CN1103957A - 光波导模块 - Google Patents

Abstract

一种光波导模块，即使当光纤受到张力时，也能 避免光波导和设置在一外壳中的光纤的耦合部分的 断裂和光纤偏离的影响。具有光波导的波导板被设 置在外壳中，且连有裸光纤的光连接器与该波导板的 端面相接合，以形成第一保持部分。光纤传导器和光 纤带通过外壳的侧壁而被引入外壳中，且光纤传导器 和光纤带的覆盖部分被用粘合剂粘合到外壳的侧壁 上，以形成第二保持部分。该第二保持部分的接合强 度被确定为在于第一保持部分的接合强度。

Description

本发明涉及用于光纤通信网络或类似系统中的光波导模块。

光波导模块通常被制作在一个模块单元上，该单元与光波导的端面和光纤的端面相连接，并被装在密封有氮气或类似气体的外壳中。在这种光波导模块中，光纤的一覆盖部件被固定在外壳的一部分上，以使模块单元保持稳定。

在增加光波导和光纤的端面的耦合部分的强度方面，已经对各种方法进行了研究。至于光波导和光纤的耦合部分，已经存在有很多限制，例如，需要进行光轴的对中和需要采用其折射率与光波导和光纤的折射率相匹配的合成树脂材料。

光波导和光纤可如图1所示的方式进行连接，以保证完全的连接。在其上形成有光波导1的波导板2的上表面上，装有一个块3，与光纤4的端面相连的连接器5得到定位以与波导板2的端面及块3的端面相邻接并借助粘合剂得以固定。

在图1所示的结构中，块3被装在波导板2上，且波导板2和光纤4的耦合部分的强度通过增加与连接器5的接触面积而得到提高。然而，这种方法要求诸如与块3对准的工作，这需要付出一些注意力。

本发明的一个目的，是提供一种光波导模块，它被罩在一外壳中并如此地相适应，即使当有张力作用在作用在光纤上且该张力被传递到光波导和光纤的耦合部分上时，也能防止光轴的偏离和耦合部分的损坏。

为实现上述目的，本发明的一个目的是提供一种光波导模块，它包括：一模块单元，该模块单元具有：其上形成有光波导的波导基底，和固定在所述波导基底的一个端面上的光纤连接器，用以保持在它端部的光纤;以及一个外壳，该外壳具有一导出部分，光纤通过该导出部分而被引到外壳之外，且光纤在该导出部分上被固定在外壳上;该外壳包括该模块单元，一个位于所述光纤和所述外壳之间的第一固定部分和一个位于所述波导基底的端面和所述连接器的端面之间的第二固定部分，第一固定部分的固定强度大于第二部分的固定强度。

在上述结构中，第一固定部分的接合强度大于第二固定部分的，因而即使当外力作用在光纤而将光纤拉离外壳时，该外力也被第一保持部分所接收，且光波导和光纤的耦合部分不会受到过度的张力，从而使第一保持部分在抵抗机械张力方面变得有力。

通过在光纤端部的裸露光纤部分和被覆盖的光纤部分上都施以粘合剂，可进一步增大第一保持部分的强度。如果，在裸露的光纤可从周围的、位于被覆盖的光纤部分内部的覆盖部件相分离的情况下，只有被覆盖的光纤部分被接合，则张力会被直接加到裸露的光纤部分和光波导的耦合部分上。这种问题可通过对裸露的光纤部分和被覆盖的光纤部分都进行接合而得到消除。

从下面给出的详细描述和附图，可进一步理解本发明;这些描述和附图只是以说明的方式给出的，因而它们不应被认为是对本发明的限定。

从下面给出的详细描述，本发明的进一步的应用范围将会变得更加明确。然而，应理解的是，这些详细描述和具体例子，在表明了本发明的最佳实施例的同时，只是以说明的方式给出的，因为对本领域的技术人员来说，这种详细描述使得在本发明的精神和范围之内的各种改变和修正变得显而易见。

图1是剖视图，显示了根据相关的背景技术的光波导和光纤的耦合设置;

图2是根据本发明的第一实施例的光学模块的立体图;

图3是根据第二实施例的光学模块的部分省略平面图;

