BRPI1103359B1 - processo de montagem de dispositivo componente de rede de comunicações ópticas e dispositivo componente de rede de comunicações ópticas - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE MONTAGEM DE DISPOSITIVOS COMPONENTES DE REDES DE COMUNICAÇÕES ÓPTICAS PARA POSSIBILITAR PERFEITO ACOPLAMENTO ENTRE JUNÇÃO E REDE, E DISPOSITIVOS ASSIM OBTIDOS. Novo processo que descreve os procedimentos e, consequentemente, os produtos e subprodutos obtidos como conjunto divisores (splitters) e feixes de fibras ópticas (tecnicamente conhecidos como fiber arrays) usados como condutores de sinais ópticos, splitters PLC, AWGs (Arrayed Waveguide Grating), VOA (Varíable Optical Attenuator), switches ópticos e quaisquer outros dispositivos planares de integração óptica, para a montagem física e óptica com perfeito alinhamento e rigidez funcional de dispositivos que utilizam adesivos epóxi como aderentes, tendo o objetivo de prover um processo próprio de deposição e cura do material epóxi com custo mais acessível e características de montagem mais vantajosas, sendo a cura preferencialmente obtida por meio de raios de luz com comprimento de onda ultravioleta (UV).

Description

[001] Refere-se a presente invenção a um processo que descreve os procedimentos, e consequentemente os produtos e subprodutos, obtidos como conjuntos divisores (splitters) e feixes de fibras ópticas (tecnicamente conhecidos como fiber arrays) usados como condutores de sinais ópticos, splitters PLC, AWGs (Arrayed Waveguide Grating), VOA (Variable Optical Attenuator), switches ópticos, entre outros, para a montagem física e óptica com perfeito alinhamento e rigidez funcional de dispositivos que utilizam adesivos epóxi como aderentes, tendo o objetivo de prover um processo próprio de deposição e cura do material epóxi com custo mais acessível e características de montagem mais vantajosas, sendo a cura preferencialmente obtida por meio de raios de luz com comprimento de onda ultravioleta (UV).

[002] O principal objetivo da invenção é o alinhamento e o empenho das terminações de splitters ópticos planares (waveguides) em feixes de fibras ópticas alinhadas paralelamente em forma de arrays, de acordo com a técnica de encapsulamento de splitters de fibras ópticas, utilizando-se um processo de empacotamento que possibilite a rigidez mecânica necessária para as diversas utilizações dos waveguides no transporte de sinais ópticos em circuitos de splitters ópticos planares PLC (Plannar Ligthwave Circuits), sendo que geralmente se tem uma fibra óptica na entrada e várias fibras ópticas na saída, formando um splitter de canais ópticos de transmissão usado em redes de comunicações de dados ópticas, assim como circuitos ópticos e dispositivos que incluem as montagens físicas de VOA (Atenuadores Ópticos Programáveis), switches, AWGs (divisores de Lambda - divisores de cor para cada assinante) e quaisquer outros dispositivos planares de integração óptica.

[003] O alinhamento adequado e a conexão dos adaptadores de fibra óptica (fiber arrays) a outros waveguides, particularmente ao chip waveguide integrado, é de fundamental importância na minimização de atenuação e outras perdas na transmissão de sinais ópticos. Os processos existentes para a realização adequada de tal alinhamento são demorados devido aos muitos ajustes necessários, e o instrumental atualmente existente para essa operação de alinhamento é bastante caro. A utilização imprecisa desse instrumental pode ainda ser causadora de atenuação e outras perdas na transmissão dos sinais ópticos. As técnicas conhecidas são artesanais e exigem habilidade manual do operador, não sendo assim facilmente replicáveis em termos de know-how.

[004] Usualmente, existe a necessidade de emendas ou conexões nas waveguides, e sempre que se faz uma conexão existe algum tipo de perda ou atenuação na transmissão do sinal óptico. Essa atenuação acumulada pode resultar em perda significativa nos ganhos de transmissão de sinais ópticos. Por conseguinte, técnicas especiais de alinhamento e utilização de materiais adesivos adequados nas junções se fazem necessárias para a mitigação de tal degradação, que ocorre em decorrência da perda de sinal ou atenuação.

[005] Na conexão de fibras ópticas, técnicas especiais de armazenagem e manipulação são usadas na orientação de posicionamento, na determinação dos ângulos de posicionamento e na orientação da polarização do núcleo da fibra óptica.

