CN112327420A - 一种波导通过光纤对准耦合传输结构及生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种波导通过光纤对准耦合传输结构，包括光波导板、空心光纤、波导、导销、多芯扩束透镜连接器；空心光纤以实心光纤段朝外固定设置在预埋光纤V型槽中；导销固定设置在导销V型槽中；波导与空心光纤的空心光纤段连接；光波导板上板面还设置有包层，包层覆盖包裹空心光纤、波导；多芯扩束透镜连接器通过导销定位与光波导板固定连接；本发明通过在光波导板上一次精密加工出的预埋光纤V型槽、导销V型槽，保证了空心光纤、导销安装后的相对位置精度，从而保证了光波导板在信号相互耦合传输时，空心光纤与MT光连接器的光纤对位精度，因此省去了调试对准工艺环节，具有生产效率高、成本低的优点，满足了不同层背板光波导互连的大批量生产需求。

Description

一种波导通过光纤对准耦合传输结构及生产工艺
技术领域
本发明涉及光波导板信号耦合传输技术领域，具体涉及一种波导通过光纤对准耦合传输结构及生产工艺。
背景技术
面向不同层背板光波导互连及三维复杂光波导互连结构，采用基于微流点胶机的3D直写技术来制备光波导线路；但采用此方法制作出的光波导板在实现信号相互耦合传输时，需利用高精密调节架将信号传输光纤与制备好的波导进行调试对准，但这种调试对准工艺方法复杂、生产效率低、成本高，因此无法进行高效大批量生产。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种波导通过光纤对准耦合传输结构，包括光波导基板、空心光纤、波导、导销、多芯扩束透镜连接器、电印制板；所述光波导基板上板面靠近板边设置有阵列的预埋光纤V型槽，预埋光纤V型槽两侧设置有导销V型槽；所述空心光纤一端为实心光纤段，另一端为空心光纤段，空心光纤段中间为圆形空腔；所述空心光纤以实心光纤段朝外固定设置在预埋光纤V型槽中；所述导销固定设置在导销V型槽中；所述波导与空心光纤的空心光纤段连接；所述光波导基板上板面还设置有包层，包层覆盖包裹空心光纤、波导；所述多芯扩束透镜连接器通过导销定位与光波导板固定连接；本发明的波导通过光纤对准耦合传输结构，通过在光波导基板上一次精密加工出的预埋光纤V型槽、导销V型槽，保证了空心光纤、导销安装后的相对位置精度，从而保证了光波导板在信号相互耦合传输时，空心光纤与MT光连接器的光纤对位精度；同时在空心光纤端部设置的多芯扩束透镜连接器将空心光纤端部输出的光信号扩束准直为平行光，扩束后的平行光可容许多芯扩束透镜连接器与MT光连接器之间的连接存在较大对位误差，因此极大降低了光波导板在信号相互耦合传输时的对位精度要求。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种波导通过光纤对准耦合传输结构，包括光波导板；所述光波导板包括光波导基板、空心光纤、波导、导销；所述光波导板上板面靠近板边设置有阵列的预埋光纤V型槽，预埋光纤V型槽两侧设置有导销V型槽，所述预埋光纤V型槽，预埋光纤V型槽两侧设置有导销V型槽通过激光雕刻一次加工完成，具有光纤V型槽与导销V型槽相对位置精度高的优点，保证了空心光纤、导销安装后的相对位置精度，从而最终保证了光波导板在信号相互耦合传输时，空心光纤与MT光连接器的光纤对位精度，因此相比以往的生产工艺，可省去信号传输光纤与制备好的波导调试对准工艺环节，具有生产效率高、成本低的优点；所述空心光纤一端为实心光纤段，另一端为空心光纤段，空心光纤段中间为圆形空腔；所述空心光纤以实心光纤段朝外固定设置在预埋光纤V型槽中；所述导销固定设置在导销V型槽中；所述波导与空心光纤的空心光纤段连接；所述光波导板上板面还设置有包层，包层覆盖包裹空心光纤、波导。
进一步的，波导通过光纤对准耦合传输结构还包括多芯扩束透镜连接器；所述多芯扩束透镜连接器通过导销定位与光波导板固定连接；多芯扩束透镜连接器实际对光波导板的空心光纤的实心光纤段端部起到了保护作用，防止裸露的实心光纤段端部受到空气中灰尘的污染；同时增加多芯扩束透镜连接器后，避免了以往标准MTMT光连接器的光传输件直接与实心光纤段端部的物理接触，解决了以往标准MTMT光连接器经多次插拔所导致的实心光纤段端部局部损伤问题，从而延长了光波导板的使用寿命。