图4是根据第三实施例的光学模块的部分省略平面图;

图5是根据第四实施例的光学模块的部分省略平面图;

图6是图5所示的连接器的立体图;

图7是根据第五实施例的光学模块的分解立体图;

图8是根据第五实施例的完整光学模块的竖向剖视图;

图9是根据第六实施例的光学模块的分解立体图;

图10是根据第六实施例的光学模块在盖被固定之前的立体图。

参见图2，其中显示了根据本发明的第一实施例的光波导模块的外壳10的内部结构。在该第一实施例中，一单芯光纤11（即覆盖有合成树脂部件的一根裸露光纤）与一带状光缆12被耦合至一光波导13，后者通过一连接器15形成一个1×8耦合器，从而形成一模块体;在光缆12中8根光纤（即8根祼光纤）整体地覆盖有合成树脂部件。

具体地，光波导13，通过在波导基底14上淀积一石英玻璃层，而形成一个1×8耦合器;波导基底14是由芯片式单晶硅材料，通过火焰淀积方法而制成的。一个连接器15借助粘合剂而被固定到波导基底14的两个端部，且波导基底14和连接器15的这种固定部分形成第一固定部分17;后者使光波导13和裸光纤16光学地相耦合。

光信号至光波导14的进入侧，在光轴的对准之后，在图2的左侧，通过连接器15，与单根光纤11相耦合。光信号从光波导14的送出侧，在光轴的对准之后，在图2的右侧，通过连接器15，与带状光缆12相耦合。所有的连接器15都分别具有形成在硅芯片上的V形槽，且裸光纤16被嵌入这种V形槽中以形成光波导，且连接器的端面借助粘合剂而被固定在波导基底14的端面上。

上述用于固定波导基底14和连接器15的粘合剂，限于对信号光透明且其折射率被调整到光波导13和裸光纤连接器16的折射率那种类型的粘合剂。

外壳10的两个侧壁18的端表面略微凹成凹槽19，单芯光纤11和带状多芯光缆12被设置在凹槽19之中。光纤11和带状光缆12被固定在各凹槽19中，以通过将粘合剂沿光纤11和带状光纤12倒入凹槽19中而形成一第二保持部分21。

为了使固定裸光纤16的连接器15与波导板14相耦合，有必要采用光学粘合剂，而为此目的该粘合剂的类型是受到限制的。然而，这种粘合剂一般仅提供一种弱的粘合强度。波导板14和连接器15之间的粘合区域一般较小（大约为1mm×5mm）且在此情况下借助粘合的固定强度大约为0.5kgf，这不能承受实际施加在光纤上的张力。（因而，通过采用如图1所示的加强块3来增大与连接器部分的接合区域。）

在对光波导模块中的光纤的张力测试中，一般参照1kgf的强度进行评价。在张力测试以外的场合中，在处理光波导模块时，可方便地将约1kgf的张力施加到光纤上。因此，在光波导板14和连接器15的耦合部分上施加了大于该特定强度的力，那么可能会在该耦合部分造成断裂或轴向偏离。

因而，在此实施例中，为了固定而确定粘合剂的类型和粘合部分的长度，使得光纤11和带状光缆12借以在外壳10中彼此固定的第二保持部分21的强度大于波导板14和连接器15借以彼此固定的第一保持部分17的强度。在此情况下，最好将它们彼此固定，从而使光纤11和带状光缆12在第二固定部分21处与外壳10粘合的固定强度为1kgf或更大。

单芯光纤和带状多芯光缆分别在其中心具有由石英玻璃制成的裸光纤，且它们的外侧覆有合成树脂材料，从而使该合成树脂材料起到覆盖层的作用。该覆盖层一般是多层的，且内层由硅树脂或类似材料制成，外层由尼龙或类似材料制成。由于裸光纤和覆盖层紧密接合，裸光纤和覆盖层沿各自轴向几乎不发生偏离，换言之，即使当外力沿相反的轴向方向作用在裸光纤和覆盖层上，也很难出现沿轴向的层间剥离。然而，如果过大的外力作用在它们上，裸光纤也可能从覆盖层上发生偏离。