[006] Existem blocos sulcados disponíveis comercialmente chamados v-groove (sulco em v), que utilizam uma variedade de fendas para alinhar o arranjo de fibras ou pigtail. A necessidade de empacotamento e, em particular, os cabeamentos pigtail estão se tornando cada vez mais importantes nas redes ópticas, tanto no domínio das wide area networks (WAN) como nas redes locais (LAN), gerando cada vez mais demandas por aumento de produção e redução de custo.

[007] Em um processo de montagem de elementos e dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para um perfeito acoplamento entre junção e rede, com deposição e cura de material epóxi, o alinhamento e a contração da fibra também dependem da penetração eficaz de raios UV durante o processo de cura dos adesivos, já que o adesivo de cura uniforme depende da penetração eficaz de raios UV durante a cura. Devido à complexidade das interconexões, também é interessante analisar e estudar como a luz UV se propaga através de interfaces desiguais. Uma alta reflexão de luz de qualquer interface do empacotamento reduz a intensidade de luz para as próximas camadas e induz à cura desigual do adesivo. O sombreamento decorrente da luz na forma de elemento de reflexão óptica também pode causar a cura desigual ou incompleta.

[008] Poucos estudos têm sido dirigidos na criação de métodos de cura para evitar o encolhimento do epóxi e o alinhamento da fibra no sulco em V. O estado da técnica relaciona vários estudos que se propõem a entender a origem da laminação interfacial na junta da fibra preenchida pelo adesivo de um único sulco em V (V-groove), a luz presente na reflexão, os parâmetros de transmissão e sua intensidade nas diferentes partes do empacotamento.

[009] No entanto, os atuais estudos descrevem os detalhes da laminação irregular induzida pela cura da matriz de fibra unida por adesivo-aderente em canais em V. Uma compreensão mais clara sobre esses fenômenos de cura pode permitir aos fabricantes desenvolver métodos confiáveis, de baixo custo e melhor desempenho optoeletrônico, usando produtos UV curáveis na matriz de fibra adesivo-aderente.

[010] A conexão de fibra em guia de onda é uma das principais tecnologias utilizadas atualmente para dispositivos ópticos, sendo que matrizes de blocos V-groove têm sido utilizadas para um alinhamento preciso entre a fibra e os diversos dispositivos ópticos ou optoeletrônicos. A seleção do material usado para a colagem adequada e os métodos de fixação determinarão a estabilidade e a confiabilidade do empacotamento. Nesses processos, são utilizados adesivos do tipo epóxi, sendo que os adesivos epóxi mais utilizados na junção custam em média entre US$ 10 e 20 por grama, um valor considerado alto para essa classe de dispositivos, que encarece os seus processos. Existem, porém, adesivos de curagem à base de luz com comprimento ultravioleta (UV) que oferecem vantagens em termos de aumento de produtividade e baixo custo.

[011] Os adesivos do tipo epóxi com curagem à base de luz em comprimento de onda UV não apenas executam a função de colagem, mas também conferem à fibra óptica alto grau de condutibilidade na transmissão da luz e outras propriedades necessárias para formar uma ligação mais adequada à junção de fiber arrays. Os adesivos de curagem à base de luz com comprimento de onda UV podem ser solidificados mais rapidamente sem afetar o alinhamento de fibra. A luz de cura fornece uma série de vantagens econômicas sobre outras operações normalmente utilizadas.

[012] Outras operações de cura rápida conhecidas no estado da técnica se dão por meio de aplicações de potenciais elétricos de baixa energia, tratamento e controle de temperatura e, ainda, formulações de solventes. Os adesivos curados por meio da aplicação de comprimentos de onda de raios UV são fornecidos comercialmente na forma de misturas reativas cross-linkable, que polimerizam quando expostas à radiação em um comprimento de onda adequado e ao poder da luz. O adesivo de cura uniforme depende da penetração eficaz de raios UV durante a cura dos adesivos.

[013] Se não houver exposição uniforme aos raios UV, as interfaces serão desenhadas, criando junções mais estreitas com pouca resistência à tração e ao esforço mecânico. A cura desigual de adesivo no empacotamento também pode gerar altas tensões interfaciais após aquecimento ou arrefecimento da estrutura durante a fabricação, a montagem ou na utilização de campo realizada posteriormente. A propagação de uma delaminação resultante ao longo de uma interface pode degradar ou destruir a funcionalidade do sistema. Por conseguinte, a cura da lâmina interfacial, devido à deposição desigual de adesivo é uma das principais preocupações nos projetos de empacotamento fotônico em splitters PLC e outros dispositivos do gênero.

