CN1333278C - 主动式微型光纤连接器 - Google Patents

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Abstract

一种属于光纤通信技术领域的主动式微型光纤连接器，本发明包括：单晶硅基体、V型槽、光纤、镍薄膜弹性偏置盖板、电阻条和线触点，V型槽依照晶相方向设在单晶硅基体上，镍薄膜弹性偏置盖板设在V型槽的上方，电阻条和线触点设在镍薄膜弹性偏置盖板上，线触点位于电阻条的首尾两端，光纤通过镍薄膜弹性偏置盖板的释放端被准直固定在V型槽中。本发明无需手动操纵盖板，操作的精度和调控能力得到显著提高，光纤可以直接放置到V型槽中，无需插拔操作，节省预留空间，减少光纤受损可能，提供光纤准直固定连接的高精度和高可靠性。

Description

主动式微型光纤连接器
技术领域
本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的器件，具体地说，是一种主动式微型光纤连接器。
背景技术
光纤通信已经成为大容量信息传输的主要技术途径，它的传输媒介就是光纤，光纤的固定与连接大量存在于通讯光路中，因此，光纤连接器是使用最广泛的无源器件之一，它以低损耗的方法把光纤或光缆相互连接起来，以实现光路的接续。目前的光纤连接器主要有FC型(螺纹连接式)、SC型(直插式)和ST型(卡扣式)3种。随着光纤接入网的发展，光缆密度和光纤配线架上连接器密度不断增加，对光纤固定连接机构的要求越来越高，前述各种连接器已显示出体积过大、价格太贵的缺点。与传统的精密机械技术相比，微机械技术(MEMS)借鉴半导体工艺发展起来的超精密集成加工工艺，具有加工精度高、零件尺寸小、预先对准无需装配等更为优越的加工能力，特别适合微光学器件与系统的研究开发，拥有潜在的低成本批量制造能力，更可以与一些微光学器件的尺寸和结构相匹配。因此，它是光学精密制造的利器，将MEMS技术引入活动光纤固定连接机构的设计也已经获得初步的成功。
经对现有技术文献的检索发现，英国剑桥大学的Bostock R.M、Collier J.D等人在J.Micromech.Microeng.在《微机械工程》8(1998)343-60上发表了“Silicon nitride microclips for the kinematic location of opticai fibresin silicon V-shaped grooves”(基于硅V型槽的用于动态定位光纤的氮化硅薄膜微夹具)一文，该结构设计以V型槽结构为基础，采用图形化的平直氮化硅膜覆盖V型槽开口上方，当光纤进入V型槽之后，类似悬臂梁的薄膜夹产生固定压制力使其定位于V型槽内，构成了一体式光纤固定对准结构。其不足之处是：结构限制因素多，弹性膜的成本高，薄膜夹持结构可靠性有待验证，最大的不足还在于盖板结构设计。首先，盖板平直不方便光纤导入，虽然能在导入端增加槽的宽度和深度，试图在硅基体上形成U型结构。但是，硅刻蚀完全受晶面控制，无法在U型导入端与V型槽之间实现平滑过渡，导入端底部宽度呈阶梯变化现象，这样不便于光纤平滑导入，更可能破坏基体。其次，盖板上的图案有损整体功能的实现。为了刻蚀V型槽，必须在盖板上设置一定的开口图案，但是造成了作为悬臂梁使用的盖板结构的不连续，光纤在插入过程中有可能导致盖板损坏而剥落。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种主动式微型光纤连接器，使其无需手动操纵盖板，操作的精度和调控能力得到显著提高，光纤可以直接放置到V型槽中，无需插拔操作，节省预留空间，减少光纤受损可能，提供光纤准直固定连接的高精度和高可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：单晶硅基体、V型槽、光纤、镍薄膜弹性偏置盖板、电阻条和线触点，V型槽依照晶相方向设在单晶硅基体上，镍薄膜弹性偏置盖板设在V型槽的上方，电阻条和线触点设在镍薄膜弹性偏置盖板上，线触点位于电阻条的首尾两端，光纤通过镍薄膜弹性偏置盖板的释放端被准直固定在V型槽中。
所述的单晶硅基体是经氧化的单晶硅片，氧化层厚度大于1μm。
所述的单晶硅片是500μm厚度(100)硅片。
所述的V型槽，其掩膜的开口宽度小于235μm。
所述的光纤，其直径为125μm的裸光纤。
所述的光纤，其最高点与单晶硅基体1表面的距离为5μm以上，该距离最佳为10-30μm，距离太大会影响夹持稳定性。
所述的电阻条，为镍钛合金薄膜，作为弹性偏置盖板的电热驱动装置，受热时电阻条体积收缩从而带动弹性偏置盖板开启方便光纤置入，温度降低则电阻条恢复原状从而带动弹性偏置盖板闭合压紧固定光纤。
当在线触点之间施加一定电压时，电阻条发热升温产生相变体积收缩，使镍薄膜弹性偏置盖板上翘开启V型槽，这时可以置入光纤，断开电流镍薄膜弹性偏置盖板则降温恢复其原来状态，并且形成对V型槽中光纤的夹持准直固定力。一对这样的结构相对安置就可以构成一个主动式微型光纤连接器。
本发明设计的镍薄膜弹性偏置盖板，无需手动操纵盖板，操作的精度和调控能力得到显著提高，光纤可以直接放置到V型槽中，无需插拔操作，节省预留空间，减少光纤受损可能，借助形状记忆合金薄膜工作的镍薄膜弹性偏置盖板、电阻条和线触点组成的集成盖板使整体结构得到简化，不但可以采用MEMS技术批量集成制造，而且能够在实现小型化和低成本化的同时，提高光纤准直固定连接的高精度和高可靠性。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：单晶硅基体1、V型槽2、光纤3、镍薄膜弹性偏置盖板4、电阻条5和线触点6，V型槽2依照晶相方向设在单晶硅基体1上，镍薄膜弹性偏置盖板4设在V型槽2的上方，电阻条5和线触点6设在镍薄膜弹性偏置盖板4上，线触点6位于电阻条5的首尾两端，光纤3通过镍薄膜弹性偏置盖板4的释放端被准直固定在V型槽2中。
所述的单晶硅基体1是经氧化的单晶硅片，氧化层厚度大于1μm。
所述的单晶硅片是500μm厚度(100)硅片。
所述的V型槽2，其掩膜的开口宽度小于235μm。
所述的光纤3，其直径为125μm的裸光纤。
所述的光纤3，其最高点与单晶硅基体1表面的距离为5μm以上，该距离最佳为10-30μm，距离太大会影响夹持稳定性。
所述的电阻条5为镍钛合金薄膜。

