CN1445573A - 光纤用连接器件及其制造方法并光学器材 - Google Patents

光纤用连接器件及其制造方法并光学器材 Download PDF

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Abstract

本发明光纤用连接器件具有良好的尺寸精度和平行度的。该连接器件包括基本构件，该基本构件至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，基本构件材质为石英玻璃。为形成光纤插入孔，把型芯配置在用于形成所说连接器件外形的模具中，并保持尺寸误差在2μm以内。把由石英粉末、树脂粘合剂、分散剂、水以及硬化剂构成的生料投入模具中。所投入生料被硬化和被在真空下加热，于是进行硬化生料玻璃化而得到石英玻璃。

Description

光纤用连接器件及其制造方法并光学器材
技术领域
本发明涉及光纤用连接器件及其制造方法并光学器材，其用于在光通信领域中使用的光纤连接用连接器件、隔离器、回转器、分离器、光波导、热光学开关、光开关等光通信装置上，在保持良好尺寸精度和平行度的状态下布设光纤。
背景技术
在光通信领域中，氧化锆陶瓷或玻璃陶瓷制单芯或2芯箍套、和图1所示那种玻璃陶瓷、石英玻璃、硅等基板上施以V型沟的光纤布阵器的光纤用连接器件，是用于在光纤连接用连接器、隔离器、回转器内设定光轴，或者用作同AWG波导连接用的光纤用箍套以及光纤阵器。
但是，光通信用箍套以及光纤布阵器等光纤用连接器件，若采用氧化锆陶瓷的话，当对箍套、光纤施加机械应力时，陶瓷结晶构造会由四方晶体转换成单斜晶体。由于这种相变化，会使得陶瓷尺寸增大，其结果，箍套的孔间距或V型光纤布阵器的V型沟间距发生变化，从而导致不能够长期地保持高精度光连接。
还有，由于箍套、光纤布阵器的材质和光纤的不同，所以箍套或光纤布阵器同光纤之间热膨胀系数不一样，因此会因环境温度变化而产生尺寸变化。这不仅使得箍套或光纤布阵器和光纤的接合面产生应力，而且还可能使得接合强度降低，故光纤用连接器可靠性差。再者，采用V型沟布阵器的场合，由于是把2至3个石英基板组合起来固定光纤，故耗费工时。另外，由于还使用2至3种高价粘接剂，所以不仅组装费事、而且成本高，这成为光通信普及的障碍。
发明内容
本发明总的目的就在于提供一种可以避免上述弊端的改进而实用的光纤用连接器件及其制造方法并光学器材。
具体来说，本发明总的目的就在于提供一种在保持良好尺寸精度和平行度的情况下布设光纤的光纤用连接器件及其制造方法并光学器材。
本发明目的是这样实现的：一种光纤用连接器件，包括基本构件，该基本构件至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，其特征在于：所说基本构件是由石英玻璃构成的。
根据上述发明，光纤和光纤用连接器件(在此简称″连接器件″)都是石英玻璃制的，而石英玻璃热膨胀系数较小，所以光纤和基本构件的热膨胀系数匹配得到改善。故光纤和连接器件(如箍套、光纤布阵器)接合更加可靠。另外，同V型沟相比较，其接合面表面处理更加容易，研磨等加工效果更好。
进一步，由于连接器件至少设有2个用于插入固定光纤的孔、各孔以给定间距排列，所以只要使用单一器件构成的箍套或光纤布阵器就可以高精度地布设和固定复数光纤。
光纤用连接器件的孔，不仅可以布设成1列，而且还可以布设成多列，譬如，8列×1行、12列×1行、40列×1行、2列×2行、4列×2行、4列×4行、8列×8行、10列×8行等。
本发明目的还是这样实现的：一种光纤用连接器件的制造方法，所说连接器件包括基本构件，该基本构件由石英玻璃构成、至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，其中，包括如下步骤：(a)把用于形成光纤插入孔的型芯配置在用于形成所说连接器件外形的模具中，并保持尺寸误差在2μm以内；(b)把由石英粉沫、树脂粘合剂、分散剂、水以及硬化剂构成的生料投入所说模具中；(c)硬化所投入生料；(d)在真空下加热所投入生料，以进行玻璃化而得到石英玻璃。
根据上述本发明，可以高精度地制造光纤用连接器件。
另外，根据本发明，所说石英玻璃可以是具有以下成份的高纯度石英玻璃：
SiO2≥99.9％                        Al2O3≤10ppm
Li2O≤1ppm       MgO≤10ppm      TiO2≤10ppm
ZrO2≤10ppm       K2O≤10ppm     Na2O≤10ppm
ZnO≤10ppm        CaO≤10ppm       BaO≤10ppm。
据此，通过使用上述高纯度石英，可以将构成连接器件的石英玻璃的热膨胀系数控制在0.45-0.6×10-7/℃以内，和把波长356nm的紫外线的透射率控制到大于等于90％。须指出的是，只要不损害上述高纯度石英玻璃的光学特性，上述高纯度石英玻璃还可以包括其它成份。
本发明目的还是这样实现的：一种光学器材，包括光纤和光纤用连接器件，该连接器件包括基本构件，该基本构件由石英玻璃构成、至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，其中，所说连接器件被以环氧类热硬化型粘接剂或紫外线硬化型粘接剂固定于光纤端部。
根据上述本发明，光纤芯线露出部插入毛细管，在光纤和毛细管之间充填粘接剂，然后用固化光照射粘接剂。据此，粘接剂被固化，使得光纤和毛细管相互固接。由于照射光可透射于毛细管，所以即使外侧被覆封装材料也照样可以让固化光通过毛细管端部照射到毛细管内部。另外，光纤露出部在毛细管内也藉经光固化的粘接剂而被牢牢地粘接固定。
根据上述本发明，当光纤用连接器件和光纤组装在一起时，由于光纤的成份和光纤用连接器件的成份相同，所以两者热膨胀系数基本一样，因此不会因环境温度变化而产生尺寸偏差，故不会使得两者接合面应力负荷增大，接合特性的可靠性提高。
