使用精确平行移动模块的无热阵列波导光栅及其制造方法
技术领域
本发明涉及使用精确平行移动模块的无热阵列波导光栅(AWG)及其制造方法，且更具体地，涉及具有温度补偿模块的无热阵列波导光栅(AWG)及其制造方法，所述温度补偿模块能够精确地水平移动以均匀地保持波长而不管外部温度变化。
背景技术
最近，随着包括因特网的不同类型的数据业务的急剧增加，需要扩展骨干网的传输容量。为了满足这种需求，一种解决方案是通过波分复用(WDM)光通信系统增加光纤的传输容量，所述波分复用(WDM)光通信系统通过单个光纤接收和传输多个信道的信息。
在WDM中，使用通过光纤技术和大规模集成(LSI)技术的组合在硅石板上具有光波导的平面光波电路(PLC)作为波分复用器/解复用器。PLC(例如，阵列波导光栅(AWG)，光分路器)的折射率n随着温度T的变化而变化，并且在用于波分的AWG的情况下，折射率n的变化导致确定波长的光的路径L的变化，并且波长λ的变化发生在每个输出端口的信道中。在下文中，将参考图1描述一般AWG。
图1示出了一般AWG的结构。如图1所示，AWG包括输入波导1、输入平板波导2、阵列波导3、输出平板波导4和输出波导5。实际上，存在一个限定光路的输入波导1，但是可以包括至少一个输入波导1以监测制造过程中的性能。输入到输入波导1的光信号在每个波长λ1、λ2、…、λn被分离并输出到输出波导5。即，在将波长λ1分配给#1信道时，尽管周围环境发生变化，仍需要将波长λ1输出到输出波导5。然而，折射率随温度改变，并且随着折射率改变，AWG的波长也改变。尽管将波长λ1分配给#1信道，但是随着温度变化，可能发生错误，例如，可能输出波长λ2。
在使用AWG作为波分复用器的情况下，为了防止由温度变化引起的误差，已经使用封装来在高于工作温度的高温下使用精确加热器维持均匀的温度。然而，由于功耗、室外电源和高温导致的产品寿命短的问题，已经对无热AWG结构进行了研究，以均匀地保持波长而与AWG本身的温度无关。
参照图1，包括用于将基板分成两个部件10a、10b的切割平面6以补偿温度变化。与输出端口处的波长随温度线性变化相反，图1的AWG通过允许包括输入波导1的第一子芯片10a沿切割平面6移动来补偿随温度变化的波长，以防止输出端口处的波长变化。为了移动以直线切割的输入波导1的位置，加工并使用具有与波长变化相匹配的热膨胀系数的材料，这种材料被称为温度补偿材料或热补偿材料，并且主要包括具有高的热膨胀系数的金属。
作为光通信部件之一的PLC需要非常精确的对准，对准公差为0.5微米。重新对准AWG切口的第一子芯片10a和第二子芯片10b，以实现公差内的温度不敏感性引起了具有挑战性的技术问题。
发明内容
技术问题
本公开涉及提供无热阵列波导光栅(AWG)及其制造方法，在所述无热阵列波导光栅中，使用能够精确地水平移动以促进无热AWG的切割平面的对准的温度补偿模块在公差内对准切割平面。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供一种安装在阵列波导光栅(AWG)中以手动补偿外部温度变化的温度补偿模块，该温度补偿模块包括附接到AWG的基部和附接到基部的移动构件，其中基部包括：第一固定部件，其附接到包括AWG的输入波导的第一子芯片；第二固定部件，其附接到包括AWG的输入平板波导的第二子芯片；作为第一固定部件和第二固定部件之间的间隙的孔，孔被设置为在间隙内包括切割平面，切割平面用于将AWG分离成第一子芯片和第二子芯片；以及
根据本公开的实施方案，可以将基部扩展到足以容纳整个AWG芯片的尺寸。即，可以改变为用于接收整个AWG芯片的基板集成补偿模块。
根据本公开的实施方案，第一固定部件和第二固定部件中的每一个可以包括作为突出平面以施加用于固定AWG的粘合剂的狭缝和具有凹陷形状以隔离狭缝以防止粘合剂流动的坝。
