平面波導(dǎo)光分路器技術(shù)

1、平面波導(dǎo)光分路器技術(shù)平面光波導(dǎo)(PLC)分路器技術(shù)1(平面光波導(dǎo)技術(shù)和應(yīng)用2平面光波導(dǎo)材料2平面光波導(dǎo)工藝3平面光波導(dǎo)的應(yīng)用42 FTTH核心器件-光分路器的分類及介紹6熔融拉錐光纖分路器(Fused FiberSplitter)6平面光波導(dǎo)功率分路器(PLC Optical PowerSplitter)7兩種光分路器的總結(jié)73全球FTT伙發(fā)展下的PLC光分路器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀.8國外FTTH發(fā)展現(xiàn)狀8國FTTH光分路器觀察：熱點(diǎn)歸熱點(diǎn) 市場歸市場15平面光波導(dǎo)（PLC）分路器技術(shù)1（平面光波導(dǎo)技術(shù)和應(yīng)用隨著FTTH的蓬勃發(fā)展，PLC（Planar Lightwave Circuit,平面光路）已經(jīng)成

2、為光通信行業(yè)使用頻率最高的詞匯之一，而 PLC的概念并不限于我們光通信人所熟知的光分路器和AWG其材料、工藝和應(yīng)用多種多樣，下面略作介紹。平面光波導(dǎo)材料PLC光器件一般在六種材料上制作，它們是：鋰酸鋰（LiNbO3）、？-?族半導(dǎo)體化合物、二氧化硅（SiO2）、SOI（Silicon-on-Insulator,絕緣體上硅）、聚合物（Polymer）和玻璃，各種材料上制作的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其波導(dǎo)特性如表2所示。圖1. PLC光波導(dǎo)常用材料表2. PLC光波導(dǎo)常用材料特性鋰酸鋰波導(dǎo)是通過在鋰酸鋰晶體上擴(kuò)散 Ti離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散 型。InP波導(dǎo)以InP為襯底和下包層，以InGaAsP

3、為芯層，以InP或者InP/空氣為 上包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋脊形或者脊形。二氧化硅波導(dǎo)以硅片為稱底，以不同摻雜 的SiO2材料為芯層和包層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。SOI波導(dǎo)是在SOI基片上制作，稱底、下包層、芯層和上包層材料分別為Si、SiO2、Si和空氣，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為脊形。聚合物波導(dǎo)以硅片為稱底，以 不同摻雜濃度的Polymer材料為芯層，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為掩埋矩形。玻璃波導(dǎo)是通過在玻 璃材料上擴(kuò)散Ag離子形成波導(dǎo)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為擴(kuò)散型。平面光波導(dǎo)工藝以上六種常用的PLC光波導(dǎo)材料中，InP波導(dǎo)、二氧化硅波導(dǎo)、SOI波導(dǎo)和聚 合物波導(dǎo)以刻蝕工藝制作，鑰酸鋰波導(dǎo)和玻璃波導(dǎo)以離子擴(kuò)散工藝制作，下面分別以二氧化硅波

4、導(dǎo)和玻璃波導(dǎo)為例，介紹兩類波導(dǎo)工藝。二氧化硅光波導(dǎo)的制作工藝如圖2所示，整個(gè)工藝分為七步：(1)采用火焰水解法(FHD)或者化學(xué)氣相淀積工藝(CVD),在硅片上生長一層SiO2,其中摻雜磷、硼離子，作為波導(dǎo)下包層，如圖 2(b)所示；(2)采用FHD或者CVDX藝，在下包層上再生長一層 SiO2,作為波導(dǎo)芯層，其 中摻雜錯(cuò)離子，獲得需要的折射率差，如圖2(c)所示；(3)通過退火硬化工藝，使前面生長的兩層 SiO2變得致密均勻，如圖2(d)所 示。(4)進(jìn)行光刻，將需要的波導(dǎo)圖形用光刻膠保護(hù)起來，如圖2(e)所示；(5)采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝，將非波導(dǎo)區(qū)域刻蝕掉，如圖 2(f)所示;(

5、6)去掉光刻膠，采用FHD或者CVU藝，在波導(dǎo)芯層上再覆蓋一層 SiO2,其 中摻雜磷、硼離子，作為波導(dǎo)上包層，如圖2(g)所示；(7)通過褪火硬化工藝，使上包層 SiO2變得致密均勻，如圖2(h)所示。二氧化硅波導(dǎo)工藝中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：(1)材料生長和退火硬化工藝，要使每層材料的厚度和折射率均勻且準(zhǔn)確，以 達(dá)到設(shè)計(jì)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)，盡量減少材料內(nèi)部的殘留應(yīng)力，以降低波導(dǎo)的雙折射效應(yīng)；RIE刻蝕工藝，要得到陡直且光滑的波導(dǎo)側(cè)壁，以降低波導(dǎo)的散射損耗；RIE 刻蝕工藝總會存在 Undercut,要控制Undercut量的穩(wěn)定性，作為布 版設(shè)計(jì)時(shí)的補(bǔ)償依據(jù)。圖2.二氧化硅光波導(dǎo)的制作工藝玻璃光波導(dǎo)的制