进一步的，波导通过光纤对准耦合传输结构还包括电印制板；所述电印制板固定设置在光波导板上部；光波导板与电印制板的一体化结构，可减少以往光波导板与电印制板连接的MT连接件，节省了光纤带缆及两端的MT连接件所占用空间；同时极大减少了光传输连接中间件，因此连接可靠性好，当用于振动环境的设备时，具有较高的可靠性；另外因取消了光纤带缆及两端的MT连接件，电印制板表面非常干净、整齐，所有电子器件均可目视查看到，因此有利于设备的使用保养及维修。
进一步的，所述光波导板通过导销活动连接有MT光连接器。
进一步的，所述MT光连接器前端固定连接有多芯扩束透镜连接头。
进一步的，所述多芯扩束透镜连接器、多芯扩束透镜连接头上阵列设置有微透镜；所述微透镜采用硬度极高的材料制成，如果多芯扩束透镜连接器、多芯扩束透镜连接头发生污染，可采用气枪吹拭或不掉屑的KIM布擦拭，而不影响多芯扩束透镜连接器、多芯扩束透镜连接头的正常使用，因此具有极高的使用寿命；光波导板与MT光连接器之间光信号的传输，是通过多芯扩束透镜连接器与多芯扩束透镜连接头的配合来完成；多芯扩束透镜连接头上的微透镜后端连接有光纤，光波导板相互输出光信号时，多芯扩束透镜连接器的扩束透镜将实心光纤段端部输出的光信号准直为平行光，平行光隔空传输至多芯扩束透镜连接头上的微透镜后，经微透镜汇聚后进入微透镜后端连接的光纤，从而完成光波导板与MT光连接器间光信号的传输；采用多芯扩束透镜连接器与多芯扩束透镜连接头实现光信号传输，实际上通过扩束准直过程来补偿了多芯扩束透镜连接器与多芯扩束透镜连接头之间的连接对位误差，同时通过隔空传输避免了多芯扩束透镜连接器与多芯扩束透镜连接头之间微透镜的物理接触，防止微透镜发生接触磨损，因此极大延长了多芯扩束透镜连接器与多芯扩束透镜连接头之间的插拔连接寿命，从而延长了光波导板的使用寿命。
波导通过光纤对准耦合传输结构的生产工艺，包括以下生产过程:
S1、光波导基板加工：光波导基板材质为玻璃或硅片，其通过激光雕刻加工出预埋光纤V型槽、导销V型槽。
S1.4、空心光纤、导销安装：空心光纤安装前，其实心光纤段端部做研磨抛光处理；分别将空心光纤、导销设置在光波导基板的预埋光纤V型槽、导销V型槽中，然后点胶固定；点胶时，注意避免胶液污染空心光纤的实心光纤段端部和空心光纤段的圆形空腔。
S1.5、波导制作：将固定好空心光纤、导销的光波导基板放置在设有凹槽的固定框中，光波导基板的上板面低于固定框的上板面；在固定框的凹槽中注入包层聚合物；然后采用3D直写法制备波导，制备波导时，通过高精度三维机械臂控制的微流点胶平台，利用精密微注入头将胶体状态的波导光敏聚合物精确注入到空心光纤的圆形空腔和包层聚合物之中，通过波导光敏聚合物、包层聚合物粘度的调控，形成具有圆形截面的波导悬浮结构，最后通过紫外光固化定型而制得与空芯光纤连接的光波导通路。
S4、光波导板、电印制板安装：将制备好波导的光波导板与电印制板对位，通过黏胶固定连接。
S5、多芯扩束透镜连接器安装：清洁空心光纤的实心光纤段端部及多芯扩束透镜连接器的工作面，将多芯扩束透镜连接器通过导销定位在光波导板，点胶固定。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开了一种波导通过光纤对准耦合传输结构，包括光波导基板、空心光纤、波导、导销、多芯扩束透镜连接器、电印制板；所述光波导基板上板面靠近板边设置有阵列的预埋光纤V型槽，预埋光纤V型槽两侧设置有导销V型槽；所述空心光纤一端为实心光纤段，另一端为空心光纤段，空心光纤段中间为圆形空腔；所述空心光纤以实心光纤段朝外固定设置在预埋光纤V型槽中；所述导销固定设置在导销V型槽中；所述波导与空心光纤的空心光纤段连接；所述光波导基板上板面还设置有包层，包层覆盖包裹空心光纤、波导；所述多芯扩束透镜连接器通过导销定位与光波导板固定连接；本发明的波导通过光纤对准耦合传输结构，通过在光波导基板上一次精密加工出的预埋光纤V型槽、导销V型槽，保证了空心光纤、导销安装后的相对位置精度，从而保证了光波导板在信号相互耦合传输时，空心光纤与MT光连接器的光纤对位精度；同时在空心光纤端部设置的多芯扩束透镜连接器将空心光纤端部输出的光信号扩束准直为平行光，扩束后的平行光可容许多芯扩束透镜连接器与MT光连接器之间的连接存在较大对位误差，因此极大降低了光波导板在信号相互耦合传输时的对位精度要求，因此相比以往的生产工艺，省去了调试对准工艺环节，具有生产效率高、成本低的优点，满足了不同层背板光波导互连的大批量生产需求。