根据本公开的实施例，基部可以包括上基板和下基板，上基板附接到AWG，下基板形成在与AWG所附接的上基板表面相对的表面上，移动构件的一端附接到下基板。
根据本公开的实施方案，上基板和下基板可以一体地形成。
根据本公开的实施方案，下基板可以包括用于引导移动构件的线性移动的引导孔。
根据本公开的实施方案，移动构件可以由热膨胀系数比基部高的材料制成，且基部可以由热膨胀系数比移动构件低的基于金属、塑料、硅和二氧化硅的材料中的一种制成。
根据本公开的另一方面，提供一种包括AWG平面基板的无热AWG，AWG平面基板包括输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导和输出波导，其中温度补偿模块安装在平面基板上或其下方，温度补偿模块包括附接到AWG的基部和附接到基部的移动构件，基部包括：第一固定部件和第二固定部件，每个固定部件与AWG附接并彼此分离；作为第一固定部件和第二固定部件之间的间隙的孔；以及
根据本公开的实施方案，平面基板可以通过在输入波导和输入平板波导之间或在输入平板波导内部形成的切割平面被分离成包括输入波导的第一子芯片和包括输入平板波导的第二子芯片。
根据本公开的实施方案，第一固定部件可附接到第一子芯片，第二固定部件可附接到第二子芯片，并且移动构件可附接到第一固定部件以允许第一子芯片沿切割平面作平行移动。
根据本公开的又一方面，提供一种使用温度补偿模块制造无热AWG的方法，该方法包括制备AWG平面基板，该AWG平面基板包括输入波导、输入平板波导、阵列波导、输出平板波导以及输出波导，将温度补偿模块放置在AWG上或其下方，并且将温度补偿模块附接到AWG，其中温度补偿模块包括附接到AWG的基部和附接到基部的移动构件，基部包括：第一固定部件和第二固定部件，每个固定部件均与AWG附接并彼此分离，作为第一固定部件和第二固定部件之间的间隙的孔；以及
根据本公开的实施方案，将温度补偿模块放置在AWG上或AWG下方可以包括将切割平面放置在孔内，该切割平面用于将AWG分离成包括输入波导的第一子芯片和包括输入平板波导的第二子芯片。
根据本公开的实施方案，该方法可以进一步包括：在输入波导和输入平板波导之间切割或切入输入平板波导中，以将AWG分离成包括输入波导的第一子芯片和包括输入平板波导的第二子芯片。
根据本公开的实施方案，将温度补偿模块附接到AWG可以包括将第一固定部件附接到第一子芯片以及将第二固定部件附接到第二子芯片。
根据本公开的实施方案，将温度补偿模块附接到AWG可以包括将粘合剂施加到狭缝，其中狭缝是从第一固定部件和第二固定部件中的每一个突出的平面，以及将第一固定部件的狭缝附接到第一子芯片并且将第二固定部件的狭缝附接到第二子芯片，其中第一固定部件和第二固定部件中的每一个包括具有凹陷形状的坝，坝隔离狭缝以防止粘合剂流动。
有利效果
本公开提供无热阵列波导光栅(AWG)，其有助于AWG的切割平面的对准并且通过能够精确水平移动的温度补偿模块实现精确的水平移动而不会改变垂直间隙和切割平面的差异。由此，能够容易地将热补偿材料施加到移动中的上端和下端，并且与温度变化无关地均匀地保持AWG装置的中心波长。另外，可以通过简单地将一个模块化温度补偿模块附接到芯片来简化制造工艺，并且最终增加产品的可靠性和生产率。
本公开可以获得的效果不限于上述效果，并且本领域普通技术人员从以下描述中将清楚地理解本文未提及的其他效果。
附图说明
图1示出根据本公开的实施方案的一般阵列波导光栅(AWG)结构。
图2示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块的基本结构。
图3示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块和AWG的对准。
图4a至4f示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块的第一修改形式的结构。