随着近来光纤布阵器尺寸越来越大，上述连接器件会越发显得有用。另一方面，采用石英制箍套以及石英制光纤布阵器的光学器材以及光学器件得到改进，在各种特性上几乎都可以达到设计指标。所说特性譬如包括：偏振波对波长板的依存特性、AWG(阵列波导光栅)低损失化、光纤分散特性以及传送距离等。
还有，由于由光纤用连接器件和光纤组合而成的光学器材采用光固化型树脂作粘接剂，同时，在该光学器材中，采用作用光可以透射的材料形成毛细管，故，通过从毛细管端部照射作用光可以让粘接剂固化，从而使得毛细管和光纤相互固接。
因此，将连接器件和光纤组合而成的终端构造并不需要固化粘接剂的繁琐工序(譬如：将终端构造放置一定时间以完成所需反应、对终端构造进行加热处理等)，只要通过给定照射工序即可容易地管理光纤终端处理工序。其结果，组装工序更加灵活，效率得到提高，生产成本降低。故，本发明连接器件适合于批量生产。
本发明其它目的与特点以及优点可以通过结合附图作细节描述得到说明。
附图说明
图1是一种已有的V型沟布阵器的示意图。
图2A是一种根据本发明实施例的光纤布阵器的主视面。
图2B是一种根据本发明实施例的光纤布阵器的截面图。
图3A是根据本发明实施例的箍套的主视面。
图3B是根据本发明实施例的箍套的截面面。
图3C是根据本发明实施例的箍套的后视图。
图4是采用图2A及2B所示光纤布阵器的跨接电缆之结构示意图。
图5是采用图3A-3C所示箍套的跨接电缆之结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作以说明。
图2A和2B分别给出了本发明光纤布阵器1的主视面和截面图。图3A-3C则分别给出了箍套11的主视面和截面图以及后视图。
根据图2A，光纤布阵器1包括带有复数光纤插入孔5的棱柱形基本构件3，复数光纤插入孔5布阵成格子形(譬如8列×8行的格子)。另外，如图2B所示，在光纤布阵器1的一侧，各光纤插入孔5的端部都带有R倒角5a。
根据图3A，箍套11包括带有复数光纤插入孔15的圆柱形基本构件13，复数光纤插入孔15布阵成格子形(譬如2列×2行的格子)。如图3B和3C所示，在箍套11的一端带有同所有光纤插入孔15连通的圆锥形孔13a。
下面描述一下采用根据本发明实施例的光纤用连接器件的光学器材。须指出的是：所谓″连接器件″在此特指光纤布阵器和箍套等。
采用上述光纤布阵器1的跨接电缆21之结构见图4，而采用上述箍套11的跨接电缆31之结构见图5。
如图4所示，跨接电缆21是通过使用光纤布阵器1和光纤电缆23而形成的。如图5所示，跨接电缆31是通过使用箍套11和光纤电缆33而形成的。
上述结构下光纤的成份和光纤用连接器件的成份相同，所以光纤用连接器件与光纤的热膨胀系数基本一样，那么，当连接器件和光纤组装在一起时，两者不会因环境温度变化而产生尺寸偏差，故不会使得两者接合面应力负荷增大，接合特性的可靠性提高。
下面描述一下本发明人曾实施的一个例子。
首先，将纯度99.9％的石英粉末(平均粒径0.5μm)同当做有机粘接剂的环氧树脂以及有机分散剂一道分散于碱性溶液中，让由此得到的物质通过200筛眼的筛子后，向其中添加硬化剂。然后，在真空下搅拌脱泡而形成滑泥。其后把滑泥投入到用于形成光纤用连接器件外形的模具。把12个用于形成光纤插入孔的型芯配置在该模具中，并保持尺寸误差在2μm以内。上述滑泥一硬化就可得到成形体。让该成形体经一个晚上的自然干燥。然后，在850℃下预烧结1小时。接着，在真空环境下(≤10-2Torr)再对成形体进行烧结。
所得烧结体呈无色透明玻璃态(在此称″高存度石英玻璃″)。对烧结体的孔用PC线、钻石浆研磨加工，以形成给定孔径。将孔清洗之后即可得到所需光纤布阵器。
下表1示意的是：上述12芯光纤布阵器的光纤插入孔间距检测结果。从表1可见，在设计值为250μm时，孔配置(孔间距)精度可达250μm±1μlm。
表1
                               孔间距
   试样No.   1-2   2-3   3-4   4-5   5-6   6-7
   1   250.6   250.2   294.6   249.1   250.3   250.9
   2   250.1   250.3   250.9   250.4   249.6   250.1
   3   250.3   250.2   249.8   249.6   250.3   250.8
   4   250.1   249.8   249.6   250.4   250.6   250.7
   5   249.4   250.6   250.1   250.3   250.0   249.7
   试样No.   7-8   8-9   9-10   10-11   11-12
   1   249.1   250.6   250.4   249.5   250.5
   2   249.1   250.5   249.5   249.9   250.7
   3   249.6   249.7   249.3   250.9   250.4
   4   249.7   249.3   250.1   250.0   250.4
   5   249.9   250.6   250.1   250.2   250.7
所得光纤布阵器的热膨胀系数为0.52×10-6/℃，这和光纤材质即石英玻璃的热膨胀系数(为0.5×10-6/℃)基本一致。另外，该光纤布阵器的356nm波长紫外线透射率在为92％。
往这样的玻璃制光纤布阵器的光纤插入孔内充填紫外线硬化型粘接剂，然后向各孔内插入单模光纤。接着，用紫外线照射15分钟以固定光纤。
在单模光纤的另一端上用热硬化性粘接剂固定SC型单芯箍套。通过对光纤布阵器端面和SC型单芯箍套端面施以光学研磨，即可构成光纤电缆。
将所得光纤电缆置于温度85℃、湿度85％的环境下持续2000小时，然后，对光纤布阵器一侧的接合强度进行了检测。其结果显示：强度维持在12-34N以上，这说明本例的连接器件在接合特性上具有很高的可靠性。
本发明并非仅限于上述实施例，在本发明要点范围之内可以有种种变形和修改。
本申请是基于2002年3月15日于日本提出的申请号为2002-072710号的在先申请，在此参照了其全部内容。

