CN87107863A - 光学连接器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光学连接器，包括一个光纤连接器套筒，该套筒包括具有至少一个制作在其一个表面的光纤槽和销槽的基板，和一个与所述基板相按合以形成至少一个插入光纤的光纤槽孔；一个导销装置被插入销槽以互相连接光纤连接器套筒；以及用于吸收导销装置直径变化的装置。本发明还包括一种生产光学连接器的方法。

Description

本发明涉及一种线材定位连接器，特别是一种用导销把光学连接器套筒联结在一起而把光学纤维固定在光波通讯系统适当位置的光学连接器。本发明还涉及一种制造所述连接器的方法。

图1为先有技术光学连接器的一个典型例子的简单示意图。在图1中，数字10表示由树脂塑形成的光学连接器套筒，带状光纤（A）包含五根光纤15，光纤15以一间距，例如0.3毫米，并列固定在适当的位置上，导销孔16形成在带状光纤的两侧，其间距为3.6毫米。17表示直径为例如0.7毫米的导销。把两个这样的导销17插入在一个光学连接器套筒10上形成的导销孔16中，然后再将它们插入另一个处于与第一个套筒配准位置的套筒上相应的孔内，这两个光学连接器就联结在一块了。

本发明中用术语“光学连接器套筒”代表将光纤固定在适当位置以使它们联结在一起的光学连接器的最重要的基本构件。

当联结多纤维光学连接器10时，必需把一个连接器中的光纤与另一个连接器中的光纤对得非常精确，以使联结损耗减至最小。这种要求在联结纤芯直径仅为10微米左右的单模光纤时尤为严格，这种光纤即使在光纤间轴向失配不大于1微米时也将引起很大的联结损耗。为避免产生这一问题，必须把要安装在光学连接器上的光纤以非常高的精度放置在适当的位置上。在联结两个光学连接器时，也需要导销以高精确度将它们定位。

为了实现上述这种多纤维光学连接器的低损耗联结，所有要求中最主要的就是要用精确的机械加工把光学导孔和导销孔做在设计好的位置上。但即使这一要求得到了满足，在光纤导孔和光纤之间及在导销孔和导销之间仍然会有一些空隙，由于存在这种空隙，总是不能达到低的联结损耗。即使在光纤导孔和光纤之间以及导销孔和导销之间和空隙只有0.5微米左右，在极端情况下，光纤也会有1微米左右的轴向偏移。

因此，要实现低的联结损耗，就必需要完全消除这些空隙，或把各个空隙几乎完全减小到零。然而，考虑到光纤导孔和导销孔的内径偏差以及光纤及导销的外径偏差，要减少这些空隙决不是件容易的事情。如果光纤导孔的内径小于要插入其中的光纤的外径，那么不但不能把光纤插放进去，而且光纤本身也可能折断。如果导销孔的内径小于要插入其中的导销的外径，那么，把导销压力该导销孔的结果，要么是导销自己破裂，要么是导销孔破裂。

设想一下下面要把导销插入一个多纤维光导连接器上的导销孔内的情况。如果导销和导销孔两者的机械加工精度均在±1微米之内，导销直径应为0.700毫米，导销孔的内孔应为0.701毫米，那么很可能某些导销的外径做成了0.701毫米，而某些导销孔的内径做成了0.700毫米。在这种情况下，没有一个导销能被插入任一导销孔内。

如上所述，迄今为止，使导孔和线材（后者要被固定在前者中的适当位置中）间存在的空隙减至最小所做出的努力因机械加工的精度问题而受到了限制，这就意味着，对于降低联结连接器（诸如多纤维光学连接器之类）中产生的联结损耗的努力存在着一定的极限。所以，这些问题已经成为达到光学连接器低损耗联结的主要障碍。

对于如图1所示的这种光学连接器，需要一些空隙（g）（如图2所示）来允许导销17平滑地插入光学连接器套筒10中的导销孔16。然而，提供这一空隙（9）就引起了在联结光学连接器（特别是对于那些被用来达到纤芯直径为10微米的单模光纤的精确定位的光学连接器）时产生的联结损耗因反复的连接/拆卸循环而改变的问题。

更具体地说，如果由于空隙（g）因连接/拆卸循环的结果发生0.5微米的变化，那么最初连接产生0.5分贝联结损耗的光学连接器在反复的连接和拆卸操作之后将会产生约±0.3分贝的变化。这个变化是大于开始的联结损耗值。因此，为了实现单模式光纤的稳定联结和低损耗，显然要减少由于导销17的空隙（g）而引起的这种连接/拆卸变化。不过，如果减少空隙（g），要使导销17平滑地插入导销孔16就困难了。

这些问题通过使用一种如图3所示的弹性切口管18形式的导销能得到解决，该切口管18有一纵向切口18a。然而，要制造外径为0.7毫米，壁厚为0.1毫米的切口管，必须把管子做成具有0.5毫米的内径，而用这种显微机械加工精确加工管子以获得其外径上的完全圆度和其它形状参数的准确度是困难而且非常昂贵的。

为了减小光学连接器的尺寸，就要减少导销的尺寸，而结果，各导销的直径不得不减小到0.5毫米，甚至0.3毫米，这使得弹性切口管18的机械加工愈来愈困难。

图4是另一个实例，是通常用作光纤连接部件的多纤维硅片阵列光学连接器160的截面图。其两面均被刻能的两个硅片导板161互相叠放在一起，使光纤（A）在配合表面上对准。具有联结导槽的硅导板162被装配到各硅片导板161的另一表面上，用一夹板（未示出）固定住该组装件以牢固光纤的联结。

由于图4所示的光学连接器不使用任何导销，因此不存在上面所述的一些问题。然而，在这种光学连接器中，光纤联结是用导槽达到的，而且被联结的光纤必须接着用一个夹板固定起来，所以，这种阵列连接器不能象普通的光学连接器那样容易地与另一个信道连接、拆卸或转换。此外，这种由硅制造的阵列连接器极易撞碎而且在碰撞（如把它卸下时产生的碰撞等）时容易在其边缘产生缺口。再者，即使被联结的光纤是由夹板固定的，但压力没有直接施加在光纤互相联结的表面上，因此，由这种光学连接器提供的接合对于拉伸力来说是比较弱的。

图5为表示先有技术光纤联结部件另一实例的截面图，该部件中，其上形成有光纤导槽的开槽基板与一块带有一层粘结材料的板相接合，该层粘结材料放在基板与该板之间。如图所示，下侧带有一层粘结材料203的板201叠放在上表面具有光纤导槽204和导销槽205的开槽基板202上面，板201和开槽基板202用一层粘结材料203接合在一起形成了光纤导孔和导销孔。

由以放大的尺寸示出板201和开槽基板202之间界面的图6可以清楚看出，该粘结材料层203不仅存在于板201和基板202之间的界面处而且也存在于光纤导槽204上面的上板201处，导槽204之上的层203的厚度t₃通常总大于板201和基板204之间界面处层厚t₁，t₃比t₁所厚出的量与从界面区域挤出的那部分多余的粘结材料相对应。

假设插在光纤导孔内的各光纤（A）在各个光纤导槽204中靠与三个点（a）（见图7）建立接触而保持适当的位置。那么，即使在板201和开槽基板202之间存在着一层粘结材料203（如图8所示），如果如图8所示那样粘结层203具有均匀厚度的话，与图7所示光纤具有相同直径的光纤（A）也在光纤导槽中通过与三个点建立接触而保持适当的位置。

然而，在制造图6所示的光纤联结部件时，板201是靠施加一些压力使那层粘结材料203凝固而与开槽基板202接合在一起的，这就使得两个构件之间存在的粘结层203向光纤导槽204处挤出。结果，槽204上部的粘结层203的厚度t₃就将大于其它区域处粘结层的厚度t₁（如图6所示），从而使具有预定外径的光纤不能被插入槽204。

由于有吸收和吸附作用，光纤导槽204上的粘结层还有易于沾染灰尘粒子和其它外部物质并在槽204的壁上产生高、低点的缺点。此外，由于灰尘粒子产生了模糊的孔轮廓，还会在测量槽204的模断面图测量时造成不准确。

图9A和9B所示的还是先有技术光纤联结部件又一实例。如图所示，光纤（B）被插入基板321上表面上形成的光纤导槽323中，夹持板322放在开槽基板321上，其间放有一层粘结剂，从上面对该组合件加压，把光纤（B）固定在光纤导槽323内。