在第一实施例中，光纤的覆盖部分借助粘合剂固定在外壳上。但如果覆盖部分与裸光纤借助紧密粘附的固定力小于覆盖部分与外壳借助粘合而产生的固定力，则可保护波导板和连接器之间的固定不受外力的影响。相反，当覆盖部分与裸光纤借助紧密粘附的固定力小时，则不但覆盖部分而且裸光纤都可借助粘合剂而被固定到外壳上。一般地，裸光纤和粘合剂之间的固定力大于覆盖部分和粘合剂之间的固定力。

表1显示了三种类型的粘合剂A、B和C以及光纤和光纤覆盖部分之间的粘合力。粘合剂A是由THREE  BOND  INC.制造的3052C，粘合剂B是由THREE  BOND  INC.制造的3057B，且粘合剂C是TOA  GOSEI  CO.，LTD制造的LCR0628A。

表1 粘合剂的粘合力

	粘合剂A	粘合剂B	粘合剂C
				与光纤覆盖部分的粘合力（kg/mm)与石英光纤的粘合为（kg/mm)	0.130.36	0.070.12	0.110.28

例如，在采用表1所示的粘合剂A的情况下，通过将外壳10和光纤之间的粘合剂的施用长度设定为8mm，外壳10和光纤16的粘合部分可承受1kgf的张力。另外，粘合剂的杨氏模量最好大于50kg/mm²，以防止过度的压力加到光波导基底14和连接器15的耦合部分上。

图3显示了第二实施例。在此第二实施例中，光纤11或带状光缆12的覆盖部件在第二固定部分21中被部分地除去了。

根据该第二实施例，裸露的光纤部分22和覆盖部件部分23都与粘合剂20相连接，因而即使当外力被施加到裸光纤16上且覆盖部件与其中包括光纤11和光纤带12的覆盖部分中的裸光纤16相分离时，外力也不作用到使裸光纤16固定的连接器15的耦合部分和外壳10中的光波导14上。

在此第二实施例中，在大多数情况下，粘合剂与作为裸光纤芯的材料的石英玻璃的粘附力大于与作为光纤覆盖部件的材料的尼龙的粘合，因而光纤可被更牢固地耦合到外壳10上。另外，通过减小第二固定部分21的长度，可将该光波导模块做得紧凑。在采用诸如表1的粘合剂A的情况下，如果通过除去多达2mm的光纤覆盖部件而将粘合剂的施加长度设定为约2.2mm，上述的耦合部分可承受1kgf的张力。

图4显示了第三实施例。在此第三实施例中，光纤覆盖部件被部分地从光纤传导器11和光纤带12的端部除去，以暴露出裸露的光纤部分22，且在裸光纤部分22的两端的裸露的光纤部分22和覆盖部分23借助粘合剂20而被固定在外壳10上。

根据该第三实施例，与第三实施例一样，即使外力被施加到裸光纤16上且在光纤11及带状光缆12中的裸露光纤16和覆盖部件之间出现了层间剥离，该外力不作用在连接器15固定裸光纤16的耦合部分和外壳10中的光波导基底14上，因而裸露光纤16将不会断裂。

图5显示了第四实施例。在该第四实施例中，显示了设置在外壳10中的第二固定部分24的一个例子。在外壳10中提供了一个支撑块25，且波导基底14被装在该支撑块25的上表面的中心。两个连接器15被设置在波导板14的两侧并被用粘合剂固定到波导板14的两个端面，以形成第一固定部分29。

图5所示的连接器15的左侧具有如图6所示的结构。具体地，光纤11被引导到硅片26的上表面，裸光纤16被适配置入形成在该硅片的前端面上的V形槽27中，且保持板28被接合到硅芯片的上表面。图5所示的连接器15的右侧具有与连接器15的左侧类似的结构，且光纤传导器12的裸光纤16分别被置入多个V形槽中。

支撑块25的两个端部分分别都被用作上升部分30。光纤传导器11、部分地从其除去了带状光缆12的覆盖物而形成的裸光纤部分22、以及位于该裸光纤部分22的两端的覆盖部分23被装在各上升部分30的上表面上，且该组件的外侧覆有粘合剂20以形成第二固定部分24。

