專利名稱：可顯微制作光學(xué)組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于有效地連接諸如光纖之類波導(dǎo)元件末端的裝置，尤其涉及使至少一根光纖與至少另一根光纖相互連接，并且具有顯微制作的平面結(jié)構(gòu)，且其內(nèi)形成有光學(xué)波導(dǎo)元件的產(chǎn)品。
2.對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的日益商業(yè)化，提供不但能方便可靠地使用，而且能被大量廉價(jià)地生產(chǎn)的光學(xué)連接裝置已經(jīng)變得日益重要了。光學(xué)分路器具有特殊的意義，因?yàn)樗鼈兛墒挂粏螚l(輸入)光纖與多條(輸出)光纖相互連接，或者可使多條輸入光纖的信號(hào)合并于一單個(gè)波導(dǎo)中。分路器在用于通信、有線電視和數(shù)據(jù)輸送的光纖中起著重要的作用。
通常用熔融的光纖，或通過使光纖永久地固定于一可將輸入光纖傳出的光導(dǎo)向輸出光纖(引出)的平面的、玻璃成形的光學(xué)裝置上來形成光學(xué)分路器。引出在生產(chǎn)平面的玻璃成形的光學(xué)器件中是決定性的步驟，因?yàn)槠骷某杀臼桥c所要求的光纖接頭的數(shù)目成正比的。引出步驟包括使在分路器中的光纖波導(dǎo)通道與離子擴(kuò)散或通道波導(dǎo)路徑對(duì)準(zhǔn)，和將光纖引出端固定于元件的端面上。對(duì)準(zhǔn)必須非常精確，固定也必須保證在不同的環(huán)境下對(duì)準(zhǔn)的穩(wěn)定性。而精確地對(duì)準(zhǔn)常常是困難的，特別是其芯部直徑大約為8微米的單模波導(dǎo)。這種勞力集中的引出加工過程不允許經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)平面的整件光學(xué)裝置。
為了降低主動(dòng)地將光纖與一光學(xué)波導(dǎo)裝置或耦合器對(duì)準(zhǔn)的成本，我們已知光纖可首先插入并被永久固定于一光纖對(duì)準(zhǔn)基板上，隨后基板與光學(xué)波導(dǎo)基板對(duì)準(zhǔn)并被永久地固定于其上。由于以一個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)多條光纖的對(duì)準(zhǔn)，所以是經(jīng)濟(jì)的。這種光纖固定方法需要將光纖永久地固定在光學(xué)波導(dǎo)裝置上，還需在光纖對(duì)準(zhǔn)基板和光學(xué)波導(dǎo)基板相互固定前將它們拋光。見美國(guó)專利No.5,197,109。
在專利合作條約申請(qǐng)No.WO 93/21550中公開了一種用于生產(chǎn)一具有完整的光纖-薄片耦合機(jī)構(gòu)的光學(xué)聚合物組件的加工過程。這個(gè)申請(qǐng)說明了一通過模制聚合材料來制造一完整的光學(xué)組件的加工過程。光纖導(dǎo)槽被模制并精確地與完整的光學(xué)通道波導(dǎo)管對(duì)齊以提供光纖引線與通道波導(dǎo)裝置的被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。此本明還描述了將玻璃光纖端置于被模制的聚合組件的定位槽中并且開口被填充了一可聚合的單體的加工過程，使用一蓋板時(shí)，材料在原處聚合。但此發(fā)明既未描述快速或可靠地將多條光纖接合或連接到顯微制作的波導(dǎo)裝置的方法，也未說明任何包圍或支撐可顯微制作裝置的殼體。
在美國(guó)專利No.5,311,604中描述了一種類似的生產(chǎn)具有光纖導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，并使用模制聚合材料的整個(gè)光學(xué)波導(dǎo)裝置的方法。這個(gè)發(fā)明涉及同時(shí)生產(chǎn)整個(gè)光學(xué)波導(dǎo)管和用于光纖導(dǎo)向的顯微機(jī)械組件。一光學(xué)基板包括至少一個(gè)聚合物的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并通過模制一聚合物的基板以凹槽的形態(tài)提供。凹槽被一種材料填充，這種材料具有比基板更高的折射率。還公開了包含有至少一個(gè)具有至少一個(gè)聚合物光纖導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光學(xué)基板。通過采用與WO 93/21550中相同的機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)光纖的固定，其中光纖末端被置于模制的聚合組件的定位槽中。還描述了一種通過將光纖插入光纖導(dǎo)向凹槽內(nèi)而將光纖聯(lián)接到整體光波導(dǎo)管上的方法；在光纖導(dǎo)向凹槽上方固定一蓋板。沒有說明用于在光纖和通道波導(dǎo)管之間提供一低損失、低背反射連接的裝置，也沒有說明使光纖相對(duì)于通道波導(dǎo)管精確定向而被固定的任何裝置。在那個(gè)發(fā)明的另一形式中，光纖被插入導(dǎo)向槽內(nèi)并且開口被填充一可聚合單體；當(dāng)使用一蓋板時(shí)，材料仍在原處被聚合。光纖固定的方法仍是不變的并且要求一清潔的空間環(huán)境以消除使用高衍射率的可聚合材料時(shí)波導(dǎo)通道內(nèi)有污染物的可能性。地面安裝即使不是不可能的，也是相當(dāng)困難的。‘604仍既未說明使多條光纖以一種可再配合方式快速或可靠地與顯微制作的波導(dǎo)裝置聯(lián)接或連接的方法，也未說明一圍繞或支撐裝置的殼體。