图5示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块的第二修改形式的结构。
图6a至6c示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块的顶部和侧部结构。
图7a至7c示出根据本公开的实施方案的具有各种结构的温度补偿模块的AWG的示例。
具体实施方式
通过参照下面结合附图详细描述的实施方案，本公开的这些和其他优点和特征以及用于实现它们的方法将变得明显。然而，本公开不限于以下公开的实施方案并且将以许多不同的形式实施，并且提供这些实施方案仅是为了使本公开完整并且帮助属于本公开的技术领域的普通技术人员完全理解本发明的范围，并且本公开仅由所附权利要求的范围限定。
附图中示出的用于描述本公开的实施方案的形状、尺寸、比例、角度和数量是以说明的方式提供的，并且本公开不限于此。另外，在描述本公开时，当认为众所周知的相关技术的某些详细描述使本公开的关键主题不必要地模棱两可时，在此省略详细描述。如本文所用的术语“包含”或“包括”不排除其它组分的存在或添加，除非使用“仅”。除非上下文另外明确指出，否则本文所用的单数形式也包括复数形式。
在解释部件时，除非上下文另外明确指出，否则应解释为包括误差范围。
在位置关系的描述中，例如，当使用“在...上”、“在上方”、“在下面”、“在...旁边”描述两个部件的位置关系时，除非使用“直接地(immediately)”或“直接(directly)”，否则可以存在至少一种中间组分。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上，或者可以存在中间元件或层。在整个说明书中，相同的参考符号表示相同的部件。
术语“第一”、“第二”等用于描述各种部件，但显然这些部件不受术语限制。这些术语用于区分一个部件和另一个部件。因此，在本公开的技术精神内，如本文所用的第一部件可以是第二部件是显而易见的。
附图中每个部件的尺寸和厚度是为了描述方便而示出的，并且本公开不必限于附图中所示的部件的尺寸和厚度。
本公开的实施方案的每个特征可以部分地或全部地联合或组合在一起，并且如本领域的普通技术人员充分理解的，各种技术连接和协作是可能的，并且每个实施方案可以彼此独立地或彼此结合地执行。
根据本公开的实施方案的无热AWG在输入波导1和输入平板波导2之间被切割或切入输入平板波导2中，以通过随着温度的变化改变入射光的位置来补偿中心波长的变化。为此，在下面的图2至5中示出了温度补偿模块的结构，该温度补偿模块用于无热AWG的切割平面的容易对准和随着热补偿材料的膨胀/收缩的精确水平移动。
图2示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块20的基本结构。
参照图2，根据本公开的实施方案的温度补偿模块20的基本结构包括基部21和移动构件25。
基部21附接到AWG基板，以促进AWG的切割部件之间的对准，并通过安装到基部21的一部分的移动构件25的膨胀和收缩来帮助AWG的切割部件的精确水平移动。为此，基部21包括第一固定部件22、第二固定部件23和连接第一固定部件22和第二固定部件23的弹性部件24。根据本公开的实施方案，优选地，基部21可以通过机加工一体地形成，使得基部21包括由一种原材料制成并且易于机加工以改变形状的第一固定部件22、第二固定部件23和弹性部件24。当基部21由热膨胀系数与热补偿材料的移动构件25的热膨胀系数之差较大的材料制成时，可以使温度补偿效果最大化。例如，通常，移动构件25使用具有高热膨胀系数的金属。基部21可以由例如具有较低热膨胀系数的基于金属、塑料、硅和二氧化硅的材料制成。根据本公开的实施方案，基部21可以由与AWG基板相同的材料制成。由此，能够防止在附接基部21和AWG基板时由于热膨胀系数不同而引起的扭转。
