CN106680947A - 一种低差损的光纤接口组件及其制备方法和光学次组件 - Google Patents

一种低差损的光纤接口组件及其制备方法和光学次组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低差损的光纤接口组件及其制备方法和光学次组件。低差损的光纤接口组件，包括壳体和玻璃器件；壳体是由光信号可穿透的塑料制成塑料壳体，塑料壳体具有内径为d的筒状结构、第一通光面、第二通光面，其中，所述第二通光面为聚光曲面，聚光曲面能够起到光线聚焦的作用。本发明还公开了制备所述光纤接口组件的方法，包含所述光纤接口组件的光学次组件。本发明只含有一个反射界面，大大降低了插入损耗，且消除了光纤连接器插针端面处的回向反射；塑料壳体上含有一个聚光曲面，可以使得在生产光学次组件的时候省却一个透镜；结构简单，组装容易，在工艺上便于自动化生产。

Description

一种低差损的光纤接口组件及其制备方法和光学次组件
技术领域
本发明涉及光通讯技术领域，特别地涉及一种低差损的光纤接口组件及其制备方法和光学次组件。
背景技术
光纤接口组件(optical receptacle)是光学次组件(Optical Subassembly或OSA)的重要组成部分，用来接收及定位光纤连接器。光纤接口组件一般有数种，一种为含陶瓷插芯的，一种是由塑料注塑成型的。陶瓷插芯一般用来和光纤连接器插针进行物理接触，来消除光纤连接器插针端面的光信号回向反射。特别需要指出的是：塑料由于质地较软，很容易被插针划伤，不能做成接触面来接触光纤连接器插针。
当光学次组件(OSA)管芯为光发射芯片时，我们称此OSA为TOSA(transmitterOptical Subassembly,即光发射次组件)。当管芯为光接收芯片时，我们称此OSA为ROSA(Receiver Optical Subassembly,即光接收次组件)。当然还有其他类型的OSA，例如BOSA(单纤双向组件，其同时含有一个光发射管芯和光接收管芯)，Triplexer(单纤三向组件，其同时含有一个光发射管芯和两个光接收管芯)等等。
一个典型的光学次组件OSA(见图1a)由以下几个部分组成：金属管座400、管芯500(光发射或接收芯片)、金属管帽600、光学透镜700、现有光纤接口组件300。在OSA工作的时候，光纤接口组件300会被插入光纤连接器的插针200(ferrule)。目前常使用的光纤接口组件300主要是由其具有内径d的桶装结构、用来阻挡光纤连接器插针的面301。
由图1a所示，当管芯500为发射管芯时，其发出的光线会经过光学透镜(700)的上下表面(701)和(702)在光纤连接器插针中的纤芯210下表面211处聚焦，然后光信号在纤芯210中传播至光纤链路系统中。
由图1a所示，当管芯500为接收管芯时，从纤芯210传播而来的入射光线在其下表面211处发出并经过光学透镜700的上表面(701)和下表面(702)在管芯500处聚焦，由接收管芯500接收光线，并把光信号转变为电信号。
由图1a所示的光学次组件，在光信号传播的过程中存在三处折射率有很大变化的界面，分别是面(211)，面(701)和面(702)。通常在折射率变化的界面，反射率可以通过R＝(n1-n0)^2/(n1+n0)^2来计算，其中n1为光密介质材料的折射率如光纤纤芯210和玻璃透镜700，n0为光疏介质如空气的折射率，取n1≈1.5，n0≈1.0，得Rf＝4％，即因为这三个界面大概总共有12％的能量被反射掉了，这大大加大了光学次组件的插入损耗。如果这些反射掉的回向光被耦合进光纤链路系统，比如通过面(211)的入射光线很容易被反射进入光纤链路系统，这些回向的反射光线对系统的影响包括：引起发射光源的中心波长波动；引起发射光源的光强波动；增加光纤系统噪声，永久性地损害光源等等，进而影响整个光路系统的稳定及带宽。
发明内容
为了解决现有接口组件做成的光学次组件OSA中光反射面比较多，差损及回损比较大，成本比较高的问题，本发明提供了一种低差损的塑料光纤接口组件及其制备方法和光学次组件。本发明的光纤接口组件反射界面少及低差损性从而可以应用到比较高端，速率比较快的光通讯模块上，这对于降低整个光通讯系统成本具有非常积极的意义。
本发明采用如下技术方案：
一种低差损的光纤接口组件，包括壳体和玻璃器件，所述玻璃器件位于所述壳体内，其具有光滑的上表面和下表面，所述壳体是由光信号可穿透的塑料制成的塑料壳体，塑料壳体具有内径为d的筒状结构、第一通光面与第二通光面，其中，所述第二通光面为聚光曲面，聚光曲面能够起到光线聚焦的作用；所述玻璃器件的上表面用于和所述光纤连接器的插针进行物理接触，下表面和塑料壳体紧密结合在一起。
