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            光纤槽道要 不要用镀层

            发布日期:2020-01-17 浏览器:0

              维普资讯 第3 1卷 第 5 期 Vo . 1 . 1 3 No 5 红 外 与 激 工 程 光 e ne rn I r r d a d La rEngi e i nfa e n s 20 0 2年 1 O月 OC . 0 2 t2 0 用 于 光 纤 阵 列 的 S— 型 槽 的 制 作 i V 雷 莹 ( 天津 津航 技 术 物 理研 究所 , 津 3 0 9 ) 天 0 1 2 摘要 : 集成 光 学 器件 已在许 多领域 得 到 了应 用 , 对所 有 的光 学 器件 , 纤 与 芯 片之 间 的耦 合 都 光 是 一 大 难题 , 是 因为耦 合 的对 准精 度 要 求 十分 严格 。 常 用 的耦 合 方 法之 一是 用精 确 腐 蚀 的 S— 这 i V 型槽 作 为 集成 光 学 器件尾 纤耦 舍 时光 纤 的 固定 夹具 , 型 槽 的 质 量 直 接 关 系到耦 合 的 成 败 。探 讨 V 了 S— 型 槽 制 作 的 理 论 、 寸 设 计 及 工 艺 。 i V 尺 关 键 词: 硅 V 型槽 ; 集 成光 学 ; 光 纤耦 合 文献 标 识码 : A 文 章编 号 :0 72 7 ( 0 2 0 —4 70 1 0 — 2 6 2 0 ) 50 4 —4 中 图分 类号 : TN2 5 Fa r c to f S - g o v s d f r f b r a r y b i a i n o iV r o e u e o i e r a LE IY i ng ( in i Jn a gI si t f h s a c n q e T a j i h n n t u eo y i l n t P c Te h iu ,Tini 0 1 2 h n ) a j 3 0 9 ,C ia n Absr c :I e r t d op ia vie v e n us d i a r a . For a lo ia vie t a t nt g a e tc lde c s ha e b e e n m ny a e s l ptc lde c s,a gr a ha l n s t ou i e we n fbe s a e i e e tc le ge i he c plng b t e i r nd d v c s, b c u e t e a i m e t l r nc s r — e a s h lgn nt o e a e e qu r d f r c ie o oup i s s rng nt lng i t i e .This a r a t tha e e v d m uc t e i . The mos o — si n a e ha sr c i e h a t nton tc m m o ou i t d io u epr c so —t he — gr o st i t e o a lfbe fi e a — t r c plng me ho s t s e i i n— c d SiV o ve a he fx ur ft i i r o nt gr t e — — e ptc lde ie .Thequ lt fV- o e i s e ilt he s c s he c up i g o a lfbe d o i a v c s aiy o gr ov se s nta o t uc e s oft o ln ft i i r . Th h o y,d sg n r c s b u h a r c to fS — g o v s d s u s d et e r e i n a d p o e s a o tt e f b ia i n o i V r o e i i c s e . Ke r y wo ds: SiV o e; I t g a e tc l Fi r c pln — gr ov n e r t d op i a ; be ou i g 合 是关 键 技术 之一 。