光纤传导器11和带状光缆12通过外壳10上的侧壁18而被引出。在该第四实施例中，第二固定部分24中的接合强度大于形成在波导板14和连接器15之间的接合中的第一固定部分29的接合强度。

根据该第四实施例，与其他的实施例一样，即使外力被施加到裸光纤16上，且在光纤传导器11和光纤带12中的裸露光纤16和覆盖部件23之间发生了层间剥离，外力也不作用在连接器15固定裸光纤16的耦合部分和光波导板14上，因而第一固定部分29将不会断裂。

在该第四实施例中，支撑块25与外壳10相独立，以便于光波导模块的组装。因此，支撑块25可被固定在外壳10上。

由于本发明涉及光波导模块的安装结构，光波导不仅限于以石英为基础的材料，并可用半导体和经得起损耗的介电材料制成。另外，用作第一固定部分的连接器15可被制成为一个（芯）片，除了硅片之外，该片还可以由诸如玻璃等各种类型的材料制成。制成外壳10和第二保持部分21和24的材料可以是铝、SUS、塑料或满足光波导模块的环境要求的类似材料。

在根据上述实施例的光波导模块的场合下，即使外力被作用在光纤上，该外力并不影响装在外壳中的光波导和光纤的耦合部分，因为光纤和外壳的固定部分处的接合强度被确定为大于光纤和光波导的耦合部分处的接合强度。因而，可使耦合部分免受损坏、断裂和轴向偏离，且根据本发明的光波导模块可有效地采用光波导模块封装，以被用于光纤通信服务。

下面更详细地描述根据本发明的光波导模块。

如图7和8所示，由铝制成的外壳10是一个长盒子，其一端设置有其中形成有作为一通孔的圆孔的管状导向部分101，且其另一端设置有其中形成有也作为一通孔的扁平孔的管状导向部分102。单芯光纤传导器11穿过导出部分101的圆孔并被用粘合剂201固定到其上，一个多芯光纤带12穿过导出部分102的平孔并被用粘合剂202固定在其上。在此情况下，所用的粘合剂201和202最好是吸水率小、由于硬化而导致的收缩小且热膨胀系数也小的粘合剂，更具体地说，该粘合剂是可在低温下在短时间内硬化的热固型粘合剂。该热固型粘合剂由于其粘合力高，因而是适用的;例如可使用GRACE  JAPAN  CO.，LTD制造的STAYCAST  2057和由RIKEI  CO.，LTD制造的EPO-TEC302-3。

借助粘合剂201和202的接合只能在外部的尼龙覆盖层或诸如硅树脂的内部覆盖层上进行，或者两个覆盖层可被粘合剂到导出部分101和102的通孔上。另外，可通过将这些覆盖层和裸露光纤分别同步地粘合到通孔上，来提高粘合强度。

波导板14被设置在外壳10中并预先被接合到固定光纤（裸光纤）的连接器15上。连接器15包括一个带有一些V形槽的硅片和一块保持板，并被粘合以在其中固定裸光纤。在此情况下，选择具有小的硬化收缩和小的热膨胀系数的粘合剂来把连接器15和波导基底14在它们的端面处进行粘合。最好采用借助紫外线辐照或通过加热而硬化的粘合剂。通过借助紫外线辐照而将波导板14和连接器15暂时固定，并随后借助热固型粘合剂将光纤11和12固定到外壳10上，可使波导板14和连接器15的粘合更为充分。另外，用于固定波导板14和连接器15的粘合剂的折射率N₁最好如下面所给出的，其中光波导的折射率是N₀且光纤芯的折射率是N₂：

N₁＝（N₀·N₂）^1/2

这是为了降低粘合部分的透射光损耗。因此，以下的粘合剂被用于固定波导板14和连接器15;例如，使用DAIKIN  KOGYO  CO.，LTD.制造的紫外线硬化型粘合剂UV-2100、TOA  GOSEI  CO.，LTD.制造的紫外线硬化型粘合剂LCR0277、以及加有UV催化剂和热催化剂的LCR10026/65A。