6、作工藝如圖3所示，整個(gè)工藝分為五步：圖3.玻璃光波導(dǎo)的制作工藝(1)在玻璃基片上濺射一層鋁，作為離子交換時(shí)的掩模層，如圖3(b)所示；(2)進(jìn)行光刻，將需要的波導(dǎo)圖形用光刻膠保護(hù)起來，如圖3(c)所示；(3)采用化學(xué)腐蝕，將波導(dǎo)上部的鋁膜去掉，如圖3(d)所示；Na璃子的混合溶液中，在適當(dāng)?shù)臏?4)將做好掩模的玻璃基片放入含Ag+, 度下進(jìn)行離子交換，如圖3(e)所示，Ag譙子提升折射率，得到如圖4(f)所示的溝道型光波 導(dǎo)；(5)對溝道型光波導(dǎo)施以電場，將 Ag+W子驅(qū)向玻璃基片深處，得到掩埋型玻璃光波導(dǎo)，如圖3(g)所小。平面光波導(dǎo)的應(yīng)用鋰酸鋰晶體具有良好的電光特性，在電光調(diào)制器中應(yīng)用廣泛

7、。InP材料既可以制作光有源器件又可以制作光無源器件，被視為光有源/無源器件集成的最好平 臺。SOI材料在MEMS件中應(yīng)用廣泛，是光波導(dǎo)與 MEMS1合集成的優(yōu)良平臺。聚 合物波導(dǎo)的熱光系數(shù)是SiO2的32倍，應(yīng)用在需要熱光調(diào)制的動(dòng)態(tài)器件中，可以大 大降低器件功耗。玻璃波導(dǎo)具有最低的傳輸損耗和與光纖的耦合損耗，而且成本低 廉，是目前商用光分路器的主要材料。二氧化硅光波導(dǎo)具有良好的光學(xué)、電學(xué)、機(jī) 械性能和熱穩(wěn)定性，被認(rèn)為是無源光集成最有實(shí)用前景的技術(shù)途徑。圖4.基于鋰酸鋰光波導(dǎo)的電光調(diào)制器圖5.基于玻璃光波導(dǎo)的光分路器圖6.基于聚合物光波導(dǎo)的熱光開關(guān)陣列圖7.基于聚合物光波導(dǎo)的熱光開關(guān)陣列圖8.

8、基于二氧化硅光波導(dǎo)的AWG2 FTTH核心器件-光分路器的分類及介紹隨著光纖通信的投資方向由通信干線，城域網(wǎng)，局域網(wǎng)，專用網(wǎng)等向FTTB、FTTH 的方向發(fā)展。FTTH的核心光器件-光分路器市場的春天也隨之到來，市場需求不 斷擴(kuò)大，國內(nèi)外光器件廠家一致看好這一市場。目前有兩種類型光分路器可以滿足 分光的需要：一種是傳統(tǒng)光無源器件廠家利用傳統(tǒng)的拉錐耦合器工藝生產(chǎn)的熔融拉 錐式光纖分路器(Fused Fiber Splitter) , 一種是基于光學(xué)集成技術(shù)生產(chǎn)的平面光 波導(dǎo)分路器(PLC Splitter), 這兩種器件各有優(yōu)點(diǎn)，用戶可根據(jù)使用場合和需求的 不同，合理選用這兩種不同類型的分光器件

9、，以下對兩種器件作簡單介紹。熔融拉錐光纖分路器(Fused Fiber Splitter)熔融拉錐技術(shù)是將兩根或多根光纖捆在一起，然后在拉錐機(jī)上熔融拉伸，并實(shí) 時(shí)監(jiān)控分光比的變化，分光比達(dá)到要求后結(jié)束熔融拉伸，其中一端保留一根光纖 （其余剪掉）作為輸入端，另一端則作多路輸出端。目前成熟拉錐工藝一次只能拉 1X4以下。1X4以上器件，則用多個(gè)1X2連接在一起。再整體封裝在分路器盒 中。這種器件主要優(yōu)點(diǎn)有:（1）拉錐耦合器已有二十多年的歷史和經(jīng)驗(yàn),許多設(shè)備和 工藝只需沿用而已，開發(fā)經(jīng)費(fèi)只有PLC的幾十分之一甚至幾百分之一。（2）原材料 只有很容易獲得的石英基板，光纖，熱縮管，不銹鋼管和少些膠，總共