Claims (9)

1.一种主动式微型光纤连接器，包括：单晶硅基体(1)、V型槽(2)、光纤(3)、镍薄膜弹性偏置盖板(4)，其特征在于，还包括：电阻条(5)和线触点(6)，V型槽(2)依照晶相方向设在单晶硅基体(1)上，镍薄膜弹性偏置盖板(4)设在V型槽(2)的上方，电阻条(5)和线触点(6)设在镍薄膜弹性偏置盖板(4)上，线触点(6)位于电阻条(5)的首尾两端，电阻条(5)带动镍薄膜弹性偏置盖板(4)开启和闭合，光纤(3)通过镍薄膜弹性偏置盖板(4)的释放端被准直固定在V型槽(2)中。
2.根据权利要求1所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的单晶硅基体(1)是经氧化的单晶硅片。
3.根据权利要求2所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的经氧化的单晶硅片，其氧化层厚度大于1μm。
4.根据权利要求2或3所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的单晶硅片是500μm厚度(100)硅片。
5.根据权利要求1所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的V型槽(2)，其掩膜的开口宽度小于235μm。
6.根据权利要求1所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的光纤(3)，其最高点与单晶硅基体(1)表面的距离为5μm以上。
7.根据权利要求6所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的光纤(3)，其最高点与单晶硅基体(1)表面的距离为10-30μm。
8.根据权利要求1或6所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的光纤(3)，其直径为125μm的裸光纤。
9.根据权利要求1所述的主动式微型光纤连接器，其特征是，所述的电阻条(5)为镍钛合金薄膜。
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