歐洲專利申請(qǐng)560,043公開了一種生產(chǎn)用于光纖網(wǎng)絡(luò)的平面波導(dǎo)元件的方法，和根據(jù)這種方法生產(chǎn)的組件。此發(fā)明要求保護(hù)的是一制造被動(dòng)的整個(gè)由聚合材料構(gòu)成的，至少包括一具有光學(xué)波導(dǎo)通道、光纖導(dǎo)向槽的模制部分，和至少一被聯(lián)接的光纖類光學(xué)波導(dǎo)管光學(xué)組件的方法。光纖可通過將光纖插入到光纖導(dǎo)管內(nèi)而被聯(lián)接到整個(gè)的波導(dǎo)管中，蓋板從凹槽上方伸出以用于光纖導(dǎo)管和光纖，并將光纖壓進(jìn)凹槽內(nèi)。它既沒有說明能夠在光纖和通道波導(dǎo)管間提供一低損失，低背反射連接的任何裝置，也沒有討論能使光纖相對(duì)于通道波導(dǎo)管精確定向而固定的任何裝置。此專利討論另一種將光纖插入光纖導(dǎo)管內(nèi)從而光纖通過填充進(jìn)波導(dǎo)通道的可聚合材料被固定在它們的位置上的方法。這項(xiàng)技術(shù)仍遇到困難和‘604與地面安裝相關(guān)的固有的困難相同。這項(xiàng)歐洲專利申請(qǐng)仍然既未說明使多條光纖以一種可再配合方式快速或可靠地與可顯微制作波導(dǎo)裝置聯(lián)接或連接的方法，也未說明一圍繞或支撐裝置的殼體。
德國(guó)專利申請(qǐng)4,217,553說明了一種用于將光纖引到一由可聚合材料制成顯微制作的整個(gè)的光學(xué)組件中的方法。聚合波導(dǎo)元件包括被模制的與波導(dǎo)通道精確對(duì)準(zhǔn)的光纖對(duì)準(zhǔn)V型槽。將被固定的光纖夾緊在一部件內(nèi)，且光纖的末端從一個(gè)端面伸出。這個(gè)帶著伸出的光纖末端的安裝部件先被放置于波導(dǎo)元件內(nèi)的光纖對(duì)準(zhǔn)V型槽的上方，然后再被往下放到V型槽內(nèi)，被擠壓并固定在正確的位置上。一可聚合單體被應(yīng)用到模制的波導(dǎo)通道，通過流動(dòng)與光纖接觸，并且同時(shí)被聚合以在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬赏ǖ啦▽?dǎo)管芯部和聚合光纖。這種光纖固定方法是永久性的，并且為了消除使用高反射率的可聚合材料時(shí)波導(dǎo)通道中有污染物的可能性還要求一清潔的空間環(huán)境；這又使得地面安裝不可能了。另外，通過安裝部件插入光纖的方法要求所有的光纖被切割到一公差小于10微米的精確長(zhǎng)度。‘553申請(qǐng)既沒有說明可再配合固定光纖的方法，也不能使光纖能低插入損失，低背反射地連接到模制的波導(dǎo)管產(chǎn)品上。
在美國(guó)專利No.5,276,755中公開了一光纖耦合器部分，它包括一聚合材料模制的主體和至少一被永久地封在主體的聚合材料中離散的無源整體薄片。這個(gè)專利說明將一將被引出的整個(gè)的光學(xué)薄片封入連接器聚合主體的方法。它既沒有說明可再配合地使光纖引線連接或接合到整個(gè)的光學(xué)薄片上的方法，也沒有說明一不使用一永久固定光纖引線，就可直接接合或可配合連接到薄片上的被連接或接合產(chǎn)品。‘755專利還未說明一種能在光纖和模制通道波導(dǎo)管間得到一低損失、低背反射光學(xué)連接的方法或產(chǎn)品。
在美國(guó)專利No.5,265,184中顯示出一模制的波導(dǎo)管分路器，它有一用于使一光纖帶連接器與一模制的波導(dǎo)管裝置對(duì)準(zhǔn)的槽。此申請(qǐng)也未說明能在光纖和通道波導(dǎo)管間提供一低損失，低背反射的連接的任何裝置，或者能在相對(duì)于通道波導(dǎo)管的準(zhǔn)確的固定方位上夾持光纖的任何裝置。連接器與模制波導(dǎo)管裝置對(duì)準(zhǔn)的精確度是通過模制在波導(dǎo)管裝置和光纖帶上的對(duì)準(zhǔn)部件的精確度所限定的。另外，在帶中的各條光纖間的相對(duì)間隙限定了在光纖與通道波導(dǎo)管間光學(xué)連接的精確度?！?84專利既未說明使光纖與波導(dǎo)管在亞微米的精度下對(duì)準(zhǔn)的方法(要求單模件應(yīng)用)，也未說明光纖對(duì)準(zhǔn)V型槽或光纖進(jìn)入通道精確地與模制波導(dǎo)通道對(duì)準(zhǔn)的模制方法。它也缺乏對(duì)連接器殼體的公開。