附图说明
图1为波导通过光纤对准耦合传输结构爆炸示意图；
图2为光波导基板外观示意图；
图3为光波导板局部A放大示意图；
图4为空心光纤结构示意图；
图5为光波导基板与固定框配合结构爆炸示意图；
图6为3D直写法制备波导工艺示意图；
图7为光波导板的波导制备完成后结构示意图；
图8为光波导板与电印制板装配后结构示意图；
图9为光波导板与MT光连接器连接示意图；
图10为光波导板与MT光连接器光信号耦合示意图。
图中：1、光波导板；1.1、光波导基板；1.2、预埋光纤V型槽；1.3、导销V型槽；1.4、空心光纤；1.4.1、实心光纤段；1.4.2、空心光纤段；1.5、波导；1.5、导销；1.6、包层；5、多芯扩束透镜连接器；5.1、微透镜；6、电印制板；7、MT光连接器；8、多芯扩束透镜连接头；9、固定框；
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一：
一种波导通过光纤对准耦合传输结构，包括光波导板1；所述光波导板1包括光波导基板1.1、空心光纤1.4、波导1.5、导销1.7；所述光波导板1上板面靠近板边设置有阵列的预埋光纤V型槽1.2，预埋光纤V型槽1.2两侧设置有导销V型槽1.3；所述空心光纤1.4一端为实心光纤段1.4.1，另一端为空心光纤段1.4.2，空心光纤段1.4.2中间为圆形空腔；所述空心光纤1.4以实心光纤段1.4.1朝外固定设置在预埋光纤V型槽1.2中；所述导销1.7固定设置在导销V型槽1.3中；所述波导1.5与空心光纤1.4的空心光纤段1.4.2连接；所述光波导板1上板面还设置有包层1.6，包层1.6覆盖包裹空心光纤1.4、波导1.5；波导通过光纤对准耦合传输结构还包括电印制板6；所述电印制板6固定设置在光波导板1上部；所述光波导板1通过导销1.7活动连接有MT光连接器7。
实施例二：
一种波导通过光纤对准耦合传输结构，包括光波导板1；所述光波导板1包括光波导基板1.1、空心光纤1.4、波导1.5、导销1.7；所述光波导板1上板面靠近板边设置有阵列的预埋光纤V型槽1.2，预埋光纤V型槽1.2两侧设置有导销V型槽1.3；所述空心光纤1.4一端为实心光纤段1.4.1，另一端为空心光纤段1.4.2，空心光纤段1.4.2中间为圆形空腔；所述空心光纤1.4以实心光纤段1.4.1朝外固定设置在预埋光纤V型槽1.2中；所述导销1.7固定设置在导销V型槽1.3中；所述波导1.5与空心光纤1.4的空心光纤段1.4.2连接；所述光波导板1上板面还设置有包层1.6，包层1.6覆盖包裹空心光纤1.4、波导1.5；
波导通过光纤对准耦合传输结构还包括多芯扩束透镜连接器5，多芯扩束透镜连接器5通过导销1.7定位与光波导板1固定连接；
波导通过光纤对准耦合传输结构还包括电印制板6，电印制板6固定设置在光波导板1上部；
所述光波导板1通过导销1.7活动连接有MT光连接器7，MT光连接器7前端固定连接有多芯扩束透镜连接头8；
所述多芯扩束透镜连接器5、多芯扩束透镜连接头8上阵列设置有微透镜5.1。
波导通过光纤对准耦合传输结构的生产工艺，包括以下生产过程:
S1、光波导基板1.1加工：光波导基板1.1材质为玻璃或硅片，其通过激光雕刻加工出预埋光纤V型槽1.2、导销V型槽1.3；
S2、空心光纤1.4、导销1.7安装：空心光纤1.4安装前，其实心光纤段1.4.1端部做研磨抛光处理；分别将空心光纤1.4、导销1.7设置在光波导基板1.1的预埋光纤V型槽1.2、导销V型槽1.3中，然后点胶固定；点胶时，注意避免胶液污染空心光纤1.4的实心光纤段1.4.1端部和空心光纤段1.4.2的圆形空腔；
S3、波导1.5制作：将固定好空心光纤1.4、导销1.7的光波导基板1.1放置在设有凹槽的固定框9中，光波导基板1.1的上板面低于固定框9的上板面；在固定框9的凹槽中注入包层聚合物；然后采用3D直写法制备波导，制备波导时，通过高精度三维机械臂控制的微流点胶平台，利用精密微注入头将胶体状态的波导光敏聚合物精确注入到空心光纤1.4的圆形空腔和包层聚合物之中，通过波导光敏聚合物、包层聚合物粘度的调控，形成具有圆形截面的波导悬浮结构，最后通过紫外光固化定型而制得与空芯光纤2连接的光波导通路。
