[发明专利]一种平面光耦合器的制造方法

说明书

在无源光波导管网络中，耦合器用作光学结构元件，把光信号从光波输入导管分配到光波输出导管。这样的光耦合器由一个在光射入侧和射出侧都和光波导管连接的透明物体组成。除了由透明的模制体和光波导管粘合成熔合而成的耦合器以外，在其制造时将光波导管束绞合，并在绞合处加以拉伸的一些耦合器也是为人所知的（见Agarwal，Fiber    Hntehr.Optics6（1），27-53，1987）。

在无源光波导管网络中，耦合器用作光学结构元件，既可分配两根光波输入导管的光信号，也可结合两根光波输入导管的光信号。将光功率从一根输入纤维分配到多根输出纤维，以及将两根或更多根纤维的光功率结合在一起，这都在耦合器的混频区内进行。在纤维光耦合器和平面光耦合器之间一般是有区别的。为了制造用于聚合物光波导管体系的平面光耦合器，迄今主要有两种方法是已知的。

对一种耦合器有可能通过多次涂覆将一阻光层（photore-sistschicht）涂覆到一种基质上，例如借助于在此基质上的一种掩模和紫外线辐射使此阻光层具有某种结构（见A.Boiaski，SPIE，Bd，840，S.29（1987））。未曝光区在显色以后产生一种横断面为正方形的波导管槽，在此槽内可放入直径为250μm的聚合物光波导管。接着用合适的光学铸模树脂填满纤维之间的空隙。

从DE-A-3919263中已知还有另外一种制造平面光耦合器的方法。此法将聚合物光波导管平行排列在一个装置中，并在加压和加热的条件下使其互相熔合。此装置由带有导槽的下部和具有一种冲头的上部组成。此种冲头的形状要和导槽的形状相适应。

此已知制法的主要缺点，一方面在于单个地制造零件要费钱费时，有时可重现性差，另一方面在于按现有技术制造的耦合器具有相当高的插入衷减和附加损失。

本发明的任务在于开发一种方法，这种方法使得有可能以简单方式，低成本和费时相当少地制出耦合器。此外，这种方法应可控制地进行，并有可能制出输出损耗低和输出纤维之间的功率波动小的耦合器。

本发明解决此项任务并涉及用聚合物薄膜制造任意几何图形的光耦合器的一种方法。此法借助于事先加热的冲压工具用压力将在一块板上，例如金属或塑料板上的薄膜冲压成所希望的形状。本发明方法一般分为压紧冲压、穿透冲压及双面冲压。对这三种不同冲压技术的每一种来说，需要事先制造一种特殊的冲压工具。此外，用电子计算机控制的铣床可从实心材料制成一种相当于冲压物体的冲压工具，并按已知的方法加以硬化。

假如是压紧冲压，就将冲刀（1）制成刀刃顶端为楔形（图1）。在冲压过程中，冲刀均匀地压到平放于一块金属平板（3）上的聚合物薄膜（2）上。在冲刀（1）上可以附加些定位螺丝，以便以后可以改变刀的位置，从而保证切削深度均匀。这样就可从聚合物薄膜（2）形成横截面为正方形的槽（9，10，11）。

和压紧冲压不同，穿透冲压是通过一块固定垫板的冲压（图2）。这里垫板也是一块铣出狭槽的金属板（6）。借助于冲刀（4）从聚合物薄膜中切割出耦合器部件，并借助于冲刀将此耦合器部件通过垫板上的孔推出来。穿透冲压的优点在于冲压工具的磨损小，因为它不直接与刚性的垫板接触。跳动的可伸缩的垫板（12）能使薄膜（5）的造形成为横截面为半圆形的导槽（9，10，11）。

和压紧冲压以及和穿透冲压不同，使用双面冲压技术时，将冲压工具做成两把冲刀（7）可相互滑动（图3）。例如通过在冲压工具上加装导销（8）保证了对冲刀的极好控制。如图3表明，从薄膜（5）可制成横截面为圆形的导槽（9，10，11）。

通过在冲压过程之前将冲压工具直接加热到薄膜材料的玻璃化温度以上，可避免材料形成裂纹或破裂，同时获得更好的边缘成型。在最佳实施方案中是将冲压工具加热到至少超过薄膜材料的玻璃化温度20℃，亦即加热到80至300℃，尤其是90至200℃，视所使用的薄膜材料而定。在使用脆性较小的材料时，首先是使用某些热塑性塑料时，尤其是使用热塑性氟塑料时，只要不导致材料的破坏就可取消冲压工具的预热。

适用于本发明方法的冲压材料，一般是所有的透明光学塑料，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETP）。但其它一些材料也可在本发明方法中得到使用。这里要注意这些材料在各自的加工温度（80-300℃）下应具有在10至10⁶Pas范围内的比粘，以便不出现撕裂或破坏冲压材料。