CN101458368B - 实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，该装置包括L形基座8、弹簧9和载片架10，所述弹簧9一端固定连接所述L形基座8垂直于水平底面的侧壁，另一端固定连接所述载片架10。本发明同时公开了一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法。利用本发明，当光纤阵列中各光纤的中心轴线方向与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向存在一夹角，弹簧将通过自身的弯曲形变将该夹角矫正到0°，保证光纤阵列安全的完全插入微孔阵列，避免了光纤插入微孔时发生损坏，提高了光纤插入微孔的安全性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术中光电器件和光纤耦合封装技术领域，尤其涉及一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置及方法，不仅适用于单根光纤插入单个微孔，而且适用于一维或二维的光纤阵列插入同周期排列的一维或二维微孔阵列。
背景技术
随着数据的处理、存储和传输的飞速发展，高速、宽带宽的需求使得用于实现短距离信息交换的电互联成为系统发展的瓶颈。与电互连相比，由于并行光互连具有高带宽、低损耗、无串扰等特点，因此有可能成为最终的互联解决方案，将开始广泛地应用于机柜间、框架间和板间的高速互连。
并行光互连可以通过基于VCSEL阵列和PIN阵列的并行光模块和多模光纤阵列来实现。常用的VCSEL波长为850nm，多模光纤规格是50/125μm和62.5/125μm.。实现VCSEL阵列/PIN阵列与多模光纤阵列间高效、可靠、低成本的光耦合至关重要。
本申请人曾经提出了一种通过贯穿基片的微通孔阵列实现光电器件阵列与光纤阵列的无源对准耦合方法。如图1和图2所示，光电器件阵列的光纤阵列无源耦合组件包括以下三个部分：下基板1，上基板2和N根光纤3组成的光纤阵列，带有微通孔5阵列的基片4，光电器件阵列6。
该光电器件阵列的光纤阵列无源耦合方法特别适用于面发射或面接收的光电器件阵列(例如垂直腔面发射激光器VCSEL和面接收的PIN光探测器阵列)，与多模光纤阵列间的无源耦合，具有定位精确、耦合效率高、实现工艺简单的特点。
上述无源对准耦合方法中需要将光纤阵列插入微通孔阵列。为了保证耦合精度和组件强度，通常微通孔孔径仅略大于裸纤外径(如4～8μm)且保证有一定的深度(几百微米)，当光纤阵列和带有微通孔阵列的基片中的一个被固定在一固定夹具上，另一个被固定在微调架上，或者二者都被固定在微调架上，调节光纤阵列和微通孔阵列的相对位置，理想的情况是将光纤阵列中每根光纤的中心轴线与微通孔阵列对应的每个微通孔的中心轴线相重合，但实际操作中很难做到这一点，通常会出现如图3所示的情况：光纤阵列中光纤的中心轴线与微通孔阵列对应的微通孔的中心轴线存在一定的夹角θ(理想情况θ＝0)，这时光纤阵列无法插入微通孔阵列，同时由于光纤阵列中光纤前端为剥去涂敷层的裸纤，脆而易于折断，这种情况下施加较大插入推力还可能导致光纤阵列中光纤前端损坏，如光纤端面磨损崩边或光纤头折断，给操作带来一定难度。
另外，当组装含有多根光纤的光纤器件时，也经常需要将多根光纤同时插入多个微孔以实现多根光纤精确定位。例如，在制作1×N过包层光纤耦合器过程中，要将多根光纤涂敷层被剥离的部分插入微孔中以形成耦合器预制件。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，以避免光纤插入微孔时发生损坏，提高光纤插入微孔的安全性和准确性。
本发明的另一个目的在于提供一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法，以避免光纤插入微孔时发生损坏，提高光纤插入微孔的安全性和准确性。
(二)技术方案
为达到上述一个目的，本发明提供了一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，该装置包括L形基座8、弹簧9和载片架10，所述弹簧9一端固定连接所述L形基座8垂直于水平底面的侧壁，另一端固定连接所述载片架10。