因此，想設(shè)計(jì)一種能與高性能多光纖接合或連接器相結(jié)合的光學(xué)波導(dǎo)元件，以用于多條光纖可再配合的現(xiàn)場(chǎng)裝配到一整體光學(xué)裝置上。這樣一個(gè)裝置不必在現(xiàn)場(chǎng)裝配前引出光學(xué)波導(dǎo)管裝置，有效地減小了光纖受損的機(jī)會(huì)，并保持光纖處置至最小。在顯微制作的波導(dǎo)管裝置上對(duì)高效多光纖聯(lián)接或連接器的整體化將還能方便和經(jīng)濟(jì)的替換或升級(jí)波導(dǎo)管裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明提供一光學(xué)組件大體上包括一帶有一個(gè)或多個(gè)光纖接合器或連接器并整體形成于一普通基板上的光學(xué)波導(dǎo)元件。光學(xué)組件可用于提供許多不同的功能，包括，但不限于，一n×m個(gè)Y分支耦合器或分路器，一星形耦合器，一波長(zhǎng)分隔多路傳輸器，一衰減器，一光學(xué)濾波器，一調(diào)相器和一光學(xué)分接器。光學(xué)組件的較佳實(shí)施例有一整個(gè)可被顯微制作的具有由聚合物、鹵代聚合物，聚合物/陶瓷合成物或包括透明的具光特性的玻璃和硅在內(nèi)的陶瓷材料所組成的對(duì)準(zhǔn)槽和光纖接納槽的光學(xué)波導(dǎo)元件。組件具有一圍繞波導(dǎo)元件的主體或殼體在本發(fā)明n×m耦合器的實(shí)施例中，元件具有n條光纖接納槽、n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽，分離或合并成m條波導(dǎo)通道的n條波導(dǎo)通道和m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽和m條光纖接納槽，其中n和m是分別是在1到1024間的整數(shù)，n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽和m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽能使被夾持于其中的光纖正確地與相應(yīng)的波導(dǎo)通道的端部對(duì)準(zhǔn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，圍繞著波導(dǎo)元件模制的聯(lián)接主體包括一護(hù)套部分和一蓋子部分，它們相互鎖定而夾持該波導(dǎo)元件。波導(dǎo)元件大體由三塊普通的平板構(gòu)成，一底板具有與光纖對(duì)準(zhǔn)槽和相應(yīng)的波導(dǎo)通道相一致的光纖接納槽，一蓋板和一具有用于接納蓋板的凹槽的頂板。底板和蓋板通過使用一可聚合材料而相互固定，可聚合材料同時(shí)也形成通道波導(dǎo)芯部并將底板與蓋板粘接在一起。通過用這種可聚合材料精確地填充波導(dǎo)通道，它的衍射率比波導(dǎo)元件板的要大，這樣就提供了一種通過波導(dǎo)通道的光學(xué)連接。
在光纖插入和啟動(dòng)楔形物機(jī)構(gòu)前，先對(duì)波導(dǎo)通道安裝，頂板與底/蓋部件松配合。被剝開和切開的光纖插入光纖插入槽，進(jìn)入光纖對(duì)準(zhǔn)槽，并且當(dāng)它們頂著波導(dǎo)通道時(shí)停下來。楔形物機(jī)構(gòu)啟動(dòng)以迫使底板與頂板來夾緊光纖對(duì)準(zhǔn)通道波導(dǎo)管。夾緊力首先主要作用于光纖/通道分界面。通過精確地模制和自我對(duì)準(zhǔn)光纖槽和波導(dǎo)通道可實(shí)現(xiàn)一低插入損失的連接。根據(jù)精密地匹配光纖材料的折射率和應(yīng)用于顯微制作的光學(xué)波導(dǎo)元件的材料，可實(shí)現(xiàn)光纖與通道波導(dǎo)管間的低回程損耗機(jī)械連接。另外，通過下列機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)可得到低的背反射(i)在光纖-通道連接中模制一定角度的分界面；(ii)光纖與顯微制作的波導(dǎo)通道緊密地接觸這樣就不會(huì)形成空氣分界面；或(iii)在光纖-通道連接中使用折射率匹配的材料。具有角度的分界面最好與其他兩個(gè)機(jī)構(gòu)中的任一個(gè)共同使用以達(dá)到背反射為-50到-60dB。
在聯(lián)接主體中設(shè)置一疊式波導(dǎo)元件，它不止有底板、蓋板和頂板，等，一板架容納兩層波導(dǎo)元件。設(shè)置在板的每個(gè)端面上的具體的導(dǎo)管可被用來將一些光纖向上引至一波導(dǎo)層而將另一些光纖引至其他層。端蓋被用來保護(hù)波導(dǎo)元件和暴露的光纖，并且提供一封閉的環(huán)境。
附圖簡(jiǎn)介參考附圖將能更好地理解本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明可顯微制作光學(xué)組件的一個(gè)實(shí)施例的分解立體圖，描述一帶有一被楔形物致動(dòng)的光纖耦合器的整體可顯微制作的波導(dǎo)元件；圖2是處于未裝配狀態(tài)的、包含有一2×4的波導(dǎo)分路器的本發(fā)明的波導(dǎo)元件的立體圖；圖3是在一單個(gè)元件上含有多個(gè)光學(xué)裝置的本發(fā)明波導(dǎo)元件的一替換實(shí)施例；圖4是圖2所示的波導(dǎo)元件中光纖槽-波導(dǎo)通道的詳細(xì)立體圖；圖5所示為是用于本發(fā)明光學(xué)組件中的波導(dǎo)元件的另一替換實(shí)施例處于未裝配狀態(tài)時(shí)的立體圖；圖6是局部示出圖5中波導(dǎo)元件處于已裝配狀態(tài)的立體圖；圖7是在頂板和底板上都模制了光纖插入和對(duì)準(zhǔn)槽的本發(fā)明波導(dǎo)元件的又一實(shí)施例的立體圖；圖8是圖7中波導(dǎo)元件底板上的光纖槽-波導(dǎo)通道的詳細(xì)立體圖。
