CN1781042A - 用来连接光学纤维的连接器装置以及生产该装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用来耦合非对准光纤(19，20)的连接器装置，其中，一个反射器(12)和透镜(13，14)将光由一个光纤导向另一个光纤，并且，借助于装置(31，32，33)将每个要耦合的光纤的端部在预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位，确定光纤的端部与反射器之间的位置关系。也包括一种连接器装置，用来通过一个透镜(110)在光学上连接一个光纤(101，图14)，把光送到另一个光学部件或者由该部件接收光，其中，借助于(106)将所述光纤的端部以预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上相对于所述光学部件定位，确定光纤的端部与所述另外的光学部件之间的位置关系。

Description

用来连接光学纤维的连接器装置以及生产该装置的方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用来连接光学纤维的连接器装置，并且涉及生产这样的连接器装置的方法。

背景技术

连接光学纤维使得光能够由一个光纤传输到另一个光纤的问题是众所周知的。传统上，被连接的或者“被拼接的”光纤是劈开的，有精确确定的角度，常常是垂直的，但是可能是倾斜的，可以以比6°大的角度倾斜。被劈开的表面是光学上的平表面，将该平面设置成与要拼接的光纤的相应的端表面直接接触，或者如果分离开，可以将一种系数匹配的材料引入面对的表面之间的空气隙中，为的是减小损失。在可能发展和变化的通信系统中，必须能够适应改变不同光纤之间的连接的可能性，因此拼接必须是可以脱开的或者是可以替换的。为了使在机盒内的光纤能够重新定位，由于直到现在使用的端部对端部或者“同轴排列的”拼接构形，必须留下一定的备用长度的光纤，可以用来适应当把一个多余的拼接切掉用另一个替换时将光纤缩短。过剩光纤的这种多余长度对于减小尺寸是个瓶颈，例如分接和在纤维光学进入网络应用中的用户装备光纤的大量的备用长度造成储存和管理上的问题，增加连接器机盒的尺寸，并增加实现连接和改变连接所包含的任务的复杂程度。

然而，为了获得能够把没有对准的光纤连接起来的连接器，必须注意由光纤出口端发出的光束的发散问题。为了避免连接的损失，必须在连接到上面提到的发射端上的光纤的入口端捕获所有这样的光。正是由于这个原因，传统上把面对面对接的拼接选择为可能造成损失最少的方案，该拼接通过使两个光纤端部形成物理接触，尽管它有固有的问题和它自身的困难。如果光纤之间的连接能够用简单的插销装置实现，可能远远是优选的，在这样的装置中光纤不需要在线路中精确地彼此定位。这例如与用于导电装置的插销板装置相对应，在那里，可以简单地把要连接的导电装置插入(有适当的终端或插头)并排设置的插座中，以便实现连接。

发明内容

本发明寻求提供连接光纤的连接器装置，其中不需要光纤彼此成同轴排列，使得它们可以为并排排列，可以将它称为“平行的”构形，或者相对于彼此成一定角度(也许，最有用的角度为90°)，可以将它称为“倾斜的”构形。为了一般化起见，在后面将传统的拼接中任何不是串联或者同轴(或一字形)排列对接连接的连接称为非对准的连接。将把这个词理解为既指的是平行(即并排)连接，又指的是如上面定义的倾斜连接。也可以将被称为分离器和结合器的装置包括在“连接器”的含义中。也将会认识到，连接器可以连接一对光纤，或者连接多对光纤。

因此，按照本发明的一个方面，提供了用来耦合非对准光纤的连接器装置，其中，一个反射器将光由一个光纤导向另一个光纤，并且，借助于将每个要耦合的光纤的端部在预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位，确定光纤的端部与反射器之间的位置关系。

需要对于光纤的端部在与它们长度垂直的方向精确地定位将是显然的，这在于必须确保被反射的光的光学耦合，没有损失。对于光纤长度在纵向上精确定位的需求是由于输出的光为上面讨论过的形式，即，耦合到光纤的光不是作为平行光束，而是作为发散光束或者会聚光束(这分别取决于它是输出的光还是到达的光)。为了这一目的，如果采用平面的反射器，在光纤的端部与反射器之间需要准直用的透镜。当然，反射器是平面的反射器不是本质性的。如果采用曲面的反射器比如中凹(可能是抛物面)的反射器，它可以接收不平行的光束，并且可以将入射光反射到在横向上由来源区域偏置的区域。自然，必须把光纤的端部与准直用的透镜放置在相对于反射器的预定的位置，为的是通过反射器引导彼此平行的光束。光纤的端部也必须放置在这样的位置：此位置确保将来自光纤端部的明显的点源放置在透镜的焦平面中，为的是这样在输出或者出光纤的情况下使光形成指向反射器的平行准直光束，而在接收光纤的情况下接收来自反射器的光。

在一个实施例中，与用来把要耦合的光纤的端部定位的所述装置一起整体地形成所述准直用的透镜，提供了用来确定反射器与把要耦合的光纤的端部定位的所述装置的相对位置的装置，后者用来将光纤相对于透镜的焦距定位在一个确定的距离。替代地，可以用把要耦合的光纤的端部定位的所述装置使得准直用的透镜与机械定位的工具或腔室不在同一条线地对准。然而，另外替代地，透镜可以与把要耦合的光纤的端部定位的装置无关，并且即使这样，如果把反射器做成在后表面有反射表面的光学本体，可以与反射器一起整体地形成透镜。下面将更详细地描述生产整体形成的透镜和反射器本体或者整体地形成的透镜和光纤定位本体的技术。