[014] Existem alguns documentos que descrevem o processo de montagem de ele mentos e dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para o alinhamento e o acoplamento entre a junção e a rede, bem como de elementos e dispositivos componentes. Porém, nenhum desses processos e dispositivos possui as características descritas nesta patente, que descreve uma montagem física e óptica com perfeito alinhamento e rigidez funcional dos dispositivos que utilizam adesivos epóxi como aderentes, provendo um processo próprio de deposição e cura do material epóxi com custo mais acessível e características de montagem mais vantajosas, sendo a cura preferencialmente obtida através de raios de luz com comprimento de onda ultravioleta (UV). Entre esses documentos, destacam-se os seguintes:

[015] A PI 0012115-0 (prioridade DE 199 57 405.7 de 29/11/1999), ARRANJO DE PELO MENOS UM ELEMENTO DE FIBRA ÓPTICA E CAIXA DE EMENDA PARA ELEMENTOS DE FIBRA ÓPTICA, os quais são guiados em um cabo de energia (8). A caixa de emenda de fibra óptica (10) abrange o cabo de energia (8) em aproximadamente dois quartos do seu contorno. A caixa de emenda de fibra óptica (10) está fixada sobre o cabo de energia (8) de tal modo que apresente, em uma das laterais (120), no mínimo, uma meia-lua (20, 21) envolvendo o cabo de energia (8), com a qual a caixa de emenda de fibra óptica (10) está fixada, podendo ser removida. Os elementos de fibra óptica (30) são retirados do cabo de energia (8) e, com o uso de um arco de (180), introduzidos hermeticamente na caixa de conexão de fibra óptica (10).

[016] A PI 0413952-6 (prioridade US 10/659,464 de 09/09/2003), MÉTODOS DE FORMAR CONDUTOR DE ONDAS E CONDUTOR DE ONDAS FABRICADOS A PARTIR DESTES, descreve um método de fabricação de um condutor de ondas (116), que inclui: o depósito de material copolímero fotodefinível (14), compreendendo metil metacrilato, tetrafluoropropil metacrilato e um monômero epóxi; a fixação de elementos ópticos (10, 12) relativamente ao material copolímero; e o envio de luz através de ao menos um dos elementos ópticos e do material copolímero através do outro, volatilizando os monômeros não curados. Outro método de fabricação de condutor de ondas (116) inclui: a fixação de elementos ópticos (110, 112) relativamente um ao outro, cada um tendo uma superfície óptica (11, 13); o provimento de um glóbulo de copolímero (114) sobre as superfícies ópticas com suficiente tensão superficial para resultar no glóbulo de copolímero tendo uma superfície curvada (15); e o envio de luz através de cada um dos elementos ópticos através da superfície curvada e o outro, volatilizando o monômero não curado. Um método de fabricação de um caminho óptico compreende: a fixação de elementos ópticos (70, 76) relativamente um ao outro, cada um tendo uma superfície óptica (71, 77); a transladação e a rotação de um espelho (78) até seu alinhamento em uma direção de luz ótima de um dos elementos ópticos para o outro, segurando-se o espelho alinhado na posição.

[017] A PI 9407714-2 (prioridade GB 9320101.0 de 29/09/1993), CONJUNTO PARA EMENDAS DE FIBRAS ÓPTICAS COM ALOJAMENTOS MONTADOS ARTICULADAMENTE, descreve um conjunto (10) para uso nas conexões de fibras ópticas para um dispositivo de fibra óptica com pontas de entrada e saída compreendendo uma pluralidade de alojamentos (12) para alojar conexões de fibra óptica. Cada alojamento (12) é tipicamente montado e suportado por um respectivo elemento- guia (14). Os elementos-guias são rigidamente conectados uns aos outros de modo que os alojamentos sejam arranjados em um bloco alinhado. Cada alojamento é articulado para prover acesso a eles de uma posição fora do alinhamento em relação aos outros alojamentos.

