CN103885118A - 二维无v型槽光纤阵列装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维无V型槽光纤阵列装置及其制作方法，所述光纤阵列装置，包括基板、盖板和M×N根光纤，其中：N为光纤层数，M为每层光纤阵列中的光纤数量，相邻两层光纤阵列中的光纤数量相等，所述基板与所述盖板均为平板;第0层光纤阵列作为底层固定在所述基板上,第S层光纤阵列中的光纤固定在第S-1层光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内，与所述S-1层光纤阵列中的光纤错位相切；其中，S=1,2…N。本发明公开的二维无V型槽光纤阵列装置，避免了使用昂贵的带有V型槽的基板，大大降低了光纤阵列的批量生产成本，有效利用了基板和盖板之间的空间体积，提高了光纤阵列的密度，在光束整形技术和平面光波导技术中有着非常重要的应用。

Description

二维无V型槽光纤阵列装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及光通讯器件及光学成像领域，特别是涉及一种二维无V型槽光纤阵列装置及其制作方法。

背景技术

众多光纤按一定的顺序将端面排列成需要的几何形状，组成光纤阵列(FiberArray,FA)装置。阵列两端的光纤排列位置一一对应，阵列中一条光纤相当于一个像素，在光纤阵列一端的光图像就会在阵列的另一端重现。医学上各种光纤内窥镜就是以这个原理制作的。光纤阵列装置主要用来直接传送图像，应用于平面光波导，阵列波导光纤，有源/无源阵列光纤器件，微机电系统以及多通道光学模块。

现有技术中，光纤阵列装置都是利用V形槽（即V槽，V-Groove)把一条光纤、一束光纤或一条光纤带安装在阵列基片上，除去光纤涂层的裸露光纤被置于该V形槽中，被加压器部件所加压并由粘合剂所粘合。在前端部，该光纤被精确定位，以连接到PLC（平面光波导）上，不同光纤的接合部被安装在阵列基片上。利用此方法制造的光纤阵列装置主要有两种类型，单层光纤阵列装置和双层及多层光纤阵列装置。

随着科技的发展，传统的单层光纤阵列装置的成像效果和分辨率已经难以满足光学成像技术的要求。而目前的二维光纤阵列装置及其制作方法中均利用设置在基板上的V型槽，采用光纤层逐层减少的方法，最终形成梯形或三角形光纤阵列，不能有效利用空间体积，从而影响其在光束整形以及平面光波导方面的应用。而且，V型槽的价格比较昂贵，导致批量生产成本的大幅度增加。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的缺陷和不足，提供一种二维无V型槽光纤阵列装置及其制作方法，在有效利用光纤阵列空间体积，提高光纤阵列密度的同时，降低了二维光纤阵列装置的制作成本，并且形成菱形和近长方形光纤阵列。

为实现本发明目的而提供的二维无V型槽光纤阵列装置，包括基板、盖板和M×N根光纤，其中：N为光纤层数，M为每层光纤阵列中的光纤数量，相邻两层光纤阵列中的光纤数量相等；

所述基板与所述盖板均为平板；

第0层光纤阵列作为底层固定在所述基板上；第S层光纤阵列中的光纤固定在第S-1层光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内，与所述S-1层光纤阵列中的光纤错位相切；其中，S=1,2…N；