用来把要耦合的光纤的端部定位的装置可以包括一个定位件，它有用来接受要耦合的光纤的端部的开孔，所述装置还包括用来确定所述定位件相对于反射器的相对位置和取向的装置。这样的确定相对位置和取向的装置可以简单地包括隔离器，或者如在优选实施例中那样，可以包括在所述反射器和所述定位件上或者被它们携带的相互合作的形状接合的件。同样，所述定位件最好有用来以相对于反射器的预先确定的固定空间关系将它紧固的装置。

在把反射器做成一个光学本体的实施例中，反射器最好包括一个大致为棱镜的件，它有至少一个反射表面，在该反射表面通过内部的全反射实现反射。对于非对准光纤的一般情况，可以提供单一的反射表面。对于平行的并排的非对准光纤的特殊情况，反射器棱镜有两个相互正交的反射表面是优选的。这种构形使得入射光有180°的颠倒，使得相邻的光纤可以简单地进行插入连接。替代地，除了使用反射棱镜以外，可以使用通过适当地涂布的表面例如在与入射光和反射光的方向成45°的表面形成的反射器。现在，因为光纤彼此不成一字形排列，提供相当长的备用光纤为了实现连接的重新定位不再必要，这首先是因为设想进行简单的插入连接，在这种情况下，切断和重新劈开光纤以便实现新鲜的连接不再必要，第二是因为光纤的任何缩短可能伴随着它在连接中的伙伴的相应缩短，所以绝对没有任何因为使得想要耦合的光纤不能彼此接起来而不能实现连接的危险。如上面提到的那样，要耦合的光纤的最有用的非对准倾斜可能是180°和90°。这两个角度可以获得某些好处，并且可以在光学分配框架的接线板中找到特别的应用。

虽然使用了可以实现内部的全反射的表面，但是仍然可能产生某些小的透射损失，为了克服这种损失，可以将反射表面金属化，例如用铝或者其它的金属层，从而改进它的反射率。同样，可以用一个衍射光栅形成反射表面，或者反射表面与一个衍射光栅相关，使得可以实现多波长工作和多波长分离。取决于光栅的特点，连接起来的光纤可以是双光纤带或者多光纤带。在这些情况下，也可以将连接件用做分离器或者结合器或者波长选择的多路器或者分路器。

将参考着具体的实施例更详细地描述把光学部件在一个支承结构中紧固在一起的装置。可以制作出光学部件的技术包括金刚石车削(diamond turning)和反应离子刻蚀过程，在这些过程中，用高能粒子在经过选择的区域照射分子重量大的聚合物，最好、但是不排他地，是带有直线链的聚合物，接着的处理选择性地作用在被辐照过的材料上，留下未辐照过的材料不变。

按照本发明的第二方面，生产用于非准直光纤的连接器装置的一个部件的方法包括如下步骤：用粒子束照射分子重量大的聚合物本体的经过选择的区域，该粒子束有足够的局部能量转移，能够断开聚合物的分子键；使聚合物材料经过辐照的区域接受接续的处理，造成辐照过的区域的物理性质或机械性质的变化，从而使得部件可以有想要的形状和/或想要形成的表面性质；采用质量生产技术比如微型复制或者注入模塑重新产生这样形成的部件。这后一个步骤最好使用高品质的聚合物材料比如环烯烃共聚物(COCs)或者光学陶瓷进行。

实现本发明的方法最好是通过：用基本上圆形截面的粒子束辐照部件一定时间，与离子束的能量和剂量速率联系起来确定出辐照的时间，比如产生出被辐照的材料的确定长度的基本上圆柱形的区域，并且通过溶剂刻蚀选择性地除去经过辐照被改性的材料，产生有确定的尺寸和形状的腔室，容纳光纤的端部，并且把它们相对于部件在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位。这种生产技术可以有很高的精度，其在于可以以微米和亚微米范围的定位精度实现对辐照粒子束的控制。被辐照的材料与未被辐照的材料之间的边界特别鲜明，使得后续的处理可以留下非常好地形成的平滑表面，带有鲜明的边缘。这样的腔室可以提供插座，用来接收光纤的端部，并且可以精确地确定这样的腔室的深度，从而提供一个肩部，用来将光纤的端部精确地与它的长度平行地定位。

可以通过下面的技术制作出其它的表面特点比如透镜，其中，用一种束特别是基本上圆形截面的粒子束辐照部件一定时间，与该粒子束的能量和剂量速率联系起来确定出辐照的时间，对于辐照过的区域的接续处理包括把它的表面在升高的温度下暴露给单体蒸气(可能是与聚合物相同的材料)，在那个温度下，单体扩散进入辐照过的区域中，从而造成局部的隆起。通过确保辐照的离子束有好的圆形，局部的隆起可以在本体上一个精确定位的位置造成想要形成的等效的球形表面。因此，这样的表面形成一个微透镜，例如可以在与用来容纳光纤端部的腔室共同的本体上形成微透镜，或者可以在与反射器共同的本体上形成微透镜。替代地，可以将透镜板做成有一个或多个这样的透镜，并且连接器的结构可以包括用来把这个透镜板相对于反射器本体和如上面描述过的有腔室的光纤定位板定位的装置。通过使用有圆形截面的均匀粒子束，可以产生有球形表面的透镜。通过使用不均匀的粒子束、并且通过适当地改变截面的形状和均匀性，可以产生非球形的透镜，产生用于特殊目的的柱形透镜也是可能的。在辐照量(时间长短和能量密度)与接续的处理之间存在一个最佳的关系，接续的处理可以通过与扩散单体的接触时间和在反应器中的温度进行调节，为的是避免隆起在透镜形状上形成的缺陷，比如较差的表面外凸，变形，过度的体积膨胀，凹进的透镜表面等。