較佳實(shí)施例的說明現(xiàn)在參閱附圖，特別參閱附圖1，它描述本發(fā)明光學(xué)耦合器的一個(gè)實(shí)施例10。耦合器10大體上包括一由護(hù)套12和蓋子14構(gòu)成的殼體、和一被結(jié)合成整體的接合/波導(dǎo)元件16。殼體與美國(guó)專利No.5,155,787所示的殼體相似(被包括在這里)，它的每個(gè)組件最好由一耐久的，可模注的聚合物，如由Celanese出售的商標(biāo)為VECTRA的液晶聚合物構(gòu)成。護(hù)套12有一橫截面大體為矩形的用以接納元件16的縱向槽。護(hù)套12比元件16短，這樣當(dāng)耦合器10被完全裝配時(shí)，元件16的端部伸進(jìn)到蓋子14中。內(nèi)部的槽的一側(cè)(在圖1中的護(hù)套下方并且不可見)有一個(gè)或多個(gè)用于容納兩個(gè)啟動(dòng)楔形物18的開口。這些楔形物通過蓋子14被固定在應(yīng)有的位置上，并且，當(dāng)它從一未啟動(dòng)狀態(tài)移動(dòng)到一啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可對(duì)元件16產(chǎn)生一夾緊力。從蓋子14延伸出來的舌狀物20被插在相應(yīng)的楔形物和元件16間以減小楔形物和接合/波導(dǎo)元件間的摩擦配合。護(hù)套12可有一圍繞著接納元件16的槽的插入-模制的加強(qiáng)管，如美國(guó)專利No.5,309,538所示(被包括在這里)。護(hù)套12和蓋子14限定了多個(gè)重疊的表面，這些表面提供了附加的密封環(huán)境并且還防止了由于諸如殼體的彎曲之類的應(yīng)力而引起的這些元件的分離。蓋子14也有一用于接納元件16一部分的槽，并且還具有能容納元件16末端并且向下面將討論的光纖接納槽提供入口的接合區(qū)域22。端蓋24在耦合器的各端面周圍提供一環(huán)境的密封。端蓋24可沿著一側(cè)面鉸接地固定于蓋子14上并通過鉤子或其他裝置使得端蓋處于一封閉的位置。一密封材料，例如折射率相匹配的凝膠體，置于端蓋24中，使當(dāng)端蓋移向它們的閉合位置時(shí)密封材料便朝向接合區(qū)域流動(dòng)。
正如它的名字所提示的，接合/波導(dǎo)元件16包括既作為一接合元件又作為一波導(dǎo)元件的特性，然而這些特性都被集中到一塊共同的基板上。在耦合器10中，可以說有兩個(gè)接合元件，在耦合器的兩端上各有一個(gè)，同時(shí)元件16的中間部分構(gòu)成了一波導(dǎo)元件。術(shù)語“接合”通常被用來說明將兩光學(xué)波導(dǎo)管永久性的相互連接，而與提供可再配合連接的“連接器”不同。然而正如在這里所使用的，然而，術(shù)語“接合”并不局限于這樣一種含義；實(shí)際上，較佳實(shí)施例打算在耦合器每端上的接合裝置可再配合地連接光纖。相似地，術(shù)語“耦合器”有時(shí)被用作一特定類型的至少具有一Y分支的連接器，但在這里，更普遍地是指在至少兩根光纖端間提供一定光學(xué)連續(xù)性的任何裝置。術(shù)語“相互連接”既指平常(直通的)連接，又指其他類型的光學(xué)裝置如分路器、衰減器等。
再參閱圖2，將更詳細(xì)地說明處于一未組裝的狀態(tài)的接合/波導(dǎo)元件16。在耦合器10的一個(gè)實(shí)施例中，元件16包括三塊板26，28和30(最好是扁平和矩形的)。在底板26的兩端各有一呈V型的接合區(qū)域，光纖對(duì)準(zhǔn)槽32在其中形成，并且一中間部分有一包括波導(dǎo)通道34的波導(dǎo)元件。底板26還有V型的延伸或邊緣區(qū)域36，并且在其中形成光纖接納槽38。被插入接合處的光纖一般都有一阻尼涂層，它從光纖終端，即，從位于光纖對(duì)準(zhǔn)槽32內(nèi)的光纖部分被剝?nèi)?。光纖接納槽38相應(yīng)地有一容納光纖阻尼部分的斜面40以用于使光纖從它的阻尼部分過渡到它的露出部分的微量偏移降至最小，并也幫助避免了與此微量偏移有關(guān)的光學(xué)損失。光纖接納槽38比光纖對(duì)準(zhǔn)槽32寬，因?yàn)樗鼈円菁{光纖的阻尼部分。熟悉本領(lǐng)域的人員都知道槽32和38的橫截面形狀并不局限于“V”型，但在較佳實(shí)施例中槽是V型的，并有一大約60°的內(nèi)角。以這種方式，當(dāng)一光纖被置于一槽內(nèi)并且元件16被裝配進(jìn)組件殼體中時(shí)，板26、30和光纖間的接觸點(diǎn)共同組成一等邊三角形，它將光纖橫向偏移量減到最小，因而還減小了信號(hào)損失。
頂板28有一凹槽42當(dāng)各板處于裝配狀態(tài)且蓋板30被置于底板26與頂板28之間時(shí)，用于容納蓋板30。可通過任何普通的方法，諸如通過頂板28上的栓釘44與底板26上的孔46相配合從而將頂板28與底板26部分地固定并使之與底板26對(duì)準(zhǔn)。在這樣的裝配位置，一根或多根插入元件16中的光纖可通過楔形物18而被固定，由于楔形物的斜坡形狀從而在光纖上產(chǎn)生一夾緊力。楔形物18被方便地設(shè)置于光纖對(duì)準(zhǔn)槽32的旁邊，這樣它們?cè)诓▽?dǎo)通道/光纖交界面附近比在元件16的中間部分施加更大的夾緊力。當(dāng)然，楔形物18可單獨(dú)地啟動(dòng)，這樣耦合器10可先僅在一端接合，例如用于引出線，可在以后完成另一個(gè)接合。
