CN1135414C - 夹持光学元件的无源平台 - Google Patents

Abstract

一种夹持光学元件的无源平台(34)，其抬起的装载区包括一系列沿平台底面(34)设置的指状件(42)，诸指状件(42)相互邻接，在它们之间限定了将光学元件夹持就位的沟道。线圈导向件(58)从邻近抬起装载区的底面向上凸起，线圈导向件(58)的外周与限定底面跑道区(56)的抬起装载区用于缠绕从夹持在沟道中的光学元件延伸的光纤引线，光纤在指状件(42)之间通过并围绕跑道(56)。

Description

夹持光学元件的无源平台

本申请要求对1999年1月14日提出的临时美国专利申请连续号60/116182的35U.S.C§120具有优先权，该临时美国专利申请的全部内容包括在此作参照。

发明领域

本发明一般涉及改进用户制造含光学元件的装置的系统与方法，尤其是改进用户将光学元件夹持在装置中就位并将其引线拼接在一起的系统与方法。

背景技术

应用光纤的装置与系统一般包括若干必须互连起来的对数据传输形成一条光路的光学元件。在一种方法中，光学元件装到印刷电路母板上，再将它们的光纤引线拼接起来。然而，光纤相对脆弱，会因弯曲、过剩张力或其它应力而损坏，拼接处理很麻烦。光纤弯曲造成信号过分衰减也是个问题。再者，若断定拼接未获成功，则拼接过程可能要求不止一次，这样必须断开不当的拼接，重新调整好引线再作拼接。最后，必须妥善收藏好拼接形成的连续的光纤环，以免损伤光纤。

图1是一种将光学元件10装到母板上的方法的透视图，光学元件10包括从任一端伸出的光纤引线12。索带14或弹簧夹将光学元件10附接到支架16，后者用玻璃填充聚合物或其它合适材料制造。热膨胀系数与光纤相近，可以模制与机制且密实，还具有其它有用的特性。最后，用一对塑料铆钉18将支架16连接于母板。对应用于待制造装置中的所有光学元件都要作这种处理。待所有光学元件都牢固地装到母板后，它们的光纤引线必须拼接起来，以形成一条数据传输光路。然而，将光纤引线拼接起来的任务，远比拼接电气元件引线复杂。

拼接通常是一项精密的任务。若两根拼接光纤引线的纤芯不正确对准，光路会中断，这就要断开不当拼接而再拼接一次。因此，与电气元件引线相比，为让工人有适量光纤作多次拼接，光纤引线就要很长。

然而，这又意味着，两光学元件引线拼接起来会导致连续的光纤环，其长度取决于实现正确拼接所需的光纤量。由于光纤容易损坏，所以通常不希望有很长的光纤环在光学装置中自由源的，而是必须以某种方式将拼接形成的光纤环收藏起来，不会导致因弯曲、张力或其它机械应力而损坏光纤。

图2是某系统的部分透视图，该系统用于管理光学引线拼接形成的连续的光纤环，该系统提供一种弯曲导向件20、22a-d组成的阵列，导向件用玻璃填充聚合物或另一种合适的材料制作，并装到母板24。如下所述，通过以预定的图案将拼接后的光纤环绕在弯曲导向件上，可防止它们受损。这些环的长度用栅条28a与28b精密测出，使环在绕在弯曲导向件后保持最佳的松弛度，环内张力足以在导向件上将其就位，且不会损伤光纤或劣化其光学特性。

弯曲导向件阵列包括一套6只中心线圈导向件20，它们排列成一中心线圈。这些中心线圈导向件20经成形和相互定位，使光纤能围绕它们绕制而不伤及光纤。此外，弯曲导向件阵列还包括几对辅助导向件22a-b、22c-d，它们装到各光学元件10a、10b任一侧的母板24上。每对辅助弯曲导向件22a-b、22c-d经成形和相对中心线圈与光学元件定位，使辅助弯曲导向件22a-b、22c-d对光纤引线12提供从其各自的光学元件10a、10b到中心线圈的安全缠绕路径。

通过参照一特例，以更好地理解中心线圈导向件20的作用。图2示出装到母板24的第一和第二光学元件10a、10b(为简化起见，只图示出一个支架16a，在每个实际装置中，各光学元件由其自己的支架夹持)。这两个光学元件10a、10b各有一对从任一端部伸出的光纤引线12a-b、12c-d。本例中，将从第一光学元件10a左端伸出的第一引线12a拼接到从第二光学元件10b右端伸出的第二引线12d。