[018] A PI 9407715-0 (prioridade GB 9320101.0 de 29/09/1993), CONJUNTO UTILIZADO PARA EMENDAS DE FIBRAS ÓPTICAS INCLUINDO UM DISPOSITIVO DE TUBOS MÚLTIPLOS, é um conjunto (10) para uso nas conexões de fibras ópticas para um dispositivo de fibra óptica com pontas de entrada e saída compreendendo uma pluralidade de alojamentos (12) para alojar conexões de fibra óptica e um alojamento (18) para alojar ao menos um dispositivo óptico passivo. As pontas do dispositivo óptico passivo são guiadas através do elemento múltiplo (16) para os alojamentos (12) através dos respectivos elementos-guia (14), e as fibras ópticas a serem conectadas às pontas são guiadas aos alojamentos (12) apropriados por meio desses elementos-guia (14). Os alojamentos (12) são arranjados em um bloco alinhado adjacente ao elemento múltiplo (16) e cada alojamento (12) tem mobilidade para fora de tal alinhamento para prover acesso a este.

[019] A PI 9805236-5 (prioridade KR 97-66779 de 08/12/1997), PROCESSO DE CONDUTOR DE CONEXÃO ENTRE UM DISPOSITIVO DE GUIA DE ONDAS ÓPTICO E UM MÓDULO DE DISPOSIÇÃO DE FIBRA ÓPTICA, inclui: um processo de condutor de conexão entre um dispositivo de guia de onda óptico e um módulo de disposição de fibra óptica, compreendendo as etapas de preparação do dispositivo de guia de onda óptico e apresentando guias de ondas ópticos com n orifícios de entrada e n orifícios de saída na superfície lateral de um substrato (sendo que n é um número inteiro igual ou maior do que 1); alinhamento do módulo de disposição de fibra óptica apresentando fibras ópticas posicionadas em distâncias iguais entre os orifícios de entrada e entre os orifícios de saída, nos orifícios de entrada e saída do dispositivo de guia de onda óptico; e fixação de módulo de disposição de fibra óptica alinhado à superfície lateral do dispositivo de guia de onda óptico. Uma vez que o processo necessário para a fixação do módulo de disposição de fibra óptica ao dispositivo de guia de onda óptico é simplificado para uma única vez, os custos de fabricação podem ser reduzidos.

[020] Podem ainda ser citados os documentos a seguir, referentes a dispositivos planares:

[021] O documento WO03078303 (US20020364471P 20020315) descreve um processo de fabricação de um dispositivo MEMS óptico para alinhamento de fibra óptica e atenuação variável. De acordo com uma modalidade da presente invenção, um método é fornecido para a fabricação de um atenuador óptico variável. O método compreende a formação de um sulco em uma superfície de um substrato para o posicionamento uma microestrutura óptica, pelo menos parcialmente, na ranhura. Além disso, o método compreende a formação de uma estrutura de superfícies interligadas ao substrato que se estenderá, pelo menos parcialmente, sobre o sulco, para a manutenção de uma microestrutura óptica no lugar contra o groove. O método também compreende um mecanismo de formação de microeletromecânica sobre o substrato, sendo que os mecanismos microeletromecânicos são móveis para interceptar a luz da microestrutura óptica.

[022] Já a patente CA2329107 (IT1999TO01125 19991221) descreve um método no qual, durante o processo de escrever uma grade, a fibra (F) é colocada em um suporte (16) que tem um corte de superfície, como um sulco em forma de V (18). As paredes laterais (20) desse sulco (18) formam um ângulo (a) de 60° em relação à direção (X12) de propagação da radiação que chega a partir da fonte (12). As superfícies referidas (20) têm características de alta refletividade com relação à radiação acima mencionada. Consequentemente, durante o processo de escrita, o núcleo (1A) da fibra (F) é submetido à ação de uma pluralidade de frentes convergentes de radiação no núcleo. A frente de radiação primeiro corresponde à radiação que chega a partir da fonte (12), e outras duas frentes de radiação (B, C) são obtidas a partir dessa radiação pelo efeito da reflexão das paredes (20) da superfície cut-out do suporte (16). A aplicação preferida é a realização de longo período de grades.