上述方案中，所述L形基座8由铜、铝或不锈钢材料构成，用于将整个装置固定在微调架14上，以便于实施光纤阵列插入微孔阵列的操作，并提供一个垂直于微调架14水平上表面的垂直面，使得弹簧9一端固定在此垂直面时，弹簧9的中心轴线是水平的。
上述方案中，在载片架10装载有带微孔阵列基片时，所述弹簧9在自由无外力状况下，不发生向下弯曲，所述载片架10的表面与所述L形基座8的垂直侧壁保持平行，都为垂直面，所述弹簧9的中心轴线为水平线。
上述方案中，所述载片架10包括底板12和上盖板13，所述底板12和上盖板13都是镂空的，带微孔阵列的基片4被固定在底板12和上盖板13之间。
上述方案中，所述底板12与弹簧9固定连接，底板12的镂空边缘为台阶形，上台阶围成的镂空区域尺寸大于带微孔阵列的基片4的尺寸，下台阶围成的镂空区域尺寸小于带微孔阵列的基片4的尺寸，上台阶高度等于带微孔阵列的基片4的厚度，上盖板13镂空区域尺寸同样小于带微孔阵列的基片4的尺寸；所述镂空区域在所述底板12和上盖板13上的位置使得在带微孔阵列的基片4的被安装到载片架10上后，微孔阵列位于弹簧9的圆心。
上述方案中，所述载片架10由金属铝或密度小重量轻的材料构成。
为达到上述另一个目的，本发明提供了一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法，该方法包括：
固定所述实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置于一微调架的水平上表面之上，并固定光纤阵列组件于另一微调架的水平上表面之上；
调节两个微调架使得光纤阵列圆形端面与微孔阵列的圆形孔口一一对准，圆心尽量重合；
调节所述两个微调架的任一个或全部，使得光纤阵列插入微孔阵列。
上述方案中，所述固定所述实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置于一微调架的水平上表面之上，并固定光纤阵列组件于另一微调架的水平上表面之上的步骤包括：
将带微孔阵列的基片嵌入底板和上盖板之间固定，将装载有带微孔阵列基片的整个装置通过L型基座底座上的通孔安装固定在一微调架的水平上表面之上；将由下基板、上基板、N根光纤形成的光纤阵列构成的1×N的一维光纤阵列组件固定在另一微调架的水平上表面之上。
上述方案中，在调节微调架使得光纤阵列插入微孔阵列之前，如果光纤阵列中各光纤的中心轴线方向已经与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向相平行一致，这时在实施该步操作过程中，带微孔阵列基片的微孔阵列位置上受到的外力是平行于弹簧中心轴线方向的，弹簧仅产生沿中心轴线方向的拉伸或压缩而不发生弯曲，各光纤的中心轴线方向能一直保持与各微孔的中心轴线方向相平行，使得各光纤能完全插入或穿过各微孔，光纤阵列中各光纤受到的反作用力是平行于各光纤中心轴线方向的，光纤不会被折断；
而在调节微调架使得光纤阵列插入微孔阵列之前，如果光纤阵列中各光纤的中心轴线方向与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向存在一夹角θ时，这时在实施该步操作过程中，带微孔阵列基片的微孔阵列位置上受到的外力不再与弹簧中心轴线同方向，在垂直于弹簧中心轴线方向上力的分量不为零，此分力使得弹簧发生弯曲，进而改变各微孔的走向，使得各光纤的中心轴线方向与各微孔的中心轴线方向再次相平行，使得各光纤能完全插入或穿过各微孔，同样弹簧弯曲后光纤阵列中各光纤受到的反作用力是平行于各光纤中心轴线方向的，光纤同样不会被折断。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置及方法，在插入操作进行过程中，当光纤阵列中各光纤的中心轴线方向与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向存在一夹角，弹簧将通过自身的弯曲形变将该夹角矫正到0°，保证光纤阵列安全的完全插入微孔阵列，避免了光纤插入微孔时发生损坏，提高了光纤插入微孔的安全性和准确性。