所述盖板固定在所述第N层光纤阵列上。

在其中一个实施例中，所述基板的上表面的棱角均设置为45度至60度倒角。

在其中一个实施例中，所述相邻两层光纤阵列之间的错位距离为

其中X为正整数，D为光纤直径，且

在其中一个实施例中，所述N层光纤阵列中分别设置有不通光光纤阵列。

相应地，本发明还提供了二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，包括如下步骤：

准备光纤和基板；

将所述光纤埋入标准V型槽夹具中，盖上所述基板；

将A胶水点在所述基板的前后两端的光纤上，进行固化；

松开所述标准V型槽夹具，将固定底层光纤阵列的基板取下；

将第1层光纤阵列埋入所述标准V型槽夹具中，盖上所述固定底层光纤阵列的基板，并使底层光纤阵列中的光纤与第1层光纤阵列中的光纤错位相切；

将A胶水点在所述底层光纤阵列的前端和后端，进行固化；

取下所述基板，将B胶水点在两层光纤的中部的侧面，用无尘纸清洁渗透至所述第1层光纤阵列上的B胶水，进行固化；

重复上述步骤制作第2～N层光纤阵列至所述第1～N-1层光纤阵列上；

将盖板压在第N层光纤阵列上，并点B胶水，进行固化；

研磨端面。

在其中一个实施例中，所述准备光纤和基板，包括以下步骤：

剪切光纤带，去除光纤带外部的涂敷层；

清洗去除涂覆层后的裸光纤，并放入高温箱中释放应力；

对所述基板的上表面的所有棱角进行倒角处理。

在其中一个实施例中，所述研磨端面，包括以下步骤：

在靠近带涂覆层的光纤带一端的裸光纤上点C胶水；

对组装完成的光纤阵列进行研磨；

检查端面及测试研磨端面。

在其中一个实施例中，所述去除光纤带外部的涂敷层后的裸光纤的长度比所述标准V型槽夹具长2至3cm。

在其中一个实施例中，所述对基板的上表面的所有棱角进行倒角处理的倒角角度为45度至60度。

本发明的有益效果：本发明提供的二维无V型槽光纤阵列装置及其制作方法，在未使用带V型槽的基板的条件下，实现了二维菱形或者近长方形光纤阵列装置的制作，降低了二维光纤阵列的批量生产的成本，有效利用了光纤阵列的空间体积，提高了光纤阵列密度；同时，形成的菱形或者近长方形光纤阵列，在通光后将点光源转换成菱形或者近长方形面光源，在光束整形技术和平面光波导技术中有着非常重要的应用。

附图说明

图1为本发明二维无V型槽光纤阵列装置的一个实施例的示意图；

图2为本发明二维无V型槽光纤阵列装置的另一个实施例的示意图；

图3为本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的一个实施例的流程示意图；

图4为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的准备光纤和基板的具体流程示意图；

图5为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的研磨端面的具体流程示意图；

图6为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的将底层光纤阵列埋入标准V型槽中的示意图；

图7为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的将A胶水点在基板与底层光纤接触的边缘处的示意图；

图8为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的松开标准V型槽夹具，取下的固定底层光纤阵列的基板的示意图；

图9为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的将第1层光纤阵列埋入所述标准V型槽夹具中后，点A胶的示意图；

图10为图3中本发明二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法的实施例的取下粘有两层光纤阵列的基板，将B胶水点在两层光纤的中部的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明实施例中的二维无V型槽光纤阵列装置及其制作方法的具体实施方式进行说明。

本发明实施例提供的二维无V型槽光纤阵列装置，包括基板1、盖板3和M×N根光纤2，如图1至图2所示，其中：N为光纤层数，M为每层光纤阵列中的光纤数量，相邻两层光纤阵列中的光纤数量相等；

所述基板1与所述盖板3均采用普通平板石英玻璃，且未设置V型槽结构，大大减少了制作成本；

第0层光纤阵列作为底层固定在所述基板上；第S层光纤阵列中的光纤固定在第S-1层光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内，与所述S-1层光纤阵列中的光纤错位相切；其中，S=1,2…N；

举例说明：

第0层光纤阵列作为底层光纤阵列固定在所述基板上，第1层光纤阵列中的光纤固定在所述底层光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内，与所述底层光纤阵列中的光纤错位相切；

从第1层光纤阵列开始，相邻两层光纤阵列均按照上述方式依次错位相切固定，重复至第N层光纤阵列；

所述盖板固定在所述第N层光纤阵列上，形成菱形或者近长方形光纤阵列，有效利用了光纤阵列的空间体积，提高了光纤阵列密度；且形成的菱形或者近长方形光纤阵列在光束整形技术和平面光波导技术中有非常重要的应用。

较佳地，作为一个实施例，所述基板的上表面的棱角均设置为45度至60度倒角；由于所述底层光纤阵列是通过点胶、固化到所述基板上的，所述底层光纤阵列与所述基板接触的边缘存在一定的空隙，从而导致点胶时容易产生气泡，最终造成光纤阵列的结构不稳定；将所述基板的上表面的棱角均设置为45度至60度倒角，优选60度，可使所述底层光纤阵列与所述基板的四周接触更加紧密，可有效防止点胶时产生气泡，同时，此种结构设计也方便点胶。

较佳地，作为一个实施例，所述相邻两层光纤阵列之间的错位距离为

其中X为正整数，D为光纤直径，且

第1至第N层光纤阵列均固定在与之相邻的光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内,故所述相邻两层光纤阵列之间的错位距离为所述光纤半径的正整数倍；