S4、光波导板1、电印制板安装：将制备好波导1.5的光波导板1与电印制板6对位，通过黏胶固定连接。
S5、多芯扩束透镜连接器5安装：清洁空心光纤1.4的实心光纤段1.4.1端部及多芯扩束透镜连接器5的工作面，将多芯扩束透镜连接器5通过导销1.7定位在光波导板1，点胶固定。
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (7)

1.一种波导通过光纤对准耦合传输结构，其特征是：包括光波导板(1)；所述光波导板(1)包括光波导基板(1.1)、空心光纤(1.4)、波导(1.5)、导销(1.7)；所述光波导板(1)上板面靠近板边设置有阵列的预埋光纤V型槽(1.2)，预埋光纤V型槽(1.2)两侧设置有导销V型槽(1.3)；所述空心光纤(1.4)一端为实心光纤段(1.4.1)，另一端为空心光纤段(1.4.2)，空心光纤段(1.4.2)中间为圆形空腔；所述空心光纤(1.4)以实心光纤段(1.4.1)朝外固定设置在预埋光纤V型槽(1.2)中；所述导销(1.7)固定设置在导销V型槽(1.3)中；所述波导(1.5)与空心光纤(1.4)的空心光纤段(1.4.2)连接；所述光波导板(1)上板面还设置有包层(1.6)，包层(1.6)覆盖包裹空心光纤(1.4)、波导(1.5)。
2.根据权利要求1所述波导通过光纤对准耦合传输结构，其特征是：还包括多芯扩束透镜连接器(5)；所述多芯扩束透镜连接器(5)通过导销(1.7)定位与光波导板(1)固定连接。
3.根据权利要求1所述波导通过光纤对准耦合传输结构，其特征是：还包括电印制板(6)；所述电印制板(6)固定设置在光波导板(1)上部。
4.根据权利要求1所述波导通过光纤对准耦合传输结构，其特征是：所述光波导板(1)通过导销(1.7)活动连接有MT光连接器(7)。
5.根据权利要求4所述波导通过光纤对准耦合传输结构，其特征是：所述MT光连接器(7)前端固定连接有多芯扩束透镜连接头(8)。
6.根据权利要求2或5所述波导通过光纤对准耦合传输结构，其特征是：所述多芯扩束透镜连接器(5)、多芯扩束透镜连接头(8)上阵列设置有微透镜(5.1)。
7.波导通过光纤对准耦合传输结构的生产工艺，其特征是,包括以下生产过程:
S1、光波导基板(1.1)加工：光波导基板(1.1)材质为玻璃或硅片，其通过激光雕刻一次加工出预埋光纤V型槽(1.2)、导销V型槽(1.3)。
S2、空心光纤(1.4)、导销(1.7)安装：空心光纤(1.4)安装前，其实心光纤段(1.4.1)端部做研磨抛光处理；分别将空心光纤(1.4)、导销(1.7)设置在光波导基板(1.1)的预埋光纤V型槽(1.2)、导销V型槽(1.3)中，然后点胶固定；点胶时，注意避免胶液污染空心光纤(1.4)的实心光纤段(1.4.1)端部和空心光纤段(1.4.2)的圆形空腔。
S3、波导(1.5)制作：将固定好空心光纤(1.4)、导销(1.7)的光波导基板(1.1)放置在设有凹槽的固定框(9)中，光波导基板(1.1)的上板面低于固定框(9)的上板面；在固定框(9)的凹槽中注入包层聚合物；然后采用3D直写法制备波导；制备波导时，通过高精度三维机械臂控制的微流点胶平台，利用精密微注入头将胶体状态的波导光敏聚合物精确注入到空心光纤(1.4)的圆形空腔和包层聚合物之中，通过波导光敏聚合物、包层聚合物粘度的调控，形成具有圆形截面的波导悬浮结构，最后通过紫外光固化定型而制得与空芯光纤(2)连接的光波导通路。
S4、光波导板(1)、电印制板(6)安装：将制备好波导(1.5)的光波导板(1)与电印制板(6)对位，通过黏胶固定连接。
S5、多芯扩束透镜连接器(5)安装：清洁空心光纤(1.4)的实心光纤段(1.4.1)端部及多芯扩束透镜连接器(5)的工作面，将多芯扩束透镜连接器(5)通过导销(1.7)定位在光波导基板(1.1)，点胶固定。
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