另外，本发明提供的这种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置及方法，不仅适用于单根光纤插入单个微孔，而且适用于一维或二维的光纤阵列插入同周期排列的一维或二维微孔阵列。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是光电器件阵列的光纤阵列无源耦合组件，其中1为下基板，2为上基板，3为N根光纤形成的光纤阵列，由1、2、3构成1×N的一维光纤阵列组件，4为带有1×N的一维微通孔的基片，6为N个光电器件管芯形成的光电器件阵列；
图2示出了图1中沿C-C′线的剖面图，其中光电器件阵列6中的一个管芯的有源区7与微通孔阵列5中对应的一个微通孔中心轴线垂直对准，有源区的中心点与微通孔中心点重合；
图3示出了光纤阵列3中光纤的中心轴线与微通孔阵列5对应的微通孔的中心轴线存在一定的夹角θ时，光纤阵列插入微通孔阵列的示意图；
图4示出了本发明提供的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置的示意图，其中8为L型基座，9为弹簧，10为载片架，11为L型基座底板上的通孔；
图5示出了载片架剖面结构示意图，其中12为载片架底板，13为载片架上盖；
图6示出了将带微孔阵列的基片安装到载片架上的过程示意图；
图7示出了本发明提供的实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法流程图；
图8示出了光纤阵列插入微孔阵列操作台的结构示意图，其中14为微调架，15为光学平台桌面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图4所示，图4示出了本发明提供的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置的示意图，其中8为L型基座，9为弹簧，10为载片架，11为用于将L型基座固定于微调架上的通孔。
本发明提供的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置包括L形基座8、弹簧9和载片架10。所述弹簧9一端固定连接所述L形基座8垂直于水平底面的侧壁，另一端固定连接所述载片架10。
所述L形基座8由铜、铝或不锈钢材料构成，其作用一是将整个装置固定在微调架14上，以便于实施光纤阵列插入微孔阵列的操作；二是提供一个垂直于微调架14水平上表面的垂直面，使得弹簧9一端固定在此垂直面时，弹簧9的中心轴线是水平的。
即使在载片架10装载有带微孔阵列基片，所述弹簧9在自由无外力状况下，不发生向下弯曲，所述载片架10的表面与所述L形基座8的垂直侧壁保持平行，都为垂直面，所述弹簧9的中心轴线为水平线。选择合适结构参数的弹簧保证在L型基座水平固定，弹簧和载片架(包括载片架装载有带微孔阵列基片时的情况)在不受外力处于自由状况时，弹簧几乎不发生向下弯曲，即载片架表面与L型基座侧壁保持平行，都垂直于弹簧中心轴线。
如图5所示，图5示意了载片架剖面结构，所述载片架10包括底板12和上盖板13，所述底板12和上盖板13都是镂空的，带微孔阵列的基片4被固定在底板12和上盖板13之间。所述底板12与弹簧9固定连接，底板12的镂空边缘为台阶形，上台阶围成的镂空区域尺寸略大于带微孔阵列的基片4的尺寸，下台阶围成的镂空区域尺寸略小于带微孔阵列的基片4的尺寸，上台阶高度等于带微孔阵列的基片4的厚度，上盖板13镂空区域尺寸同样略小于带微孔阵列的基片4的尺寸；所述镂空区域在所述底板12和上盖板13上的位置使得在带微孔阵列的基片4的被安装到载片架10上后，微孔阵列位于弹簧9的圆心。
所述底板12和上盖板13都是镂空的，镂空的尺寸由带微孔阵列的基片尺寸决定，底板镂空边缘为台阶形，上台阶围成的镂空区域尺寸略大于带微孔阵列的基片尺寸，下台阶围成的镂空区域尺寸略小于带微孔阵列的基片尺寸，上台阶高度等于带微孔阵列的基片厚度，上盖板镂空区域尺寸同样略小于带微孔阵列的基片尺寸，将带微孔阵列的基片放入底板镂空槽内其恰好被下台阶支撑，再盖上上盖板，将上盖板固定在底板上，最终使得带微孔阵列的基片被固定在底板和上盖板之间，且不能在上下、左右和前后方向上发生移动。图6(3)示出将带微孔阵列的基片安装到载片架上的过程。