举例说明：当X=1时，所述相邻两层光纤阵列之间的错位距离为D/2,此时，若1至N层光纤阵列均向同一方向以D/2的距离错位固定，则形成的光纤阵列为菱形光纤阵列，如图2所示；若1至N层光纤阵列不向同一方向以D/2的距离错位固定，而是奇数层向同一方向以D/2的距离错位固定，偶数层向另一方向以D/2的距离错位固定，则形成近长方形光纤阵列，如图1所示。

较佳地，作为一个实施例，所述N层光纤阵列中分别设置有不通光光纤阵列，所述通光光纤根据具体应用需要而设定；

举例说明：所述不通光光纤阵列与所述通光光纤阵列穿插设置，相邻两层通光光纤阵列之间设置有一层不通光光纤阵列，所述不通光光纤用于调整所述相邻两层通光光纤阵列之间的间距。

本发明实施例所提供的二维无V型槽光纤阵列装置，避免了使用昂贵的带有V型槽的基板，大大降低了光纤阵列装置的制作成本；而且，呈菱形或者近长方形的光纤阵列有效利用了基板和盖板之间的空间体积，提高了光纤阵列的密度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，如图3至图10所示，包括以下步骤：

S100、准备光纤和基板1，将所需光纤和基板1进行相应地处理以满足制作要求。

S200、将所述光纤埋入标准V型槽夹具4中，盖上所述基板，如图6所示；

在显微镜下，将经过处理的光纤埋入标准V型槽夹具中，通过所述标准V型槽夹具进行组装定位。

S300、将A胶水6点在所述基板1与所述光纤接触的边缘处，进行UV（紫外线）固化，如图7所示；

需要说明的是：盖上所述基板后，基板已经于所述埋入标准V型槽夹具中的光纤接触，这次点胶需要将胶水点在所述基板的边缘以保证将光纤粘结到所述基板上，然后进行UV固化。

S400、松开所述标准V型槽夹具4，将固定底层光纤阵列的基板取下，如图8所示；此时，所述光纤已经粘在所述基板1上了，第0层光纤阵列也就是底层光纤阵列的组装完成。

S500、将第1层光纤阵列埋入所述标准V型槽夹具4中，盖上所述固定底层光纤阵列的基板1，并使底层光纤阵列中的光纤与第1层光纤阵列中的光纤错位相切；

所述底层光纤阵列中的光纤与第1层光纤阵列中的光纤错位相切,即所述第1层光纤阵列定位在所述底层光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内,错位距离为所述光纤半径的正整数倍。

S600、将A胶水6点在所述底层光纤阵列的前后两端，并渗透至第1层光纤阵列，如图9所示，进行UV固化，使所述底层光纤阵列与所述第1层光纤阵列粘接。

S700、取下粘有两层光纤阵列的基板，将B胶水7点在两层光纤的中部的侧面，如图10所示；用无尘纸清洁渗透至所述第1层光纤阵列上的B胶水，UV固化B胶；

在两层光纤的中部的侧面点B胶7，使所述底层光纤阵列与所述第1层光纤阵列粘接更加牢固；用无尘纸清洁渗透至所述第1层光纤阵列上的B胶水7，防止了渗透至所述第1层光纤阵列上的B胶水对第2层光纤阵列组装的影响，提高了光纤阵列的制作精度。

S800、重复上述步骤制作第2～N层光纤阵列至所述第1～N-1层光纤阵列上；

对于1至N层光纤阵列，相邻两层光纤阵列之间的错位距离为其中X为正整数，D为光纤直径，且

举例说明：取X=1时，所述相邻两层光纤阵列之间的错位距离为D/2,此时，若1至N层光纤阵列均向同一方向以D/2的距离错位固定，则形成的光纤阵列为菱形光纤阵列；若1至N层光纤阵列不向同一方向以D/2的距离错位固定，而是奇数层向同一方向以D/2的距离错位固定，偶数层向另一方向以D/2的距离错位固定，则形成近长方形光纤阵列。

S900、将盖板压在第N层光纤阵列上，并点B胶水，进行UV固化，完成光纤阵列的组装制作。

S1000、研磨端面，对组装完成的光纤阵列进行后期处理。

较佳地，作为一个实施例，所述准备光纤和基板，如图4所示，包括以下步骤：

S110、剪切光纤带，并用热剥器去除光纤带外部的涂敷层，去除涂覆层后的裸光纤用于制作光纤阵列。

S120、清洗去除涂覆层后的裸光纤，并放入高温箱中释放应力。

S130、对所述基板的上表面的所有棱角进行倒角处理；

由于所述底层光纤阵列是通过点胶、固化到所述基板上的，所述底层光纤阵列与所述基板接触的边缘存在一定的空隙，从而导致点胶时容易产生气泡，最终造成光纤阵列的结构不稳定；将所述基板的上表面的所有棱角进行倒角处理，可使所述底层光纤阵列与所述基板的四周接触更加紧密，可有效防止点胶时产生气泡。