底板26可由任何耐久材料顯微制作而成，較好的板是當(dāng)光纖被夾緊在其中時(shí)，具有足夠的硬度以避免槽的過度變形，這些材料包括由聚合物，鹵代聚合物，聚合物/陶瓷合成物組成的組群，或包括透明的，具光導(dǎo)性質(zhì)的玻璃的陶瓷。采用包括注射模塑，傳遞模塑，模制或鑄造和修整的方法可以完成顯微制作?？梢娒绹?guó)專利Nos.5,311,604和5,343,544。最好使用一如鹵代聚合物的材料因?yàn)樗鼈兺ǔｓw現(xiàn)出較低的光導(dǎo)損失。類似的材料也可用于填充波導(dǎo)通道，即，構(gòu)成波導(dǎo)芯部。雖然不是必要的，但頂板28也可如‘787專利所描述的一樣與底板26形成一個(gè)整體，并且通過一“集中鉸鏈”48被連接。蓋板30可由與底板26和頂板30(28)相同的材料構(gòu)成。
在圖2所示的實(shí)施例中，在板26的中間部分形成的波導(dǎo)元件是一2×4分路器，其中兩個(gè)輸入通道分離成四個(gè)輸出通道。更全面地說，本發(fā)明設(shè)想的是一n×m耦合器，其中n和m分別為數(shù)值在1至1024間的整數(shù)。其他n×m結(jié)構(gòu)對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員是顯而易見的，例如在一單個(gè)波導(dǎo)元件上的多個(gè)耦合器。類似的，可提供不同類型的光學(xué)組件，諸如一分路器，一星形耦合器，一波長(zhǎng)分隔多路傳輸器，一衰減器，一光學(xué)濾波器，一調(diào)相器或一光學(xué)分接器，并且即使這些裝置的組合也能并列的，頭尾相連的或以各種樹形結(jié)構(gòu)在一單個(gè)的波導(dǎo)元件上作顯微制作。例如圖3說明另一替換的接合/波導(dǎo)元件16’其中兩個(gè)2×4分路器被并列地裝配在一單個(gè)波導(dǎo)元件上。最好輸入和輸出槽在相同的中心上以利于在一個(gè)操作中相互連接多根光纖。
現(xiàn)在再參閱放大的圖4，可通過在顯微制作時(shí)使波導(dǎo)通道34對(duì)準(zhǔn)V型槽的中心從而準(zhǔn)確地將光纖的芯部與波導(dǎo)通道34對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于單模應(yīng)用，波導(dǎo)通道寬和深大約是8微米，并具有將光纖光軸與波導(dǎo)通道對(duì)準(zhǔn)的V型槽，對(duì)準(zhǔn)精確度大約為0.5微米。當(dāng)光纖對(duì)準(zhǔn)槽/通道的交界面是一垂直于光纖軸的平面時(shí)，對(duì)于典型的模制聚合材料而言，可以將該界面模制成一稍微偏離垂直位置3至10度的面，以在-40至+75°溫度范圍將分界面上的背反射減至小于-50dB?？蛇x擇使用折射率相匹配的凝膠物以進(jìn)一步降低插入的損失。圖4還示出流動(dòng)通道50，它可以接納通道成形過程中過量的液態(tài)單體，通道成型過程將在下面進(jìn)行解釋。
圖2-4中，所有的光纖插入槽、光纖對(duì)準(zhǔn)槽及波導(dǎo)通道都模制在底板26上，同時(shí)具有凹槽42的頂板28用于與蓋板30相配合。圖5和圖6說明本發(fā)明的接合/波導(dǎo)元件的另一個(gè)實(shí)施例16”，其中光纖插入槽38和斜面40被模制在頂板28上，同時(shí)光纖對(duì)準(zhǔn)槽32和波導(dǎo)通道34仍模制在底板26上。插入槽38的光纖被引上斜面40并被引入對(duì)準(zhǔn)槽32內(nèi)，在那里它們與波導(dǎo)通道40對(duì)準(zhǔn)。如圖6所示為已裝配好的接合/波導(dǎo)元件16”的局部視圖，該圖示出了各光纖插入槽、斜面、光纖對(duì)準(zhǔn)槽、底板、頂板及蓋板之間的關(guān)系。
如圖7和8所示為本發(fā)明的另一個(gè)接合/波導(dǎo)元件16。在元件16中，在底板26和頂板28上都模制有光纖對(duì)準(zhǔn)槽32，并通過栓釘44和孔46將它們對(duì)準(zhǔn)。圖8示出在本實(shí)施例中，如何形成一頂面與V型槽32的頂面在同一平面內(nèi)的波導(dǎo)通道。最好僅在底板26上模制通道34，同時(shí)形成光纖對(duì)準(zhǔn)槽以使光纖軸對(duì)準(zhǔn)波導(dǎo)通道光軸的中心，即，在底板26上的V型槽僅比在頂板28上的V型槽稍深一點(diǎn)。通道/槽的交界面可以再被模制成一定角度以減小背反射。折射率相匹配的凝膠也被預(yù)加于這交界面上。末端傾斜的光纖可靠著通道34設(shè)置，并且如果能夠在光纖芯部與通道間實(shí)現(xiàn)直接接觸，在沒有凝膠體時(shí)，它表現(xiàn)的損失也能令人滿意。
上述所有的接合/波導(dǎo)元件實(shí)施例都使用了波導(dǎo)通道34，波導(dǎo)通道是通過就地聚合一單體而形成的。下面使用合適的材料來模制接合/波導(dǎo)元件，插入件(圖中未示)被設(shè)置于底板26中，抵住波導(dǎo)通道的開口。這些插入件的形狀能與光纖-接納槽38和光纖對(duì)準(zhǔn)槽32相配合。一液態(tài)單體，如一氟化丙烯酸鹽或其他可凝固材料被應(yīng)用于波導(dǎo)通道以在其中形成芯部。蓋板30被牢牢地固定在底板26上并對(duì)準(zhǔn)它的中間部分以形成一波導(dǎo)元件。因?yàn)樯w板30被壓在底板26上，殘余的單體被擠出波導(dǎo)通道然后進(jìn)入流動(dòng)通道50。這使得波導(dǎo)通道可被填充至一精確的深度并且在波導(dǎo)通道的上面沒有由殘余物質(zhì)形成的一薄層。液態(tài)單體或其他物質(zhì)固化以形成波導(dǎo)通道的芯部并使板26和30相互粘合。各插入物被從光纖-接納和光纖對(duì)準(zhǔn)槽中移走。頂板28置于(絞接于)蓋板30的頂面上，并且板30與凹口42配合，栓釘44與孔46配合。