第一固定部件22和第二固定部件23可以固定并附接到AWG。例如，可以使用诸如环氧树脂的粘合剂将第一固定部件22和第二固定部件23固定并附接到AWG芯片，但是固定不必仅通过粘合剂进行。可以使用各种类型的构件来将第一固定部件22和第二固定部件23固定和附接到AWG芯片。根据本公开的实施例，移动构件25附接到第一固定部件22以通过随温度的膨胀/收缩引起AWG的分离部件的线性移动，并且由此补偿光学特性随温度的变化。
弹性部件24可以形成为具有弹性，使得弹性部件24变形以随着移动构件25膨胀/收缩而进行线性移动，但是恢复到原始形状。例如，弹性部分24可以是片簧的形状，并且可以包括加工成非常小的厚度的支撑件26和将支撑件26的两端分别连接到第一固定部件22和第二固定部件23的支腿27。支撑件26和平行于支撑件26的支腿27的水平部分可以被加工成非常小的厚度，使得它们根据所需的弹性具有几毫米或更小的宽度。图2仅显示了支腿27将固定部件22、23以直角连接到支撑件26的结构，其形状为
图3示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块20和AWG的对准。
参照图3，当温度补偿模块20的基部21被固定并附接到AWG时，第一固定部件22可以附接到第一子芯片10a，并且第二固定部件23可以附接到第二子芯片10b。例如，可以使用诸如环氧树脂的粘合剂将第一固定部件22和第二固定部件23固定并附接到AWG芯片，但是固定不必仅通过粘合剂进行。在这种情况下，温度补偿模块20的基部21可以附接在AWG上或AWG下方。AWG的切割平面6可以通过在输入波导1和输入平板波导2之间切割而形成，或者可以形成在输入平板波导2内部，并因此，AWG的第一子芯片10a包括输入波导1，并且第二子芯片10b包括输入平板波导2。
温度补偿模块20的基部21包括在第一固定部件22和第二固定部件23之间的孔31，以允许第一固定部件22和第二固定部件23彼此分开地移动。根据本公开的实施方案，温度补偿模块20和AWG被对准放置，使得AWG的切割平面6被包括在孔31中，以允许第一子芯片10a与第二子芯片10b分离地移动。基部21可以通过由一种原材料进行机加工而一体地形成，并且因此可以是这样的结构，在该结构中，第一子芯片10a(即，包括输入波导1的区域)的高度精确地匹配第二子芯片10b(即，包括输入平板波导2的区域)的高度。
例如，如图3所示，当孔31的中心线和AWG的切割平面6对准放置，且第一固定部件22固定到第一子芯片10a以及第二固定部件23固定到第二子芯片10b时，固定在第一固定部件22上的第一子芯片10a随着附接到第一固定部件22上的移动构件25的膨胀/收缩而水平移动。在这种情况下，水平移动由弹性部件24辅助，并且可以制造能够在对准公差(例如，0.0005mm)内移动的无热AWG。例如，具有在左右两侧以对称结构连接的
根据本公开的实施方案，可以在将温度补偿模块20附接到AWG之前，执行在无热AWG的制造工艺中将AWG切割为第一子芯片10a和第二子芯片10b的步骤。然而，制造过程不必以这样的顺序执行，并且无热AWG可以通过将温度补偿模块20附接到AWG并切割AWG以使得切割平面6布置在温度补偿模块20的孔中而以简单的方式制造。
图4a和4b示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块20的第一修改形式的上板结构和下板结构。