将底板和上盖板镂空的原因是带微孔阵列的基片在插入光纤阵列前上、下表面可能已经有其他结构或芯片，这些结构或芯片在受力时是极易损坏的，所以在整个光纤阵列插入带微孔阵列的基片的过程中，需要保证这些结构或芯片是不能被触及的。镂空区域在底板和上盖板上的位置由微孔阵列在带微孔阵列的基片上的位置来确定，原则上是使得在带微孔阵列的基片被安装到载片架上后微孔阵列位于弹簧圆心上。同时弹簧内径足够大(远大于微孔阵列尺寸)，使得微孔阵列较均匀的分布在弹簧圆心附近时，当在微孔阵列位置上施加平行于弹簧中心轴线方向的外力时，弹簧仅产生沿中心轴线方向的拉伸或压缩而不发生弯曲。
所述弹簧9两端和L型基座8侧壁以及载片架10的底板12间的固定可以采用机械方法，也可以采用树脂或胶粘接的方法。所述载片架10由密度小、重量轻、具有轻、薄、小的特点的材料构成一般选用金属铝。
基于上述对实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置的描述，以下描述本发明提供的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置具体应用，即实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法。
如图7所示，图7示出了本发明提供的实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤701：固定所述实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置于一微调架的水平上表面之上，并固定光纤阵列组件于另一微调架的水平上表面之上；在本步骤中，光纤阵列组件的制备以其在微调架上的固定方法不属于本发明的范畴，为简明起见不再赘述。
步骤702：调节两个微调架使得光纤阵列圆形端面与微孔阵列的圆形孔口一一对准，圆心尽量重合；
步骤703：调节所述两个微调架的任一个或全部，使得光纤阵列插入微孔阵列。
上述步骤701包括：将带微孔阵列的基片嵌入底板和上盖板之间固定，将装载有带微孔阵列基片的整个装置通过L型基座底座上的通孔安装固定在一微调架的水平上表面之上；将由下基板、上基板、N根光纤形成的光纤阵列构成的1×N的一维光纤阵列组件固定在另一微调架的水平上表面之上。具体可参照图8，图8示出了光纤阵列插入微孔阵列操作台的结构示意图，其中14为微调架，15为光学平台桌面。
当调节微调架使得光纤阵列插入微孔阵列之前，如果光纤阵列中各光纤的中心轴线方向已经与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向相平行一致，这时在实施该步操作过程中，带微孔阵列基片的微孔阵列位置上受到的外力是平行于弹簧中心轴线方向的，弹簧仅产生沿中心轴线方向的拉伸或压缩而不发生弯曲，各光纤的中心轴线方向能一直保持与各通孔的中心轴线方向相平行，使得各光纤能完全插入或穿过各微孔(如果需要的话，可以穿过各微孔)，光纤阵列中各光纤受到的反作用力是平行于各光纤中心轴线方向的，光纤不会被折断。
而调节微调架使得光纤阵列插入微孔阵列之前，如果光纤阵列中各光纤的中心轴线方向与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向存在一夹角θ时，这时在实施该步操作过程中，带微孔阵列基片的微孔阵列位置上受到的外力不再与弹簧中心轴线同方向，在垂直于弹簧中心轴线方向上力的分量不为零，此分力使得弹簧发生弯曲，进而改变各微孔的走向，使得各光纤的中心轴线方向与各微孔的中心轴线方向再次相平行，使得各光纤能完全插入或穿过各微孔(如果需要的话，可以穿过各微孔)，同样弹簧弯曲后光纤阵列中各光纤受到的反作用力是平行于各光纤中心轴线方向的，光纤同样不会被折断。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，该装置包括L形基座(8)、弹簧(9)和载片架(10)，所述弹簧(9)一端固定连接所述L形基座(8)垂直于水平底面的侧壁，另一端固定连接所述载片架(10)；
L形基座(8)将整个装置固定在微调架(14)上，提供一个垂直于微调架(14)水平上表面的垂直面，使得弹簧(9)一端固定在此垂直面时，弹簧(9)的中心轴线是水平的；
载片架(10)包括底板(12)和上盖板(13)，底板(12)和上盖板(13)都是镂空的，带微孔阵列的基片(4)被固定在底板(12)和上盖板(13)之间；