但是，这一先有技术的光纤联结部件有下列问题：

（1）.联结部件是通过把光纤叠夹在开槽基板和夹持板之间固定住而组装起来的。这种方法不适于组装多纤维联结部件，因为这需要使用开槽的基底和夹持板，因而使得光纤的处理复杂化并在达到精密组装操作方面存在着很多困难。

（2）.开槽基板和夹持板之间所用的粘结剂可能从两个元件之间的间隙的侧面流出来，而要处理粘结剂的外流决非一件简单的事情。

（3）.如果在光纤被放入这些槽之前把粘结剂加到光纤导槽内，那么操作者就不容易保证把光纤安放到正确的位置上。如果在光纤已被放入导槽之后加入粘结剂，则导槽的下部就不会完全填满粘结剂。

如图10A至10C所示，用树脂模压形成的光学连接器套筒20上形成有两个导销孔421。光纤阵列（A）中的各个光纤（B）相对于导销孔421精确地固定在适当的位置上。两个导销422开始被插入一个光学连接器套筒的导销孔421内，然后再将它们插入另一个处于与第一套筒配准位置处的套筒上相应的孔内，由此使两个套筒如图10C所示那样联结在一起。图10所示的光学连接器是四纤型的，它使用外径为0.7毫米的导销;各根光纤（B）以0.25毫米的间距排列在导销孔421的轴心的连线上，导销孔轴心之间的距离为3.600毫米。

在实际应用中，上述光学连接器套筒要根据它的具体应用法经受适当的第二次加工。例如，把套筒做出翻边，或如图11A所示，把套筒装在一个外壳内形成一个易于连接或从光学连接器插座424拆卸下来的光学连接器插销423。要不然，为了使两个套筒的联结牢固，用图11B所示那种类型的夹具425把它们固定住。

图10A至10C所示的使用导销达到联结的先有技术光学连接器存在下面的问题：即在拆卸开这两个光学连接器后，不知道两个套筒中的那一个会保留有导销422。如果用图11A所示的联结方法使用两个光学连接器插头423和一个插座424，拆卸掉导销4    422最初插在里面的一个插头时，有时会发生导销被留在另一个插头中的情况。如果这另一个插头是安在机器或外壳内，或者它是墙壁上的一个元件（例如是一个插孔或一个光学输出端），别的光纤连接器上的导销就不能与插座中另一个插头相联结，除非操作者确实知道在这另一个插头内未留有导销。

在拆卸光学连接器后导销留在其中的位置的随机性可通过将导销用粘结剂永久性地固定在选定的光纤连接器套筒内而得到解决，但这就使得联结两个内部均永久性地固定有导销的连接器套筒成为不可能的事情了。另一个解决办法是在每个连接器套筒的预定一侧永久性地安装一个导销，例如都安在套筒的右侧。但由于在光通讯中，有时需要联结各根光纤的识别号码之间有着匹配关系的两根带状光纤，在这种情况下，在将一根带状光纤与另一根带状光纤联结之前，可能需要将这根带状光纤翻转180度，这样上面那种方法的使用受到了限制。

把导销永久性地固定在光纤连接器套筒中还有另一个问题：不能用常规销子替换变了形的导销，而且也不能按需要将两个连接器套筒联结在一起的端面重新打磨和抛光。由于这些缺点，把导销永久地固定在光纤连接器套筒中的想法没能在商业经营中普遍推广。

本发明的目的是提供一种没有上述各问题的光纤连接器。

本发明的另一个目的是提供一种安装有直径减小了的导销的光纤连接器，这种光纤连接器保证了高的尺寸精度，并能大批量生产。

本发明的又一个目的是提供一种允许由于有限的机械加工精度而在加工中产生的一定尺寸偏差并使线材能按减少了的空隙精确定位的光纤连接器。

本发明的再一个目的是提供一种未将任何导销永久固定在光学连接器套筒中而还能使操作者在拆卸这一连接器后准确鉴别导销留在哪个连接器套筒内的光纤连接器。

本发明的上述目的可通过提供下述光纤连接器而达到：该光纤连接器的导销由一复合体形成，该复合体由一个具有高杨氏模量的芯体部件以及一个具有低杨氏模量的外层构成。

本发明的上述目的也可通过提供下述光纤连接器而达到：其中，光纤导向部件是通过把一平板放在其上表面形成有导销槽和光纤导槽的开槽基板上构成的;导销槽暴露在外面，而平板和所述基板接合将光纤导槽盖住，放置在所述暴露的导销槽中的导销靠一具有使两光纤连接器达到联结的弹性压力的夹具固定住。

本发明的上述目的可通过提供一种具有线材定位部件的光纤连接器而实现，其中，在导孔的壁部和靠近导孔的地方提供一基本与轴向平行的切口，切口与导孔相通。

本发明的上述目的还可通过提供下述光纤连接器而达到：其中，开槽基板的光纤导槽上方的粘结材料层的厚度小于开槽基板和盖板间同一材料层的厚度，或在光纤导槽上方没有粘结材料层。

本发明的上述目的可通过提供下述光维连接器而达到：其中，在其上表面具有由机械加工形成的光纤导槽的开槽基板与要叠放在开槽基板上形成光纤导孔的盖板被接合在一起，其接合方法是至少有部分接合由热处理而不是由使用什么粘结剂而达到的。

本发明的上述目的可通过提供下述加工光纤连接器的方法而实现，该方法包括下列步骤：把盖板薄片叠放在其上表面由机械加工形成有多个光纤导槽的开槽薄片上;在高温下加热两个薄片以使它们接合在一起形成单个组合体;把该组合体切成单独的光纤联结部件，各个部件由开槽基板片和与之接合在一起的盖板片组成。

本发明的上述目的可通过提供下述光纤连接器而达到，其中，把盖板和其上表面由机械加工形成有光纤导槽的开槽基板结合在一起，形成光纤导孔，除去后面那部分光纤导槽上的盖板以形成一个缺口，后面那部分光纤导槽是暴露在外面的。

本发明的上述目的可通过提供下述光纤连接器而实现，其中，各导销孔从光纤连接器套筒中部分暴露出来，而在两个光纤连接器联结在一起时，导销仍暴露在导销孔的那个区域中。

图1为表示先有技术光纤连接器的一个典型实例的简单示意图;

图2说明了影响图1所示光纤连接器的问题;

图3为表示用作导销的弹性切口管的透视图;

图4为表示先有技术光纤连接器的简单示意图;

图5为表示先有技术光纤连接器另一实施例的截面图;

图6示意地说明了与先有技术光纤连接器有关的问题;

图7和图8说明了光纤是如何在该光纤连接器中定位的;

图9A和9B图示了先有技术光纤连接器的一个实例;

图10A至图10C表明了先有技术光纤连接器的一个例子，其中，图10A为两个连接器联结到一起之前的顶视图，图10B为图10A在箭头X₁-X₂所指方向上的截面图，图10C为连接器处于联结状态下的顶视图;

图11A是为联结目的而使用一个光学连接器插头和一个插座的光学连接器的示意图;

图11B是可用来固定两个连接器套筒的夹具的示意图;

图12A为本发明的一个光学连接器所用的导销的纵向剖面图;

图12B为图12A所示导销右端的正视图;

图12C为本发明光学连接器中的光学连接器套筒的透视图;

图13A和13B说明了在导销的低杨氏模量部件中引起的两种不同的变形是如何解决的;

图14A和14B为本发明导销的纵剖面图;

图15A和15B是本发明导销的横截面图;

图16为本发明一种光纤连接器的透视图;

图17为本发明的光学连接器中一种光纤导向部件的正视图;

图18是两个图16所示的光学连接器的纵剖面图;

图19为本发明一种光学连接器的截面图;

图20A、20B和图21是本发明的线材定位部件的截面图;

图22为本发明的线材定位部件的透视图;

图23说明了本发明线材定位部件应用实例的多纤维光学连接器;

图24A至24E表示能用于本发明的各种切口形状;

图25为本发明的线材定位部件的横截面图;

图26和27是本发明的光纤联结部件中光纤导槽附近区域的横截面图;

图28是本发明一种光学连接器的横截面图;

图29A是本发明的一种光纤联结部件的透视图;

图29B为图29A所示光纤联结部件的横截面图;

图29C为图29A所示的光纤联结部件的顶视图;

图29D为图29A所示的光纤联结部件的侧视图;

图30A至30C示出了制造使用图29A和29B所示的光纤联结部件的光纤连接器的几个连续的步骤;

图31A至31F示出了制造本发明的光纤联结部件的几个连续的步骤;

图32A至32C图示了实现直接硅-硅接合的技术;而

图33为本发明的机械接合器的透视图;