较佳地，作为一个实施例，所述研磨端面，如图5所示，包括以下步骤：

S1010、在靠近带涂覆层的光纤带一端的裸光纤上点C胶水，C胶水为软胶，可用来保护所述裸光纤。

S1020、将组装完成的光纤阵列装到研磨夹具上进行研磨。

S1030、检查端面及测试研磨端面角度。

较佳地，作为一个实施例，所述去除光纤带外部的涂敷层后的裸光纤的长度比所述标准V型槽夹具长2至3cm，优选2cm，方便制作过程中进行点胶粘接。

较佳地，作为一个实施例，所述对1基板的上表面的所有棱角进行倒角处理的倒角角度为45度至60度，优选60度，在防止点胶时产生气泡的同时，也方便点胶。

本发明实施例所提供的二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，可在较低的成本下完成高空间利用率、高密度的二维光纤阵列装置的制作；通过此方法制作的二维菱形或者近长方形的光纤阵列，在通光后将点光源转换成菱形或者近长方形面光源，在光束整形技术和平面光波导技术中起到了非常重要的作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种二维无V型槽光纤阵列装置，其特征在于，包括基板、盖板和M×N根光纤，其中：N为光纤层数，M为每层光纤阵列中的光纤数量，相邻两层光纤阵列中的光纤数量相等；

所述基板与所述盖板均为平板；

第0层光纤阵列作为底层固定在所述基板上；第S层光纤阵列中的光纤固定在第S-1层光纤阵列中的相邻光纤之间形成的凹槽内，与所述S-1层光纤阵列中的光纤错位相切；其中，S=1,2…N；

所述盖板固定在所述第N层光纤阵列上。

2.根据权利要求1所述的二维无V型槽光纤阵列装置，其特征在于，所述基板的上表面的棱角均设置为45度至60度倒角。

3.根据权利要求1所述的二维无V型槽光纤阵列装置，其特征在于，所述相邻两层光纤阵列之间的错位距离为

其中X为正整数，D为光纤直径，且 $X<\frac{M}{2}.$

4.根据权利要求1至3所述的二维无V型槽光纤阵列装置，其特征在于，所述N层光纤阵列中分别设置有不通光光纤阵列。

5.一种二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备光纤和基板；

将所述光纤埋入标准V型槽夹具中，盖上所述基板；

将A胶水点在所述基板的前后两端的光纤上，进行固化；

松开所述标准V型槽夹具，将固定底层光纤阵列的基板取下；

将第1层光纤阵列埋入所述标准V型槽夹具中，盖上所述固定底层光纤阵列的基板，并使底层光纤阵列中的光纤与第1层光纤阵列中的光纤错位相切；

将A胶水点在所述底层光纤阵列的前端和后端，进行固化；

取下所述基板，将B胶水点在两层光纤的中部的侧面，用无尘纸清洁渗透至所述第1层光纤阵列上的B胶水，进行固化；

重复上述步骤制作第2～N层光纤阵列至所述第1～N-1层光纤阵列上；

将盖板压在第N层光纤阵列上，并点B胶水，进行固化；

研磨端面。

6.根据权利要求5所述的二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，其特征在于，所述准备光纤和基板，包括以下步骤：

剪切光纤带，去除光纤带外部的涂敷层；

清洗去除涂覆层后的裸光纤，并放入高温箱中释放应力；

对所述基板的上表面的所有棱角进行倒角处理。

7.根据权利要求5所述的二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，其特征在于，所述研磨端面，包括以下步骤：

在靠近带涂覆层的光纤带一端的裸光纤上点C胶水；

对组装完成的光纤阵列进行研磨；

检查端面及测试研磨端面。

8.根据权利要求6所述的二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，其特征在于，所述去除光纤带外部的涂敷层后的裸光纤的长度比所述标准V型槽夹具长2至3cm。

9.根据权利要求6所述的二维无V型槽光纤阵列装置的制作方法，其特征在于，所述对基板的上表面的所有棱角进行倒角处理的倒角角度为45度至60度。

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