤，磨拋另一個(gè)楔角平面，兩個(gè)楔角平面相互平行；具體是長條狀的鍵合復(fù)合基片上12°靠體，將第一鈮酸鋰偏振片磨拋成與側(cè)面成12°角的楔角平面。磨拋去除量為0. 2mm,光潔度40-20，均方根粗糙度0. 5nm。下盤清洗，將第一鈮酸鋰偏振片光膠上盤，磨拋第二楔角面，磨拋量0. 2mm,光潔度40-20，均方根粗糙度0. 5nm,并且兩個(gè)楔角平面相互平行，平行度小于I'。步驟50、鍍膜將磨拋后的兩楔角平面在其使用波長范圍1550nm±30nm內(nèi)鍍制對(duì)
空氣增透的增透膜，單面反射率〈O. 2%。步驟60、長條切小如圖7所示，按最終要求的通光面尺寸，將長條鍵合基片切成復(fù)合隔離器芯，最終尺寸0. 7mmX0. 7mmX0. 81mm。步驟70、組裝如圖8所示，將所得的隔離器芯2與D-ROD型玻璃支架4用膠粘接、再與磁環(huán)5、玻璃套管6、金屬套管7及輸入光纖準(zhǔn)直器I和輸出光纖準(zhǔn)直器3組裝成一個(gè)完整的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器。實(shí)施例8步驟10、兩偏振選擇晶片準(zhǔn)備和實(shí)施例7的區(qū)別僅在于選擇一對(duì)大通光尺寸的釩酸釔材料的雙折射晶片，兩鍵合面經(jīng)磨拋后，面形X/6，其它參見實(shí)施例7 ；
一偏振旋轉(zhuǎn)器晶片準(zhǔn)備和實(shí)施例7的區(qū)別僅在于選用具有45°旋轉(zhuǎn)角的磁性石鍛石單晶，表面拋光后面形為X/6,其它參見實(shí)施例7。步驟20、鍵合液的配制取一份適量體積的市售的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比12%的NaOH和25%的SiO2,再按體積比取5份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得，過濾后的溶液直接導(dǎo)入塑料針筒密封室溫保存，為晶體鍵合備用；鍵合先將第一偏振選擇晶片鍵合面朝上，并將鍵合表面用酒精與已醚按體積比I: I的混合溶液擦拭干凈后滴0. 7微升/平方厘米的鍵合液，再取所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片并擦拭干凈，將其中一個(gè)面朝下放置于第一偏振選擇晶片鍵合面之上并對(duì)準(zhǔn)，依同樣方法在所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面鍵合第二偏振選擇晶片，即將所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面用酒精與已醚按體積比1:1的混合溶液擦拭干凈后滴0.7微升/平方厘米的鍵合液，將第二偏振選擇晶片的鍵合面朝下放置于偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面上，并使兩個(gè)偏振選擇晶片光軸夾角為45°放置對(duì)準(zhǔn)，在三個(gè)晶片對(duì)準(zhǔn)放置后，加12Kg/cm2的壓力，并保持3個(gè)小時(shí)，之后取出放置100°C爐子熱處理72小時(shí)；得到大通光尺寸的復(fù)合一體的鍵合基片。步驟30、切條如圖4所示，將所得的鍵合基片按其中一個(gè)通光尺寸要求切成長條狀，尺寸為 0. 7mmX IlmmX I. 39mm。步驟40、磨拋如圖5和圖6所示，將長條狀的鍵合復(fù)合基片磨拋成楔角平面，并用此平面光膠上盤，磨拋另一個(gè)楔角平面，兩個(gè)楔角平面相互平行；具體是長條狀的鍵合復(fù)合基片上12°靠體，將第一鈮酸鋰偏振片磨拋成與側(cè)面成12°角的楔角平面。磨拋去除量為0. 2mm,光潔度40-20，均方根粗糙度0. 5nm。下盤清洗，將第一鈮酸鋰偏振片光膠上盤，磨拋第二楔角面，磨拋量0. 2mm,光潔度40-20，均方根粗糙度0. 5nm,并且兩個(gè)楔角平面相互平行，平行度小于I'。步驟50、鍍膜將磨拋后的兩楔角平面在其使用波長范圍1550nm±30nm內(nèi)鍍制對(duì)
空氣增透的增透膜，單面反射率〈O. 2%。步驟60、長條切小如圖7所示，按最終要求的通光面尺寸，將長條鍵合基片切成復(fù)合隔離器芯，最終尺寸0. 7mmX0. 7mmX0. 81mm。步驟70、組裝如圖8所示，將所得的隔離器芯2與D-ROD型玻璃支架4用膠粘接、再與磁環(huán)5、玻璃套管6、金屬套管7及輸入光纖準(zhǔn)直器I和輸出光纖準(zhǔn)直器3組裝成一個(gè)完整的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器。實(shí)施例9步驟10、兩偏振選擇晶片準(zhǔn)備兩鍵合面經(jīng)磨拋后，面形\ /4，其余和實(shí)施例I相同，具體參見實(shí)施例7 ；一偏振旋轉(zhuǎn)器晶片準(zhǔn)備表面拋光后面形為X/4，其余和實(shí)施例7相同，具體參見實(shí)施例7。步驟20、鍵合液的配制取一份適量體積的市售的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比14%的NaOH和30%的SiO2,再按體積比取6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得，過濾后的溶液直接導(dǎo)入塑料針筒密封室溫保存，為晶體鍵合備用；