图34为本发明的一个光纤连结部件的透视图;

图35A和35B示出了安装在一个塑料外壳内的光纤联结部件;

图36为两个装在塑料外壳内的光纤联结部件的顶视图;

图37示出本发明的光纤联结部件是如何防止粘结剂流到部件外面来的;

图38A是本发明的部分光学连接器套筒被切掉的光学连接器的透视图;

图38B为图38A所示连接器沿箭头X₁-X₁所指方向的截面图;

图38C为图38A连接器的顶视图;

图39为本发明用来联结光学连接器的导销实例的侧视图;

图40A和40B示出了其内已插着导销的光学连接器套筒，该套筒装有夹紧机构，其中，图40A是纵剖面图，图40B是顶视图;

图41是已由导销端对端地联结在一起的两个光学连接器套筒的纵剖面图;

图42A至42C表示导销孔暴露处的其它实施例;

图43为本发明一具体实施例的光学连接器套筒的截面图;

图44A至44C为本发明其它具体实施例的光学连接器套筒的截面图;

图45和46是表示本发明其它实例的光学连接器的截面图。

如图12A和12B所示，本发明所使用的导销由芯件11和外层12组成，芯件11是中心构件，它由诸如具有高杨氏模量的金属这样的材料制成;外层12包在所说的芯件11周围，它由具有低杨氏模量的材料（典型的是塑料或合成橡胶）制成。导销的中间部分有一个小直径部分13，导销的两端斜削成如14所示那样。

制造光学连接器套筒2的方法：如下所述可以用诸如硅或陶瓷这样的硬、脆材料制造的开有V型槽的板23，在其上表面带有用来容纳导销和光纤的V型导槽，用平板24复盖在板23上，中间夹有一薄层粘结剂，由此形成三角形导销孔21和光纤导孔22，带状光纤（A）中的各个光纤（B）固定定位在孔22中。

对于制成导销1的高杨氏模量构件11和低杨氏模量构件12所使用的术语“杨氏模量”应该是取其相对意义，并且在把导销1插入定位销孔21时，部分低杨氏模量构件12的很容易以这样一种方式变形：使导销1与导销孔21固定接触而在销与孔之间只留有一点儿空隙或不留空隙。

小直径部分13做在导销1的中间部分，以使得由低杨氏模量材料制成的外层12所产生的轴向变形被这个小直径部分13吸收。除了图12A所示的形状之外;也可以去掉导销中间部分的低杨氏模量的保护层12形成小直径部分13，如图14A所示。或者如图14B所示制成多个小直径部分13。

为了使低杨氏模量的外层12能够容易和均匀一致的变形，在光学连接器套筒2中提供三角形的导销孔21是有效的。这样，导销1可以如图13A所示以三个点固定接触，并且导销所产生的变形可以自然地被三角形三个顶点处所形成的空隙3所吸收。应该注意到，如果导销如现有技术中那样与园形孔配合，那么可以吸收变形的空隙数量很少，以于在把变形导销1插入孔时遇到很大困难。

不用说，低杨氏模量的外层12以这样一种材料制成为好，该材料保证有长时间高稳定性（即小的蠕变变形），可以进行机械加工以提供高精度尺寸，对高杨氏模量的芯件11产生良好的粘结，并且表现出高的抗温、抗湿和抗化学物质特性。更好的是，外层12用除了上述特性以外还显示良好弹性的材料制成，一般地说，具有很大弹性的合成橡胶较好。不过，预计在本发明中产生的变形的最大量是2-3um，从这个意义上说，这是发生在“小”变形范围内的现象，因此，可以有效地用塑性材料代替合成橡胶，这种塑性材料的杨氏模量比具有高杨氏模量的金属低，并且正如从赫芝（Hertz）接触理论可以清楚地看出的那样，这种塑性材料比金属更容易变形。

当然，高杨氏模量的芯件可以用诸如陶瓷或玻璃这样的硬、脆材料制成，但是更好的是用易于进行机械加工以提供其外径尺寸的精度的金属材料制成。用金属和其它具有高杨氏模量的材料制作的物件可以进行无心加工，以在商业规模上提供外径尺寸高达±1～2um的高精度。可以用能够控制拖拉速度为常数的适当的涂覆技术，诸如浸涂、真空蒸发、溅射或旋涂来形成低杨氏模量的薄层，这可以根据所使用材料和要得到的膜层厚度来适当选择。从必须达到高生产率的快速固化的观点看，可以选择用紫外辐射照射固化的树脂作为低杨氏模量的材料。

用在本发明中导销1的高杨氏模量构件组成芯部分11，它提供了导销的必要强度和基本尺寸。低杨氏模量的外层12由一复盖薄膜层构成，当导销插入导销孔21时它的一部分很容易变形，从而保证导销贴紧孔壁，以实现导销均匀一致的定位。本发明的主要进步是完全消除了导销孔和与其联结的导销之间的空隙，或者是使这个空隙减小到亚微米数量级的值，并且要求导销1重复使用10次以上。不过，为了保证联结的最大精度，可以在每个连接/拆开循环以后去掉导销。

低杨氏模量构件产生的变形可以在两个地方被吸收：首先，导销孔21设计成具有三角形的模截面，如图13A所示，销圆周方向产生的变形被三角形横截面的三个顶点3所吸收;其次，导销1沿轴向产生的变形6被小直径部分13吸收，如图13B所示。在后一种情况中特别重要的是，小直径部分13应该位于任何一个光学连接器与其它连接器相联结的端面5处，这是因为如果轴向变形作用于这个端面上则两个连接器不能够在它们各自的端面建立完全的互相接触。

在上面的说明中，高杨氏模量的芯件11表示成实心构件，但是它也可以是具有空心部分15的筒形构件形式，如图15A所示。另外，为了改善与低杨氏模量构件12的粘结性能，芯件11可以带有诸如一层联结媒介的中间层16，以一层以上的结构构成，该中间层置于两个构件之间，如图15B所示。

外层12的材料用陶瓷，特别是用二氧化锆制成较好。二氧化锆材料的杨氏模量比金属材料的低，具有坚硬、光滑特性，以使导销精确地工作。

实例

下面叙述将本发明的概念应用于带有6根涂复光纤的阵列的光学连接器。

如下所述地制造了导销1的方法如下：机械加工一根不锈钢棒，制成了外径为0.297mm+公差为-0.001mm）的芯件11，芯件上涂复了具有大约2.5um厚度的低杨氏模量材料的塑料薄膜，以提供具有0.302mm外径（公差为-0.001mm）的外层12。每个导销的中间部分有3个小直径部分13，这样每个小直径部分13的中部具有大约0.250mm的外径。这样制造的每一个导销的总长大约7mm，每个小直径部分13的长度大约为0.8mm。每个导销1的两端斜削成如14所示的那样，以提供不大于0.2mm的顶端直径。用硅制成适合于导销的光学连接器套筒2，它带有三角形导销孔21，如图12C所示。精密地对导销孔进行机械加工，使三角形的内切圆具有0.300mm的直径（公差为-0.002mm）。由于这个尺寸关系，具有0.302mm外径（公差为-0.001mm）的导销的低杨氏模量外层12，对其直径而言，经受最小1um和最大4um的变形。

使用上面叙述的导销1和光学连接器套筒2，制造用来联结一个阵列中6根单模光纤的光学连接器，并且鉴定它的特性。

对导销的50个样品进行了测量，由于25个连接/拆卸周期（N＝25）而产生的联结损耗的变化对于平均损耗0.23dB而言在±0.05dB之内。这个数据表明本发明的光学连接器产生的联结损耗是均匀一致的，并且与导销的变化无关;换句话说，由于导销和导销孔之间的空隙造成的连接/拆卸变化明显地减小了，而且本发明的光学连接器产生的联结损耗主要取决于光纤的最初的偏心率。

使本发明的光学连接器经受10天的热循环试验（-30℃～+70℃），10天的抗湿热试验（相对湿度90%，温度60℃），鉴定了它的可靠性。在每个试验中，光学连接器引起的联接损耗变化在+0.03dB范围内，这表明它保证光纤均匀一致联结的能力。

上面给出的实例只是本发明的一个实施例，低杨氏模量层的厚度可以减小（＜2.5μm）或者增加（＞2.5μm）。不过，如果外涂层的厚度太厚，则控制尺寸将遇到困难。因此，外层的最大厚度不大于50μm较好，假设发生5μm的变形，这就是变形的大约10倍。如果要求超高精度的联结，那么对于不超过0.5μm的变形，最好设计外涂层具有不大于5μm的厚度。