[023] A seguir, faz-se referência às figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo: A Figura 1 mostra um esquema de matriz de fibra de n canais chamados fiber arrays, posicionados lateralmente, em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, e acondicionados em uma cápsula de metal (13); representa as posições antes da atuação de dilatação mecânica ou térmica sofrida pelo conjunto do splitter fixado por meio da cura do epóxi (10) dentro do elemento de proteção em aço inox, chamado de stainless steel housing (13), onde, de acordo com o presente método, é possível exemplificar a aplicação do elemento epóxi de manutenção do posicionamento do conjunto óptico (10). A Figura 2 exibe um esquema de matriz de fibra de n canais chamados fiber arrays, posicionados lateralmente e em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, e acondicionados em uma cápsula de metal, quando sob a ação de tensões mecânicas ou térmicas no conjunto óptico, sem que haja perdas na comunicação óptica dos componentes; representa as posições depois da atuação de dilatação mecânica ou térmica sofrida pelo conjunto do splitter fixado por meio da cura do epóxi (10) dentro do elemento de proteção em aço inox, chamado de stainless steel housing (13), onde, de acordo com o presente método, é possível exemplificar a aplicação do elemento epóxi de manutenção do posicionamento do conjunto óptico (10). A Figura 3 exibe um esquema de um conjunto “guia de onda/fibras ópticas", depois de acoplados oticamente, que são normalmente acondicionados em uma cápsula de proteção metálica, conhecida como cápsula de aço inox (stainless steel housing), destacando uma visão em três dimensões da montagem do splitter óptico, salientando a posição de vista de corte lateral explorado nas Figuras 1 e 2, onde poderá ser demonstrada a invenção propriamente dita. Essa figura representa o estado da técnica. A Figura 4 exibe um esquema em uma matriz de fibra de n canais, chamados fiber arrays, posicionados frontalmente e em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, acondicionados em uma cápsula de metal; representa o diagrama de componentes de um encapsulamento de splitter óptico, onde (11) representa a entrada do circuito óptico em single fiber, (12) representa a saída do splitter em ribbon fiber, (13) representa o elemento de proteção em aço inox, chamado stainless steel housing, (17) representa os elementos de fiber array (arranjo das fibras), (18) representa os elementos de rubber boot que conferem estabilidade e posicionamento aos feixes de entrada e saída de fibras ópticas e (20) representa o elemento PLC propriamente dito. Essa figura também representa o estado da técnica. A Figura 5 exibe um esquema dos pontos onde existe a necessidade da utilização de adesivos de epóxi com curagem à base de luz com comprimento ultravioleta (UV) com a função de colagem e também para conferir à montagem de fibra óptica um alto grau de condutibilidade na transmissão da luz e outras propriedades necessárias para formar uma ligação mais adequada nas junções (16), onde (18) representa os elementos V-groove que garantem o posicionamento aos feixes de entrada e saída de fibras ópticas; (12) representa a saída do splitter em ribbon fiber e (20) representa o elemento splitter PLC propriamente dito. Essa figura também representa o estado da técnica. A Figura 6 exibe um esquema de uma montagem V-groove (01) comercialmente disponível, constituído por blocos sulcados (01) que empregam uma variedade de fendas para alinhar o arranjo de fibras (02) em uma montagem de acoplamento de splitters ópticos, tendo como cobertura final uma camada conhecida por lid glass (03). Essa figura também representa o estado da técnica. A Figura 7 exibe a relação entre a perda óptica (medida em dB) e o deslocamento mecânico (medido em mícrons) relativo ao ajuste dos fiber arrays em relação ao splitter óptico PLC decorrente do processo de fixação pelos adesivos epóxi com cura através de raios de comprimento de onda UV. A Figura 8 exibe as condições e parâmetros utilizados para a escolha de um epóxi disponível comercialmente para ser utilizado na confecção de splitters ópticos planares (waveguides), onde, geralmente, se tem uma fibra óptica na entrada e várias fibras ópticas na saída, formando um splitter de canais ópticos de transmissão. Essa figura destaca as propriedades do adesivo e do dispositivo do exemplo de realização, sendo: (A) o coeficiente de expansão térmica em função da temperatura; (B) a viscosidade em função da temperatura; (C) a temperatura em função do índice de refração; (D) o índice de refração em função do comprimento de onda; e (E) o espectro de transmissão.

[024] Em seguida, descreve-se uma forma preferencial não restritiva de realização do presente processo e dos dispositivos obtidos com o mesmo, objeto desta patente, sendo que a configuração e a aplicação podem variar na forma adequada para cada modelo e tipo de dispositivo desejado. Descrevem-se uma das possibilidades construtivas e de realização do processo que levam a concretizar o objeto descrito nesta patente e a forma em que o mesmo funciona e é utilizado.

[025] Assim, com base no exposto acima, o objetivo da presente invenção é prover um processo próprio de deposição e cura do material epóxi com custo mais acessível e características de montagem mais vantajosas, sendo a cura preferencialmente obtida através de raios de luz com comprimento de onda ultravioleta (UV). Mais especificamente, prover um processo próprio de deposição e cura do material epóxi em uma matriz de fibra de n canais, chamados fiber arrays, posicionados frontalmente e em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, acondicionados em uma cápsula de proteção, que pode ser de metal ou de qualquer outro material conveniente, como vidro, nylon, plástico e polímeros em geral ou de componentes semelhantes, de maneira que não seja induzida nenhuma tensão mecânica geradora de perdas durante a vida e o uso do componente, e adicionalmente não permita que tensões residuais decorrentes da dilatação térmica ou mecânica do encapsulamento atinjam o conjunto splitter/fiber arrays e possam vir a ocasionar perdas na transmissão óptica.