可以通过一种类似的技术形成反射器的表面，这种技术包括用连续的粒子束比如质子束进行辐照的步骤，并且实现束与正在辐照的聚合物本体的相对平移，形成有选定形状的被辐照区域。随后，接续的处理(最好是化学处理)可以除去辐照过的材料，例如通过刻蚀或者其它技术，留下适宜于用作反射器的一个平滑的光学上平的表面。

如上面提到的那样，高能粒子可以是质子，因为可以以必要的能量典型地在8MeV范围的能量在回旋加速器中产生这样的质子束。如果能量水平足够高、能够断开聚合物的键、并且产生所要求的深部结构，也可以使用其它的重离子，包括有不同能量的alpha粒子和碳及锂离子。

开始的聚合物最好是一种有直线分子键的材料，但是，也可以使用有支链或者交叉连接的键的聚合物。特别是，相对较重的alpha粒子使得它们可以照射相对较厚的聚合物件。相反，如果使用电子束，也许总能量可能仅只允许使用相对较薄的聚合物件。预期：当与聚合物相互作用时电子将损失相当大数量的能量。

本发明的第三方面提供了一种用来连接不接触的光纤的连接器装置，它包括至少一个透镜和用来把要耦合的光纤的端部相对于所述透镜以一种预定的位置关系定位、从而将离开光纤之一的光基本上全部引进另一个光纤中的装置。可以设想多种不同的实施例，例如，在一个实施例中这意味着：所述用来把光纤的端部相对于所述透镜以一种预定的位置关系定位的装置包括至少一个准直板，它有用来容纳光纤的端部并且将光纤以相对于所述透镜以预定的位置定位的孔。

透镜可以与所述准直板分开，或者与所述准直板一起整体地形成。可以有两个这样的准直板，在这种情况下，每个可以有一个或多个与它一起整体地形成的透镜。如在上面讨论过的实施例中那样，在准直板中的开孔可以是不通孔，或者是通孔，并且在每种情况下可以带有锥度，使得容易引入光纤，同时尽管如此，仍保证端部的小公差定位(a close tolerance positioning)。在准直板有通孔的实施例中，可以设置一个透明的止挡板。当插入一个光纤形成一个连接部件时，光纤的端表面与该止挡板接触。

可以将本发明更一般性地看作包括用来连接光纤的连接器装置，其中，一个光学部件或系统而不是光纤自身将光由一个光纤导向另一个光纤，其中，借助于将每个要耦合的光纤的端部以预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位确定光纤的端部与所述光学部件之间的位置关系。在这种情况下，光学部件可以是用于非对准连接的反射器，或者是用于对准连接的透镜。在这样的连接器装置中，用来确定光纤的端部与所述光学部件或系统之间的位置关系的所述装置可以包括至少一个准直板，它有在预定的位置用来容纳光纤的端部的孔。所述光学部件或系统可以包括与所述准直板或者与所述光学系统的另一部分一起整体地形成的至少一个透镜。

本发明也包括用来连接光纤的连接器装置，其中，在光纤外面形式为一个或多个透镜的光学传输装置将一个光纤输出的光导向另一个光纤，这些透镜位于相对于光纤和连接器的定位装置的一个固定位置。在这样的装置中，光线端部定位装置可以包括在准直板中的开孔，用来容纳光纤的端部，透镜也是在准直板上整体地形成的。

附图说明

现在将以示例的方式参考着附图更具体地描述本发明的多个实施例，在附图中：

图1a示出了按照本发明的原理制成的连接器中的主要部件；

图1b示出了一种具有一个前表面反射器的对应布置；

图2a为穿过一个示例性实施例的示意性剖面图；

图2b为一个穿过待前表面反射器的对应的实施例的剖面图；

图3为被做成用来连接多个光纤的本发明的实施例的透视图；

图4示出了在聚合物本体中形成微腔室的方法的主要步骤，该本体适宜于在本发明的连接器中使用；

图5a示出了形成适宜于在本发明的一个实施例中使用的微透镜阵列的主要步骤；

图5b示出了单体扩散处理的温度程序的图表；

图6a为一个示意图，示出了用来耦合非对准光纤的本发明的另一实施例；

图6b为具有前表面反射器的对应的实施例；

图7a为采用不需要透镜的非平面反射器的实施例的示意图；

图7b为具有前表面抛物面反射器的对应的实施例；

图8为具有用来与一个基板接合的定位标桩的棱镜的示意图；

图9为适宜于与图8所示的棱镜一起使用的基板的示意图；

图10示出了处在刚要连接起来之前它们可能占据的相对位置的图8和9的两个部件；

图11示出了包括这样部件的装置的示意性布置图；

图12为使用光纤夹紧装置将光纤保持在其位置的实施例的图；以及

图13为用来连接串联的光纤的另一实施例。

具体实施方式

首先参见图1a，一种用于非对准光纤的光学连接器包括整体地用附图标记11表示的一个组件，它的主要部件是反射棱镜12a(或反射器棱镜)，两个透镜13，14，以及一个光纤定位板15。棱镜12a为一个三角形的棱镜，它有两个彼此成直角的反射表面16，17，和一个平面的输入/输出表面18。如已经知道的那样，通过适当地选择用于棱镜12a的本体的材料，比如有机玻璃(PMMA)，反射的临界角将小于45度，使得与之正交地入射在输入/输出表面18上的光以45度照射在两个倾斜的反射表面16，17之一上，从而平行于光透射表面18地被反射到两个反射表面16，17中的另一个表面上，在那里光被反射回去穿过光透射表面18出去，与入射光的方向平行，但是与入射光的方向偏置。这个实施例的临界表面可以设有防反射的涂层，避免在连接器内沿着光路的菲涅耳(Fresnel)反射损失。