如上所述，本发明的光学连接器使用导销，每个导销由诸如金属这样的高杨氏模量材料制成的芯件和用低杨氏模量材料薄膜制成的外涂层组成。在把这些导销插入相关联的导销孔时，使低杨氏模量构件产生小的变形，产生足够的压力使导销固定在导销孔中，结果，完全消除了否则会在导销和与该导销配合的导销孔之间产生的空隙，或者使其减小到非常小的值，从而实现光纤的均匀一致的低损耗联结。

如果使导销孔成为三角形截面，就提供了吸收导销产生的圆周变形的地方，导销就能够在三个点上与导销孔紧紧地接触，保证与导销孔的可靠联结。

在本发明的光学连接器中，可以在每个导销的中间部分提供一个小直径部分，这个小直径部分不仅提供吸收导销产生的轴向变形的地方，而且保证两个光学连接器在它们的端面实现完全的互相接触，同时在高杨氏模量构件和低杨氏模量构件之间产生改善的粘结性能，可以使用由小直径部分形成的阶梯部分，用夹具夹紧导销，这使得需要换导销时可以很容易地从光学连接器套筒上拆下或者连接导销。

在图12c中所示的光学连接器中，开有V形槽的板23的上表面有导销的V形槽和光纤的V形导槽，它用平板24覆盖，以形成三角形的导销孔21和光纤导孔22。不过，可以使用在覆盖板23时位于定位销的V形槽上面的带有槽30的板24′，来使导销孔21′的内部中心40和光纤导孔22的内部中心41排成一条直线，如图43所示。进一步可以使用如图44A到44C所示的刻了槽的板23′和板24′来构成光学连接器套筒，其中导销在至少三个点上与导销孔接触固定在导销孔中。

另外，为了吸收导销孔直径的变化，盖板材料的杨氏模量可以不同于基板的杨氏模量。

图16是本发明另一个实施例的光学连接器的透视图。图17是本发明光学连接器的光纤导件的前视图。图18是图16所示的光学连接器的两个联结单元的纵向剖面。

本发明光学连接器的光纤导件101的结构示于图17;刻了槽的基板111的上表面带有用来固定光纤定位的光纤导槽113和导销槽114，用平板112覆盖板111，用一薄层粘结剂115置于中间来粘结板112和所说的刻了槽的基板111，并且平板112只盖住光纤导槽113而使导销槽114露出。

如图16和18所示，用具有弹性压缩力的夹具103从光纤导件101的后端固定，同时将导销102从导件101的前端插入，使两个光学连接器联结在一起。结果导销102被夹具103的弹性压缩力固定在导销槽114中。

每个导销102有至少两个小直径部分121，在小直径部分121所处的刻槽基板111的底侧的那个部分有夹具槽116，这个槽的方向垂直于每个导销102的轴向。夹具103的施加压力的部分用来压紧和固定导销102，使其定位，一个施加压力部分位于导销102的小直径部分，另一个施加压力部分位于刻槽基板111的底侧上的槽116中。

夹具103的宽度做得等于或者略大于光纤导件101的刻槽基板111的宽度，夹具103高度的决定，使其最大尺寸大于光纤导件101的高度。

图19是本发明另一个实施例的光学连接器的横截面图。在这个实施例中，夹具103分成两个分离开的部件，它们的结构是能够从光纤导件101的旁侧面连接或拆下。在这种情况下，在刻槽基板111上做成的夹具槽117，117的走向平行于导销102的轴向。夹具103有一个伸出部分，该伸出部分与导销的每个小直径部分121相接触，由此定位于导销的相关联的小直径部分。

在本发明的光学连接器中，光纤导件1的导销槽114没有被平板112盖住而直接露在外面。因此，插入这些槽114中的导销102通过与每个槽114仅两点的接触得到支承，而每个导销102的上侧与夹具103接触，减压向槽114的底部，从而导销可以固定在槽中。在这种连接中应该强调，因为夹具103能够弹性变形，所以导销直径的任何轻微变化都能有效地被夹具103的弹性变形所吸收。实际上，导销直径偏离预定值（例如0.7mm）大约0.1mm的变化可以被夹具毫无困难地完全吸收，甚至直径1.0mm的导销也能有效地插入导销槽中。作为进一步的优点，即使所用的两个导销的直径略有不同，两个光学连接器也能够毫无困难地联结在一起。

在本发明的光学连接器中，通过夹具103将导销102压向导销槽114的底部，这具有这样的优点：如果外力加到导销102上，则应力不会传到刻了槽的基板111上，而是依靠夹具103的变形而被吸收。为了得到这种结果，夹具103必须是弹性地变形，以便在作用于导销102上的应力作用到刻了槽的基板111上使基板部分地损坏之前，就能将其吸收。夹具103的弹性压缩力可以很容易通过改变夹具的材料和厚度来调节，并且很容易设定一个值，它能容纳刻了槽的基板111损坏之前所能允许的应力。

本发明的光学连接器的另一特点是，由夹具103定位的每个导销102的小直径部分与刻了槽的基板111的夹具槽116是配准的。这个特点有效地减少可能在导销102和刻了槽的基板111之间发生的滑动，并且由于这种抗滑动作用而具有反抗将联结的光学连接器拉开的作用力，从而增加两个连接器联结的可靠性。这种反抗连接器分离开的力取决于导销102和刻了槽的基板111之间的摩擦力，可以通过增加夹具103的压缩力，或者通过使导销表面粗糙的办法很容易地产生增强的摩擦力。实验表明了根据本发明制造的光学连接器能够经受住高达2.8千克的拉力，而不在导销与刻了槽的基板之间产生滑动。从理论上说，它们可以被改进得经受住高达4-5千克的拉力;而对于实用的目的，则经受大约2千克拉力的强度就足以保证使联结的两个光学连接器可靠地工作。

在本发明的较佳实施例中，夹具103具有这样的尺寸：它的宽度等于或者大于刻了槽的基板111的宽度，它的最大高度大于光纤导件101的高度。具有这样尺寸的夹具用来保护光纤导件101不受任何外力，例如作用在光学连接器上的冲击力，特别是在刻了槽的基板111和平板112是用诸如硅这样的硬、脆材料制成时，夹具103便可用来作为一个有效的保护器，防止施加冲击力时硅材料的断裂。

如上所述，本发明的光学连接器中所使用的夹具担负了多种多样的作用，并且该光学连接器采用一定结构的光纤导件和导销，以使该夹具以有效的方式产生这些作用。

实例：

制作一种具有如图16所示结构的光学连接器。这个连接器的刻了槽的基板和平板是用硅制成的，利用蚀刻操作在基板的上表面上做成了光纤导槽和导销槽。在本实例中制作的光学连接器中，在0.25mm间距中做成了12个光纤导槽。这个光学连接器所用的导销具有0.7mm的直径，并且每个都有直径0.4mm的小直径部分。如图16所示，设计了夹具使它能够从光纤导件的后端连接或拆下，而导销能够从导件的前端插入。在刻了槽的基板底侧做成了夹具槽，它的走向垂直于每个导销的轴向，夹具的施加压力的部分位于夹具槽和导销的小直径部分两处，从而它们可以压紧和固定导销，使其定位。

上面所述的本发明的光学连接器有下述优点。

（1）能够弹性变形的夹具定位在导销槽上，所以当导销插入导销槽时作用在刻了槽的基板上的应力被该夹具吸收，以保护刻了槽的基板。

（2）因为当导销插入导销槽时夹具弹性地变形，所以导销直径的任何变化都能有效地被夹具吸收，从而两个光学连接器可以毫不困难地联结在一起。此外，将要插入位于光纤导件两个旁侧的导销槽中的两个导销的直径不必互相相等，这消除了在与本发明的光学连接器一起使用时对导销直径的严格的控制。

（3）夹具是用做在刻了槽的基板的底侧上的槽和每个导销的小直径部分两者来固定定位的。这有效地减少可能发生在导销和导销槽之间的滑动，并且具有反抗将联结的光学连接器拉开的作用力，从而保证了两个连接器联结的可靠性。

