0 引言
平面光波导（PLC）分路器主要用于终端到用户点的分支及节点连接，在以无源光网络（ＰＯＮ）技术为主力的通信市场得到了极为广泛的应用。相比熔融拉锥型分路器，PLC分路器的技术成熟，在性能上具有以下特点：损耗对传输光波长不敏感；分光均匀；结构紧凑、体积小；单只器件分路通道多；多路成本低，且分路数越多，成本优势越明显。近几年，国内PLC分路器生产厂商呈现爆炸式增长，但随着PLC分路器价格的持续走低，许多厂商为了降低成本，牺牲了PLC分 路 器 的 品 质，使 其 难 以 满 足ＹＤ／Ｔ2000．1—2009《平面光波导集成光路器件 第1部分：基于平面光波导（PLC）的光功率分路器》标准要求以及各大运营商自行制定的各项标准要求，更别谈满足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ的Ｂｅｌｌｃｏｒｅ ＧＲ－1209－ＣＯＲＥ和Ｂｅｌｌｃｏｒｅ ＧＲ－1221－ＣＯＲＥ两个国际标准要求了。特别是PLC分路器产品经常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准规定的高温高湿存储环境试验中失败。为此，本文重点研究了PLC分路器的关键生产工艺，以期使生产的产品满足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准中苛刻的高温高湿环境实验要求。
1 PLC光分路器的结构和性能要求
PLC光分路器主要由芯片、单芯尾纤（以下简称单芯）、多芯光纤阵列（ＦＡ）三部分组成，这三部分通过调芯精确地对准后牢固黏结成为PLC无壳裸器件，如图1所示，再根据应用场合加上适合的保护外壳成为PLC分路器。
图1 PLC无壳裸器件的结构
在PLC分路器的各种标准的要求中都基本包括了波长、光学性能（插入损耗、插损均匀性、回波损耗、方向性）、环境性能（高低温、湿热、水浸泡、盐雾等）和机械性能（跌落、震动、扭转、抗拉）等方面。其中除光学性能涉及到调芯的效果和原材料的质量外，其它各项指标要求均与封装时的黏结强度有关。由于PLC分路器的三个主要部分之间全部是使用紫外固化胶进行黏结的，而这种胶极易在潮湿的环境中失效，因此PLC分路器经常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准规定的高温高湿存储环境试验中失效。该高温高湿存储环 境试 验 条 件 为75 ℃，90％ＲＨ，或85 ℃，85％ＲＨ环境下存储168ｈ到5 000ｈ不等（通常取2 000ｈ），要求插入损耗变化小于0．5ｄＢ。国内厂商通常把该试验称为双85试验，也作为检验PLC性能的常规试验，但国内双85试验通常持续时间仅为168 ｈ，而 极 少 采 用2 000 ｈ。 为 了 达 到 与Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准规定的高温高湿存储环境试验相同的试验周期2 000ｈ，我们参照电子行业的环境试验标准，通过计算将该试验条件等同于121 ℃，2个大气压（0．2ＭＰａ），湿度100％，96ｈ，下文将以此作为PLC光分路器生产工艺改进的对比试验条件。
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平面光波导（PLC）分路器主要用于终端到用户点的分支及节点连接，在以无源光网络（ＰＯＮ）技术为主力的通信市场得到了极为广泛的应用。相比熔融拉锥型分路器，PLC分路器的技术成熟，在性能上具有以下特点：损耗对传输光波长不敏感；分光均匀；结构紧凑、体积小；单只器件分路通道多；多路成本低，且分路数越多，成本优势越明显。近几年，国内PLC分路器生产厂商呈现爆炸式增长，但随着PLC分路器价格的持续走低，许多厂商为了降低成本，牺牲了PLC分 路 器 的 品 质，使 其 难 以 满 足ＹＤ／Ｔ2000．1—2009《平面光波导集成光路器件 第1部分：基于平面光波导（PLC）的光功率分路器》标准要求以及各大运营商自行制定的各项标准要求，更别谈满足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ的Ｂｅｌｌｃｏｒｅ ＧＲ－1209－ＣＯＲＥ和Ｂｅｌｌｃｏｒｅ ＧＲ－1221－ＣＯＲＥ两个国际标准要求了。特别是PLC分路器产品经常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准规定的高温高湿存储环境试验中失败。为此，本文重点研究了PLC分路器的关键生产工艺，以期使生产的产品满足Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准中苛刻的高温高湿环境实验要求。
1 PLC光分路器的结构和性能要求
PLC光分路器主要由芯片、单芯尾纤（以下简称单芯）、多芯光纤阵列（ＦＡ）三部分组成，这三部分通过调芯精确地对准后牢固黏结成为PLC无壳裸器件，如图1所示，再根据应用场合加上适合的保护外壳成为PLC分路器。
图1 PLC无壳裸器件的结构