在图1a中，两个光纤整体地由附图标记19，20表示。每个光纤有相应的的被劈开的端表面21，22，它们严格地与光纤的长度垂直。如将可理解的，通过端表面21，22耦合进光纤比如光纤19，20的光或者由该光纤出来的光形成一个大致锥形的光束，在图1中用附图标记23，24示出。透镜13，14就用作使这些光束准直，以产生平行光束25，26，这些光束入射在反射表面16，17上。因此，如可以由图1a可以看到的那样，如果相对于透镜13，14适当地调节光纤19，20的纵向位置，离开一个光纤的所有光入射在相关的透镜上，并且通过在反射器16，17上的反射耦合到另一个光纤中，基本上没有任何损失。光纤19，20相对于透镜13，14的任何横向偏置将会导致不完全的光传输，并且将造成对应的损失。同样，如果光纤的端部21，22太靠近透镜13，14，不是离开光纤的全部光入射在透镜上，同样将会出现损失。

图1b示出了一个对应的构形，它使用带有前表面反射器的镜子12b，代替棱镜12a。已使用相同的附图标记表示相同或相应的部件。显然，也可以使用第二表面反射镜(被涂布的后表面)。

对于实用的光纤连接装置来说，不可能提供用来调节透镜和/或光纤的端部的位置以便确保没有任何损失的装置，但是，对于大多数已知的制造技术来说，尺寸的公差通常不是足够地精细，从而能够确保没有任何损失出现。然而，按照本发明，可以提供一种结构，它在使部件的定位方面具有固有的精度，从而可以以最小的传输损失对光纤实现插入连接。

图2a示出了本发明的一个实施例，它采用了比如关于图1描述的那种结构的基本部件。对于满足相同或相应的功能的那些部件用相同的附图标记表示。因此，棱镜12a有反射表面16，17和一个光透射表面18。然而，在这个实施例中，通过一种过程在光透射表面18上整体地形成透镜13，14，下面将更详细地描述该过程。棱镜12a具有两个侧向凸耳27，28，靠它们将棱镜定位在固定的定位件29，30与隔离器31，32之间，隔离器31，32确定棱镜与一个基板33之间的间距，基板具有用来容纳光纤19，20的腔室34，35。在这个实施例中的隔离器具有从中穿过的用来容纳夹紧销柱36，37的开孔。

相应地，图2b示出了一个实施例，它使用了前面镀银的镜12b和一个准直板33，在该准直板中整体地形成有透镜13，14。

图3示出了一个替代的实施例，与图2的实施例类似，其中基板33用来容纳支承多个光纤19，19’，19”，19，和20，20’，20”，20的连接器，相对于在图2的实施例中的棱镜12的长度，在这种情况下的棱镜12被加长了。

如在前面提到的那样，腔室34，35精确地确定了光纤19，20的端部相对于透镜13，14和反射器16，17的位置。为了获得光学耦合，严格的定位是重要的。因此图4示出了为了生产出腔室板33可以在一个本体中形成精确定位的腔室的过程的步骤。用由一个回旋加速器42产生的质子束41轰击适合的材料比如有机玻璃(PMMA)或者其它的抗正电的材料(other positive resist materia1)比如分子重量大的聚合物、最好是但是不排他地是有直线链的聚合物的一个本体40。示意性地示出了一个止挡件43以及一个快门44，该止挡件确定轰击本体40的质子束的尺寸和截面形状，而快门可以在箭头A的方向上运动，截断来自回旋加速器42的质子束，从而确定用于本体40的严格的曝光时间。

用质子照射有机玻璃本体40在PMMA本体中激活一些部位，这种激活由碰撞的质子与它们穿过的PMMA本体的分子键的能量交换产生。结果，聚合物的分子键断开，并且产生被激活的部位。可以以多种方式利用这些被激活的部位，以便使PMMA本体成形，以形成高效的耦合部件。如在图4中所示，质子束的截面为圆形，并且有与光纤的包层直径相对应的非常小的直径(范围在125微米)，并且可以以极高的精度在本体40上进行轰击。

在照射之后，对本体40进行选择性的溶剂刻蚀，以除去被辐射激活的区域。在一个刻蚀槽45中进行刻蚀，随后将本体40转移到接续的刻蚀剂“停止”槽46，在那里刻蚀终止，随后进入水槽47，进行清洗。最后的产品包括一个具有多个腔室48的本体40。因为在辐照阶段可以获得极高的精度，所以腔室48在阵列中精确地定位。典型地，在相邻的腔室之间的节距可以为250微米。使用这种技术生产侧面平行、平滑、边缘锐利的腔室是可能的。替代地，通过利用质子散射的优点，腔室48的型面可以是锥形的。这样，可以形成带锥度的孔，这使得可以快速并且容易地将光纤引入较宽的端部，尽管如此，在板的另一侧，光纤的端表面位于这一侧，实现光纤在腔室的较窄一端的小公差定位。通过限制照射时间，可以形成不通的腔室(或盲腔)48，或者如果愿意，可以形成通孔形式的穿过本体40的通过光的腔室，形成了腔室的本体适宜于用做上面提到的基板或者腔室板33。

在一个替代的步骤(未示出)中，在辐照的过程中可以连续地移动本体40，为的是形成本体的形状。以这样的方式可以形成棱镜12，它有光学上平的侧表面和用于机械准直的突出部，如关于图8将要描述的那样。