两引线实际拼接前，每根引线首先要作精密测量，然后微调，使拼接形成的连续的光纤环有正确的长度。设置在母板24上的测量栅条28a、28b让工人精确的确定准备拼接两引线12a、12d的点。当然，对拼接30选择的该点，必须为中心线圈导向件20之间的拼接套26提供间隙。拼接点一旦确定，就用测量栅条沿其长度标出第一引线12a与第二引线12d的长度。

引线12a、12d在标出的拼接点剥头、清洁和粘着，使引线符合正确的焊点，拼接套26端直。如果操作顺利完成，在拼接30上将拼接套26用丙烯酸酯就位，从第一元件10a左端到第二元件10b形成一个长而连续的光纤环32。如果已正确地测出拼接30，则连续环32的长度将在中心线圈导向件20上正好与到达其预定位置的拼接套26相适配。

母板包括几排光学元件10，引线12从任一端伸出。由于各光学元件的位置是固定的，而且由于每对引线的拼接点必须在很窄的容限内仔细测量，所以将这种拼接光纤引线的方法称为“确定性”光纤缠绕处理。随着光通信系统模块的复杂性和用量的增大，确定性处理的一些缺点越发明显了。

首先，上述光纤缠绕法对执行拼接处理的部分工人的技能提出了高要求。光纤拼接处理是一项困难的辛苦的任务，其难处在于，在将光纤绕回到中心线圈导向件之后，光纤要充分松弛。若光纤过紧，会出现光损失，而且光纤甚至会拉断；若光纤过松，则光纤会滑出导向件而在装置内移动，导致被夹断或被其它元件损坏。

其次，上述方法要用则性平台制造包括大部分光学元件与至少电子元件的组件。无源平台可用廉价材料制造，导致成本效益更大。

再次，装载带有刚性导向件与支架的平台，是一种冗长而费时的过程。

最后，通过费力的装载、拼接和缠绕步骤，只在最后测试时发现开始时装载的元件无效而必须调换是低效的。

这里描述的本发明解决了这些和其它问题。把光学元件装入一种专门设计的无源平台模块，该模块最好由泡沫塑料、弹性或其它塑性材料构成。在本发明第一实施例中，平台由相当稠密的泡沫材料构成，如密度约4磅/英尺³的泡沫材料。泡沫塑料价格极廉，即便经制作，其成本也远远低于上述在印刷电路板上使用刚性导向件与支架的费用。泡沫塑料即使纹理粗糙，也不会损害光纤。

在目前，为解决这些问题，可以应用所谓的“确定性”系统，其中例如通过把光学元件牢固地装在母板上就位使之固定位置，在配合光纤引线端部精确的位置作拼接。如下所述，由于成本关系，且要求高度技能在正确位置作拼接，该系统还有若干缺点，但本发明解决了种种问题。

发明内容

本发明的第一实施例提供的平台，用于夹持光学元件及其拼接的引线。该平台包括抬起的装载区，装载区包括沿平台底面设置的一系列指状件，用于保持光学元件就位。平台还包括一线圈导向件，它从底面向上凸起，靠近指状件该线圈导向件的外周与指状件限定了底面的跑道区，跑道区内绕有光纤引线。

与原有技术光学装置封装相比，本发明的平台模块具有若干优点，如在装入平台模块的诸元件之间，拼接在光纤限定的平台模块区内进行。一旦这些拼接顺利完成，该模块就作为单个单元附接到母板上，或者被接入一种一体化总线结构。模块接到母板后，在平台内的元件与装到母板的诸元件之间的任何附加拼接，可在平台内进行。

本发明的另一优点是装载元件并将其引线拼接起来的方法中所体现的“光纤自由布线”的理念。光纤引线在拼接前作过测量和标记，然而由于无源泡沫平台用“跑道”收藏光纤而不是绕刚性导向件缠绕光纤，因而不必在母板上确定拼接的精确固定点就可得到期望的结果。如下面要详述的，无源泡沫平台为拼接点提供了相当宽范围的可接受位置。

本发明一实施例的另一优点是能够使用有弹性的材料，如可用软泡沫制造平台模块。使用软泡沫材料可防止光纤常见的锐缘问题，而锐缘可切割、弯曲光纤，或干扰光纤的功能。这种材料比应用机加工或模制玻璃填充聚合物更容易形成。因而成本一效果更大。光纤引线的附加拼接也更容易，因为光纤引线不要求梳精密的长度。因此，组装时间与相关的生产成本都降低了。