在PLC分路器的各种标准的要求中都基本包括了波长、光学性能（插入损耗、插损均匀性、回波损耗、方向性）、环境性能（高低温、湿热、水浸泡、盐雾等）和机械性能（跌落、震动、扭转、抗拉）等方面。其中除光学性能涉及到调芯的效果和原材料的质量外，其它各项指标要求均与封装时的黏结强度有关。由于PLC分路器的三个主要部分之间全部是使用紫外固化胶进行黏结的，而这种胶极易在潮湿的环境中失效，因此PLC分路器经常在Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准规定的高温高湿存储环境试验中失效。该高温高湿存储环 境试 验 条 件 为75 ℃，90％ＲＨ，或85 ℃，85％ＲＨ环境下存储168ｈ到5 000ｈ不等（通常取2 000ｈ），要求插入损耗变化小于0．5ｄＢ。国内厂商通常把该试验称为双85试验，也作为检验PLC性能的常规试验，但国内双85试验通常持续时间仅为168 ｈ，而 极 少 采 用2 000 ｈ。 为 了 达 到 与Ｔｅｌｃｏｒｄｉａ标准规定的高温高湿存储环境试验相同的试验周期2 000ｈ，我们参照电子行业的环境试验标准，通过计算将该试验条件等同于121 ℃，2个大气压（0．2ＭＰａ），湿度100％，96ｈ，下文将以此作为PLC光分路器生产工艺改进的对比试验条件。
2 PLC光分路器生产工艺的改进
2.1 生产工艺概述
PLC光分路器三部分中单芯尾纤的制作相对比较简单，目前市场上毛细管的生产工艺已经十分成熟，只需购买合适规格的毛细管，将光纤插入毛细管的中心孔，然后用353热固化胶固化，再进行研磨即可。由于目前国内没有生产晶元的能力，晶元基本是进口的，再对晶元进行切割、研磨，因此PLC分路器中使用的芯片都是直接购买的。ＦＡ的制作相对来说比较复杂，需购买加工好的各种规格的Ｖ形槽及盖板，将光纤按顺序排列到相应的Ｖ形槽中（如图2ａ）所示），加盖，然后点胶固化，最后进行端面研磨，应保证光纤均落入Ｖ形槽中，盖板压平，否则光纤高低不平将会影响PLC分路器的性能。ＦＡ制作时使用紫外固化胶固定的有盖板区（以下简称前胶区）、盖板外光纤（尾胶区）、尾部带纤（如图2ｂ）所示）三个胶区部分。
2.2 第一次生产工艺试验
在第一次生产工艺试验中我们采用了常规调芯固化工艺（即初固化240ｓ，加热固化2ｈ，深固化12ｈ，加热老化12ｈ），ＰＬＣ分路器各组成部分使用的固化胶牌号如表1所示。我们将所制得的试验产品（均为裸器件）送检，其中1×32产品50只，1×8产品8只，1×16产品20只，对比高温高湿环境试验前后数据，插入损耗变化小于0．5ｄＢ的PLC分路器产品只占30％。我们对不良的器件端面进行了观察，发现所有出现较大插入损耗变化的器件在显微镜下其光纤端面上会出现椭圆形或树枝状黑色印记，如图3所示；当显微镜只打照射光，没有投射光时，观察发现ＦＡ内部有水印，而这种渗水情况基本均出现在ＦＡ端，单芯端未发现；用手轻扳，ＦＡ与芯片就会分离。对此，我们认为是器件的黏结强度大大降低造成的，经查造成器件黏结不良的根本原因可能是ＦＡ光纤未封闭好，水汽沿着光纤渗透到ＦＡ与芯片的连接端面造成调芯胶失效，从而导致器件插入损耗变化较大甚至失效。
图2 ＦＡ端面和胶区分布的示意图
表1 第一次生产试验时所用的固化胶
图3 不良器件端面示意图
2.3 第二次生产工艺试验
基于第一次生产工艺试验结果的分析，我们在第二次生产工艺试验中从两个方面进行了改进，一是通过改变固化条件、胶层厚度等，提高调芯胶的牢固程度，二是更换ＦＡ前胶及尾胶所用固化胶牌号，提高其对水汽的封堵效果。我们将所制得的试验产品（均为裸器件）送检，共送检了15种固化胶组合生产的PLC分路器产品，共计1×8产品150只，对比高温高湿环境试验前后数据，插入损耗变化小于0．5ｄＢ的PLC分路器产品的所占比例略有提高。其中以表
2 所示的两种固化胶组合生产的
PLC分路器产品高温高湿环境试验通过率较高，约为70％。与第一次生产工艺试验相比，我们在第二次生产工艺试验中采用的调芯固化工艺并无改变，仅改变了调芯胶及ＦＡ尾胶的固化胶牌号，以及在相同牌号ＦＡ前胶中掺杂适当比例的石英粉末，但是观察端面仍发现部分器件的光纤端面周围出现细微的点状黑色印记，这说明还是有少量水汽深入端面胶层，只是没影响到传输端面，因此该生产工艺还需进一步改进。
2.4 第三次生产工艺试验
基于第二次生产工艺试验结果的分析，我们在第三次生产工艺试验中在两种ＦＡ尾胶中掺杂了纳米石英粉末，掺杂时既要保证一定比例的石英粉末添加，也要保证固化胶的流动性，否则ＦＡ会出现空胶、气泡等现象，这些缺陷会严重影响ＦＡ的性能，导致高低温时PLC分路器性能劣化。我们将所制得的试验产品（均为裸器件）送检，共送检了两种固化胶组合生产的PLC分路器产品各30只，对比高温高湿环境试验前后数据，100％满足了插入损耗变化小于0．5ｄＢ试验要求。
3 结论
通过上述三次生产工艺试验，我们对PLC分路器的关键生产工艺进行了改进，改进的生产工艺并未改变原有PLC调芯固化工艺，只对调芯和ＦＡ的生产材料及工艺过程进行少许改动。其中采用的掺杂纳米石英粉末增加了黏结面积，从而使黏结性能更可靠，提高器件的可靠性，使其通过高温高湿的严酷考验。改进的生产工艺中所改用固化胶的价格与原固化胶价格基本一致，且纳米石英粉末的价格也十分低廉，这样既保证了厂家原有的生产效率，又不增加生产成本，就可以使PLC分路器的耐环境性能大大提高，提高了产品的竞争力。
(审核编辑: 智汇李)