图5a示出了一个替代的步骤，其中在用圆形的质子束辐照接续的一组聚合物本体的区域，以在本体的表面上在严格确定的位置产生一个二维阵列的被辐射激活的部位之后，用单体蒸气处理该本体，把这种单体蒸气扩散到PMMA本体的被辐照过的区域内。单体的这种扩散通过造成被辐照的区域的隆起而有效地“增长出”变大的区域，这造成由本体40的平表面突出的部分球形的透镜表面49。扩散在一个反应容器中进行，在图5a中大致地表示出来。把该反应容器加热，例如在一个烘箱(未示出)中把它加热到一个稳定的温度。如可以由图5a看到的那样，该反应容器有三个开口或接口，分别用于温度控制，注入MMA单体，以及压力的控制。在使用该反应容器时，如上面描述过的那样，把辐照过的聚合物本体安装在容器内的一个固定装置(未示出)上，使该固定装置严格地与重力垂直定位，并且把它严格地保持在一个固定位置。这很重要，因为在处理过程中本体的任何移动或者相对于重力的未对准可能造成所形成的透镜的光轴移动或对不准。

图5b示出了这种类型的条件的一个示例，在这些条件下产生隆起，并且通过在键被断开的被辐照过的区域内MMA单体的扩散可以形成透镜。在这个示例中将会看到，容器的内部达到90℃的温度需要大约两小时。在这时，将MMA单体引入到监视器容器中，并且在90℃的温度下进行大约四小时产生隆起。此后，通过将温度降低到70℃并且保持该温度大约四小时，完成充分的聚合。

当然，在同一本体的相反表面上形成腔室48和球形透镜表面49是可能的。例如在图9中示出了这样的装置。可以利用辐照时间，扩散单体的选择，曝光时间与扩散温度之间的关系严格地确定隆起的程度，因此确定表面的严格形状。结果，可以预先确定出这样形成的透镜的焦距。

图6a示出了一个替代的实施例，在此实施例中，棱镜12有一个反射表面和两个光透射表面66，67。在相应的准直板70，71上的透镜68，69将来自光纤72，73的光耦合到棱镜12中。光纤72，73彼此成直角。这种构形的连接器在到达的光纤和离开的光纤不在相同的平面上的接线板中可能是有用的。很明显，通过提供适当成形的棱镜或桥接件可以将相同的原理应用于相对于彼此不是90°角的光纤。

图6b示出了一个类似的实施例，它采用了一个前表面镜65b，该镜带有一个反射涂层12b和一个带角度的截面的准直板20b，该准直板有两个臂21a，21b，它又带有整体地形成的透镜13b，14b。隔离器24b，25b将镜表面12b相对于准直板20b的两个臂21b，22b在两维上精确地定位。

图7a示出了一个实施例，在该实施例中，不需要准直透镜。在这里，可以用一个有一个平面的光透射表面79的PMMA本体78的抛物面形反射表面77直接地耦合两个平行的非对准光纤75，76。例如由光纤75发射的光以发散光束80指向反射表面77。反射器77以一个会聚光束81反射这束光，指向光纤76的端表面，使得进入光瞳与平面的端表面82成一条线，从而基本上把来自光纤75的所有的光耦合到光纤76中。在光纤75，76与光学本体78的光透射表面79之间设置适当的隔离器(未示出)确保适当的聚焦。因为抛物面形反射器将仅只由通过它的焦点入射的光反射平行的光束，并且由于每个光纤75，76提供发散的光束，这些光束不通过焦点，所以，可以通过把光纤适当地定位实现适当的光学耦合。

图7b示出了采用有被涂布的前表面77b的镜子78b的类似构形。这个实施例中有冲孔的准直板20，它有用于光纤75，76的通孔21，22，以及该实施例还有一个带有微孔80，81的止挡板79，这些微孔的直径与光线芯的直径相对应。

图8为一个由上面描述的选择性的刻蚀过程形成的棱镜的透视图。如可以看到的那样，由两个棱镜定位突出部或标桩50，51在每一端为光透射表面18定界，当组装好时这些突出部接合在图9中所示的准直基板的对应成形的开口52，53中。这个基板与图2的实施例中的对应的板33的不同在于，它有用来容纳光纤的端部的不通腔室55，56和由关于图5描述的隆起过程生长出的透镜57，58，这些透镜与光线准直，并处于由准直基板54的厚度与不通的腔室55，56的深度之间的关系确定的间隔处。对于100微米量级的短距离也可以使用圆柱透镜。通过按照特定的型线在粒子束中移动被辐照的本体并且在化学处理中随之把它们刻蚀掉形成这些透镜。

图10示出了处于刚好在把准直突出部50，51引入到对应的孔52，53之前的相对位置的棱镜12和基板54。使不通的腔室55，56形成有锥度，从而可以容易地把光纤引入敞开的端部，同时严格地确定它在较窄的端部的横向位置。

如可以在图11中看到的那样，可以把包括基板54和棱镜12的组件保持在连接器块体60中一个对应成形的腔室内的位置上。可以使用卷曲键(crimp and key)组装件61比如在本申请人的同时申请的英国专利申请0216434.1中描述的件将光纤插入结构的入口孔中。可以提供不是弹簧加载的件来补偿由于劈开长度的公差在光纤上产生的纵向作用力。在这种情况下，可以对于光纤提供一条弯曲通道，为的是防止由于光线插入造成的弯曲损失。一个盖(未示出)可以是搭扣配合，或者可以把该盖焊接到组装好的结构上，以完成该装置。可以将系数匹配的胶施加到搭扣装配到棱镜上的准直结构的孔上。