（4）夹具被设计成具有大于光纤导件的尺寸，所以它能够保护光纤导件不受损害。

（5）在本发明的光学连接器中使用的每个导销都有小直径部分，这个小直径部分作为导销的卡槽，使导销很容易插入导销槽，也容易再从中拔出来。

图20A是本发明的一个具体实施例的线材定位部件从前面看过去的横截面图。该线材定位部件由刻了V形槽的基板501和压紧平板502组成，在基板501的上表面做成V形槽，平板502和基板501粘结，以在组件内部形成导孔503，线材（A）通过这个导孔插入。每个导孔503有4个裂口504，它们的走向基本上平行于导孔503的轴，并与这些导孔503相通。插入导孔503的线材（A）在三个点（a）、（b）、（c）与导孔壁相接触。在较低的两个点（b）和（c），线材（A）还与由4个裂口504限定的两个梁条505的部分相接触。因此，即使线材（A）的外径略大于导孔503的内切圆的直径，与线材接触的梁条505将会变形，如图20B所示，从而使线材平滑地插入导孔503。换句话说，裂口504使导孔503的壁可以部分地经受弹性变形，并且吸收线材（A）直径的任何轻微变化，从而保证线材的三点支承而不在线材与导孔503之间留下空隙。

如果需要，可以把每个裂口504的底部弄圆，以防止在这个区域内发生断裂。根据本发明，裂口504或者在导孔503里，或者在这个孔的附近，而由于存在这样的裂口，可能使定位部件的整个强度变坏。特别是经受大的变形的梁条505可能受到作用在梁条505基部或裂口504底部附近的弯曲应力的影响。如果在加工时在这个区域内发生了小的初始断裂，那么它将进一步发展成大的断裂，可能最终毁坏梁条505。因此，弄圆每个裂口504的底部能够防止发生初始断裂以改善定位部件的整个强度。

图21是根据本发明的另一个具体实施例的线材定位部件从前面看过去的横截面图。如图所示，一些裂口504用材料507填满，材料507的弹性不同于制成定位部件的材料的弹性。这个实施例对于改变梁条505的弹性强度是有效的。如果诸如弯曲应力这样的外力作用在插入导孔503的线材（A）上，那么应力将传到导孔503的壁上，但是一部分传过来的应力被梁条505的弹性变形所吸收。另外，梁条505的强度可以由填满裂口504的材料507来调节。因此，根据图21所示的实施例，定位部件能够经受外力而不断裂，而且还可以调节得能够经受住适当量的变形。

图22是根据本发明的又一个实施例的线材定位部件的透视图。除了如同图21所示的实施例一样用某种材料507填满一些裂口以外，梁条505的强度还可以通过在基本上垂直于导孔503的轴的方向上提供另外的裂口508来调节，如图22所示，如果做出一条以上的裂口508，那么在相邻裂口508之间的梁条505的强度就由一个裂口508到另一个裂口508之间的距离来决定。因此，对于便利地调节梁条505的强度来说，裂口508也是有效的。

实例：

图23表示一个应用本发明的线材定位部件的实例的多重光纤连接器。

多重光纤连接器的两个主要部件-刻了槽的基板511和压紧板512-每个都是用硅制成的，因为硅的硬、脆特性，在外力作用下它们不易变形。在连接器上做成两个导销孔513和5个光纤导孔514，导销和光纤分别插入这些导孔513和514中，从而它们可以固定定位在这些孔中。每个导孔513有3个裂口515，以限定两个梁条517，每个导孔514也有3个裂口516，以限定两个梁条518。导销519具有外径0.35mm，光纤520具有外径0.125mm。导孔513和514这样设计，使它们的内径比使导销519和光纤520分别自由插入的尺寸小一个非常小的量。实际使用的导销和光纤的外径具有公差，而这些公差是±2μm的数量级，这很容易被部分导孔壁（即梁条517和518）的弹性变形所吸收。因此，图23所示的光学连接器具有这样的优点：所有导销和光纤可以可靠地支承在3个点上而不给导孔留下空隙。

在上述实例中，用超抗变形的硅作为线材定位部件的材料，如果如同现有技术中那样导孔没有裂口，则完全不可能使外径大于导孔内径的线材（不管这种差别是多少小）插入导孔。然而，本发明的线材定位部件吸收2-3μm数量级的直径差是没有困难的，并且因为有梁条，即使是象硅这样的硬材料也能够经受一定量的变形，从而将导孔和线材之间的空隙减小到最小的可能水平。与具有导孔而没有裂口并产生0.38dB平均联结损耗（对单模光纤）的现有技术多重光纤连接器比较，本发明的多重光纤连接器达到0.18dB的平均联结损耗这就证明本发明能够完成高精度的定位。

应该指出，本发明的线材定位部件中提供的裂口的位置决不是限定于部分导孔壁上，裂口可以在导孔附近的任何区域，只要该裂口限定能够经受少量变形的梁条即可。裂口的其它参数，例如它们的数量、宽度和深度也可以设定为任何所需的值。

图24A到24E表示可以用于本发明的各种各样的裂口结构。在图24A中，两个裂口504离开导孔503一段距离。在图24B中，单个裂口504离开不对称的导孔503一段距离。图24C表示提供具有不同深度和宽度的裂口504的情况。在图24D所示的情况中，裂口504不仅在导孔503的壁上，而且也在盖在所说导孔上的压紧板502上，以便更方便地吸收将要插入导孔中的线材（A）的直径的变化。在图24E所示的情况中，用树脂509（例如环氧树脂）代替硅，并且用模塑方法制成导孔503和裂口504。

图25表示应用本发明的线材定位部件的另一个实例从前面看过去的横截面图。在这个例子中，定位部件用于单光纤连接器中的光学连接器套筒524。互相相对的两个光学连接器套筒524定位在刻了槽的基板521上并用夹具526固定，基板521上做成V形槽522和裂口523。在图25中，数字525表示固定定位在每个光学连接器套筒524中的光纤。

另外，图45和46表示本发明的其它具体实施例的横截面图。

在图45中，用压紧板502′支承线材519，不给导孔503留下空隙，压紧板502′有槽530和在槽530上的切口部分531，线材519插入槽530。槽530和切口部分531沿刻了槽的基板511上的导孔503的纵向延伸。

突出部分532将产生变形，以使线材519平滑地插入导孔503并被支承，而不给导孔503留下空隙。

在图46中，在压紧板502′上做成的槽530带有弹性材料533，它使得线材519固定定位在导孔503中。在上述实施例中，导孔的内壁至少以3个点支承弹性材料。

在上述各实施例中，导销的材料可以由陶瓷构成，尤其可以用锆构成。锆比铝硬，而且其晶体外径不大于0.5μm，这样其表面就较平滑。

此外，根据本发明，基片和压板中至少有一个可以由硅、陶瓷或塑料制成，前者与后者在材料上是不同的。

本发明的线材定位部件具有下述优点。

（1）因为导孔壁可以变形，所以即使是略大于导孔内径的线材也能够插入该导孔。由于导孔壁产生轻微变形，可以解除作用在已经插入该导孔的线材上的应力。

（2）如果定位部件是用诸如硅这样的硬、脆材料制成的，那么当线材插入导孔时，所说的定位部件极易于在该导孔接收插入线材的边缘附近产生裂痕。这个问题在本发明的定位部件中大大减小了，因为导孔壁能够根据线材的插入而变形。

（3）可以用各种各样的方法容易地调节使导孔壁能经受变形而不断裂的强度，例如用与制成定位部件的材料的弹性不同的材料填满导孔壁上的裂口，或者改变裂口的深度和宽度，或者在基本垂直于导孔轴的方向上提供另外的裂口。

（4）如果裂口底部是圆的，那么它们足以抗断裂，以防止定位部件的损坏。

图26表示本发明的一个具体实施例的光纤联结部件中，光纤导槽附近的一个区域的横截面图。如图所示，用化学的或者物理的方法涂刷一层粘结平板201和刻了槽的基板202的粘结材料203，使位于光纤导槽204上的粘结材料的厚度t₂小于其它地方的厚度t₁。得到这种结果的一个方法如下：使用集成电路生产里的光刻步骤中所用的那种抗蚀剂作为粘结材料，让溶解抗蚀剂的去膜剂溶液流入槽204，以便腐蚀掉槽204上的抗蚀剂层。

另外，在图26的实施例中，最好是用含有弹性材料的粘结材料203作为粘结材料，以便防止导销位置的变化。

图27象图26一样，表示本发明的另一个具体实施例的光纤联结部件中，光纤导槽附近的一个区域的横截面图。在这个实施例中，去掉粘结层203的不用来粘结板201和刻了槽的基板202的多余部分，其去掉的程度是不损害两个板之间的粘结强度。

图26所示的结构有效地避免了与现有技术相关联的问题，即由于粘结材料203部分地伸进槽204，使具有预定外径的光纤不能平滑地插入光纤导槽204的问题。调节槽204上的粘结层的厚度可以在一定范围内控制槽204中空间的高度，这有效地简化了使槽204中空间的高度最佳化，以获得最适于将要插入槽204中的光纤外径的值。