如图7和8所示，模块单元被装在外壳10中且内腔用盖300封闭。该盖300可借助焊接或粘合剂固定。在外壳10中密封有诸如氮气的不活动气体。在此情况下，虽然波导板14可被接合到外壳10的底部，这些部件仅在它们的部分表面而不是全部表面得到接合。如果这些部件的全部表面都得到接合，由于热收缩就容易出现层间剥离。

在图9和10所示的实施例中，外壳10和盖300由聚碳酸酯制成。用于保持光纤的导出部分101和102分别由与外壳10构成一体的下部分101A和102A以及分离的上部分101B和102B组成，在此实施例中，在光纤传导器11和12的端部的外部和内部覆盖部件被除去，以暴露出裸光纤。裸光纤的端部分由连接器15来保持并用粘合剂进行处理，且端面被研磨。在此之后，连接器15被粘接到波导板14的两个端面上，且该组件被设置在外壳10中。然后设置导出部分101和102的上部分101B和102B，且用粘合剂固定该光纤传导器。外壳10被充入不活动的气体。这样就完成了光波导模块。

从以上描述的本发明，可以明显地看出本发明可以按照很多方式进行改变。这些改变并未脱离本发明的精神和范围，且对本领域的技术人员来说是显而易见的所有这些修正都应被包括在所附的权利要求书的范围中。

Claims (12)

1、光波导模块，包括：

模块单元，它具有：

其上形成有光波导的波导基底，以及

固定在所述波导基底的一端表面上的光纤连接器，用于将光纤保持在它的端部，以及

一个具有一导出部分的外壳，光纤通过该导出部分而被引出到所述外壳的外部，且光纤在该导出部分被固定到外壳上，所述外壳包括所述模块单元，

在所述光纤和所述外壳之间的一个第一固定部分中的固定强度大于在所述波导基底的端表面和所述连接器的端表面之间的一个第二固定部分的固定强度。

2、根据权利要求1的光波导模块，其中所述第一固定部分是通过把所述光纤的一个覆盖部件用粘合剂固定到所述外壳上而形成的。

3、根据权利要求1的光波导模块，其中所述光纤具有一个覆盖裸露光纤的覆盖部件，该覆盖部件的一部分被从所述光纤上除去，以使裸光纤从该裸光纤部分的端部暴露出预定的长度，所述第一固定部分是把被暴露的裸光纤的一部分从所述光纤的覆盖部件除去并将裸光纤和该光纤的覆盖部件一起用粘合剂固定到所述外壳上而形成的。

4、根据权利要求1的光波导模块，其中所述光纤具有一覆盖部件和一裸光纤，所述第一固定部分是把通过将一裸光纤和覆盖部件的一部分一起用粘合剂固定到所述外壳上而形成的，其中所述裸光纤通过一个位置上除去一部分覆盖部件而暴露出来，上述位置与所述光纤的端部分相距一预定的距离，且覆盖部件的一部分与暴露的裸露光纤相邻。

5、根据权利要求1的光波导模块，其中所述外壳包括一支撑块，该支撑块被设置在该外壳中，且所述光纤被用粘合剂固定到所述外壳的一支撑块上以形成所述第一固定部分。

6、根据权利要求5的光波导模块，其中所述支撑块被固定到所述外壳上。

7、根据权利要求1的光波导模块，其中所述光纤是通过用一覆盖部件来完全覆盖被平行设置成行的多个裸露光纤而制成的带型光纤传导器。

8、根据权利要求1的光波导模块，其中所述连接器具有一基底，在该基底上设置有带有一V形截面的槽，用于保持所述光纤。

9、根据权利要求1的光波导模块，其中所述外壳的、用于光纤的所述导出部分是一个孔，光纤通过该孔而延伸到外部。

10、根据权利要求1的光波导模块，其中所述外壳进一步包括一用于关闭所述外壳的一个开口的盖，所述盖被固定到所述外壳上以封闭外壳的内部空间。

11、根据权利要求1的光波导模块，其中所述由所述外壳和所述盖形成的所述封闭空间填充并用不活动气体来密封。

12、根据权利要求1的光波导模块，其中用于所述第二固定部分的粘合剂是紫外线硬化型的且还是热固型粘合剂，且用于所述第一固定部分的粘合剂是热固型的。

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