进一步地，玻璃器件的上表面和下表面为光滑平面或者略带有弧度的光滑曲面，所述上表面及下表面的平面中心或者曲面顶点和所述塑料壳体中内径为d的筒状结构的中轴线重合。
上述玻璃器件的下表面通过光学胶水和塑料壳体粘结在一起，所述光学胶水为光信号可穿透的、且其折射率与所述玻璃器件的折射率相同或相近。
可替代地，所述玻璃器件直接在壳体注塑成型阶段压入壳体，与塑料壳体连在一起。
可替代地，所述玻璃器件通过管状的小连接件固定在塑料壳体内；
上述玻璃器件通过粘接、焊接或压配的方式封装在小连接件内，小连接件通过压配或者使用光学胶水粘接的方式与塑料壳体连在一起。
优选地，所述小连接件利用粘接剂封接所述玻璃器件；或者所述玻璃器件直接在所述小零件内模压成型。
一种光学次组件，包括上述低差损的光纤接口组件。塑料壳体的第二通光面为聚光曲面，聚光曲面有聚焦光线的作用，光学次组件省却了光学透镜。
一种制备低差损的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作；
步骤3：采用光学胶水直接将所述玻璃小段粘结至所述光纤接口组件的壳体内；
或，将玻璃器件直接在所属壳体注塑成型阶段压入塑料壳体；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
另一种制备低差损的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作；
步骤3：通过小连接件间接将所述玻璃器件组装至所述光纤接口组件的壳体内；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
进一步地，所述步骤3具体包括：
先将所述玻璃器件用粘接剂或者焊料固定在小连接件内的适当位置，或者通过模压成型的方法把所述玻璃器件封接在小连接件里面；
然后再把封接有所述玻璃器件的小连接件通过压配或者粘接的方式固定在所述塑料壳体内。
再一种制备低差损的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将尚未研磨的玻璃小段封接在小连接件里面，然后将小连接件和玻璃小段一起研磨并抛光，以便使得它们的上下两端为平面或略带有弧度；
步骤3：把封接有玻璃小段的小连接件通过压配或者粘接的方式固定在所述塑料壳体内；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
本发明提出了一种低差损的光纤接口组件和其对应的制备方法和光学次组件，其利用了玻璃的硬度和透光性来实现其和光纤插针的物理接触，利用了塑料透光性以及容易注塑成型的特点以用其来形成聚光曲面，与现有技术相比，具有以下优点：
只含有一个反射界面，大大降低了反射损耗，且消除了光纤连接器插针端面处的回向反射；
塑料壳体上含有一个聚光曲面，可以使得在生产光学次组件的时候省却一个透镜；
结构简单，组装容易，在工艺上便于自动化生产；
用塑料做壳体，利用注塑成型的工艺，提高了产品一致性并大大降低了成本。
附图说明
图1a是传统型含塑料光纤接口组件的光学次组件(OSA)的示意图；
图1b是与图1的光纤接口组件相配合的光纤连接器插针示意图；
图2是实施例1的光纤接口组件的结构示意图；
图3是实施例2的光纤接口组件的结构示意图；
图4是实施例3的光纤接口组件的结构示意图；
图5是实施例5的光学次组件(OSA)的示意图；
图中，100、光纤接口组件，110、塑料壳体，111、第一通光面，112、第二通光面，120、玻璃器件，121、上表面，122、下表面，130、光学胶水，140、小连接件，180、粘结剂，200、插针，210、纤芯，300、现有光纤接口组件，400、金属管座，500、管芯，600、金属管帽，700、光学透镜，701、光学透镜的上表面，702、光学透镜的下表面。
具体实施方式
结合附图1至5对本发明的具体实施方式做进一步说明，实施例通过本发明的阐述所提供，并且不旨在作为对本发明的限制。
光纤接口组件主要用于光学次组件OSA上，以用于接收及定位光纤连接器(connector)，起到光传播中的连接作用。
光学次组件包括光发射次组件(TOSA)、光接收次组件(ROSA)和单纤双向组件(BOSA)和单纤三向组件(Triplexer)等等。以及OSA的封装形式可以包括但不限于桶状，块状,蝶形，COF(chip on flex,封在软板上的芯片)以及COB(chip on board,封在硬板上的芯片)等等。
光纤连接器的类型则包括但不限于SC、LC、ST、STII、FC、AFC、FDDI、ESCON和SMA光纤连接器。
实施例1：
如图2所示，一种低差损的光纤接口组件100，包括壳体和玻璃器件120，所述玻璃器件120位于所述壳体内，其具有光滑的上表面121和下表面122。