雖然描述的波導(dǎo)通道34示出的寬度是相同的，但是不同寬度的波導(dǎo)通道也能在同一單個(gè)波導(dǎo)元件上被顯微制作出來。例如，已知使一單個(gè)通道分離成二個(gè)不同寬度通道的Y-分支被用于在兩個(gè)輸出通道間提供光學(xué)信號(hào)不相等的分離。另外，表面呈波紋狀波導(dǎo)管柵也能顯微制作在相同的波導(dǎo)元件中以作為波導(dǎo)通道，以提供能影響光波長(zhǎng)倍增的寬帶或狹帶光濾波。
雖然本發(fā)明結(jié)合具體的實(shí)施例加以說明，但是這樣的說明并不意味著僅局限于此。通過參考本發(fā)明的說明而對(duì)已公開的實(shí)施例進(jìn)行各種修改和替換本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來說是顯而易見的。例如，光纖短線可預(yù)先固定在接合/波導(dǎo)元件中，在光纖接納槽中，對(duì)準(zhǔn)波導(dǎo)管芯部并通過環(huán)氧的或其他可凝固物質(zhì)，包括聚合物和陶瓷，固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希蝗缓?，這些光纖短線將與輸入或輸出光纖接合。因此我們認(rèn)為這樣的修改并沒有超出下面所附的權(quán)利要求所限定的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一用于使至少一根光纖與另外至少一根光纖相互連接的產(chǎn)品，包括一具有第一和第二端的細(xì)長(zhǎng)基板；一整體形成于所述基板上的光學(xué)波導(dǎo)元件，所述波導(dǎo)元件具有至少一個(gè)波導(dǎo)通道，在波導(dǎo)通道中填充一光學(xué)傳導(dǎo)物質(zhì)，所述波導(dǎo)通道具有第一和第二端；整體形成于所述基板上的，用于在所述基板的第一端接納一根第一光纖，并使這第一光纖與所述波導(dǎo)通道的所述第一端對(duì)準(zhǔn)的第一聯(lián)接設(shè)備；和整體形成于所述基板上的，用于在所述基板的第二端接納一根第二光纖，并使這第二光纖與所述波導(dǎo)通道的所述第二端對(duì)準(zhǔn)的第二聯(lián)接設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，所述波導(dǎo)元件包括一些能實(shí)現(xiàn)下列眾多不同功能中的任一項(xiàng)的裝置，這些功能可從一耦合器、一分路器、一星形耦合器、一波長(zhǎng)分隔多路傳輸器、一衰減器、一光學(xué)濾波器和一調(diào)相器或一光學(xué)分接器的組群中被選出。
3.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述第一接合裝置采用一種可再配合形式接納第一光纖。
4.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，填充所述波導(dǎo)通道的所述物質(zhì)是從由聚合物，鹵代聚合物，聚合物/陶瓷合成物或陶瓷組成的組群中挑選出來的。
5.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述的波導(dǎo)元件由一從聚合物，鹵代聚合物，聚合物/陶瓷合成物或陶瓷組成的組群中挑選出來的物質(zhì)所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，還包括包圍所述基板、所述波導(dǎo)元件、和所述第一和第二接合裝置的殼體裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述基板包括一具有第一和第二端，在所述每端至少有一光纖對(duì)準(zhǔn)槽，以及具有所述至少一波導(dǎo)通道的中間部分的第一板，所述的波導(dǎo)通道具有分別與所述光纖對(duì)準(zhǔn)槽對(duì)準(zhǔn)的第一和第二端。
8.如權(quán)利要求2所述的產(chǎn)品，其特征在于所述第一接合裝置包括在所述基板的所述第一端上形成的n條光纖接納槽，以及n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽，具有第一和第二端，它所述的第一端分別與所述n條光纖接納槽完全對(duì)準(zhǔn)；所述第二接合裝置包括在所述基板的所述第二端上形成有m條光纖接納槽，以及m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽，具有第一和第二端，它所述的第一端分別與所述m條光纖接納槽完全對(duì)準(zhǔn)；所述的波導(dǎo)元件包括一n×m耦合器，還包括分離或合并成m條波導(dǎo)通道的n條波導(dǎo)通道，所述n條波導(dǎo)通道分別與所述n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽的所述第二端完全對(duì)準(zhǔn)，并且所述m條波導(dǎo)通道分別與所述m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽的所述第二端完全對(duì)準(zhǔn)，其中n和m分別是在1至1,024間的整數(shù)。