因为 光纤 很 细 , 以光 纤 与 芯 片 所 引 言 集 成 光 学 器 件 已 在 许 多 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用引, 器 件 的制 作 工 艺 中 , 纤 与 芯 片 之 间 的耦 在 尾 耦 合 时 , 须 有 能 起 夹 持 、 位 作 用 的 夹 具 , 耦 合 必 定 在 时 , 具 与光纤 作 为 一 个 整 体 和 芯 片 粘 接 起 来 , 夹 同时 可增 加 粘 接 面 积 , 高 器 件 的 可 靠 性 。夹 具 尺 寸 很 提 小, 精度 要 求也 在 微 米量 级 。S 单 晶 材料 因 其特 殊 i 收 稿 日期 : 0 20 — 6 修 订 日期 : 0 2 0 — 8 2 0 — 30 ; 2 0 —41 作 者 简 介 :  ̄ ( 9 4 )女 , 西 太 原 市 人 , 工 , 要 从 事 集 成 光 学 器 件 的 研 制 工 作 。 雷 16 - , 山 高 主 维普资讯 红 外 与 激 光 工 程 20 0 2年 第 3 卷 1 的 微 观 机 理 , 别 是 便 于 用 半 导 体 工 艺 进 行 微 细 加 特 工, 而被 广 泛 采 用“ 。 ] 一 般 的用 法 是 : S 单 晶 材 料 上 腐 蚀 出 V 型 在 i 的 槽 ( 以 是 单 个 或 多 个 ) 把 光 纤 放 入 槽 中后 , 可 , 光 纤有 两点 卡在槽 的侧 壁上 , 要槽 的尺寸 适 当 , 只 光 纤 就 不 会 移 动 了 , 图 1所 示 。 因 为 S— 型 槽 尺 如 iV 寸 精 度 可 做 到微 米 量 级 , 以 光 纤 的 位 置 及 相 互 距 所 离 的 精 度 也 可达 到微 米 量 级 。 图 2 V 型 槽 的 腐 蚀 Fi . Th t hi g o g o v g2 e e c n fV— r o e 晶 面腐 蚀 速 率 比不 大 , 不 宜 采用 。 也 l 硅 的 各 向 同 性 腐 蚀 垒3 I 图 1 V 型 槽 的 使 用 F g. Th a e o g o v i 1 e us g fV- r o e Fi . I o r i t h n fSic y t l g3 s top c e c i g o r s a 3 V 型 槽 的 尺 寸 设 计 2 理 论 V 型槽 用 来 固 定 光 纤 , 纤 必 须 同 时 有 两 点 卡 光 S 单 晶 材 料 的结 构 属 金 刚 石 结 构 , 各 向 异 性 i 是 的 , 些 晶 向 ( 称 晶 面 ) 重 要 , 般 常 用 的 晶 向 有 或 很 一 在槽 的 侧 壁 上 , 样 光 纤 就 不 会 移 动 了 。如 果 V 型 这 槽 的底 边 过 宽 , 做 不 到 这 一 点 , 纤 会 移 动 , 图 就 光 如 4所 示 。V 型槽 的 尺 寸 计 算 如 图 5所 示 。 有 [ o ] [ 1 ] [ 1 ] 晶 体 中 的 原 子 在 不 同 的 1 o 、 1 1 和 10 。 方 向 上 排 列 是 不 一 样 的 , 密 程 度 也 不 一 样 , 在 疏 当 某 个 晶 面 上 原 子 排 列 致 密 , 该 晶 面 称 为 密 排 则 面 。S 单 晶 材 料 的密 排 面 为 ( 1 ) i 1 1 面] 密 排 面 原 。 子 排 列 致 密 , 特 点 之 一 是 , 某 些 各 向 异 性 腐 蚀 其 对 液 , 腐 蚀 速 率 比 其 他 晶 面 慢 , 某 些 条 件 , 1 1 其 在 (1 ) l V 型 槽 底 边 过 宽 垒4 I Fi . Th o t m i fV— r o e i de g4 e b t o sde o g o v s wi r 晶 面 的 腐 蚀 速 率 低 到 只 是 ( 0 ) 面 的 几 百 分 之 10 晶 一 。 制作 S— 型槽 正 是 利 用 这 一 特 性 , 图 2所 i V 如 示 。 