所述壳体是由光信号可穿透的塑料制成塑料壳体110，塑料优选为光信号穿透性比较好的PEI塑料，例如ULTEM 1010,ULTEM DT1810EV,ULTEM 1285或ULTEM CRS5011。
塑料壳体110具有内径为d的筒状结构、第一通光面111、第二通光面112，其中，所述第二通光面112为聚光曲面，聚光曲面能够起到光线聚焦的作用。所述上表面和下表面为光滑平面或者略带有弧度的光滑曲面，所述上表面及下表面的平面中心或者曲面顶点和所述塑料壳体中内径为d的筒状结构的中轴线重合。
桶状结构的直径d的大小和深度一般都是个固定的数值，由所对应的光纤连接器种类决定，例如：标准接头(SC)或者朗讯接头(LC)等类型的接口。
塑料壳体的第二通光面可以根据需要进行设计，其可以为球面，也可以为非球面或其它复杂曲面。
玻璃器件上表面用于和所述光纤连接器的插针进行物理接触，所述下表面直接通过光学胶水130和塑料壳体110紧密结合在一起。所述玻璃器件由石英玻璃材料或者其他光学玻璃形成,其折射率为1.5左右，以使得其折射率和光纤插芯的折射率相差较小。
光学胶水为光信号可穿透的且折射率与所述玻璃器件的折射率相差不大。光学胶水折射率为1.5左右，例如：353ND，353ND-T，323LP或者F253等等。
玻璃器件的含有两个端面，不一定必须为圆柱体，也可以为长方体，正方体或者切面为其它多边形等。玻璃器件的上表面为曲面时，所述曲面的曲率半径至少要大于4mm。玻璃器件的长度h要适当，从而确保光线从玻璃器件的上下表面通过,而不会从所述玻璃器件的柱面(或者侧面)折射出去。
一种制备本实施例的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作，其中所述玻璃器件在所述光纤接口组件内的作用是和光纤连接器的插针进行物理接触；
步骤3：采用光学胶水将所述玻璃小段粘结至所述光纤接口组件的壳体内；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
实施例2：
如图2所示，本实施例中将玻璃器件与所述塑料壳体热注塑成型为一体结构，使得玻璃器件下表面和塑料壳体紧密结合在一起，替代实施例1中采用光学胶水将所述玻璃小段粘结至所述光纤接口组件的壳体内。
一种制备本实施例的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作；
步骤3：将玻璃器件直接在所属壳体注塑成型阶段压入塑料壳体，从而省却了光学胶水；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
实施例3：
与实施例1所述低差损的光纤接口组件不同，本实施例中低差损的光纤接口组件还包括小连接件140，如图4所示，小连接件连接玻璃器件，小连接件通过压配或者光学胶水粘接的方式组装在所述塑料壳体内。
制作小连接件的材料可以选择金属、陶瓷或塑料。
一种制备本实施例的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作；
步骤3：通过所述小连接件间接将所述玻璃器件组装至所述光纤接口组件的壳体内；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
步骤3包括：先将所述玻璃器件用粘接剂180或者焊料固定在小连接件内的适当位置，或者通过模压成型的方法把所述玻璃器件封接在小连接件里面；
然后再把封接有所述玻璃小段的小连接件通过压配或者粘接的方式组装在所述塑料壳体内。
实施例4：
如实施例3所述，本实施例中，所述小连接件利用粘接剂封接所述玻璃器件；或者所述玻璃器件直接在所述小连接件内模压成型。
利用光学胶水或其它焊料如玻璃焊料或者钎焊的方法，将尚未研磨的玻璃小段体封接在小连接件里面。
一种制备本实施例的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将尚未研磨的玻璃小段封接在小连接件里面，然后将小连接件和玻璃小段一起研磨并抛光，以便使得它们的上下两端为平面或略带有弧度；
步骤3：把封接有玻璃小段的小连接件通过压配或者粘接的方式组装在所述光纤接口部件的壳体内；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
实施例5：
如图5所示，一种光学次组件包含上述任一实施例中的光纤接口组件。塑料壳体的第二通光面为聚光曲面，聚光曲面有聚焦光线的作用，光学次组件省却了光学透镜。
以实施例1中的光纤接口组件为例，如图5所示，上述光纤接口组件100安装于光学次组件(OSA)中，其中玻璃器件120的上表面121和光纤连接器插针200进行物理接触。玻璃器件120下表面121通过光学胶水和塑料壳体的第一通光面111粘接在一起。塑料壳体的第二通光面112为聚光曲面，本身有聚焦光线的作用，所以整个光学次组件省却了光学透镜。