10、也不超過一 美元.而機(jī)器和儀器的投資折舊費(fèi)用更少，1X2、1X4等低通道分路器成本低。 分光比可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以制作不等分分路器。主要缺點(diǎn)有（1）損耗對光波長敏感，一般要根據(jù)波長選用器件，這在三網(wǎng)合一 使用過程是致命缺陷，因?yàn)樵谌W(wǎng)合一傳輸?shù)墓庑盘栍?310nm 1490nm 1550nm等多種波長信號。（2）均勻性較差，1X4標(biāo)稱最大相差1.5dB左右，1X8以上相差更大，不能確 保均勻分光，可能影響整體傳輸距離。（3）插入損耗隨溫度變化變化量大（TDL）（4）、1X32）體積比較大，可靠性也會降低，安裝空間受到限制。多路分路器（如1X 16平面光波導(dǎo)功率分路器（PLC Optica

11、l Power Splitter）平面光波導(dǎo)技術(shù)是用半導(dǎo)體工藝制作光波導(dǎo)分支器件，分路的功能在芯片上完 成，可以在一只芯片上實(shí)現(xiàn)多達(dá)1X32以上分路，然后，在芯片兩端分別耦合封裝 輸入端和輸出端多通道光纖陣列。這種器件的優(yōu)點(diǎn)有（1）損耗對傳輸光波長不敏感，可以滿足不同波長的傳輸需要。（2）分光均勻，可以將信號均勻分配給用戶結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。ú﹦?chuàng)科技1X32尺寸:4 X7X 50mm）可以直接安裝在現(xiàn)有的各種交接箱內(nèi)，不需特殊設(shè)計(jì)留出很大的安裝空間。（4）單只器件分路通道很多，可以達(dá)到 32路以上。（5）多路成 本低，分路數(shù)越多，成本優(yōu)勢越明顯。主要缺點(diǎn)有：（1）器件制作工藝復(fù)雜，技術(shù)門檻較高，

12、目前芯片被國外幾家公司 壟斷，國內(nèi)能夠大批量封裝生產(chǎn)的企業(yè)也只有博創(chuàng)科技等很少幾家。（2）相對于熔融拉錐式分路器成本較高，特別在低通道分路器方面更處于劣勢。兩種光分路器的總結(jié)這兩種器件的主要參數(shù)對比如表1。這兩種器件在性能價(jià)格方面各有優(yōu) 勢，兩種工藝技術(shù)也都在不斷升級，不斷克服各自的缺點(diǎn)。拉錐式分路器正在解決一次性拉 錐數(shù)量不多和均勻性不良等問題；光波導(dǎo)分路器也在降低成本方面作不懈努力，目 前兩種器件在1X8以上成本已相差無幾，隨著分路通道的增加平面波導(dǎo)型分路器價(jià) 格更優(yōu)。表1:FBT光分路器與PLC光分路器的主要參數(shù)對比如何選擇器件如何選用這兩種器件，關(guān)鍵要從使用場合和用戶的需求方面考慮。在

13、一些體積 和光波長不是很敏感的應(yīng)用場合，特別是分路少的情況下，選用拉錐式光分路器比 較實(shí)惠，如獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸選用1310nm拉錐式分路器，電視視頻網(wǎng)絡(luò)可選擇 1550nm的拉錐式分路器；在三網(wǎng)合一、FTTH等需要多個(gè)波長的光傳輸而且用戶較多 的場合下，應(yīng)選用光波導(dǎo)分路器。目前，國內(nèi)多數(shù)公司進(jìn)行FTTH試驗(yàn)網(wǎng)多采用拉錐式分路器，這是由于許多設(shè) 計(jì)人員對PLC器件還不熟悉，國內(nèi)也很少有公司生產(chǎn)這種器件。日本和美國FTTH真正商業(yè)運(yùn)行的市場幾乎全部采用平面光波導(dǎo)分路器。3全球FTTHt發(fā)展下的PLC光分路器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀國外FTTH發(fā)展現(xiàn)狀光纖通信在經(jīng)歷了 2000年的高峰期和之后大約三年的蕭條期之后，因