参照图4a和图4b，温度补偿模块20的第一修改形式形成有这样的结构，在该结构中，第二固定部件23从基部的基本形式延伸，并且移动构件25的两端固定并附接到一体形成的上基板41。根据本公开的实施方案，上基板41可以附接在AWG上或AWG下方，并且下基板42可以附接到与AWG所附接的上基板41相对的表面。移动构件25的一端固定到第一固定部件22，且另一端固定到下基板42。下基板42还可以包括引导孔43以引导移动构件25的水平移动。即使下基板42被放置成与地面接触，为了防止移动构件25的膨胀/收缩的中断，下基板42的厚度也可以大于下基板移动构件25的厚度，并且移动构件25的两端可以分别固定到上基板41和下基板42，以防止在引导孔43中与地面接触。根据另一个实施方案，上基板和下基板可以一体地形成，如图4a和4B所示。
根据本公开的各种实施方案，图4c示出仅包括上基板41的温度补偿模块20的第一修改形式的变型。参考图4c，移动构件25可以直接固定到上基板41，而不需要单独制造与上基板41不同形状的下基板。移动构件25可以安装在第一位置①或第二位置②，在第一位置，移动构件25的两端分别固定到第一固定部件22和平行于第一固定部件22的上基板41，在第二位置，移动构件25的两端分别固定到第一固定部件22的延伸部44和上基板41的下端的延伸部45。
根据本公开的各种实施方案，图4d至4f示出仅包括上基板41的温度补偿模块20的第一修改形式的其他变型。
参考图4d，移动构件25直接固定到上基板41，而不单独制造与上基板41不同形状的下基板。特别地，第一固定部件22和上基板41可以被加工成具有用于安装移动构件25的结构，使得移动构件25的两端可以分别被固定和安装在第一固定部件22的凹陷区域和上基板41的下端的凹陷区域中。例如，移动构件25可以形成为在两端用螺钉固定移动构件25的结构，或者移动构件25本身可以制造成大螺钉的形状。移动构件25可以通过拧紧螺钉以简单的方式固定到基部，并且芯片可以对准到期望的位置。
参照图4e，如图4d所示，第一固定部件22和上基板41可以按照常规方式制成线性形状，而不需要单独地加工用于移动构件25的粘附区域。移动构件25的两端可以分别固定并安装到第一固定部件22的端部和上基板41与其平行的下端。在这种情况下，移动构件25可以是仅由热补偿材料制成并附接的移动构件25，或具有不同材料制成、连接到热补偿材料的两端的附接部件的移动构件25’。热补偿材料两端的不同材料的附接部件可以是与第一固定部件22和上基板41相同的材料，并且可以由基于金属、塑料、硅或二氧化硅的材料制成。
参照图4f，如图4e所示，第一固定部件22和上基板41可以被制造成传统的线性形状，而不需要单独地加工用于移动构件25的粘附区域，但是移动构件25可以具有不同的形状。在这种情况下，移动构件25可包括第一附接部件25-1和第二附接部件25-2，第一附接部件连接到热补偿材料的一端，用于与第一固定部件22附接，第二附接部件位于热补偿材料的另一端，用于附接到上基板41。如图4f所示，第二附连部件可以延伸以减小与第一附接部件25-1的粘附间隙。由于热补偿材料所需的最小长度，可以通过调节第一附接部件25-1和第二附接部件25-2之间的距离来减小上基板41的宽度，而不是在热补偿材料的两端形成附接部件。由此，能够经济地制造温度补偿模块20。第一附接部件25-1和第二附接部件25-2可以是与第一固定部件22和上基板41相同的材料，并且可以由基于金属、塑料、硅或二氧化硅的材料制成。
例如，温度补偿模块20的第一修改形式是延伸集成形式，并且可以通过简单地切割平面基板来制造，并且可以是用于改变形状的易于加工的板式水平移动模块。根据实施方案，温度补偿模块20的基部可以被制造成足够大的尺寸以容纳整个AWG基板，并且由此，可以更精确地帮助AWG基板的对准和水平移动。
图5示出根据本公开的实施方案的温度补偿模块20的第二修改形式的结构。
参照图5，温度补偿模块20的第二修改形式包括上基板41’和下基板42’，上基板与基部的基本形式相同，下基板固定并附接到第二固定部件23的一个表面。根据本公开的实施方案，上基板41’可以附接到AWG上或AWG下方，并且下基板42’可以附接到的第二固定部件23的与AWG所附接的上基板41’相对的表面。移动构件25的一端固定到第一固定部件22，且另一端固定到下基板42’。根据另一实施方案，上基板和下基板可以一体地形成，如图5所示。