在图27所示的结构中，在光纤导槽上没有粘结剂，这对于防止灰尘颗粒和其它外部物质沉积在这个区域是有效的。结果减小在槽204的壁上由于灰尘的存在而形成突起或凹点，并且光纤可以平滑地插入槽中而不在槽中滞附。

通常，测量光纤导孔的横截面形状，通过发射平行于槽的纵向传播的光，并利用出口端的投影来确定孔的位置，传播光产生槽的外形轮廓。如果在槽壁部分上存在灰尘颗粒，就会直接投影出灰尘颗粒形状，产生出不精确的槽外形轮廓。然而，在图27所示的结构中，沉积在槽中的灰尘颗粒减到最少，可以以很高的精度测量槽的外形轮廓。

如果需要，如图27的206所示位于板201粘结到刻了槽的基板202上的区域的粘结层203可以去掉，其去掉程度是不损害两个板之间的粘结强度。在这个实施例中，如果光纤插入槽204并接着用粘结剂固定，那么粘结剂也要填满去掉粘结层203以后留下的空间，从而增加板201粘结到刻了槽的基板202上的面积，并且进一步增强这些部件之间的粘结强度。上面所说的“粘结剂”是用来在槽204中固定光纤的，它比用来粘结剂201和刻了槽的基板202的“粘结材料”有更大的粘结强度。

实例：

图28是应用本发明的光纤联结部件的一个实例的光学连接器的横截面图。

这个连接器中的粘结材料层203具有大约1μm的厚度。为了形成这样薄的粘结层，粘结材料需要有相当低的粘滞性。在这个例子中，粘结层203是用集成电路生产里的光刻步骤中所用的那种抗蚀剂形成的。板201是厚0.5mm的硅板，刻了槽的基板也是硅板，厚1.5mm。

在这个实例中制成的连接器有光纤将要插入的光纤导槽204和导销将要插入的导销槽205。从这些槽204和205上的区域全部去掉粘结层203。正如已经提到的，粘结层203是用抗蚀剂形成的，所以在将液体抗蚀剂去膜剂灌入槽204和205以后，在大约130℃对组件加热2-3分钟，去掉了抗蚀剂层。仅有大约1μm厚的抗蚀剂层可以在很短时间内很容易地溶解。

抗蚀剂本来不象粘结剂那样有很强的粘结能力，它的粘结强度小于普通的粘结剂。但是，通过在把光纤插入导槽204以后用更有效的粘结剂（粘结强度大于抗蚀剂）填满光纤与光纤导槽204之间的空隙，则板201和刻了槽的基板202之间的粘结可以保证实际使用。

本发明的优点：

如上所述，在本发明的光纤联结部件中，在光纤导槽区域上的粘结材料层比在其他区域上的要薄。通过调节该粘结材料层的厚度，在不产生增加的间隙的情况下，即使是外径有某些变化的光纤也能插入和固定在光纤导槽中。

或者，在光纤导槽上方区域完全除去粘结材料层，这对阻止灰尘颗粒和其他外来物质沉积到槽中是很有作用的。由于这减小了导槽壁上由于灰尘积累而引起的凸凹点，光纤可很容易地同时插入槽中，利用发射播的光，可很精确地确定各槽的断面形状。

如需要，板和带槽的基板的界面可设有某些开放空间，其中在此情况下没有粘结材料层，板和带槽基底间的连接可通过向所述空间充入一种材料而得到进一步加强，这种材料当光纤以随后的步骤插入槽时能产生比所述粘结材料更大的粘结强度。

图29A至29D显示了根据本发明的又一实施例的光纤联结部件。

如图29A和29B中所示，一放在带有光纤导槽313和在其顶表面上形成有导销槽314的带槽基底311，其顶上的盖板312在不施用粘结剂的情况下被加热至高温，以产生一整体的组件，该组件带有在其内部形成的光纤导孔313′和导销孔314′。在盖板312的位部形成有切口315，以使光纤导槽的一部分暴露，从而利于随后的光纤插入。

带槽基底311以下述方式与盖板312连接。制出并高尺寸精度地抛光两部件要进行连结的表面，并用粘合进行暂时直接连接;随后把组合体加热至高温度，如1000℃或更高，两部件间界面上的杂质、水和其他多余物质蒸发掉，从而使表面活化到使它们直接接合成一整体组件的程度。如在本说明书后面所要描述的，可采用两个大板单元，如晶片，一个晶片是带有多个用机械加工形成的光纤导槽的带槽晶片，而另一个是盖板晶片。如这两个晶片用上述方法接合并随后被切成分离的片子，就可同时产生多个片形的联结部件。

由于在本发明的光纤联结部件310上已有了光纤导孔313′一个光连接器或机械接合器可简单地通过把光纤插入并固定于这些导孔中而产生，而不需用任何先有技术中的困难的组合操作。

图30A至30C显示了制作采用图29A和29B中的光纤联结部件的光连接器的制作步骤。首先，如图30A所示，光纤阵列（A）中的光纤（B）从联结部件310的盖板312的后部的切口315被插入光纤导孔313′中，随后，如图30B所示，光纤（B）用粘结剂316固定于导孔313′中;随后，如图30C所示，联结部件310被放入一外壳317中且两个这种联结部件单元被以面对面的方式放置，其中导销（C）插入各联结部件的导销孔314′，以使两个联结部件互相连接。最后用夹子（D）把联结部件固定。

图31A至31F显示了以商业规模制作本发明的光纤联结部件的生产过程。

首先，提供可用硅制成的并有多个矩形窗口334的盖板晶片332。还提供有多个用机械加工制出的光纤导槽333的带槽硅片331（如图31B所示）。两硅片的待接合表面被制出并抛光到很高的尺寸精度，并用粘结的方法暂时接合。随后，将组合体加热至如1000℃及更高的温度，以活化接合表面而使两硅片紧密地接合在一起而形成一整体组件，而不必用什么粘结剂（见图31C）。

关于直接硅-硅接合理论，可参见Denki    Joho    Tsnshin    Gakkai-shi（日语）卷。70，第6号，第593-595页，1987年6月，其中说到：“硅氧化物表面有OH团，它是因与水反应而产生。硅片的表面处于相同的状态，因为它有同时产生的氧化膜。若这些OH团被活化并进入直接接触，便产生氢键（图32A）。再进一步加热，OH团会经历脱水凝结，产生Si-O-Si键（图32B）。若硅-硅接合中的氧化膜特别薄，氧将扩散到硅块中，从而形成硅-硅键（图32C）。

如上所述，硅在常态下在其表面吸附有杂质及水，这些吸附物阻止了硅-硅接合。若把硅加热到一高温，如1000℃或更高，这些吸附物将被蒸发，从而提供一活化硅表面。然而，对于大面积接合表面，这种方法是不适用的，因为通常这些蒸发吸附物没有通道。但在本发明中，带槽晶片有多个在其表面形成的光纤导槽并可备有跨过它的用于为蒸发提供通道的附加槽。另外，盖板晶片备有多个矩形窗口。这些槽和窗口合起来将有助于两个晶片的有效接合。

以上述方法，带槽晶片331和盖板晶片332接合成一整体组件335。随后，如图31F所示，沿垂直于光纤导槽333的方向337和平行于所述槽的方向336切割该组件，从而产生若干片形的光纤联结部件310，如图31E所示。此时，沿垂直于光纤导槽333的方向337切割导致跨过盖板晶片332的窗334的中心，从而这种切割操作将同时产生各盖板312后部的切口315。

在得到光纤联结部件310的分离片后，光纤阵列（A）中的光纤被固定于光纤导孔313′中。各片随后被装入外壳317中，形成图4（f）所示的光学连接器。

实例：

制作并抛光两个硅片，以提供一镜面。这些硅片中的一个具有V形光纤导槽和导销槽的连续图案。这些导槽是用同样切割轮制作出来的，只是光纤导槽的深度不同于导销槽，切割只是加工硅片的方法的一个例子，同样的结果可用刻蚀或模压而得到。所制作的槽的形状不限于V形。光纤导槽和导销槽是约60°角的V形，并精确加工到0.1μm精度以内，从而使之能容纳直径分别为0.125μm和0.500μm的内切圆。光纤导槽带有6个0.25mm的间距，而使两个导销槽有0.5mm的节距。这个和另一个晶片要接合的表面被彻底地清洗。两晶片随后经粘合而暂时接合并置于约1000℃的高温下进行热处理。在此热处理中，两个晶片用一陶瓷夹子夹住，以保证它们紧密地接合在一起。结果，两个晶片在几乎整个区域上成功地接合在一起，并切割所制成的组件以产生多个具有所需尺寸的光纤联结部件的分离片。