14、FTTH的發(fā)展，迎來了行業(yè)的第二個(gè)春天。光纖通信網(wǎng)分骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)三級， FTTH屬其中的接入網(wǎng)部分，在面對終端用戶的“最后一公里”解決方案中，認(rèn)為是最好的解決方案，可以全面融合傳統(tǒng)語音、數(shù)據(jù)、CATV高清FTTH皮IPTV等幾乎所有接入業(yè)務(wù)?；赑ONM術(shù)的FTTH已經(jīng)被提出十年，并于2004年首先在日本進(jìn)入快速發(fā)展 階段，隨后在韓國和北美開始大規(guī)模的部署，歐洲的部分國家也已啟動(dòng)FTTH建設(shè)。截至2007年9月底，日本的FTTH用戶數(shù)已經(jīng)達(dá)到1050萬，成為僅次于ADSL 的寬帶接入技術(shù)，并將在未來的幾個(gè)月內(nèi)成為第一。FTTHft韓國的應(yīng)用規(guī)模僅次于日本，截至2007年2月，用戶數(shù)已

15、經(jīng)達(dá)到370萬，普及率約為26%預(yù)計(jì)到 2010年普及率將超過70%美國是當(dāng)前FTTH建 設(shè)的全球聚焦點(diǎn)，截至2007年9 月底，用戶數(shù)已達(dá)214萬，較2006年增長112%受網(wǎng)絡(luò)開放政策的制約，歐洲對 FTTH的反應(yīng)一直很冷淡，截至 2005年6月，歐盟18國僅有65萬FTTB用戶，覆 蓋了 251萬個(gè)家庭/建筑，但是在帶寬需求的驅(qū)動(dòng)下，也在近兩年啟動(dòng)了FTTH的研究和部署，走在前列的是意大利、瑞典和法國等。國內(nèi)FTTH發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)的FTTH試點(diǎn)在2005年開始，烽火通信與武漢電信合作建設(shè)了中國第一個(gè) FTTH用工程一武漢紫法花園小區(qū) FTTHT程，到目前為止，F(xiàn)TTH試點(diǎn)工程已經(jīng)在 全國遍

16、地開花，但是這些試點(diǎn)工程僅限于高檔小區(qū)和辦公樓，用戶數(shù)只有10多力0影響國內(nèi)FTTH發(fā)展的主要因素有三個(gè)：第一是成本因素，在國外部署 FTTH設(shè)備成本僅占25%右，而人工成本占幾乎一半；在國內(nèi)部署FTTH人工成本會少很多，采用成本和帶寬折中的FTTB+LAN 方案，每戶的接入成本已經(jīng)降到 2000元，仍然遠(yuǎn)高于目前的ADSL8入。而目前最 消耗帶寬的P2P應(yīng)用，并不能給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商帶來高收益，這在一定程度上挫傷了他 們推動(dòng)FTTH的積極性。第二是政策因素，F(xiàn)TTH展的最大驅(qū)動(dòng)力是帶寬需求，而其中的殺手級應(yīng)用是 IPTV,由于國家對網(wǎng)絡(luò)視頻仍存在一些政策約束，這在一定程度上抑制了帶寬需求 的增長。

17、第三是產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)問題，F(xiàn)TTH供的寬帶接入，最終是為了滿足用戶日益增長的 信息需求，其中被稱為帶寬殺手的IPTV業(yè)務(wù)，其版權(quán)屬于廣電系統(tǒng)，而位于信息 產(chǎn)業(yè)鏈頂端的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，長期處于強(qiáng)勢地位，不甘偏居網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的承載方，必然 存在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商與廣電系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和利益分配問題。雖然存在以上不利因素，國內(nèi)運(yùn)營商仍然在大力推動(dòng)FTTH因?yàn)椋旱谝唬瑐鹘y(tǒng)的語音業(yè)務(wù)已經(jīng)充分發(fā)展，很難再有增長，寬帶接入是固網(wǎng)運(yùn)營商業(yè)務(wù)中的亮點(diǎn)，目前的ADSLM帶寬的挖掘也似乎走到了盡頭，而 FTTH最有希望實(shí) 現(xiàn)三網(wǎng)融合，產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。第二，國際銅原料價(jià)格大幅上漲，而光纖價(jià)格大幅下跌，已經(jīng)降到80元/公里，“銅退先進(jìn)”是

18、大勢所趨。第三，目前的FTTH接入成本已經(jīng)降到每戶2000元，與早期的ADSL入成本相仿，已經(jīng)初步具備了大規(guī)模部署的基礎(chǔ)，而規(guī)模效應(yīng)又會促進(jìn)成本的進(jìn)一 步下降，在成本與應(yīng)用這個(gè)“雞生蛋，蛋生雞”的怪圈中，只有邁出第一步，才有 可能進(jìn)入良性循環(huán)。2007年8月，中國電信完成了對4萬線EPO般備的集中采購;2007年11月-5年內(nèi)投資150億元進(jìn)行大規(guī)模的“銅退先進(jìn)”工 8日，中國網(wǎng)通宣布將在未程。預(yù)計(jì)到2008年底，國內(nèi)FTTH用戶將突破百萬大關(guān)；到2010年，將產(chǎn)生井 噴效應(yīng)，進(jìn)入大發(fā)展階段FTTH發(fā)展與PLC產(chǎn)業(yè)用戶的帶寬需求驅(qū)動(dòng)FTTH的發(fā)展，而FTTH的發(fā)展又為新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供良好 的平