当进 行 腐 蚀 时 , 于 (1 晶 面 的 腐 蚀 速 率 十 由 1 ) 1 分 慢 , 腐 蚀 槽 的侧 壁 一 直 是 ( 1 ) 面 保 持 不 变 , 则 11 晶 顶宽也基本保持不 变 , 着腐蚀 的进行 , 度 加大 。 随 深 由于 S 单 晶 的 ( 1 晶 面 与 ( 0 ) 面 的 夹 角 为 i 1 ) 1 10 晶 5 . 引, 槽 的 侧 壁 也 是 5 . 。 4 7[ 则 o 47。 图 5 V 型 槽 尺 寸 的设 计 Fi .5 Th ac l to fd m e so s o gr o e g e c l u a i n o i n i n f V— o v 前 面 提 到 的 是 各 向 异 性 腐 蚀 液 的 情 况 。硅 的 腐 蚀 液 有 多 种 , 的是 各 向 异 性 的 , 有 各 向 同 性 有 还 的 , 腐 蚀 情 况 如 图 3所 示 。 由 于 其 不 能 腐 蚀 出 V 其 型 的槽 而 不 能 采 用 , 的 腐 蚀 液 如 果 ( 0 ) ( 1 ) 有 1 0 和 1 1 V 型 槽 底 边 宽 度 的 上 限 为 图 中 的 AB: 维普资讯 第 5期 雷 莹 : 于光 纤 阵 列 的 S V 型槽 的 制 作 用 i — 49 4 AB = 2 B 一 2 g( / C Rt e 2)一 1 0 4 R ( ) .35 1 浓 度 、 度 、 作 方 法 等 也 要 适 当 , 腐 蚀 出来 的 表 温 操 使 面光滑平整 , 廓清 晰 , 蚀速率 可控 , 复性好 。 轮 腐 重 式中 R—— 光 纤 的半 径 。 ( ) 掩 膜 的 制 作 3 对 于 选 用 的 腐 蚀 液 要 用 相 应 的耐 腐 蚀 的 掩 膜 , 掩 膜 的 粘 附 性 必 须 很 好 , 地 要 致 密 , 要 有 一 定 质 还 的厚度 , 比如 用 二 氧 化 硅 作 掩 膜 , 用 自身 氧 化 层 , 要 不要用镀层 。 ( ) 尺 寸 控 制 4 由第 3部 分 的 公 式 ( ) 知 , 型 槽 开 口大 小 2 可 V 这时 V 型槽 的高度为 : h 一 ( — AB) 2 g L / t  ̄一 0 7 6 一 0 7 0 R( ) . 0L . 3 5 2 式 中 L — V 型槽 开 口的宽 度 。 — 这 一 高 度 也 是 V 型 槽 的 小 高 度 , 只要 实 际腐 蚀 时 深 度 不 小 于 此 数 , 这 一 数 值 同 时 也 是 光 纤 落 则 下 的深 度 , 与 光 纤 半 径 和 V 型 槽 开 口大小 有 关 。 只 决 定 了光 纤 落 下 的 深 度 。开 口过 小 , 光 纤 落 下 的 则 深 度 太 浅 , 定 性 差 , 口过 大 , 所 需 腐 蚀 时 间 过 稳 开 则 长 , 加了腐 蚀 的难 度 , 以 设计 V 型 槽 开 口时 , 增 所 可 根 据 情 况 综 合 考 虑 。腐 蚀 深 度 的 控 制 可 参 照 公 对 于光 纤 阵 列 , 要 计 算 V 型 槽 中 心 间 距 , 还 如 图 6所 示 。 一 、一 y / D 式 ( ) 先 计 算 出底 边 宽 度 的 上 限 , 蚀 时 使 底 边 宽 1, 腐 度 比此 数 小 一 些 即 可 ( 虑 到 光 纤 粗 细 的 误 差 测 量 考 误 差 等 因 素 , 过 腐 蚀 百 分 之 十 几 ) 这 时 的 深 度 可 可 , 使 光 纤 固定 , 过 腐 蚀 已 无 意 义 , 而 对 表 面 、 膜 再 反 掩 和尺寸有不利影 响 。 图 6 V 型 槽 中心 距 的计 算 Fi . Ca c l to fc nt r d s a c WO V- o e g 6 l u a i n o e e it n eoft gr ov s ( ) 光 刻 时 方 向 的对 准 5 V 型槽 的 方 向 必 须 平 行 或 垂 直 于 [ 1 ] 向 , 10 晶 V 型槽 中 心 距 为 : D — L/ - L/ 24 W 4 - 2一 L 4 W - () 3 如 果 方 向对 不 准 , 型 槽 会 变 形 [ , 重 时 则 无 法 V 7 严 ] 使 用 。