9.如權(quán)利要求4所述的產(chǎn)品，其特征在于，填充所述波導(dǎo)通道的所述物質(zhì)是一透明的具光學(xué)性質(zhì)的玻璃。
10.如權(quán)利要求5所述的產(chǎn)品，其特征在于，形成所述波導(dǎo)元件的所述物質(zhì)是一透明的具光學(xué)性質(zhì)的玻璃。
11.如權(quán)利要求6所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述殼體裝置包括一護(hù)套部件；固定于所述護(hù)套部件上的第一和第二蓋子部件；以及分別固定于所述第一和第二蓋子上的第一和第二端蓋。
12.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品，還包括設(shè)在所述基板上的至少一根光纖短線，所述光纖短線具有第一和第二端，所述第一端與所述波導(dǎo)通道的所述第一端對(duì)準(zhǔn)，并且所述光纖短線的所述第二端與所述光纖對(duì)準(zhǔn)槽中相關(guān)的一個(gè)槽對(duì)準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品，還包括一第二板；以及插入所述第一板和第二板間的一第三板，所述第二板有一用于接納所述第三板的凹槽。
14.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品，其特征在于所述的光纖對(duì)準(zhǔn)槽中的一個(gè)槽有一對(duì)準(zhǔn)軸線；以及所述第一板有一形成于所述一光纖槽和所述波導(dǎo)通道間的分界面上的一個(gè)表面，所述表面被定向于一定的角度，這個(gè)角度與所述對(duì)準(zhǔn)軸線不垂直。
15.如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)品，其特征在于所述波導(dǎo)通道限定了一個(gè)上表面；以及所述光纖接納槽從所述波導(dǎo)通道的所述上表面上延伸一定高度，以便每個(gè)波導(dǎo)通道的芯部都能與它們相對(duì)應(yīng)的光纖接納槽的中心對(duì)準(zhǔn)。
16.如權(quán)利要求13所述的產(chǎn)品，還包括用于啟動(dòng)所述第一和第二接合裝置的楔形裝置，當(dāng)所述楔形裝置處于一啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述楔形裝置使得所述第二板強(qiáng)制頂著所述第一板。
17.如權(quán)利要求13所述的產(chǎn)品，其特征在于，所述第一和第三板通過可聚合物質(zhì)被相互粘接在一起，所述的可聚合物質(zhì)同時(shí)也構(gòu)成所述波導(dǎo)通道的芯部。
18.如權(quán)利要求16所述的產(chǎn)品，其特征在于所述光纖對(duì)準(zhǔn)槽和所述波導(dǎo)通道限定各自的光纖/通道分界面；和所述楔形裝置在所述的光纖/通道分界面處比在所述中間部分施加更大的夾緊力。
19.一光學(xué)耦合器包括一具有第一、第二端和一中間部分的細(xì)長(zhǎng)基板；一光學(xué)波導(dǎo)元件整體成形于所述基板的所述中間部分；所述波導(dǎo)元件包括分離或合并成m條波導(dǎo)通道的n條波導(dǎo)通道，所有所述的通道都填充一種具光學(xué)傳導(dǎo)性的物質(zhì)，其中n和m分別是從1到1,024的整數(shù)。第一接合裝置被整體成形于所述基板的所述第一端上，以用于接納至少一根第一光纖，并使第一光纖與所述的n條波導(dǎo)通道中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)，所述第一接合裝置包括n條在所述基板的所述第一端形成的光纖接納槽，并且n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽具有第一和第二端，所述對(duì)準(zhǔn)槽的第一端分別完全與所述n條光纖接納槽對(duì)準(zhǔn)，并且所述n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽的所述第二端完全與所述n條波導(dǎo)通道對(duì)準(zhǔn)，第二接合裝置被整體成形于所述基板的所述第二端上，以用于接納至少一根第二光纖，并使第二光纖與所述的m條波導(dǎo)通道中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)，所述第二接合裝置包括m條在所述基板的所述第一端形成的光纖接納槽，并且m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽具有第一和第二端，所述對(duì)準(zhǔn)槽的第一端分別完全與所述m條光纖接納槽對(duì)準(zhǔn)，并且所述m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽的所述第二端完全與所述m條波導(dǎo)通道對(duì)準(zhǔn)；以及一圍繞著所述基板、所述波導(dǎo)元件、所述第一和第二接合裝置的殼體。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)耦合器，其特征在于所述第一接合裝置以一種可再配合方式接納第一光纖；并且所述第二接合裝置以一種可再配合方式接納第二光纖。