19、臺，網(wǎng)絡(luò)信息流量迅速增長，促進(jìn)城域網(wǎng)和接入網(wǎng)大發(fā)展。基于PLC技術(shù)的AWG其傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域是廣域網(wǎng)（即長途網(wǎng)），為了滿足FTTH引發(fā)的新一輪的帶寬需 求，AWCE經(jīng)被引入到城域網(wǎng)建設(shè)中，在 GPON口 EPO近外，已有許多公司和研究 機(jī)構(gòu)對WDM-PON開研究并推出相應(yīng)產(chǎn)品線，其中的核心器件就是大通道數(shù)（32、40和48通道）的AWG1件。FTTH網(wǎng)絡(luò)中的核心光器件是分路器，實(shí)現(xiàn)從局端到用戶的1XN連接。日本早期的FTTH建設(shè)中，以1X 16分路器為主；而EPONS準(zhǔn)IEEE 802.3ah中規(guī)定的端口 數(shù)為1X32,美國的FTTHS設(shè)，即以1X32端口為主；具有更高傳輸效率的-T G.984中

20、規(guī)定的端口數(shù)為1X32和1X64,并在規(guī)劃1X128GPO N其標(biāo)準(zhǔn) ITU端口數(shù)。FTTHft全球的大發(fā)展，使基于 PLC技術(shù)的AWG口分路器的市場需求迅速增長。國內(nèi)PLC產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀基于PLC技術(shù)的光分路器件生產(chǎn)鏈可分為三個(gè)主要環(huán)節(jié)：PLC芯片、光纖陣列和 器件封裝。PLC 芯片AWG5片主要以硅基二氧化硅光波導(dǎo)制作,而分路器芯片可以在硅基二氧化硅 波導(dǎo)或者玻璃波導(dǎo)上制作，后者因設(shè)備成本低和耦合損耗小的優(yōu)點(diǎn)，占領(lǐng)了絕大部 分分路器市場。目前國內(nèi)已有兩條硅基二氧化硅光波導(dǎo)工藝線，分別屬于中科院北京半導(dǎo)體研 究所和武漢光訊公司，后者的工藝線已經(jīng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對國內(nèi)科研院所提供了一些研 究用途的PL

21、C芯片代工服務(wù)，而其自主設(shè)計(jì)的 AWG5片也正在商品化過程中。但 是，到目前為止，國內(nèi)企業(yè)尚無產(chǎn)品化的 AWG5片推出，均為進(jìn)口芯片進(jìn)行封裝。 國外主要的 AWGI件供應(yīng)商有 NTT Electronics、Hitachi Cable 、 NeoPhotonics、JDSU niphase、Ignis Photonyx 、Avanex等公司。對于玻璃波導(dǎo)，國內(nèi)已有多家科研院所進(jìn)行研究，其中浙江大學(xué)的王明華教授 與南方通信集團(tuán)進(jìn)行合作，其研究的基于離子交換光波導(dǎo)的分路器最接近實(shí)用化。 但是，到目前為止，國內(nèi)企業(yè)也都是進(jìn)口芯片進(jìn)行封裝。國外主要的分路器芯片供 應(yīng)商有法國Teem韓國Wooriro、

22、PPI和美國ANDevices等公司，前三家采用玻璃 波導(dǎo)，后一家采用硅基二氧化硅波導(dǎo)，以色列 ColorChip公司曾經(jīng)供應(yīng)基于玻璃波 導(dǎo)的分路器芯片，后來開始自己封裝，因此不再出售芯片。光纖陣列不同于PLC芯片，光纖陣列屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)正在逐步向國內(nèi) 轉(zhuǎn)移，如日本公司出售的光纖陣列，很多都是由國內(nèi)OEM：廠代工的，或者直接在國內(nèi)設(shè)廠生產(chǎn)。國內(nèi)的光纖陣列供應(yīng)商有上海博創(chuàng)、深圳富創(chuàng)、東莞東源、中山波諾威、中山奧康、泰科光纖等公司。光纖陣列中的關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè)：高精度的V型槽和高可靠性的膠水。高精度的 V 型槽一般采用石英玻璃材料，通過機(jī)械精加工制作，能夠自行生產(chǎn)V型槽的國內(nèi)公司有深