替代地，如在图12中所示，可以用一个可铰接的盖64把光纤保持在V形凹槽63中的位置，可以用一个弹簧夹紧装置(未示出)保持该盖关闭。

最后，图13示意性地示出了一个采用两个平行的准直板66，67的同轴连接器装置，两个准直板有由隔离器72，73保持分隔开的整体地形成的透镜68，69和70，71。这些准直板有不通的孔，以成对地将光纤74，75和76，77定位。当然，它们可以替代地有精确地形成的通孔(带有锥度或者不带锥度)，带有透明材料的相互合作的止挡板，该止挡板自身可以有更小的微孔，以与来自光纤的光路对准。这个实施例中没有任何反射器。

本发明的另一方面总体上涉及一种前面所述的用来耦合非对准光纤的连接器装置的开发。显然，可以将相同的耦合原理不仅用到两个光纤之间的连接，而且可以用到一个光纤与另一个光学部件比如一个光源或者光探测器之间的连接。

因此，本发明的这一另外的方面提供了一种连接器装置，用来在光学上把一个光纤连接到另一个光学部件上，从而将光发送到该部件上或者由该部件接收光，其中，借助于将光纤的端部定位在预定的位置，相对于所述光学部件与光纤平行地并且与光纤的长度垂直地确定所述光纤的端部与所述另外的光学部件之间的位置关系。

在一个优选实施例中，在所述光纤的端部与所述另外的部件之间的光路中设置一个透镜。一般说来，对于透镜的需要取决于所述另外的光学部件的形式，特别是取决于它的光敏感表面或者因此所产生的光是否能够以一束会聚的光束进入光纤中，而不需要一个透镜。在大多数情况下，预期透镜是优选的，为的是获得最有效的会聚程度。在有这样的透镜的实施例中，透镜最好是通过下面的步骤形成的透镜，辐照聚合物材料的本体的经过选择的区域，接着进行的处理包括在临界温度或者高于临界温度选择性地暴露给单体，在该温度下使单体扩散进入聚合物的被辐照过的区域。

可以通过下面的步骤形成用来将光纤定位的装置，辐照聚合物材料的本体的经过选择的区域，接着进行的处理包括在一个特定温度或者高于该特定温度选择性地暴露给单体，在该温度下使单体扩散进入聚合物的被辐照过的区域，并且随后对这样处理过的区域进行选择性的刻蚀，导致精确形成的开孔，用来接纳光纤的端部，从而将光纤定位在所述预定的位置。

本发明也涉及一种按照这一另外的方面生产连接器装置的方法，该方法包括以下的步骤，辐照聚合物材料的本体的至少一个经过选择的区域；通过在一个临界温度或者高于该临界温度选择性地暴露给单体对辐照过的区域进行处理，在该温度下使单体扩散进入聚合物的被辐照过的区域；对聚合物的这样处理过的区域进行选择性的刻蚀，以产生精确形成的开孔，用来接纳要耦合的光纤的端部；并且可选地处理聚合物的本体的另一部分，以形成透镜表面。

在优选的方法中，通过由单体蒸气与聚合物的被辐照过的区域接触造成的隆起形成透镜表面。这样就已经形成主连接器装置。可以采用质量生产技术比如微型复制，注入模塑，或者热压纹。

现在将以示例的方式参考着附图更具体地描述本发明的这一另外方面的各种实施例，在附图中：

图14为穿过本发明的第一实施例的剖面图；以及

图15为穿过本发明的一个替代实施例的剖面图。

现在参见图14和15，这些图示出了整体用附图标记101表示的一个光纤，想把它在光学上连接到整体用附图标记102表示的一个光探测器上，它有光敏感表面103。把该光探测器连接到一个放大器104上，通过连线105将放大器的输出提供给电部件，用来管理或操纵适当的电信号。

本发明的光学连接器装置包括聚合物材料的单片本体106，它有前表面107和后表面108。这些表面可以基本上彼此平行，或者可以以一定的角度扩张开，这取决于想要实现的光学连接的性质。在前表面107形成一个凹入部或腔室109，把它精确地做成光纤101的尺寸，从而可以简单地通过引入腔室109中把光纤在光学上耦合到连接器106上。可以提供适当的装置(未示出)用来将光纤保持在腔室中的位置。在本体106的后表面108上是一个基本上球形的弯曲表面110，把该弯曲的表面110的形状和尺寸做成与腔室109有关，从而使得表示由位于腔室109中的光纤101输出锥体或者进入锥体的光束(输出的光线用两个虚线111，112表示)在界面110上折射到光探测器的敏感表面103的一个聚焦区域上。对于一个光源可以采用一个类似的构形，没有详细地示出，在那里，同样需要精确地确定光纤的端部与光源之间的关系。

在图14的实施例中，虽然没有示出细节，但是自然地给出了本体106与光探测器102之间的物理连接，这使得可以借助于可调节的连接或者一种固定的预先确定的适用于该情况的连接在腔室109的位置与取向之间确立严格的关系，并且因此在光纤101的端部与光敏感表面103之间确立严格的关系。将会看到，这样的连接器提供了光纤101到光传感器的“同轴”连接。可以有这样的情况：不能方便地将光探测器的光敏感表面设置成与光纤的方向成一条线，在这种情况下可以采用图15的实施例。在这个实施例中，再一次用相同的附图标记表示相同或相应的部件。然而在这里，光敏感表面103与光纤101的长度平行，而不是与它垂直，如在图14的实施例中那样，并且，位于反射表面110与光探测器102之间的一个反射器113将光反射。在这个实施例中，不像在图14中，收集来自反射器表面110的光，即，形成指向反射器113的平行光束，而不是被聚焦到光敏感表面103的一个特定区域，如在图14的实施例中那样。