Claims (8)

1.光纤用连接器件，包括基本构件，该基本构件至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，其特征在于：所说基本构件是由石英玻璃构成的。
2.按权利要求1所说的光纤用连接器件，其特征在于，所说石英玻璃为具有以下成份的高纯度石英玻璃：
  SiO2≥99.9％                    Al2O3≤10ppm
  Li2O≤1ppm      MgO≤10ppm    TiO2≤10ppm
  ZrO2≤10ppm      K2O≤10ppm   Na2O≤10ppm
  ZnO≤10ppm       CaO≤10ppm    BaO≤10ppm。
3.按权利要求1所说的光纤用连接器件，其特征在于：所说石英玻璃的热膨胀系数为0.45-0.6×10-7/℃。
4.按权利要求1所说的光纤用连接器件，其特征在于：所说石英玻璃的紫外线透射率在356nm波长下为90％以上。
5.光纤用连接器件的制造方法，所说连接器件包括基本构件，该基本构件由石英玻璃构成、至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，其中，包括如下步骤：
(a)把用于形成光纤插入孔的型芯配置在用于形成所说连接器件外形的模具中，并保持尺寸误差在2μm以内；
(b)把由石英粉沫、树脂粘合剂、分散剂、水以及硬化剂构成的生料投入所说模具中；
(c)硬化所投入生料；
(d)在真空下加热所投入生料，以进行玻璃化而得到石英玻璃。
6.一种光学器材，包括光纤和光纤用连接器件，该连接器件包括基本构件，该基本构件由石英玻璃构成、至少设有2个用于插入和固定光纤的孔，其中，所说连接器件被以环氧类热硬化型粘接剂或紫外线硬化型粘接剂固定于光纤端部。
7.按权利要求6所说的光学器材，其特征在于：所说光纤采用偏振波保持光纤，消光比≥25dB。
8.按权利要求6所说的光学器材，其特征在于，所说粘接剂的指标特性为：插入损失≤0.2dB、反射损失≤55dB、拉伸强度≥10N。
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