[026] Os conjuntos guia de onda/fibras ópticas, depois de acoplados oticamente, são normalmente acondicionados em uma cápsula de proteção metálica, conhecida como stainless steel housing, com o objetivo de evitar danos relativos ao manuseio e a dilatação térmica. A cápsula de proteção deve proteger o dispositivo, que geralmente é confeccionado de materiais vítreos, estando sujeito a impactos, contatos mecânicos, etc. Além disso, essa cápsula de proteção também se presta a evitar qualquer indução de carga resultante das dilatações quando submetida a temperaturas diferentes da temperatura ambiente. A indução de carga acarreta o desacoplamento óptico, gerando perdas de sinais e degradação na transmissão de sinais ópticos.

[027] O processo de montagem de dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para possibilitar perfeito acoplamento entre a junção e rede, e dispositivos assim obtidos, objeto da presente patente, constitui essencialmente, mas não restritivamente, um processo de colagem de uma matriz de fibra de n canais, chamados fiber arrays, posicionados frontalmente e em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, e acondicionados em uma cápsula de metal ou de qualquer outro material conveniente, como vidro, nylon, plástico e polímeros em geral, criando assim condições tais de estabilização, acoplamento e colagem do conjunto splitter/fiber arrays de modo que não haja perdas na comunicação óptica dos componentes mesmo quando sob a ação de tensões mecânicas ou térmicas no conjunto óptico. Dessa maneira, o processo total de colagem deverá ser o mais rápido possível, de modo que se obtenha boa produtividade na montagem e o custo final de produção seja o menor possível. Para isso, a colagem usada no acoplamento óptico entre o fiber array e o splitter PLC é realizada com epóxi do tipo monocomponente curável por exposição de raios UV por fonte de luz de mercúrio de 100 W, entre 320 e 380 nm, e por temperatura de aquecimento. Utiliza-se um tempo de cura de aproximadamente 20 segundos, de modo a endurecer o material epóxi parcialmente, tornando-se possível remover o componente do aparato metálico de montagem e depois colocá- lo em um ambiente maior, onde caibam diversos componentes pré-curados, para terminar a cura. Esse ambiente maior pode ser uma estufa de alta temperatura, em torno de 70°C, por uma hora, ou uma câmara grande de UV gerado por lâmpada de mercúrio de 100 W por um tempo em torno de 10 minutos no mesmo comprimento de onda para terminar a cura em UV em todos os componentes ao mesmo tempo. No primeiro caso, o epóxi utilizado deveria ser curável em exposição à UV e temperatura, podendo ser resina epóxi ou acrilato. No caso da utilização de uma câmara grande de UV para terminar a cura em UV, o epóxi ou acrilato utilizado será curável apenas por exposição a raios UV.

[028] Para um melhor entendimento da descrição acima, ilustramos o processo na sequência abaixo: 1. fixação dos componentes a serem alinhados opticamente e colados; 2. execução da rotina de alinhamento óptico; 3. aplicação do epóxi nas junções onde será colado; 4. execução do processo de pré-cura por luz UV, a 100 watts, por um tempo de aproximadamente 20 segundos; 5. verificação da estabilidade do acoplamento óptico; 6. remoção do conjunto com as partes coladas; 7. término do processo de cura em câmara maior por UV ou temperatura, dependendo do epóxi utilizado, conforme as especificações do material.

[029] Para obtenção do dispositivo óptico, segue-se a montagem final do dispositivo em uma cápsula de proteção, que pode ser de metal ou de qualquer outro material conveniente, como vidro, nylon, plástico e polímeros em geral.

[030] Em uma forma de realização preferencial, o processo de montagem de dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para possibilitar perfeito acoplamento entre a junção e a rede, e dispositivos componentes assim obtidos, objeto da presente patente, cria condições de estabilização e colagem do conjunto splitter/fiber arrays de modo que não haja perdas na comunicação óptica dos componentes, quando sob a ação de tensões mecânicas ou térmicas no conjunto óptico.