选 购 的 硅 单 晶 材 料 的 第 一 基 准 面 为 (0 1 ) 1 面 , 刻 时 应 尽 量 使 V 型 槽 方 向平 行 于 此 方 向 。 光 式 中 L—— V 型 槽 开 口宽 度 ; 5 用 于 光 纤 陀 螺 的 V 型 槽 的 制 作 5 1 V 型 槽 中 心 距 的 计 算 . w —— 槽 间 的脊 宽度 。 4 工 艺 要 制 作 合 格 的 S— 型 槽 , 工 艺 上 主 要 有 以 i V 在 下几个方 面 : ( ) 选 片 1 在 制 作 Y 波 导 器 件 时 , 了减 小 背 反 射 的 不 利 为 影 响 , 用 芯 片 及 光 纤 端 面 磨 斜 的 办 法 , 图 7所 采 如 示 。 S 单 晶材 料 要 选 [ o - 向 , 向要 准 , 则 V i 1 o1 晶 晶 否 型 槽 会 歪 , 响 其 使 用 。要 求 材 料 缺 陷 少 , 别 是 影 特 层 错 , 蚀 时 会 在 缺 陷 处 凹 凸 不 平 , 多 了 会 影 响 腐 太 其 使 用 。还 要 求 材 料 掺 杂 浓 度 不 能 太 高 , 别 是 硼 特 掺杂 , 高浓 度 会 降 低 腐 蚀 速 率 嘲 。 ( ) 腐 蚀 条 件 2 首 先 必 须 选 用 各 向 异 性 的 腐 蚀 液 , 1 0 与 (O ) ( 1 ) 面 的腐 蚀 速 率 比要 大 , 他 工 艺 条 件 比 如 1 1晶 其 图 7 波 导及 光 纤 端 面被 磨 斜 Fi . The e a e fwa e i e a d fb r we e grn e n ln d g7 nd f c s o v gu d n i e r i d d i ci e 维普资讯 4O 5 红 外 与 激 光 工 程 20 0 2年 第 3 卷 1 下 面 计 算 输 出端 V 型 槽 的 中心 距 , 波 导 未 磨 设 表 1 3个 样 品 的实 测数 据 Ta 1 Th e s r d d t ft r e s m pls b. e m a u e a e o h e a e S m p e nu e a l mb r Nu mbe ft s e i 1 r o e t d pont W i t h o d h oft e t p 1 2 3 1 2 2 3 1 3 2 3 斜 时 中 心 距 为 a, 斜 角 度 为 0 , 纤 未 磨 斜 时 中 磨 光 心 距 为 b 磨 斜 角 度 为 , 使 两 者 能 正 确 耦 合 , , 要 必 须 使 斜 边 中心 距 一 致 , : 即 a c s 1一 b c s 2 / oO / o 0 1 1 1 1 8 1 0 8 1 1 81 8 81 80 8 1 0 8 1 0 8 1 1 0 W i t ft o t m 4 4 4 4 40 4 4 4 43 d h o he b t o 4 3 3 0 0 5 4 He g i ht 97 9 9 1 2 01 02 9 9 9 7 5 0 1 1 5 5 6 可推导 出 : b= a× C S 2 c s 1 O 0 / o 0 () 4 由表 1可 以 看 出 , 蚀 的重 复性 较 好 , 顶 宽 基 腐 上 本不变( 实际上 , 掩 膜下面 , 边有 3 但 在 每 m 左 右 的 钻 蚀 ) 侧 壁 斜 率 也 基 本 不 变 。光 刻 时 的 对 准 , 精 , 对 度、 轮廓 和 表 面影 响较 大 。 采 用 0 一 1 0 :1 ,则 : 0,2 5 b一 0 9 a . 8 ( ) 5 感谢 : 编 写 及 有 关 工 艺 试 验 中 , 岩 提 出 了许 在 张 多 建议 , 题 组 的 刘 唯华 等 同事 也 给 予 了很 大 的 帮 课 助 , 此 表 示感 谢 。 在 再结 合公式 ()则 : 3 , L+ W : 0 9 a . 8 ( ) 6 5 2 V型 槽 开 口大 小 的 确 定 . 参 考 文献 : 根 据 波 导 中心 距 、 片 和 光 纤 端 面 斜 度 , 公 芯 由 式 ( ) 导 出 V 型 槽 的 中 心 距 ( 磨 斜 时 ), 公 4推 未 由 式 ( ) 知 这 一 中 心 距 为 V 型 槽 开 口与 槽 间 脊 宽 3可 之 和 。 