本发明体现在平台理念中的另一优点是不再要求将光纤绕刚性导向件紧密缠绕了，这是因为外壁将光纤保持在跑道内；从而消除了与紧密缠绕相关的损失。

本发明体现在光学电路元件模块化的还有一个优点是允许模块在最后组装之前作测试。这种模块测试有利于在组装具有大量元件的复杂光学装置之前，发现有问题或失去作用的模块。

对于本领域的技术人员而言，通过参照以下的描述或通过实施本书面说明书及其权项和附图所描述的本发明内容，显然明白本发明的诸附图附加特征和优点。

应当理解，上述一般说明和下述详细描述仅是本发明的示例，用于提出一个概貌或框架以理解权项申明的本发明的特征与特点。

包含的附图可进一步理解本发明，并结合在此构成本说明书的一部分。附图示出本发明的一个或多个实施例，与描述一起说明本发明的原理与工作状况。

附图简述

图1是将光学元件装到母板上的系统的透视图。

图2是母板的局部透视图，母板实施的系统用于将光纤引线拼接在一起并收藏得到的连续光纤环。

图3是实施本发明的无源平台的透视图。

图4是要与图3无源平台联用的夹持件第一实施例的透视图。

图5是与图3无源平台联用的拼接方法的流程图。

图6是配有图3无源平台的母板的俯视图。

图7是本发明无源平台第二实施例的透视图。

实施发明的较佳方式

现在参照诸附图更全面地描述本发明，附图示出了本发明目前较佳的诸实施例。然而，描述的本发明可用各种形式实施，不应局限于这里提出的示例性实施例。这些代表性实施例的详细描述，可对本领域的技术人员将这一揭示内容彻底、完整和全面地转化成本发明的结构、操作、功能和可能的适用范围。

图3是本发明第一实施例平台34的透视图。平台34粘结到或模制在坚固的基座36或构架上，示例的坚固基座是一厚约0.3英寸的刚性材料，给平台34一定的刚性作附接。除了基座以外，平台的所有元件都用泡沫材料或其它合适的弹性材料制作。

平台34包括其底部的内底层38和包围其周边的壁40。平台34内部包括两个主要部分，平台左侧是抬起的装载区42，该区域由一系列平台槽44分割，每条槽从抬起装载区42延伸到平台34的内底层38，分为多个并排的指状件46。每条槽44导向元件沟道48，沟道48在相邻指状件46a与46b之间挖空，其形状可容纳光学元件。需要时，可以定制各元件沟道48的形状，以在型面(如方形或圆形)和长度上适合特定的光学元件。通过扩展分离其中形成了元件沟道48的两只指状件46a与46b，可以进入各元件沟道48，这样使两指状件46a与46b之间的槽44a打开，露出元件沟道48。将指状件端部50磨圆，其半径选成或防止缠绕的光纤引线12弯曲。

在本发明一实施例中，如下所述，想使光纤引线从元件沟道48退出后可在跑道56中以任一方向缠绕。唯一的例外是从夹持在抬起装载区左侧第一与第二指状件之间的光学元件延伸光纤引线。为防止损伤该光纤引线，从上方观看，上面引线只能以顺时钟方向缠绕，而下面引线只能以逆时钟方向缠绕。

平台的外壁40设置一连串孔52，这些孔对应于指状件46之间的元件沟道48并与之对准。各指状件46的端部50有一孔52，每个孔52在其顶部与通过外壁40延伸的进入缝54相交。光学元件10在元件沟道48中一旦正确就位，扩展对应于孔52的进入缝54，露出孔52允许光纤引线12放入里面，就将从光学元件10延伸的光纤引线12插入外壁40中对应的孔52。这样做可使光纤引线12“平整”且远离元件10。附带提一下，孔52可用来限制光纤将来再拼接，防止在装载平台34时被夹断或受压力。

在本发明图3的该例中，平台34右侧通常包括一矩形线圈导向件58，有一对圆形内部分60，各圆形内部分60有一开口进入跑道56，因而线圈导向件58呈E形，可将使用的材料量减至最少，同时使强度与稳定性最大。线圈导向件58的四角62磨圆，半径选成可防止弯曲，并将绕在线圈导向件58是的光纤环32中的应力减至最小。而且，如图3所示，线圈导向件58与指状件46之一相邻，在其间限定一条光纤能通过的槽，该槽提供的“180度转弯”可用改变光纤的缠绕方向，即从顺时针改为逆时针方向，反之亦然。