21.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)耦合器，其特征在于，每個(gè)所述的波導(dǎo)通道是通過所述波導(dǎo)元件的顯微制作而制成的。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)耦合器，其特征在于，所述基板包括一具有第一和第二端的第一板，還包括一第二板；一被插入所述第一板和第二板間的第三板，所述第二板有一用于接納所述第三板的凹槽；以及用于啟動(dòng)所述第一和第二接合裝置的楔形裝置，當(dāng)所述楔形裝置處于一啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述楔形裝置使得所述第二板強(qiáng)制頂著所述第一板推動(dòng)。
23.如權(quán)利要求22所述的光學(xué)耦合器，其特征在于，所述第一和第三板通過可聚合物質(zhì)被相互粘接在一起，所述的可聚合物質(zhì)同時(shí)也是構(gòu)成每個(gè)所述波導(dǎo)通道芯部的物質(zhì)。
24.一可顯微制作的光學(xué)組件，它包括一具有第一和第二端以及中間部分的第一板；一整體成形于所述第一板的所述中間部分上的光學(xué)波導(dǎo)元件，所述波導(dǎo)元件包括分離或合并成m條波導(dǎo)通道的n條波導(dǎo)通道，所有所述的通道都被填充了一種具光學(xué)傳導(dǎo)的物質(zhì)，其中n和m分別是從1到1,024中的整數(shù)，每個(gè)所述的波導(dǎo)通道都是通過顯微制作所述波導(dǎo)元件而形成的；第一連接元件整體成形于所述第一板的所述第一端上，以用于以一種可再配合方式接納至少一根第一光纖，并使第一光纖與所述的n條波導(dǎo)通道中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)，所述第一聯(lián)接元件包括n條在所述第一板的所述第一端形成的光纖接納槽，并且n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽具有第一和第二端，所述對(duì)準(zhǔn)槽的第一端分別完全與所述n條光纖接納槽對(duì)準(zhǔn)，并且所述n條光纖對(duì)準(zhǔn)槽的所述第二端完全與所述n條波導(dǎo)通道對(duì)準(zhǔn)。第二連接元件被整體成形于所述第一板的所述第二端上，以用于以一種可再配合方式接納至少一根第二光纖，并使第二光纖與所述的m條波導(dǎo)通道中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)，所述第二聯(lián)接元件包括m條在所述第一板的所述第二端形成的光纖接納槽，并且m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽具有第一和第二端，所述對(duì)準(zhǔn)槽的第一端分別完全與所述m條光纖接納槽對(duì)準(zhǔn)，并且所述m條光纖對(duì)準(zhǔn)槽的所述第二端完全與所述m條波導(dǎo)通道對(duì)準(zhǔn)；一第二板；一被插入所述第一板和第二板間的第三板，所述第二板有一用于接納所述第三板的凹槽，以及所述第一和第三板通過可聚合物質(zhì)被相互粘接在一起，所述的可聚合物質(zhì)同時(shí)也是構(gòu)成每個(gè)所述波導(dǎo)通道芯部的物質(zhì)；一圍繞著所述第一、第二、第三板以及所述波導(dǎo)通道元件和所述第一和第二連接元件的殼體；以及固定于所述殼體上的第一和第二裝置的，以用于分別獨(dú)立地啟動(dòng)所述第一和第二連接元件，當(dāng)所述啟動(dòng)裝置處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述啟動(dòng)裝置使得所述第二板頂強(qiáng)制著所述第一板，從而將任何位于所述光纖接納槽中的光纖夾緊。
全文摘要
一用于連接兩條或更多條光纖,具有一整體形成于帶有一接合元件的相同基板上可顯微制作的波導(dǎo)元件的光學(xué)組件。在一個(gè)實(shí)施例中,組件有三塊在同一殼體內(nèi)的板,即,一底板、一蓋板和一頂板。底板在它的端部有光纖接納槽和光纖對(duì)準(zhǔn)槽,光纖對(duì)準(zhǔn)槽與在底板中間部分形成的波導(dǎo)通道以對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)形成波導(dǎo)通道芯部時(shí)使用蓋板來迫使殘余的可凝固波導(dǎo)材料流入與波導(dǎo)通道相鄰的流動(dòng)通道,當(dāng)這種材料凝固時(shí),將底板與蓋板粘結(jié)在一起。頂板被用來夾緊固定于光纖對(duì)準(zhǔn)槽內(nèi)的光纖,光纖的中心對(duì)準(zhǔn)波導(dǎo)槽的芯部。組件的殼體包括獨(dú)自啟動(dòng)以可再配合的形式將光纖固定在組件任一端的楔形物。
文檔編號(hào)G02B6/38GK1171844SQ9519726
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1995年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月9日
發(fā)明者J·R·拜蘭德, J·B·卡彭特, D·G·多斯, D·P·希爾, R·A·帕特森, L·A·韋勒－布羅菲 申請(qǐng)人:美國(guó)3M公司