和图1a含传统型光纤接口组件的OSA相比，可以看出，因为玻璃器件和光纤连接器插针200进行物理接触，接触面两侧为折射率相近的玻璃，所以光纤连接器插针200表面的反射被消除了。粘接玻璃的光学胶水和塑料壳体的折射率也都在1.5左右和玻璃器件的折射率一致，所以塑料壳体的第一通光面111和玻璃器件的下表面122上的反射也被消除了。所以对于本发明，仅存第二通光面112存在反射损耗，但其反射的光线很难耦合进光纤链路系统，所以对光纤链路系统影响不大。
光学次组件包括光发射次组件(TOSA)、光接收次组件(ROSA)、单纤双向组件(BOSA)和单纤三向组件(Triplexer)等等中的任意一种。
现有的光学次组件OSA中光反射面比较多，差损及回损比较大，而应用本发明的光纤接口组件的光学次组件，具有反射界面少及低差损性的特点，可以应用到比较高端、速率比较快的光通讯模块上，这对于降低整个光通讯系统成本具有非常积极的意义。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (10)

1.一种低差损的光纤接口组件，包括壳体和玻璃器件，所述玻璃器件位于所述壳体内，其具有光滑的上表面和下表面，其特征在于，
所述壳体是由光信号可穿透的塑料制成的塑料壳体，塑料壳体具有内径为d的筒状结构、第一通光面与第二通光面，其中，所述第二通光面为聚光曲面，聚光曲面能够起到光线聚焦的作用；
所述玻璃器件的上表面用于和所述光纤连接器的插针进行物理接触，下表面和塑料壳体紧密结合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种低差损的光纤接口组件，其特征在于，所述玻璃器件的上表面和下表面为光滑平面或者略带有弧度的光滑曲面，所述上表面及下表面的平面中心或者曲面顶点和所述塑料壳体中内径为d的筒状结构的中轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种低差损的光纤接口组件，其特征在于，所述玻璃器件的下表面通过光学胶水和塑料壳体粘结在一起，所述光学胶水为光信号可穿透的、且其折射率与所述玻璃器件的折射率相同或相近。
4.根据权利要求1所述的一种低差损的光纤接口组件，其特征在于，所述玻璃器件直接在壳体注塑成型阶段压入壳体，与塑料壳体连在一起。
5.根据权利要求1所述的一种低差损的光纤接口组件，其特征在于，所述玻璃器件通过管状的小连接件固定在塑料壳体内；
所述玻璃器件通过粘接、焊接或压配的方式封装在小连接件内，小连接件通过压配或者使用光学胶水粘接的方式与塑料壳体连在一起。
6.一种光学次组件，其特征在于，包括权利要求1-5任意项所述低差损的光纤接口组件。
7.一种制备如权利要求3或4所述的低差损的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作；
步骤3：采用光学胶水直接将所述玻璃小段粘结至所述光纤接口组件的壳体内；
或，将玻璃器件直接在所属壳体注塑成型阶段压入塑料壳体；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
8.一种制备如权利要求5所述的低差损的光纤接口组件的方法，包括如下步骤：
步骤1：从玻璃圆棒或者切面为多边形的玻璃条切割出一个玻璃小段，所述玻璃小段的长度略大于所要求的长度h，以便留出研磨余量；
步骤2：将上述步骤1中切割出的玻璃小段上下两端磨平并抛光，并严格控制所述玻璃小段的长度，使其抛光完成后的长度为h，完成玻璃器件的制作；
步骤3：通过小连接件间接将所述玻璃器件组装至所述光纤接口组件的壳体内；
步骤4：对所述光纤接口组件进行显微镜检查、光回损及差损检测，然后包装。
9.根据权利要求8所述的制备低差损的光纤接口组件的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
先将所述玻璃器件用粘接剂或者焊料固定在小连接件内的适当位置，或者通过模压成型的方法把所述玻璃器件封接在小连接件里面；
然后再把封接有所述玻璃器件的小连接件通过压配或者粘接的方式固定在所述塑料壳体内。
10.根据权利要求7所述的制备低差损的光纤接口组件的方法，其特征在于，步骤2和3的分别由以下步骤替代：
步骤2′：将尚未研磨的玻璃小段封接在小连接件里面，然后将小连接件和玻璃小段一起研磨并抛光，以便使得它们的上下两端为平面或略带有弧度；
步骤3′：把封接有玻璃小段的小连接件通过压配或者粘接的方式固定在所述塑料壳体内。
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