Claims (49)

1. 0.一种用来在光学上把一个光纤连接到另一光学部件上的连接器装置，所述光学部件发射光到所述光纤上或者接受来自所述光纤的光，其中，借助于将所述光纤的端部相对于所述光学部件在预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位，确定所述光纤的端部与所述另外的光学部件之间的位置关系。
2. 1.按照权利要求0所述的用来耦合非对准(如在此定义的)光纤的连接器装置，其特征在于，反射器将光由所述光纤导向另一个光纤，并且，借助于将每个要耦合的光纤的端部在预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位，确定所述光纤的端部与反射器之间的位置关系。
3. 2.按照权利要求1所述的用来耦合非对准光纤的连接器装置，其特征在于，在预定的位置相对于反射器和相对于将所述光纤的端部定位在所述预定的位置的装置设置有准直用的透镜，从而通过反射器将光由一个光纤导向另一个光纤。
4. 3.按照权利要求2所述的连接器装置，其特征在于，与用来把要耦合的所述光纤的端部定位的所述装置一起整体地形成所述准直用的透镜，设置有用来确定反射器与把要耦合的所述光纤的端部定位的所述装置的相对位置的装置，后者适于将光纤相对于所述透镜的焦距定位在一个确定的距离。
5. 4.按照权利要求2或3所述的连接器装置，其特征在于，与所述准直用的透镜一起整体地形成反射器。
6. 5.按照权利要求3或4所述的连接器装置，其特征在于，用来把要耦合的所述光纤的端部定位的所述装置包括定位件，所述定位件有用来接纳要耦合的所述光纤的端部的开孔，所述装置还包括用来确定所述定位件相对于所述反射器的相对位置和取向的装置。
7. 6.按照权利要求5所述的连接器装置，其特征在于，用来确定所述定位件相对于反射器的相对位置和取向的装置包括在所述反射器和所述定位件上或者由它们携带的相互合作形式接合的件。
8. 7.按照权利要求5或6所述的连接器装置，其特征在于，所述定位件有用来以相对于反射器的预定的固定空间关系将它紧固的装置。
9. 8.按照前述权利要求中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述反射器包括大致为棱镜的件，它有至少一个反射表面，在所述反射表面通过内部的全反射实现反射。
10. 9.按照权利要求8所述的连接器装置，其特征在于，所述反射器棱镜有两个相互正交的反射表面。
11. 10.按照权利要求8或9所述的连接器装置取决于权利要求2到7中任一项权利要求，其特征在于，与所述反射器棱镜一起整体地形成所述准直用的透镜。
12. 11.按照权利要求5或者任何取决于它的任一项权利要求所述的连接器装置，其特征在于，在所述定位件上或者在所述反射器与所述定位件之间的中间的基板件上形成准直用的透镜。
13. 12.按照权利要求8到11中任一项所述的连接器装置，其特征在于，将所述反射表面金属化，从而改进它的反射率。
14. 13.按照权利要求12所述的连接器装置，其特征在于，用铝、金或者其它金属层涂布所述反射表面，以改进由所述表面的反射。
15. 14.按照上面权利要求中任一项所述的连接器装置，其特征在于，用衍射光栅形成所述反射表面，或者所述反射表面与衍射光栅相关联。
16. 15.按照权利要求1到7中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述反射器是在它的前表面或后表面上涂布出来的镜子。
17. 16.按照前述权利要求中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述透镜是圆柱透镜。
18. 17.按照权利要求1到15中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述透镜为非球面透镜。
19. 18.按照上面权利要求中任一项所述的连接器装置，其特征在于，通过辐照聚合物材料的本体的经过选择的区域，接着进行的处理包括在临界温度或者高于临界温度选择性地暴露给相同材料的单体，在所述温度下使单体扩散进入所述聚合物的被辐照过的区域形成准直透镜。
20. 19.按照上面权利要求中任一项所述的连接器装置，其特征在于，用来把要耦合的所述光纤的端部定位的装置包括用来容纳多个输入光纤和多个输出光纤并且将它们定位的装置。
21. 20.一种用来生产用于准直光纤或者非准直光纤的连接器装置的部件的方法，它包括如下步骤：