如 果 开 口过 小 , 光 纤 落 下 太 浅 , 移 动 , 则 易 [] 蔡伯荣 . 成光学[ . J : 1 集 M] 四 I 电子 科 技 大 学 出版 社 , 9 0 I 19. [ ] 傅 竹西. 2 固体光 电子学 [ . M] 合肥 : 学技术大学 出版社 ,9 9 科 19. [ ] Mup yEJ Ri .Pemae t tah nf igemoef 3 r h , c T C e r n n tcme t n l a os di — b raryowa eg ie [ ] ihwa eTeh o,1 8 ,1 era st v -ud s J .JLg t v cn l 9 5 , "- 7 5 7 9 1 3: 9 — 9 " . 如 果 开 口 过 大 , 脊 宽 太 窄 , 向 腐 蚀 会 使 脊 处 则 侧 的掩 膜 因悬 空 而脱 落 , 处 被 向下 腐 蚀 , 纤 中 脊 光 心 距 难 以 保 证 , 计 时 主 要 考 虑 使 脊 处 的 掩 膜 不 设 致脱 落 。 V 型 槽 设 计 的 上 顶 宽 1 O - , 划 腐 蚀 深 度 8Y 计 m 为 9 ~ 1 0t , 1为 3个 样 品 的 实 测 数 据 ( b 表 5 0 m 每 个 样 品 测 了一 条 直 径 上 的 3个 点 ) 。 [ ] Ed n Mup y o lso pigo lil f era s o 4 mo dJ r h .L w- s u l f o c n mut e i rary p b t sn l- d vg ie[] ihwa etc n I 9 8 ( ) igemo ewa e ud sJ .jI t veh o,1 8 ,6 6 : g 8 2 6 . [] 半导体器 件制造工艺[ . 津 : 学技术 出版社 ,91 5 M] 天 科 18 . [ ] W esl B,B l aBJ 6 ses ai .Ansto i ecigoii n J .I EE g i rpc thn f lc E ] E o sl o Tr ns El c r n De ie a e t o vc s.1 7 9 8,E 2 1 75 5: 3 . [ ] Ke d lD L Onecig v r arw ro en sio r ] 7 n al . thn eyn ro g o vsiicn j .J l Ap lPhy t ,1 7 p s Le t 9 5,2 1 5 6: 9 . 《 外 与激 光 工 程》 红 由中 国宇航 学 会 光 电技 术 专 业 委员 会 主办 , 主要 刊 登 红 外 与 激 光 技 术 的 学 术 论 文 和 工 程 研究 报 告 , 道光 电子 技术 的材 料工 艺 、 统 研 制 、 报 系 信息 处 理及 相 关 技 术 的发 展 动态 和 实验 研究 成 果 , 映 我 反 国光 电子 技 术 在 宇航 、 星及 导 弹 武 器 系统 中的工 程 应用 水 平 。本 刊 为 中国科 技论 文 统 计 源期 刊 , 卫 中文核 心 期 刊 ; 英 国《 被 科学 文 摘 》 S 、 罗 斯《 ( A) 俄 文摘 杂 志 》 AJ 、 国 《 桥 科 学 文 摘 》 C A) 《 ( )美 剑 ( S 、 乌里 希 国际 期 刊 》 《 际 、国 媒体 指 南 》 数据 库 收 录 。1 7 等 9 2年 创 刊 , 月 刊 , 1 双 大 6开本 , 6页码 , 9 期定 价 1 O元 , 定价 6 年 O元 。 中国标 准 刊 号 :S N1 0 —2 7 / N1 —1 6 / I S 0 7 2 6 C 2 2 1 TN; 国各 地 邮局 均 可 订 阅 , 全 邮发 代 号 : —1 3 亦 可 与 天 津 市 2 5信 箱 3 6 3; 2 2 分箱 ( 0 1 2 本 刊 编辑 部 联 系订 阅 , 30 9 ) 电线 ; — i: r @vp sn . o 0 2 3 6 4 0 E mal i a i. ia c m。 l
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