Изготовление волоконных элементов.

Изготовление волоконных элементов включает следующие основные процессы и операции:

удаление защитных оболочек и покрытий с волоконных световодов;

травление волоконных световодов;

вклеивание наконечников;

центрирование сердцевины волоконного световода относительно базовой поверхности наконечника;

шлифование и полирование торцов;

скалывание торцов волоконных световодов;

изготовление линз на торцах волокон;

напыление оптических покрытий на торцы;

изготовление масок методом фотолитографии на торцах волокон.

Конструкция устройства, для которого предназначен волоконный элемент, определяет состав и последовательность операций. Так, изготовление волоконных элементов для одномодового соединителя включает следующие основные стадии: 1) изготовление прецизионных деталей (наконечников, втулок, корпусов); 2) разделка волоконных кабелей; 3) вклейка наконечников, обработка торцов волоконных световодов; 4) юстировка и сборка ответвителей. Технологические процессы, применяемые для изготовления волоконных элементов, наиболее специфичны, в настоящем времени все еще выполняются вручную и слабо поддаются автоматизации.

Удаление защитных оболочек и покрытий осуществляют вручную с помощью специальных инструментов, которые позволяют провести эту операцию без повреждения поверхности световодов.

Вклеивание наконечников также является ручной операцией. При этом используются эпоксидные смолы. Очень важно, чтобы при склеивании не образовывались пузырьки воздуха, так как в процессе шлифования и полирования могут образоваться трещины и сколы.

Методы центрирования сердцевины световода относительно базовой поверхности наконечника подробно рассмотрены в разделе, посвященном оптическим соединителям. Отметим, что методы формовки и обработки боковой поверхности предусматривают совмещение операции центрирования с операцией изготовления прецизионного наконечника.

Шлифование и полирование торцов волоконных световодов, вклеенных в наконечники, осуществляют на обычных шлифовально-полировальных станках с применением специальной оснастки, обеспечивающей перпендикулярность торцов, либо на

специальных станках абразивными дисками с переменной зернистостью. Второй метод обеспечивает лучшую перпендикулярность торцов. При обработке торцов необходимо учитывать, что различная твердость материала наконечника и волоконного световода приводит к выпуклости и вогнутости торца световода.

Скалывание торцов также потребовало создания специального инструмента. Для получения скола без микродефектов на волокно алмазным резцом наносят царапину, а затем изгибают волокно до получения скола.

При химическом травлении отражающих оболочек определенные сложности вызывает контроль толщины световодов. Для этого наиболее часто применяют контроль оптической мощности излучения, проходящего по световоду в процессе травления.

Напыление оптических покрытий осуществляют на вакуумных установках методом электронно-лучевого испарения. Этот процесс при напылении на торцы волокон усложняется в связи с необходимостью поддержания теплового режима, исключающего разрушение защитных оболочек и покрытий на волоконных световодах.

Изготовление микролинз на торцах волоконных световодов осуществляется методами оплавления, макания в расплав низкотемпературного стекла, механической обработки, химического травления сердцевины через маску, полученную методом фотолитографии. Для многомодовых волоконных световодов наиболее широко применяется оплавление, так как эта операция может успешно выполняться на серийных установках для сварки волоконных световодов Для одномодовых волоконных световодов все методы обеспечивают высокое качество мнкролинз пока только в лабораторных условиях.

Интересные возможности открывает технология изготовления масок на торцах волокон методом фотолитографии. Сам метод фотолитографии хорошо известен и успешно применяется в микроэлектронике и других областях. Однако размеры торцов волокон малы (диаметр — 125 мкм), что вызывает значительные трудности при использовании стандартного оборудования. Наличие сердцевины и отражающей оболочки позволяет в ряде случаев проводить экспонирование фоторезиста непосредственно через сердцевину световода.

Даже из краткого обзора технологических процессов изготовления волоконных элементов легко увидеть, что к настоящему времени разработан ряд новых специфических процессов, обеспечивающих производство волоконно-оптических устройств в целом. Эта область технологии продолжает интенсивно развиваться. Новый толчок ее развитию, видимо, даст появление световодов из халькогенидных материалов для дальнего ИК-диапазона.

Изготовление микрооптических элементов. Применяются следующие основные технологические процессы:

резка оптических материалов;

механическая обработка (шлифование и полирование плоских, цилиндрических и сферических поверхностей); ионный обмен, электродиффузия; фотолитография;

нанесение оптических покрытий.

Операции резки, шлифования и полирования при изготовлении микролинз, поляризаторов, призм, элементов из магнитооптических материалов или других монокристаллов производятся на стандартном оборудовании на базе технологических процессов, разработанных для оптических изделий и элементов твердотельных устройств. К точности изготовления элементов для волоконно-оптических устройств предъявляются те же требования, что и к точности изготовления элементов для оптических и твердотельных приборов.

Усовершенствование нанесения оптических покрытий (интерференционных фильтров, просветляющих покрытий, зеркал с заданными коэффициентами пропускания и отражения) возможно за счет разработки новых типов покрытий, а не за счет создания нового оборудования и принципиально новых технологических процессов и материалов.

Процессы ионного обмена, электродиффузии и другие, применяемые при изготовлении градиентных линз, достаточно хорошо изучены и не являются специфичными только для волоконно-оптических устройств. Новая технология изготовления трехмерных интегральных линз также базируется на процессах, хорошо изученных и применяемых в смежных областях (фотолитография, вакуумное напыление, электродиффузия).

Таким образом, технология изготовления микрооптических элементов полностью базируется на процессах и оборудовании, разработанных в смежных областях. Разработка волоконной техники поставила новые сложные задачи создания новых типов микрооптических элементов, оптических покрытий, но решение этих задач не требует создания принципиально новой технологии.