底板(12)与弹簧(9)固定连接，底板(12)的镂空边缘为台阶形，上台阶围成的镂空区域尺寸大于带微孔阵列的基片(4)的尺寸，下台阶围成的镂空区域尺寸小于带微孔阵列的基片(4)的尺寸，上台阶高度等于带微孔阵列的基片(4)的厚度，上盖板(13)镂空区域尺寸同样小于带微孔阵列的基片(4)的尺寸。
2.根据权利要求1所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，所述L形基座(8)由铜、铝或不锈钢材料构成。
3.根据权利要求1所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，在载片架(10)装载有带微孔阵列基片时，所述弹簧(9)在自由无外力状况下，不发生向下弯曲，所述载片架(10)的表面与所述L形基座(8)的垂直侧壁保持平行，都为垂直面，所述弹簧(9)的中心轴线为水平线。
4.根据权利要求1所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，所述底板(12)和上盖板(13)的镂空区域在所述底板(12)和上盖板(13)上的位置使得在带微孔阵列的基片(4)的被安装到载片架(10)上后，微孔阵列位于弹簧(9)的圆心。
5.根据权利要求1所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，所述载片架(10)由金属铝构成。
6.根据权利要求1所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置，其特征在于，所述弹簧(9)两端和“L形基座(8)垂直于水平底面的侧壁以及载片架(10)间的固定连接采用机械方法，或采用树脂或胶粘接的方法。
7.一种实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法，基于权利要求1所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置来实现，其特征在于，该方法包括：
固定所述实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置于一微调架的水平上表面之上，并固定光纤阵列组件于另一微调架的水平上表面之上；
调节两个微调架使得光纤阵列圆形端面与微孔阵列的圆形孔口一一对准，圆心尽量重合；
调节所述两个微调架的任一个或全部，使得光纤阵列插入微孔阵列。
8.根据权利要求7所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法，其特征在于，所述固定所述实现将光纤阵列插入微孔阵列的装置于一微调架的水平上表面之上，并固定光纤阵列组件于另一微调架的水平上表面之上的步骤包括：
将带微孔阵列的基片嵌入底板和上盖板之间固定，将装载有带微孔阵列基片的整个装置通过L型基座底座上的通孔安装固定在一微调架的水平上表面之上；
将由下基板、上基板、N根光纤形成的光纤阵列构成的1×N的一维光纤阵列组件固定在另一微调架的水平上表面之上。
9.根据权利要求7所述的实现将光纤阵列插入微孔阵列的方法，其特征在于，
在调节微调架使得光纤阵列插入微孔阵列之前，如果光纤阵列中各光纤的中心轴线方向已经与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向相平行一致，这时在实施该步操作过程中，带微孔阵列基片的微孔阵列位置上受到的外力是平行于弹簧中心轴线方向的，弹簧仅产生沿中心轴线方向的拉伸或压缩而不发生弯曲，各光纤的中心轴线方向能一直保持与各微孔的中心轴线方向相平行，使得各光纤能完全插入或穿过各微孔，光纤阵列中各光纤受到的反作用力是平行于各光纤中心轴线方向的，光纤不会被折断；
而在调节微调架使得光纤阵列插入微孔阵列之前，如果光纤阵列中各光纤的中心轴线方向与微孔阵列中各微孔的中心轴线方向存在一夹角θ时，这时在实施该步操作过程中，带微孔阵列基片的微孔阵列位置上受到的外力不再与弹簧中心轴线同方向，在垂直于弹簧中心轴线方向上力的分量不为零，此分力使得弹簧发生弯曲，进而改变各微孔的走向，使得各光纤的中心轴线方向与各微孔的中心轴线方向再次相平行，使得各光纤能完全插入或穿过各微孔，同样弹簧弯曲后光纤阵列中各光纤受到的反作用力是平行于各光纤中心轴线方向的，光纤同样不会被折断。
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