23、圳富創(chuàng)、東莞東源和浙江同星等公司，國外主要供應(yīng)商有日本Hataken和AIDI等公司。武漢海博光技術(shù)有限公司開發(fā)了一種高精度的 U型槽，采用自主知識產(chǎn)權(quán)的刻蝕工藝制 作，在通道數(shù)較大時(shí)具有精度和成本優(yōu)勢。AWG口分路器中往往需要一個(gè)單通道的 光纖陣列，深圳邁特諾公司開發(fā)了一種方形毛細(xì)管，使得單通道光纖陣列的制作如 光纖頭一樣容易。用于光纖陣列的膠水應(yīng)具有耐高溫高濕特性，而且需要足夠的硬 度以便于光纖陣列的端面研磨，日本 NTT公司針對光纖陣列的封裝開發(fā)了系列膠 水。器件封裝與光纖陣列相比，PLC器件封裝的勞動(dòng)力成本相對較低，但是也屬于勞動(dòng)密集 型工作，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)也在逐步向國對于光纖陣列和PLC

24、器件封裝中所用膠水，在開發(fā)初期，最好采用NTT-AT公司提供的成熟產(chǎn)品，待工藝摸索成熟，再考慮試用其 他膠水以降低成本。實(shí)際上，國外其他幾家膠水供應(yīng)商也已開始此類膠水的開發(fā)， 一旦成功，國內(nèi)PLC產(chǎn)業(yè)將受益不少。4平面光波導(dǎo)（PLC）分路器封裝技術(shù)隨著光纖通信產(chǎn)業(yè)的復(fù)蘇以及 FTTX的發(fā)展，光分路器（Splitter） 市場的春天 也隨之到來。目前光分路器主要有兩種類型：一種是采用傳統(tǒng)光無源器件制作技術(shù) （拉錐耦合方法）生產(chǎn)的熔融拉錐式光纖分路器；另一種是采用集成光學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的平面光波導(dǎo)（PLC）分路器。PLC分路器是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景，然而 PLC分路器的封裝是制造PL

25、C分路器中的難點(diǎn)。PLC分路器的封裝是指將平面波導(dǎo)分路器上的各個(gè)導(dǎo)光通路（即波導(dǎo)通路）與光纖陣列中的光纖一一對準(zhǔn)，然后用特定的膠 （如環(huán)氧膠）將 其粘合在一起的技術(shù)。其中PLC分路器與光纖陣列的對準(zhǔn)精確度是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。PLC分路器的封裝涉及到光纖陣列與光波導(dǎo)的六維緊密對準(zhǔn)，難度較大。當(dāng)采用人工操作時(shí)，其缺點(diǎn)是效率低，重復(fù)性差，人為因素多且難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；纳a(chǎn)等。PLC分路器的制作PLC分路器采用半導(dǎo)體工藝（光刻、腐蝕、顯影等技術(shù)）制作。光波導(dǎo)陣列位、1等分于芯片的上表面，分路功能集成在芯片上，也就是在一只芯片上實(shí)現(xiàn) 1路;然后，在芯片兩端分別耦合輸入端以及輸出端的多通道光纖陣列并進(jìn)行封 裝

26、。與熔融拉錐式分路器相比，PLC分路器的優(yōu)點(diǎn)有:（1）損耗對光波長不敏感，可 以滿足不同波長的傳輸需要。（2）分光均勻，可以將信號均勻分配給用戶。（3）結(jié)構(gòu) 緊湊，體積小，可以直接安裝在現(xiàn)有的各種交接箱內(nèi)，不需留出很大的安裝空間。單只器件分路通道很多，可以達(dá)到 32路以上。（5）多路成本低，分路數(shù)越多， 成本優(yōu)勢越明顯。同時(shí)，PLC分路器的主要缺點(diǎn)有:（1）器件制作工藝復(fù)雜，技術(shù)門檻較高，目前 芯片被國外幾家公司壟斷，國內(nèi)能夠大批量封裝生產(chǎn)的企業(yè)很少。（2）相對于熔融拉錐式分路器成本較高，特別在低通道分路器方面更處于劣勢。PLC分路器封裝技術(shù)PLC分路器的封裝過程包括耦合對準(zhǔn)和粘接等操作。PL

27、C分路器芯片與光纖陣 列的耦合對準(zhǔn)有手工和自動(dòng)兩種，它們依賴的硬件主要有六維精密微調(diào)架、光源、 功率計(jì)、顯微觀測系統(tǒng)等，而最常用的是自動(dòng)對準(zhǔn)，它是通過光功率反饋形成閉環(huán) 控制，因而對接精度和對接的耦合效率高。PLC分路器封裝主要流程如下：（1）耦合對準(zhǔn)的準(zhǔn)備工作：先將波導(dǎo)清洗干凈后小心地安裝到波導(dǎo)架上；再將光 纖清洗干凈，一端安裝在入射端的精密調(diào)整架上，另一端接上光源（先接6.328微米的紅光 光源，以便初步調(diào)試通光時(shí)觀察所用）(2)借助顯微觀測系統(tǒng)觀察入射端光纖與波導(dǎo)的位置，并通過計(jì)算機(jī)指令手動(dòng)調(diào)整光纖與波導(dǎo)的平行度和端面間隔。(3)打開激光光源，根據(jù)顯微系統(tǒng)觀測到的 X軸和Y軸的圖像，并借