[031] Assim, os dispositivos componentes são obtidos depois de realizada a operação de cura do epóxi do acoplamento óptico, descrita acima, iniciando-se o processo de encapsulamento do componente em uma cápsula de metal para sua proteção e seu manuseio. A cápsula pode ser feita em qualquer material adequado que dure mais de 30 mil horas para atender às normas de qualidade requisitadas para uso em telecomunicações. Essa cápsula também não requer coeficientes de expansão térmica baixos, desde que tenha baixo custo de produção associado, podendo ser de metal ou de qualquer outro material conveniente, como vidro, nylon, plástico e polímeros em geral. A tabela abaixo exibe os valores dos coeficientes de expansão térmica dos materiais envolvidos na montagem.

[032] O coeficiente de expansão térmica da cápsula não precisa ser similar aos dos outros materiais envolvidos na montagem, pois a localização do ponto de fixação dentro da cápsula ilustrado nas Figuras 1 e 2 (10) garante que não haja tensões residuais oriundas de variações térmicas ou mecânicas provenientes do ambiente.

[033] A Figura 7 ilustra a perda óptica decorrente da variação, em mícrons, dos elementos componentes da dita montagem em relação ao seu acoplamento óptico. Mesmo que se consiga certa similaridade entre os coeficientes de expansão térmica (representado na parte central da curva da Figura 7), não se pode garantir que nenhuma tensão seja transmitida entre os diversos elementos, porque as dimensões de tolerância ao acoplamento óptico são da ordem de submícrons, conforme ilustra o gráfico da Figura 7. Observa-se que uma variação de 1 mícron incorre na perda de aproximadamente 2 dB.

[034] Para melhorar esse desempenho do encapsulamento, o dispositivo óptico deve ser fixado dentro da cápsula por meio da deposição de material epóxi bem ao centro geométrico do splitter PLC, ilustrado nas Figuras 1 e 2 (10). Assim, dilatações ou contrações no metal não serão transmitidas ao componente por causa da simetria, ou seja, mesmo que o dispositivo sofra alterações por deslocamentos mecânicos, seu centro não sofrerá alterações, ou sofrerá alterações menores do que a parte localizada nas laterais.

[035] O epóxi deve ser aplicado somente na região central do componente óptico, deixando livres as partes laterais onde estão fixados os acoplamentos com as fibras. Caso a deposição do adesivo epóxi se dê em toda a base do splitter óptico PLC, a atuação do dilatamento térmico e/ou mecânico sobre o conjunto acarretará o abaulamento ou empenamento (tensões laterais) nos diferentes materiais componentes do conjunto, como mostrado na Figura 2. Essas tensões laterais acabariam por prejudicar o perfeito acoplamento óptico dos elementos do splitter aos fiber arrays (11 e 12).

[036] Para melhorar a desempenho da transmissão de sinais ópticos através do encapsulamento, o dispositivo óptico deve ser fixado dentro da cápsula por meio de um epóxi flexível, sendo posicionado exatamente no centro geométrico da cápsula. Assim, dilatações ou contrações no metal não serão transmitidas ao componente, por causa da simetria e da elasticidade do epóxi de fixação.

[037] Ao longo de 2.000 horas de testes, com variação de temperatura entre -40°C e +85°C, observamos a comprovação do método proposto na presente invenção através de resultados empíricos, nos quais as variações de deslocamentos ópticos observados foram menores que 0,3 dB, confirmando assim o processo de montagem de dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para possibilitar perfeito acoplamento entre a junção e a rede, e dispositivos assim obtidos, objeto da presente patente, e criando condições tais de estabilização e colagem do conjunto splitter/fiber arrays de modo que não haja perdas na comunicação óptica dos componentes quando sob ação de tensões mecânicas ou térmicas no conjunto óptico.

Exemplo 1

[038] O exemplo aqui exposto é destinado a um uso preferencial da invenção, objetivando o alinhamento e o empenho das terminações de splitters ópticos planares (waveguides) em feixes de fibras ópticas alinhadas paralelamente em forma de arrays, com rigidez mecânica necessária às diversas utilizações dos waveguides, no transporte de sinais ópticos em circuitos de splitters ópticos planares PLC (Plannar Ligthwave Circuits Packing) de encapsulamento de splitters de fibras ópticas, onde geralmente tem-se uma fibra óptica na entrada e várias fibras ópticas na saída, formando um splitter de canais ópticos de transmissão, sendo este um produtos na cura através de raios de comprimentos de onda ultravioleta (UV), de adesivos epóxi comuns usados como aderentes em montagens ópticas, nas condições abaixo representadas pela tabela de propriedades do adesivo interno de fixação da montagem óptica(propriedades do adesivo óptico comercial Norland Optical 61), representado através da Figura 5 (16):