鍵合先將第一偏振選擇晶片鍵合面朝上，并將鍵合表面用酒精與已醚按體積比I: I的混合溶液擦拭干凈后滴I微升/平方厘米的鍵合液，再取所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片并擦拭干凈，將其中一個(gè)面朝下放置于第一偏振選擇晶片鍵合面之上并對(duì)準(zhǔn)，依同樣方法在所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面鍵合第二偏振選擇晶片，即將所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面用酒精與已醚按體積比1:1的混合溶液擦拭干凈后滴I微升/平方厘米的鍵合液，將第二偏振選擇晶片的鍵合面朝下放置于偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面上，并使兩個(gè)偏振選擇晶片光軸夾角為45°放置對(duì)準(zhǔn)，在三個(gè)晶片對(duì)準(zhǔn)放置后，加15Kg/cm2的壓力，并保持2個(gè)小時(shí)，之后取出放置200°C爐子熱處理24小時(shí)；得到大通光尺寸的復(fù)合一體的鍵合基片。步驟30、切條如圖4所示，將所得的鍵合基片按其中一個(gè)通光尺寸要求切成長條狀，尺寸為 0. 7mmX IlmmX I. 39mm。步驟40、磨拋如圖5和圖6所示，將長條狀的鍵合復(fù)合基片磨拋成楔角平面，并用此平面光膠上盤，磨拋另一個(gè)楔角平面，兩個(gè)楔角平面相互平行；具體是長條狀的鍵合復(fù)合基片上12°靠體，將第一鈮酸鋰偏振片磨拋成與側(cè)面成12°角的楔角平面。磨拋去除量為0. 2mm,光潔度40-20，均方根粗糙度0. 5nm。下盤清洗，將第一鈮酸鋰偏振片光膠上盤，磨拋第二楔角面，磨拋量0. 2mm,光潔度40-20，均方根粗糙度0. 5nm,并且兩個(gè)楔角平面相 互平行，平行度小于I'。步驟50、鍍膜將磨拋后的兩楔角平面在其使用波長范圍1550nm±30nm內(nèi)鍍制對(duì)
空氣增透的增透膜，單面反射率〈O. 2%。步驟60、長條切小如圖7所示，按最終要求的通光面尺寸，將長條鍵合基片切成復(fù)合隔離器芯，最終尺寸0. 7mmX0. 7mmX0. 81mm。步驟70、組裝如圖8所示，將所得的隔離器芯2與D-ROD型玻璃支架4用膠粘接、再與磁環(huán)5、玻璃套管6、金屬套管7及輸入光纖準(zhǔn)直器I和輸出光纖準(zhǔn)直器3組裝成一個(gè)完整的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器。按實(shí)例7，實(shí)例8，實(shí)例9加工的隔離器，測(cè)試結(jié)果如下溫度范圍-5 70°C，波長范圍153(Tl570nm，插入損耗小于0. 5dB ；溫度范圍-5 70°C，波長范圍153(Tl570nm，回波損耗大于55dB ；溫度范圍-5 70°C，波長范圍153(Tl570nm，偏振相關(guān)損耗小于0. 05dB ；室溫23°C，中心波長1550nm，典型的隔離度隨溫度變化曲線見圖9。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法，其特征在于包括 步驟10、兩偏振選擇晶片準(zhǔn)備取一對(duì)大通光尺寸的雙折射晶片，磨拋其鍵合面，兩雙折射晶片的鍵合面相向，兩雙折射晶片的光軸夾角為45°，且兩光軸均平行于鍵合面；兩鍵合面經(jīng)磨拋后，面形優(yōu)于、/4，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2納米，并且在已拋光的鍵合面上鍍使用波長范圍內(nèi)的對(duì)SiO2材料的增透膜，且增透膜最外層為SiO2薄膜材料，得到第一和第二偏振選擇晶片； 一偏振旋轉(zhuǎn)器晶片準(zhǔn)備取一片與偏振選擇晶片同樣通光尺寸的45°旋轉(zhuǎn)角的法拉第旋轉(zhuǎn)晶片，表面拋光，面形優(yōu)于、/4，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2納米，并且在兩通光表面鍍使用波長范圍內(nèi)的對(duì)SiO2材料的增透膜，且增透膜最外層為SiO2薄膜材料； 步驟20、鍵合先將第一偏振選擇晶片鍵合面朝上，并將鍵合表面用酒精與已醚按體積比I : I的混合溶液擦拭干凈后滴0.4-1微升/平方厘米的鍵合液，再取所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片并用酒精與已醚按體積比I : I的混合溶液擦拭干凈，將其中一個(gè)面朝下放置于第一偏振選擇晶片鍵合面之上并對(duì)準(zhǔn)，依同樣方法在所述偏振旋轉(zhuǎn)器晶片的上表面鍵合第二偏振選擇晶片，使兩個(gè)偏振選擇晶片光軸夾角為45°放置對(duì)準(zhǔn)，在三個(gè)晶片對(duì)準(zhǔn)放置后，力口5-15Kg/cm2的壓力，并保持2-4個(gè)小時(shí)，之后取出放置爐子熱處理10(T200°C至少24小時(shí)；得到大通光尺寸的復(fù)合一體的鍵合基片； 其中，所述鍵合液的配制方法為取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2至6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得； 步驟30、切條將所得的鍵合基片按其中一個(gè)通光尺寸要求切成長條狀； 步驟40、磨拋將長條狀的鍵合復(fù)合基片磨拋成楔角平面，并用此平面光膠上盤，磨拋另一個(gè)楔角平面，兩個(gè)楔角平面相互平行； 步驟50、鍍膜將磨拋后的兩楔角平面在其使用波長范圍內(nèi)鍍制對(duì)空氣增透的增透膜； 步驟60、長條切小按最終要求的通光面尺寸，將長條鍵合基片切成復(fù)合隔離器芯； 步驟70、組裝將所得的隔離器芯與磁環(huán)、玻璃套管、兩光纖準(zhǔn)直器組裝成一個(gè)完整的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法，其特征在于所述雙折射晶片為正的雙折射晶體或負(fù)的雙折射晶體；所述法拉第旋轉(zhuǎn)晶片為非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法，其特征在于所述的雙折射晶片為鈮酸鋰晶體或釩酸釔晶體；所述的非互易性法拉第旋轉(zhuǎn)晶片是帶有磁環(huán)的石鎦石單晶或由具有磁性的石鎦石單晶構(gòu)成。
4.一種光學(xué)件鍵合工藝，其特征在于采用氫氧催化鍵合工藝將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體，該氫氧催化鍵合工藝包括 步驟I、鍵合液的配制取一份適量體積的硅酸鈉水溶液，該硅酸鈉水溶液成份為重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2 6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后待用；步驟2、待鍵合的晶片表面處理將待鍵合的晶片的待鍵合面拋光，面形優(yōu)于入/4，光潔度優(yōu)于60-40，粗糙度優(yōu)于均方根2nm，并且在拋光表面上鍍使用波長范圍內(nèi)對(duì)SiO2材料增透的增透膜，且增透膜的最外層為SiO2薄膜材料； 步驟3、待鍵合晶片表面清潔鍍膜后的待鍵合晶片表面用酒精、乙醚按體積比I :1的溶液擦拭干凈后等待鍵合； 步驟4、晶片鍵合先取第一待鍵合晶片，使鍵合面朝上，吸取0. 4-1. 0微升/平方厘米的鍵合液滴在晶片的鍵合面上，再取第二待鍵合晶片，使該第二待鍵合晶片的鍵合面朝下對(duì)準(zhǔn)放置于第一待鍵合晶片的上表面上，再吸取0. 4-1. 0微升/平方厘米的鍵合液滴在第二待鍵合晶片的上表面上，依此類推，鍵合第三待鍵合晶片； 步驟5、加壓用夾具使鍵合片四邊對(duì)齊，并在鍵合片的上下兩表面上均勻地施加壓力，壓力范圍在5-15Kg/cm2，室溫下保持壓力2 4小時(shí)； 步驟6、熱處理從加壓夾具取出鍵合片，并放置爐內(nèi)熱處理100°C-200°C之間，至少24小時(shí)結(jié)束。
5.一種光學(xué)件鍵合溶液，其特征在于采用氫氧催化鍵合工藝將各個(gè)組成光學(xué)件鍵合成一體，該鍵合溶液米用下述方法制備取一份適量體積的娃酸鈉水溶液，該娃酸鈉水溶液成份為重量比10-14%的NaOH和25-30%的SiO2,再按體積比取2 6份的去離子水與硅酸鈉水溶液混合搖勻，再用小于0. 2微米的微孔薄膜過濾器過濾后即得所述光學(xué)件鍵合溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種偏振無關(guān)光學(xué)隔離器的制造方法，先將第一雙折射晶體平片、偏振旋轉(zhuǎn)晶體平片、第二雙折射晶體平片切割為同樣的大通光尺寸。用氫氧催化鍵合工藝鍵合成一個(gè)大通光尺寸的復(fù)合晶體平片，再切成長條；磨拋楔角平面；鍍制對(duì)空氣增透的增透膜；按實(shí)際使用的尺寸切割成一體化的鍵合隔離器芯；最后組裝成一個(gè)完整的偏振無關(guān)光纖在線隔離器。本發(fā)明無需單獨(dú)制造隔離器芯的各分立光學(xué)元件，還保證了光路無膠，各光學(xué)部件之間不存在空氣間隙，克服了由分立光學(xué)件裝配很難克服的平行度問題，不僅減小偏振的相關(guān)損耗，提高了隔離器芯的使用范圍及使用壽命，還很大程度地降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G02F1/09GK102707461SQ20121017576
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉淑云, 周明強(qiáng), 李建東, 陳建林, 黃玫瑰 申請(qǐng)人:福建華科光電有限公司