    用粒子束照射分子重量大的聚合物本体的经过选择的区域，所述粒子束有足够的能量，能够断开所述聚合物的分子键；

    使所述聚合物材料经过辐照的区域受到接续的处理，以引起辐照过的区域的物理性质或机械性质的变化，以形成有想要的形状和/或表面特点的部件；以及

    采用质量生产技术比如微型复制或者注入模塑重新产生所述部件。
22. 21.按照权利要求20中所述的方法，其特征在于，用基本上圆形截面的粒子束辐照所述部件一定时间，与在所述区域被吸收的粒子剂量联系起来确定辐照的所述时间，以产生长度确定的基本上圆柱形的区域，并且通过溶剂刻蚀选择性地除去被改性的材料，以产生有确定的尺寸和形状的腔室，以容纳光纤的端部，并且把它们定位在相对于所述部件在与所述光纤的长度平行以及垂直的方向上的确定位置。
23. 22.按照权利要求20中所述的方法，其特征在于，用基本上圆形截面的粒子束辐照所述部件一定时间，与所述粒子束的能量联系起来确定辐照的所述时间，对于辐照过的区域的接续处理包括把它的表面在升高的温度下暴露给单体蒸气，在所述温度下，所述单体扩散进入所述辐照过的区域中，以造成局部的隆起。
24. 23.按照权利要求20中所述的方法，其特征在于，用连续的粒子束实现辐照的步骤，并且实现束与聚合物本体的相对平移，以形成有选定形状的被辐照区域，并且接续的处理造成辐照过的材料的消蚀，以留下有想要的形状的本体。
25. 24.按照权利要求23中所述的方法，其特征在于，通过化学刻蚀实现被辐照的材料的消蚀，以形成适宜于用作反射器的至少一个基本上平的平滑表面。
26. 25.按照权利要求22中所述的方法，其特征在于，进行扩散的升高的温度在70℃的区域。
27. 26.按照权利要求20到25中任一项所述的方法，其特征在于，高能粒子束由质子或其它重粒子比如alpha粒子，或者碳离子或锂离子构成。
28. 27.按照权利要求20到25中任一项所述的方法，其特征在于，在被用作重新生产的主件之前用微型复制技术将部件本体电镀。
29. 28.按照权利要求20到27中任一项所述的方法，其特征在于，聚合物材料是一种有线性分子键的材料。
30. 29.基本上如上面参考附图描述的那样并且如在附图中所示出的那样的用于非对准(如在此定义的)光纤的连接器装置。
31. 30.一种用来连接不接触的光纤的连接器装置，它包括至少一个透镜和用来把要耦合的光纤的端部相对于所述透镜以一种预定的位置关系定位，从而将离开其中一个光纤的光基本上全部引进另一个光纤中的装置。
32. 31.按照权利要求30所述的连接器装置，其特征在于，所述用来将光纤的端部相对于所述透镜以预定的位置关系定位的装置包括至少一个准直板，它有用来容纳所述光纤的端部、并且将所述光纤以相对于所述透镜以预定的位置定位的孔。
33. 32.按照权利要求31所述的连接器装置，其特征在于，所述透镜与所述准直板一起整体地形成。
34. 33.按照权利要求32所述的连接器装置，其特征在于，有两个这样的准直板，每个有一个或多个与它一起整体地形成的透镜。
35. 34.按照权利要求31到33中任一项所述的连接器装置，其特征在于，在每个准直板中的开孔带有锥度。
36. 35.按照权利要求31到33中任一项所述的连接器装置，其特征在于，每个准直板中的开孔是通孔，并且所述光纤的端表面的位置由透明的止挡板确定，当形成连接时，所述光纤的端表面与所述止挡板接触。
37. 36.一种用来连接光纤的连接器装置，其特征在于，通过光学部件或系统而不是光纤自身将光由一个光纤导向另一个光纤，其中，借助于把每个要耦合的光纤的端部以预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上定位，确定所述光纤的端部与所述光学部件之间的位置关系。
38. 37.按照权利要求36所述的连接器装置，其特征在于，用来确定所述光纤的端部与所述光学部件或系统之间的位置关系的所述装置包括至少一个准直板，它有在预定的位置用来容纳光纤的端部的孔。
39. 38.按照权利要求37所述的连接器装置，其特征在于，所述光学部件或系统包括与所述准直板或者与所述光学系统的另一部分一起整体地形成的至少一个透镜。
40. 39.一种用来连接光纤的连接器装置，其中，在光纤外面以形式为一个或多个透镜的光学传输装置将一个光纤输出的光导向另一个光纤，所述透镜位于相对于连接器的光纤端部定位装置的固定位置。
41. 40.按照权利要求39所述的用来连接光纤的连接器装置，其特征在于，光纤端部定位装置包括在准直板中的开孔，用来容纳光纤的端部，透镜也是在准直板上整体地形成的。
42. 41.按照权利要求0所述的用来把光纤在光学上连接另一个光学部件而不是一个光纤上的连接器装置，从而把光送到所述部件、或者由所述部件接收光，其中，借助于把所述光纤的端部以预定的位置在与光纤的长度平行以及垂直的方向上相对于所述光学部件定位，确定光纤的端部与所述另外的光学部件之间的位置关系。
43. 42.按照权利要求41所述的连接器装置，其特征在于，在所述光纤的端部与另外的光学部件之间的光路中设置透镜。
44. 43.按照权利要求42所述的连接器装置，其特征在于，所述透镜是通过辐照聚合物材料的本体的经过选择的区域，接着进行的处理包括在临界温度或者高于临界温度选择性地暴露给单体，在所述温度下使所述单体扩散进入聚合物的被辐照过的区域形成的透镜。
45. 44.按照权利要求41到43中任一项所述的连接器装置，其特征在于，形成用来将光纤的端部定位的装置是通过辐照聚合物材料的本体的经过选择的区域，接着进行的处理包括在临界温度或者高于临界温度选择性地暴露给单体，在所述温度下使所述单体扩散进入聚合物的被辐照过的区域，然后对这样处理过的区域进行选择性刻蚀，产生精确地形成的开孔，用来容纳光纤的端部，从而把光纤定位在所述预定的位置。
46. 45.按照权利要求41到44中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述另外的光学部件是光源。
47. 46.按照权利要求41到44中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述另外的光学部件是光探测器。
48. 47.一种生产按照权利要求41到44中任一项所述的连接器装置的方法，通过下述步骤：辐照聚合物本体的至少一个经过选择的区域；

    通过在临界温度或者高于临界温度选择性地暴露给单体处理被辐照过的区域，在所述温度下使所述单体扩散进入聚合物的被辐照过的区域；

    对所述聚合物的这样处理过的区域进行选择性刻蚀，以产生精确地形成的开孔，用来容纳要耦合的光纤的端部；以及

    可选地对聚合物本体的另一部分进行处理，以形成透镜表面。
49. 48.按照权利要求47中所述的方法，其特征在于，通过由单体蒸气与聚合物的被辐照过的区域接触产生的隆起形成透镜表面。

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