[039] Através do emprego do dito processo de patente, o adesivo interno à cápsula de housing não precisa ter nenhuma característica especial ou tampouco requerer coeficientes de expansão térmica baixos. Apenas deve ser flexível para não transmitir esforços externos ao componente óptico e ter aderência ao vidro e metal ou a qualquer outro material usado na fabricação da cápsula de housing. Aconselha-se usar um adesivo que seja pastoso para que possa ser aplicado na região específica onde se deseja fixar o componente e não escorra pelas outras partes.

[040] Usando-se silicone comercial Corning borracha de silicone, as características serão as seguintes: alongamento = 70%, gravidade específica a 25°C = 0,95 e resistência à tração = 600 psi.

[041] Os resultados obtidos estão exemplificados na tabela abaixo, e são obtidos a partir dos dados de eficiência de um splitter após ser submetido a testes de temperatura, tração e umidade. Trata-se de um splitter de 32 canais, sendo que os parâmetros ópticos monitorados são: 1) IL (Insertion Loss) - perda de inserção 2) PDL (Polarization Dependence Loss) - perda de dependência de polarização 3) RL (Return Loss) - perda de retorno

[042] Embora a invenção tenha sido descrita enfatizando uma modalidade preferencial de aplicação em splitters, deve ser entendido que não se pretende limitá-la a uma modalidade particular de montagens de splitters PLC, podendo o presente método também ser usado para montagens físicas de AWGs (Arrayed Waveguide Grating), VOA (Variable Optical Attenuator), switches ópticos, etc. Ao contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção.

[043] Desta forma, o processo de montagem de dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para possibilitar perfeito acoplamento entre a junção e a rede, e dispositivos assim obtidos, objeto da presente patente, conforme descrito acima, apresenta grandes vantagens em relação aos processos e dispositivos atualmente utilizados e encontrados no mercado. Entre essas vantagens pode-se citar: a obtenção de dispositivos mais confiáveis, de montagem mais rápida, eficiente e com menor custo.

[044] Assim, pelas características de configuração e funcionamento acima descritas, pode-se notar claramente que o processo de montagem de dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas para possibilitar perfeito acoplamento entre junção e rede, e dispositivos assim obtidos, constitui um processo e dispositivos novos para o estado da técnica, revestindo-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Invenção.

Claims (3)

1. Processo de montagem de dispositivo componente de rede de comunicações ópticas, compreendendo: a colagem de uma matriz de fibra de n canais posicionados frontalmente e em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, e acondicionados em uma cápsula de metal; o acoplamento e colagem do conjunto splitter/fiber arrays de no conjunto óptico; o processo de montagem de dispositivos componentes de redes de comunicações ópticas sendo caracterizado por compreender as etapas de: 1) fixação dos componentes a serem alinhados opticamente e colados; 2) execução da rotina de alinhamento óptico; 3) aplicação do epóxi nas junções onde serão colados; 4) execução do processo de pré-cura; 5) verificação da estabilidade do acoplamento óptico; 6) remoção do conjunto com as partes coladas; e 7) término do processo de cura; sendo a colagem é realizada com epóxi do tipo monocomponente curável por exposição de raios UV por fonte de luz de mercúrio de 100 W, entre 320 e 380 nm, e por temperatura de aquecimento; sendo a pré-cura feita por luz UV, a 100 watts, em um período de aproximadamente 20 segundos ; sendo o término do processo de cura feito em ambiente alta temperatura, em torno de 70°C, por uma hora, ou uma câmara de UV gerado por lâmpada de mercúrio de 100 W por um tempo de aproximadamente 10 minutos ; e o epóxi utilizado sendo hábil de ser curável em exposição aos raios UV e à temperatura.

2. Dispositivo componente de rede de comunicações ópticas, do tipo composto por uma matriz de fibra de n canais posicionado e em contato com circuitos splitters ópticos planares PLC, e acondicionado em uma cápsula de metal, caracterizado por possuir estabilização, acoplamento e colagem do conjunto splitter/fiber arrays sem perdas na comunicação óptica dos componentes quando sob ação de tensões mecânicas ou térmicas no conjunto óptico.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender uma cápsula de proteção e manuseio sem requerer coeficientes de expansão térmica baixos.

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