线圈导向件58和抬起装载区42的外周、平台底面38和外壁40的内周规定了一条“跑道”56。与用刚性玻璃填充的聚合物光纤导向件制造的光学装置要对拼接定位并缠绕多余的光纤不一样，跑道是一闭环通道，可以缠绕多余的光纤，对于正常制造而言，光纤缠绕跑道56的精确的张力并不关键。

包绕跑道56的外壁40有若干槽口64，这些槽口可让光纤从模块外面进入，并且作为确定两条光纤引线12拼接点的测量规。然而，如下所述，本发明的该实施例允许相当宽范围的定位偏离测量的拼接点。在一示例拼接中，先将光纤引线12的端部拼接起来，再用拼接套26保护。一个重要的约束是拼接ddy 26应处于khut的直线部分，因而不可以跑道拐角处拼接。

外壁40还包括切口部分66，允许光纤进入平台34拼接。这些切口部分66可用来例如将分开的模块接在一起。虽然图3示出的切口部分位于指状件46与线圈导向件56之间，但是它们可位于外壁40的任何位置。

图4示出四只夹持器67a-d的透视图。这些夹持器67a-d在跑道上方配合，将光纤保持就位。在一实施例中，夹持件67a-d厚约118英寸，用泡沫材料或另一种弹性材料制作。夹持件67a-d在跑道56上方利用磨擦就位。夹持件67a-d的厚度由跑道中的光纤量和跑道深度确定。

图5是本发明用图3的平台34实施的拼接方法68的流程图。在步骤70，将相应的缝44扩开而露出指状件46之间的元件沟道48，把每个光学元件送入元件沟道48。然后，泡沫材料围绕该元件再定位。在步骤72，导向相对沟道48的外壁40中孔52的进入缝54被扩开，让光纤引线能穿入孔52，使它们“平整”且远离诸元件。孔52还限制引线进一步拼接，防止它们在装载平台时被夹断或承受应力。

在所有光学元件10正确固定于其接收元件沟道48，而且所有光纤引线12正确穿入外壁40的相应孔52之后，把光纤引线12拼接在一起。在步骤74，每对配合的光纤引线12从其外壁40的孔52中松开。在步骤76，将拼接套26放在两根光纤引线12之一上。在步骤78，每根光纤引线12绕跑道56以反方向缠绕。在作第一次拼接前，光纤引线12绕跑道56缠绕至少超过跑道中相遇点三次，以允许重复拼接。在步骤80，包围跑道56的外壁40的槽口用于测量拼接点，保证它处于跑道56的直线部分以顺应拼接套26。

在步骤82，光纤引线12一旦作了测量与标记，就从跑道56上解开，通常作拼接。在步骤84，对拼接作测试，确定拼接操作是否成功。若拼接失败，则在步骤86断开拼接，在步骤78-86重复，直到拼接成功。一旦拼接合格，就用丙烯酸酯将拼接套26密封就位，并于步骤88将得到的连续光纤环32绕跑道56缠绕。步骤72-88重复进行，直到在步骤90确定没有引线要拼接了。拼接操作完成后，在步骤92，将夹持件67a-d置于光纤引线顶部，让它们靠磨擦就位。

应用本发明的平台34，显然可以看出，代替了紧密缠绕光纤和特定的拼接位置，光纤自由地处于平台区内。若引线拼接的实际点不完全对应于测量的拼接点，没什么关系，必要时通过移近或移离壁的办法，光纤环32可以补偿与跑道56的这种位置偏差。这样就允许缺乏经验的装配式来处理更复杂、更高容量的产品，也消除了确定性光纤缠绕的固有的光纤张力问题。

对位于平台34外面的更大的光学元件、激光器、挠性接头引线等物件或光学装置的引线，也可在平台34的跑道56上作拼接。外部引线通过切口部分66之一或外壁40的一开口64进入跑道。进入平台34后，外部引线绕跑道56缠绕，接着作上述的拼接。这类物件在平台模块以机构方法附接到主组件或母板24后再拼接。