各片形光纤联结部件都装上光纤并装入外壳以制成六光纤连接器。外径为0.499mm的导销被插入两个光纤连接器之任一个的导销孔中以使之连接在一起。这些连接器对单模光纤的联结损耗测量给出了作为120根光纤的平均值的0.21dB。除了它们的低损耗特性之外，这些连接器易于组装。

为了估价这些连接器在接合表面的可靠性，它们经受了各种实验，包括热循环（-40℃至+70℃）实验，抗湿热实验（80℃×90%rh）、挤压实验和失效实验，在所有这些实验中，连接器没有出现会在实际应用中导致问题的现象。

对实例的前述说明涉及到光学连接器，但应注意，本发明的光纤联结部件可用于图33所示类型的机械接合器，其中当盖板312连接到带槽基片311的顶表面时光纤导槽313在两侧暴露，且其中光纤插入这些导槽中，以致使它们在光纤导孔中彼此互相咬合。图34显示了本发明的光纤联结部件的一种变形。当带槽基底311和盖板312连接以致使它们的端表面处于同一平面时，一部分光纤导槽313得到暴露，而在带槽基底的后部设有用于固定光纤阵列的阶梯部分318。

如前所述，本发明的光纤联结部件不同于先有技术之处在于它不采用夹层结构，在这种夹层结构中盖板用施到同带槽基片相接合利用了加在它们之间的粘结剂。相反，本发明的光纤联结部件的光纤导孔是通过经热处理而在不采用粘结剂的情况下直接将盖板与带槽基底相接合。本发明的联结部件可通过把光纤插入光纤导孔而方便地组装。本发明的光纤联结部件在盖板和带槽基底之间具有很强的粘着力、可以加工到高尺寸精度并具有高可靠性。

根据本发明的方法，两个晶片（一个是带有机械加工成的导槽的基底硅片，另一个是盖板硅片）被接合，并且组合体被切成分离耦合部件片，其中盖板和带槽基片被接合成整体。因而，本发明的工艺适于大规模生产光纤联结部件，在用热处理接合两晶片中，各硅片表面上的水和杂质必须除去，而这可利用导槽及其他跨越两晶片组合体的槽而有效地实现。

如图29A至29D所示，盖板312（一般用硅制作）与带槽基片（也可用硅制作）311接合，基片311带有用机械加工方法在其顶表面上制成的光纤导槽313和导销槽314，以提供在其内部具有光纤导孔313，及导销孔314′的组件。位于光纤导槽311后部上方的盖板312部分被除去以形成切口315，使光纤能方便地插入光纤导孔313′。另一方面，位于导销槽314上方的盖板312部分未除去，以注入粘结剂318使光纤固定于光纤导孔313′和槽313中且不会流入到导销槽（见图37）。

在本发明的光纤联结部件中，光纤导孔通过简单地使一个带槽基底和一个盖板结合而构成。因此，光纤可方便地插入和组装，以提供能尺寸精确地固定光纤的联结部件。

本发明的光纤联结部件可通过精确地接合一个盖板和一个带有精确加工而产生的槽的带槽基板而制成。因此，通过采用晶片作为起始带槽基板和盖板硅片，可在不影响联结器尺寸精度的情况下同时制作大量的光纤联结部件。

本发明的光纤联结部件的特征还在于借助除去光纤导槽后部上方的盖板部分而提供了一个切口，这使光纤能容易地插入光纤导孔。在此情况下，若不除去引导销槽上方的盖板部分（即仍与带槽基板接合），就可保证固定光纤的粘结剂不流入系统之外而进入导销槽。

实例：

如图31A所示，用作盖板的晶片332上设有多个用适当方法（如侵蚀）制成的矩形窗334。如图31B所示，另一作为带槽基板的晶片331设有用V形钻石轮切成的光纤导槽和导销槽。导销槽和光纤导槽都精确地加工，使之分别能容纳0.5mm和0.125mm直径的内切圆。矩形窗334可用超声法而不是侵蚀法制成，且V形槽可利用硅的各向异性借助侵蚀而成。

两硅片332和331随后精确地接合，以产生如图31C所示的组件335。精确接合可用粘合剂薄层或采用高温热处理的直接硅-硅接合而达到。产生的组件沿图31D所示的线336和337切成预定形状，从而制成光纤联结部件310的分立片，它们各带有在光纤导槽313（见图31E）后部上方的盖板312上的切口315。

片形的光纤联结部件310被装入塑料外壳316中，如图35A和35B中所示。

图35A和35B显示了装在塑料外壳中的光纤联结部件;图35A是侧视图，图35B是显示固定于光纤联结部件310中的光纤的纵向剖视图。如各所示，塑料外壳316有一阶形部分318，其中光纤阵列（A）要借助粘结接合而固定。在图2所示实施例中，塑料外壳316在其顶表面对应于光纤联结部件310盖板312的区域还备有切口317。切口317便于光纤（B）插入光纤导孔313′。如图35A和35B所示，光纤联结部件310从装它的塑料外壳301的正面伸出约0.5mm的距离。这导致了要制出并抛光的区域仅限于光纤联结部件的正面这一优点。

图36是塑料外壳316中的光纤联结部件310二个单元的顶视图，它们用导销连在一起并用夹子319固定。为估价本发明的光纤联结部件的性能，制作了六个单模光纤连接器并用于实验，它们与折射率匹配介质的平均联结损耗很低，仅0.23dB。

前述对实例的解释是针对光连接器的。但应注意本发明的光纤联结部件当然也可用于机械接合器，其中光纤通过在同一导槽中互相接触而对准联结。在此情况下，也可在盖板部分上提供切口，以防止粘结剂流出光纤导槽而影响接合器的其他区域。

如前所述，本发明的光纤联结部件使光纤能方便地插入光纤导孔，从而提高联结操作的效率。

在本发明的光纤联结部件中，切口设在光纤导槽上方的盖板部分上，而位于导销槽上方的盖板部分并未触及并保持与带槽基片接合。这种设置阻止注入光纤引导槽的粘合剂流入引导销槽或流出系统。

另外，本发明的光纤联结部件借助以晶片作为起始带槽基片和盖板而可以高生产率地生产。

图38A至38C显示了根据本发明一个实施例的光连接器。图38A是侧视图，图38B是图38A沿箭头X₁-X₁方向看的剖视图;图38C是顶视图。

在图38A至38C中，401表示用适当技术（如树脂模压法）制出的光连接器套筒，它带有两个导销孔402。光纤阵列（A）中的单个光纤（B）相对于导销孔402被精确地固定。两个导销先插入一连接器套筒401上的导销孔402，再插入与第一个套筒相对准的另一个套筒的相应孔中，以使两个套筒连接起来。

在图38A至38C所示的实施例中，光连接器套筒401的一部分被切掉了，以便在403所示区域中的导销孔402能暴露。当两个光连接器借助插入连接器套筒401的这种部分暴露的导销孔402的导销而连接时，导销在导销孔暴露的区域403也暴露。

图39是侧视图，显示了用于本发明的联结光学连接器中的导销404的一个例子。如图所示，导销404在当它插入图38A至38C所示连接器套筒401的导销孔402中时将要处于区域403中的部分上设有槽405。导销404可借助使夹子装置以说明书后面所要描述的方式在槽中发挥作用而得以固定。并不总要设置槽405，若设有它，导销可借助在销上施加必要的横向压力而被夹住住。

图40A和40B显示了一光学连接器套筒，导销已插入其中，它还装有夹持机构。图40A是纵向剖视图，图40B是顶视图。

在图40A和40B的实施例中，光学连接器套筒401在其后部带有凸缘406，而且该凸缘406带有夹持机构作为其一部分。更具体地讲，凸缘406的顶部提供了一弹性梁条407，插杆408从407向下伸出。通过压弹性梁条407，插杆408向下移动直至触到导销404中的槽405的底部。根据本发明，光学连接器在插杆触到槽405底部后断开，从而使导销404总是留在带有受压弹性梁条的连接器套筒中。