28、助波導(dǎo)輸 出端的光斑初步判斷入射端光纖與波導(dǎo)的耦合對準(zhǔn)情況，以實(shí)現(xiàn)光纖和波導(dǎo)對接時(shí)良好的通光效果。(4)當(dāng)顯微觀測系統(tǒng)觀察到波導(dǎo)輸出端的光斑達(dá)到理想的效果后，移開顯微觀測系統(tǒng)。(5)將波導(dǎo)輸出端光纖陣列(FA)的第一和第八通道清洗干凈，并用吹氣球吹干。再采用步31(2)的方法將波導(dǎo)輸出端與光纖陣列連接并初步調(diào)整到合適的位置。然后將其連接到雙通道功率計(jì)的兩個(gè)探測接口上。(6)將光纖陣列入射端6.328微米波長的光源切換為1.310/1.550微米的光 源，啟動(dòng)光功率搜索程序自動(dòng)調(diào)整波導(dǎo)輸出端與光纖陣列的位置，使波導(dǎo)出射端接收到的光功率值最大，且兩個(gè)采樣通道的光功率值應(yīng)盡量相等(即自動(dòng)調(diào)整輸出端光

29、纖陣列，使其與波導(dǎo)入射端實(shí)現(xiàn)精確的對準(zhǔn)，從而提高整體的耦合效率)。(7)當(dāng)波導(dǎo)輸出端光纖陣列的光功率值達(dá)到最大且盡量相等后，再進(jìn)行點(diǎn)膠工作。(8)重復(fù)步驟(6),再次尋找波導(dǎo)輸出端光纖陣列接收到的光功率最大值，以 保證點(diǎn)膠后波導(dǎo)與光纖陣列的最佳耦合對準(zhǔn)，并將其固化，再進(jìn)行后續(xù)操作，完成封裝在上面的耦合對準(zhǔn)過程中,PLC分路器有8個(gè)通道且每個(gè)通道都要精確對準(zhǔn), 由于波導(dǎo)芯片和光纖陣列（FA）的制造工藝保證了各個(gè)通道間的相對位置，所以只需 把PLC分路器與FA的第一通道和第八通道同時(shí)對準(zhǔn)，便可保證其他通道也實(shí)現(xiàn)了 對準(zhǔn)，這樣可以減少封裝的復(fù)雜程度。在上面的封裝操作中最重要、技術(shù)難度最高 的就是耦合

30、對準(zhǔn)操作，它包括初調(diào)和精確對準(zhǔn)兩個(gè)步驟。其中初調(diào)的目的是使波導(dǎo) 能夠良好的通光；精確對準(zhǔn)的目的是完成最佳光功率耦合點(diǎn)的精確定位，它是靠搜 索光功率最大值的程序來實(shí)現(xiàn)的。對接光波導(dǎo)需要6個(gè)自由度;3個(gè)平動(dòng)（X、Y、Z）和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)（a、B、g）,要使封裝的波導(dǎo)器件性能良好，則對準(zhǔn)的平動(dòng)精度應(yīng)控 制在0.5微米以下，轉(zhuǎn)動(dòng)精度應(yīng)高于0.05度。圖9 1分支PLC分路器芯片封裝結(jié)構(gòu)1 X8分支PLC分路器的封裝對1分支PLC分路器進(jìn)行封裝，封裝的耦合對準(zhǔn)過程采用上面介紹的封裝工藝 流程。對準(zhǔn)封裝后的結(jié)構(gòu)如圖9所示，封裝的組件由PLC分路器芯片和光纖陣列組 成。在PLC分路器芯片的連接部位，為了確保連接的

31、機(jī)械強(qiáng)度和長期可靠性，對玻 璃板整片用膠粘住。光纖陣列是用機(jī)械的方法在玻璃板上以250微米間距加工成V形溝槽，然后將光纖陣列固定在此。制作 8芯光纖陣列的最高累計(jì)間隔誤差平均為 0.48微米，精確度極高。在PLC分路器芯片與光纖陣列的連接以及各個(gè)部件的組 裝過程中，為了減少組裝時(shí)間，采用紫外固化粘接劑。光纖連接界面是保持長期可 靠的重點(diǎn)，應(yīng)選用耐濕、耐剝離的氟化物環(huán)氧樹脂與硅烷鏈材料組合的粘接劑。為 了減少端面的反射，采用8?研磨技術(shù)。連接和組裝好光纖陣列后的 PLC分路器芯 片被封裝在金屬（鋁）管殼內(nèi)。光分路器對準(zhǔn)封裝系統(tǒng).光分路器技術(shù)指標(biāo)光分路器的技術(shù)指標(biāo)在全光纖型分支器件技術(shù)條件YD/T