图6是本发明一实施例的一对无源平台34a、34b的俯视图，该平台已附接到母板24a。图6的母板24a具有图3A与3B的母板24一样的电子与光学功能。显然，本发明的该实施例明显减少了必须附接到母板24a的零件数量。首先，设有了Ultem支架与相关的硬件。其次，虽然仍然要用少量的刚性辅助光纤导向件22对从母板光学元件102到无源泡沫平台的光纤104提供缠绕通路，但是从图6可知，母板24a使用的这些辅助导向件22比图3A与3B的母板24要少得多了。

最后，图7示出本发明的另一实施例，其中跑道56由抬起装载区42的外周限定。图7的实施例与图3的实施例相似，抬起装载区42包括由引向元件沟道48的进入缝44分开的多个指状件46。外壁40的槽106有点朝上开口，代替了图3实施例中带进入缝54的孔52。设置的切口部分66用于接收外部引线并互连分开的模块。这一更小的发明形式可应用于例如至少光学元件要拼接的场合或安装与拼接光学元件的有效空间有限的场合。另外，图7的实施例还包括一180度转弯的槽94，可以改变光纤引线12绕跑道56缠绕的方向。

本领域的技术人员应当明白，可对本发明作出各种修改与变化而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明包括对发明的这些修改与变化，只要它们符合所附权项及其等效物的范围。

Claims (14)

1.一种接收光学元件的平台，其特征在于包括：

具有表面的基板；

沿所述表面设置的多个指状件，用于以多个预定位置夹持所述光学元件；和

从所述多个指状件中至少一个指状件附近的所述表面向上凸起的线圈导向件，其中所述线圈导向件与所述多个指状件限定了光纤的通路，其中每个所述指状件与至少另一个所述指状件相邻，所述相邻指状件在它们之间限定了固定所述光学元件的空腔。

2.如权利要求1所述的平台，其特征在于所述相邻指状件还限定了进入所述空腔的通道。

3.如权利要求1所述的平台，其特征在于所述多个指状件的所述每个指状件包括磨圆的端部。

4.如权利要求1所述的平台，其特征在于所述线圈导向件与所述多个指状件中的至少一个在它们之间限定一条接收的槽。

5.如权利要求1所述的平台，其特征在于所述线圈导向件通常为矩形。

6.如权利要求5所述的平台，其特征在于所述线圈导向件包括圆角。

7.如权利要求6所述的平台，其特征在于所述线圈导向件包括：

两个临时凹部；和

两条通道，每条通道可进入所述两个临时凹部之一。

8.如权利要求1所述的平台，其特征在于还包括：

从所述表面向上延伸的壁，所述壁包围住所述多个指状件与所述线圈导向件。

9.如权利要求8所述的平台，其特征在于所述壁限定多个孔，所述多个孔的每一孔设置成接收附接至所述光学元件之一的光纤。

10.如权利要求9所述的平台，其特征在于所述壁限定了多个开口。

11.如权利要求1所述的平台，其特征在于所述平台由泡沫材料制作。

12.如权利要求1所述的平台，其特征在于还包括附接到所述平台的刚性基板。

13.一种制作光学装置的方法，其特征在于包括以下步骤：

将第一光学元件定位于接收平台中，所述第一光学元件具有多根光波导光纤引线；

将第二光学元件定位于所述接收平台中，所述第二光学元件具有多根光波导光纤引线；

选择所述第一光学元件中所述多根光波导光纤引线之一；

选择所述第二光学元件中所述多根光波导光纤引线之一；

在每根所述选择的引线上选一拼接点；

将所述选择的引线相互拼接起来，所述拼接发生在所述选择的拼接点；和

将所述拼接的引线存放在所述接收平台上，其中所述接收平台包括：

一表面；

沿所述表面设置的多个指状件，用于以多个预定位置夹持所述光学元件；和

从所述多个指状件中至少一个指状件附近的所述表面向上凸起的线圈导向件，其中所述线圈导向件与所述多个指状件限定了光纤的通路；

其中每个所述指状件与至少另一个所述指状件相邻，所述相邻指状件在它们之间限定了固定所述光学元件的空腔。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于在每条所述选择的引线上选一拼接点的所述步骤还包括以下步骤：

沿所述通路以一个方向缠绕所述第一光学元件中所述选出的光波导光纤引线；

沿所述通路以相反方向缠绕所述二光学元件中所述选出的光波导光纤引线；

对每根所述标记处作的拼接位于所述跑道上的预定位置。

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