图41是两个光学连接器套筒401a和401b的纵向剖视图，它们互相通过导销404而端部与端部相联。如图所示，连接器套401a和401b分别带有带弹性梁条407a和407b的凸缘406a和406b。图41右边所示的弹性梁条407a被压下，使插杆408a与导销404中的槽405a底部相接触。另一方面，另一弹性梁条407b未受压，因而插杆408b保持不与导销404中的另一槽405b的底部接触。若此时的连接器套筒401a与另一套筒401b分离，导销404肯定留在图41右侧所示的套筒401a中。

若所用联结方法是图11A所示类型，一个光学连接插头与一外壳中的适配器相连。在此情况下，在插头中会提供一压下或压力施加部分，使当插头脱离适配器时，夹持装置自然地作用于插头内的导销，而操作人员能把导销与插头一并拨出。

图42A至42C显示了导销孔暴露的区域的其他实施例。

图42A显示一光学连接器套筒，其中硅板411叠在一在顶表面上带有光纤导槽和导销槽的带槽硅基片410上，且两部件借助位于其间的一薄层粘结剂结合在一起，形成光纤导孔413和导销孔412。如图所示，在顶板411的一部分上设有切口414，从而使这些区域中的导销槽部分露出，并使插杆向下移动，使它们触到暴露区域414的底部，以夹住导销。

图42B显示了一实施例，其中光学连接器套筒通过如图42A中所示那样连接带槽硅基片410和顶硅片411而制成。在此实施例中，导销孔412的一部分通过全部除去顶板411的后部而露出。阶形部分415设在带槽基片410的后部，作为固定光纤阵列的区域。

图42C显示了采用长于光连接器套筒的导销404的情形。在此实施例中，从套筒的后部伸出的部分416被作为露出导销的区域。

如前所述，本发明的光连接器的特征在于导销孔露出的区域被提供在光连接器套筒的一部分上，使导销在此区域露出。若此结构与夹持机构结合，操作者可连接或分离光连接器套筒，同时能确切知道导销留在哪个套中。

图40A、40B和41中显示了通过施加压力而起作用的夹持机构例子，但根据特殊用途或连接器套筒大小，各种改形可在不脱离本发明范围及精神的情况下通过引进某些特殊特征到要装到套筒上的凸缘或连接器插头外壳的设计中。

实例：

一个四光纤光学连接器套筒通过连合一个带槽硅片和一平硅片而制成，它具有图42A至42C所显示的式样。一个如图3所示的带缘压力施加装置装在套筒上，而对该组件进行实验。该套筒中用的导销外径为0.7mm并备有外径为0.3mm的槽。各导销总长8mm，导销两侧的槽为1.5mm长。带缘压力施加装置用塑料作成并永久地用粘结剂固定于硅连接器套筒上。

进行实验是为评估下列参量：光学联结损耗;因重复连接/拆卸而导致的光学联结损耗变化;及导销在拆卸后留在适当套筒中的成功率。平均联结损耗为0.28dB而反复连接/拆卸循环所引起的联结损耗变化在±0.08dB之内。在一个连接/拆卸实验（n＝500）中，导销总是留在压力施加装置所压的套筒内，这表明操作者在进行连接/拆卸操作时，总能了解到导销留在哪个套中。

在上述本发明光学连接器中，连接器套筒中部分导销露出。若此特点与夹持机构结合，操作者能准确了解引导销在分离操作后留在哪个套中，这使操作者能更为有效地连接和拆卸光学连接器。

如上所述，根据本发明，导销和其要连接的导销孔间发生的间隙被完全消除或减小到很小值，从而实现了一致方式的光纤低损耗联结。另外，本发明的光连接器套筒可精确而方便地拆卸及连接。还有，本发明的方法适于大规模光学连接器生产。

Claims (33)

1、一种光学连接器，包括：

一个光纤连接器套筒，它包括一个带有分别形成于其一表面上的至少一个光纤槽和销槽的基板，和一与所述基板接合的盖板，从而形成至少一个插入光纤的光纤槽孔；

要插入所述销槽中的销装置，用于把所述光纤连接器套筒与另一个光纤连接器套筒联结；

用于吸收所述销装置的直径变化的装置。

2、一种权利要求1所述的光学连接器，其中，所述销装置由塑料制成，它用作吸收装置。

3、一种权利要求1所述的光学连接器，其中所述销装置包括一个具有高杨氏模量的芯件，所述吸收装置包括至少一个盖着所述芯件并有低杨氏模量的外层，且所述盖板与所述基板接合而形成插入所述销装置的销槽孔。

4、一种权利要求3所述的光学连接器，其中所述外层用塑料作成。

5、一种权利要求3所述的光学连接器，其中所述外层由弹性材料覆层形成。

6、一种权利要求3的光学连接器，其中至少一部分所述销装置形成一个小直径部分。

7、一种权利要求3的光学连接器，其中所述销孔有三角形截面。

8、一种权利要求3所述的光学连接器，其中所述销孔具有多边形截面。

9、一种权利要求1的光学连接器，其中所述吸收装置包括一个具有弹性压力的夹子且其中所述销装置位于露出并为所述夹子固定的销槽中。

10、一种权利要求9的光学连接器，其中所述销装置由陶瓷制作。

11、一种权利要求9所述的光学连接器，其中所述销装置由氧化锆制成。

12、一种权利要求1的光学连接器，其中所述基板同所述盖板用加入其间的一层粘结材料接合起来以形成所述至少一个光纤孔和销孔，在所述至少一个光纤导槽和所述销槽上没有所述粘结材料层。

13、一种权利要求12的光学连接器，其中所述粘结材料具有低粘度。

14、一种权利要求13的光学连接器，其中所述粘结材料用抗蚀剂制成。

15、一种权利要求1的光学连接器，其中至少一个所述至少一个光纤槽和所述销槽带有基本平行于所述至少一个光纤槽和所述销槽的轴线方向伸延的缝，且它连接所述至少一个光纤槽和所述销槽。

16、一种权利要求15的光学连接器，其中所述销装置用陶瓷作成。

17、一种权利要求15的光学连接器，其中所述销装置用氧化锆作成。

18、一种权利要求1的光学连接器，其中所述基板和盖板中的至少一个用硅作成。

19、一种权利要求1的光学连接器，其中所述基板和盖板中的至少一个用陶瓷制成。

20、一种权利要求1的光学连接器，其中，所述基板和盖板中的至少一个用塑料制成。

21、一种权利要求20的光学连接器，其中，所述销装置用陶瓷制成。

22、一种权利要求20的光学连接器，其中，所述销装置用氧化锆制成。

23、一种权利要求1的光学连接器，其中，所述盖板具有位于所述销孔上方的槽，所述吸收装置包括在所述槽中的弹性层。

24、一种权利要求1的光学连接器，其中，所述盖板和所述基板用硅制成，依靠Si-O-Si键前者与后者连接。

25、一种权利要求1的光学连接器，其中，所述盖板和所述基板用硅做成，依靠Si-Si键前者与后者连接。

26、一种权利要求1的光学连接器，其中所述盖板不用粘结材料而与所述基板接合。

27、一种权利要求1的光学连接器，其中，所述销装置具有圆形横截面，所述销槽具有非圆形横截面，前者与后者三点接触。

28、一种权利要求27的光学连接器，其中所述盖板与基板相接以形成所述至少一个光纤孔和销孔，所述盖板位于所述至少一个光纤槽后部上方的部分被除去以形成一个切口，其中其后部被露出而所述盖板位于所述销孔后部上方的部分未除去。

29、一种权利要求1的光学连接器，其中所述盖板与基板相接合以形成销槽孔。各所述销孔部分地从所述光纤连接器套筒露出，所述销装置即使在两个光连接器联结在一起时也在暴露区露出。

30、一种权利要求29的光学连接器，还包括夹持装置，用于作用于销装置露出的区域中。

31、一种权利要求30的光学连接器，其中所述销装置在它露出的区域内设有槽且所述夹持装置作用于所述槽上。

32、一种生产光学连接器的方法，包括下列步骤：

制备基板晶片和盖板晶片;

在所述基板晶片的上表面形成多个光纤槽，并在所述盖板晶片上形成多个窗;

将所述盖板晶片叠在所述基板晶片上;

把所述盖板和基板硅片加热至高温，以使其接合成整体组件;

沿平行于所述多个光纤槽的方向及垂直于所述多个光纤槽的方向并通过所述盖板晶片上的所述多个窗的中心，切割所述整体组件，以产生多个具有各盖板后部的切口的光纤连接器套片;

在多个光纤孔中固定光纤阵列中的多个光纤。

33、一种权利要求32的制作光学连接器的方法，进一步包括用塑料外壳包围除对应所述盖板上的切口的区域以外的多个光纤连接器套片的步骤。

Images