32、 1117-2001 中有詳細(xì)規(guī)定。其主要的技術(shù)指標(biāo)有如下幾個(gè)：插入損耗光分路器的插入損耗是指每一路輸出我相對于輸入光損失的dB數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:Ai=-10lg Pouti/Pin,其中Ai是指第i個(gè)輸出口的插入損耗;Pouti是第i個(gè)輸出端口的光功率;Pin是輸入端的光功率值。附加損耗附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于輸入光功率損失的DB數(shù)。值得一提的是，對于光纖耦合器，附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映 的是器件制作過程的固有損耗，這個(gè)損耗越小越好，是制作質(zhì)量優(yōu)劣的考核指標(biāo)。 而插入損耗則僅表示各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考 慮了分光比的影響。

33、因此不同的光纖耦合器之間，插入損耗的差異并不能反映器件 制作質(zhì)量的優(yōu)劣。對于1*N單模標(biāo)準(zhǔn)型光分路分光比定義為光分路器各輸出端口的輸出功率比值，在系統(tǒng)應(yīng)用中，分光 比的確定是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)光節(jié)點(diǎn)所需的光功率的多少，確定合適的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比與傳輸光的波長有關(guān)，例如一個(gè)光分路在傳輸1.31微米的光時(shí)兩個(gè)輸出端的分光比為 50:50;在傳輸1.5 m的光時(shí)，則變?yōu)?0:30（之 所以出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)楣夥致菲鞫加幸欢ǖ膸?，即分光比基本不變時(shí)所傳輸 光信號的頻帶寬度）。所以在訂做光分路器時(shí)一定要注明波長。隔離度隔離度是指光分路器的某一光路對其他光路中的光信號的隔離能力。在

34、以上各 指標(biāo)中，隔離度對于光分路器的意義更為重大，在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中往往需要隔離度 達(dá)到40dB以上的器件，否則將影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。另外光分路器的穩(wěn)定性也是一個(gè)重要的指標(biāo)，所謂穩(wěn)定性是指在外界溫度變 化，其它器件的工作狀態(tài)變化時(shí)，光分路器的分光比和其它性能指標(biāo)都應(yīng)基本保持 不變，實(shí)際上光分路器的穩(wěn)定性完全取決于生產(chǎn)廠家的工藝水平，不同廠家的產(chǎn) 品，質(zhì)量懸殊相當(dāng)大。在實(shí)際應(yīng)用中，本人也確實(shí)碰到很多質(zhì)量低劣的光分路器， 不僅性能指標(biāo)劣化快，而且損壞率相當(dāng)高，作于光纖干線的重要器件，在選購時(shí)一 定加以注意，不能光看價(jià)格，工藝水平低的光分路價(jià)格肯定低。.常見PLC光分路器產(chǎn)品裸纖型光分路器、帶分支器型

35、光分路器、微型模塊式光分路器、尾纖盒式光分 路器、法蘭機(jī)箱式光分路器等。. PLC光分路器認(rèn)證實(shí)施規(guī)則單元?jiǎng)澐中倔w工藝、分路比(采用最大分路比原則)、工作波長關(guān)鍵零部件核心芯體、連接器及尾纖、粘合劑、外殼封裝材料認(rèn)證依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)全光纖型分支器件技術(shù)條件YD/T 11172001初次檢測樣品要求及判定準(zhǔn)則樣品要求:5只樣品(帶連接器插頭(FC/PC/UPC SC/PC/UP曲),光纖跳線長度 應(yīng)？1.2m)。判定準(zhǔn)則：無B類不合格且C類不合格數(shù)不超過3個(gè)時(shí)為合格。監(jiān)督檢測抽樣辦法及判定準(zhǔn)則抽樣辦法：從企業(yè)現(xiàn)場所有合格品中隨機(jī)抽取 3只樣品(帶連接器插頭 (FC/PC/UPG SC/PC/UP前)，光纖跳線長度應(yīng)？1.2m)判定準(zhǔn)則：不合格數(shù)為0時(shí)判為合格復(fù)評檢測樣品要求及判定準(zhǔn)則SC/PC/UP曲),光纖跳 樣品要求:5只樣品(帶連接器插頭(FC/PC/UPG線長度應(yīng)?1