图6a至6c示出了根据本公开的实施方案的温度补偿模块20的顶部和侧结构。
参照图6a，基部21可以进一步包括在上表面上的狭缝51和坝52结构，以帮助AWG基板的附接。根据本公开的实施方案，基部21的第一固定部件22和第二固定部件23可以分别被固定并附接到包括AWG的输入波导1的第一子芯片10a和包括平板波导2的第二子芯片10b，并且在这种情况下，可以使用各种固定方法。例如，当使用诸如环氧树脂的液体粘合剂材料时，需要防止液体粘合剂材料在除了第一固定部件22和第二固定部件23之外的区域中流动。防止弹性部24在附接到AWG时无法发挥固有功能的问题。为此，如图6a和6c所示，狭缝51和坝52结构可以包括在基部21的上表面上以防止液体粘合剂材料流动。本公开不必包括狭缝51和坝52结构，并且可以通过精确地施加粘合剂材料来实现相同的目标。参见图6b和6c，在基部21的下表面上可以包括狭缝53结构，并且可以附接下基板42，42’结构以防止液体粘合剂材料流动。
图7a至7c示出了根据本公开的实施方案的具有各种结构的温度补偿模块20的AWG的示例。
参照图7a，示出具有温度补偿模块20的基本形式的AWG。基部21的第一固定部件22固定到AWG的第一子芯片10a，第二固定部件23固定到AWG的第二子芯片10b。用于切割成两个部件10a、10b的AWG的切割平面6布置在基部21的孔31中，使得第一子芯片10a通过由热补偿材料制成的移动构件25沿着切割平面6水平地移动。通过此，具有温度补偿模块20的基本形式的AWG补偿中心波长随温度变化的变化，从而实现无热AWG。
参照图7b，示出了具有温度补偿模块20的第一修改形式的AWG。上基板41的第一固定部件22固定到AWG的第一子芯片10a，第二固定部件23固定到AWG的第二子芯片10b。用于切割成两个部件10a、10b的AWG的切割平面6布置在上基板41的孔31中，使得第一子芯片10a通过由热补偿材料制成的移动构件25沿着切割平面6水平地移动。如图4b所示，移动构件25可布置在引导孔43中以实现线性膨胀/收缩而不中断。
参照图7c，示出了具有温度补偿模块20的第二修改形式的AWG。上基板41’的第一固定部件22固定到AWG的第一子芯片10a，第二固定部件23固定到AWG的第二子芯片10b。用于切割成两个部件10a、10b的AWG的切割平面6布置在上基板41’的孔31中，使得第一子芯片10a通过由热补偿材料制成的移动构件25沿着切割平面6水平地移动。
根据本公开的实施方案，图7a至7c的温度补偿模块20是延伸集成形式，并且可以通过简单地切割平面基板来制造，并且可以是用于改变形状的易于加工的板式水平移动模块。根据实施方案，温度补偿模块20的基部可以被制造成足够大的尺寸以容纳整个AWG基板，并且由此，可以更精确地帮助AWG基板的对准和水平移动。在这种情况下，例如，移动构件25可形成为在两端用螺钉固定移动构件25的结构，或者移动构件25本身可以制造成大螺钉的形状。通过移动构件25的螺钉形状，可以以简单的方式将移动构件25固定到基部，并且可以通过调节螺钉将芯片对准到期望的位置。
在上述具体实施方案中，根据所呈现的具体实施方案，以单数或复数形式来表示本公开中所包括的部件。然而，为了描述方便，针对所呈现的上下文适当地选择单数或复数形式，并且上述实施方案不限于单数或复数形式的组件，并且以复数形式表示的组件可以是单数，并且以单数形式表示的组件可以是复数。
虽然已经在详细描述中描述了具体实施方案，但是在不脱离由各种实施方案涵盖的技术精神和范围的情况下，可以做出各种修改。因此，本公开的范围不应限于所公开的实施例，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
