DE102012220823B4

DE102012220823B4 - Ferrule eines steckverbinders für mehrschichtige wellenleiter, steckverbinder und verfahren

Info

Publication number: DE102012220823B4
Application number: DE102012220823.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel S. Jubin; Norbert M. Meier; Bert Jan Offrein
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2020-01-02
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: US9170380B2; GB2496961B; GB201219995D0; US9250393B2; US20150219859A1; US20150219862A1; US8979390B2; DE102012220823A1; US20130136399A1; GB2496961A

Abstract

Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter mit einer Aussparung (24) zum Einsetzen eines Stapels von Wellenleiterschichten und mit einer Stirnfläche (22) der Aussparung (24), aufweisend mechanische Ausrichtungsschlitze (H, V), die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei:
- erste Schlitze (H) in einer ersten Richtung ausgebildet sind, um ein Ende (30) der Wellenleiterschichten (F1 bis F4) entsprechend aufzunehmen; und
- zweite Schlitze (V) in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, ausgebildet sind, um sich an dem Ende (30) der Wellenleiterschichten (F1 bis F4) quer von der Hauptoberfläche der Wellenleiterschichten (F1 bis F4) erstreckende Vorsprünge (31) entsprechend aufzunehmen und Zähne (11) eines kammähnlichen Montagewerkzeugs (1) darin einzuführen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft: Ferrulen eines Steckverbinders für mehrschichtige Mehrfachwellenleiter, Stapel von Wellenleiterschichten, Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter und Verfahren zum Verbinden von Wellenleiterschichten mit einer Stirnfläche einer Ferrule.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
US 2010/0067852 A1 offenbart ein Verfahren zum Anbringen einer Ferrule für einen Lichtwellenleiter-Steckverbinder, ein Wellenleiterband und ein Werkzeug zum Montieren der Ferrule.
Aus WO 2010/103432 A2 sind ein Verfahren und ein Abstandhalter für den Zusammenbau von flexiblen optischen Wellenleitern bekannt. Ein Abstandhalter und wenigstens zwei Wellenleiter sind vorgesehen, wobei der Abstandhalter wenigstens zwei genormte Abstände definiert. An dem Abstandhalter, der auf einem Wellenleiter sitzt, wird einer der Wellenleiter angeordnet.
Aus US 6 816 654 B1 ist eine Fasermatrix-Ferrule bekannt, das einen Tisch und mehrere Kammeinrichtungen umfasst, wobei ein Kamm an jeder Kammeinrichtung befestigt ist und eine zentrale Befestigung auf der Hauptfläche angeordnet ist.
Aus DE 100 57 127 A1 ist ein Verfahren zum Verbringen einer Vielzahl von Faserenden bekannt, bei dem die Faserenden auf einer Fixiereinrichtung aufgebracht werden, welche derart bewegt wird, dass die Faserenden durch Öffnungen von Fixiereinrichtungen hindurchtreten.
Aus DE 199 25 015 A1 ist ein zweidimensionales Faserarray bekannt, bei dem ein Positioniermittel durch zwei Plättchen gebildet wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem bestimmten Aspekt der Erfindung ist die Erfindung als Ferrule eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter mit einer Stirnfläche verkörpert, die mechanische Ausrichtungsschlitze aufweist, die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei: erste Schlitze in einer ersten Richtung ausgebildet sind, um ein Ende von Wellenleiterschichten entsprechend aufzunehmen; und zweite Schlitze in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung ausgebildet sind, um von einer Hauptoberfläche von Wellenleiterschichten ausgehende quer verlaufende Vorsprünge entsprechend aufzunehmen, und ferner ausgerichtet sind, um es dementsprechend zu ermöglichen, dass Zähne eines kammähnlichen Montagewerkzeugs darin eingeführt werden können, und wobei die Ferrule ferner an einer der Stirnfläche gegenüberliegenden Fläche eine Anordnung von Linsen aufweist, die so angeordnet sind, dass eine optische Verbindung zu den Stellen der zweiten Schlitze entsteht, in die die Vorsprünge der Wellenleiterschichten einzuführen sind.
Allgemeiner ist die Erfindung als Ferrule eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter mit einer Stirnfläche verkörpert, die mechanische Ausrichtungsschlitze aufweist, die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei: erste Schlitze in einer ersten Richtung ausgebildet sind, um ein Ende von Wellenleiterschichten entsprechend aufzunehmen; und zweite Schlitze in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, ausgebildet sind, um von einer Hauptoberfläche von Wellenleiterschichten ausgehende quer verlaufende Vorsprünge entsprechend aufzunehmen. Bei Ausführungsformen verläuft die zweite Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung. Außerdem kann es sich bei der Fläche um eine Stirnfläche handeln.
Eine Ferrule gemäß einer der oben aufgeführten Ausführungsformen kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

- mindestens einer der zweiten Schlitze weist mindestens einen nach innen gerichteten Vorsprung auf, der so angeordnet ist, dass er die Position eines Vorsprungs einer Wellenleiterschicht beschränken kann, der in den mindestens zweiten Schlitz eingeführt wird;
- mindestens einer der zweiten Schlitze weist mindestens zwei oder mehr nach innen gerichtete Vorsprünge auf, die so angeordnet sind, dass sie die Position eines Vorsprungs einer Wellenleiterschicht beschränken können, der in den mindestens zweiten Schlitz eingeführt wird. Vorzugsweise weist der zweite Schlitz nur zwei derartige nach innen gerichtete Vorsprünge auf, um z.B. die Anzahl von Berührungen mit dem Vorsprung der Wellenleiterschicht zu verringern, sodass Klebstoff gleichmäßiger verteilt werden kann, um einen größeren Teil des Vorsprungs des Wellenleiters zu umschließen. Vorzugsweise weisen nicht alle zweiten Schlitze die nach innen gerichteten Vorsprünge auf, um z.B. ebenfalls die Klebstoffverteilung zu erleichtern. Noch bevorzugter hat nur ein Viertel der zweiten Schlitze derartige nach innen gerichtete Vorsprünge;
- sind die zweiten Schlitze ferner ausgerichtet, um es dementsprechend zu ermöglichen, dass Zähne eines kammähnlichen Montagewerkzeugs darin eingeführt werden können; und
- weist die Ferrule ferner an einer Fläche, die der Fläche gegenüberliegt, die die mechanischen Ausrichtungsschlitze aufweist, eine Anordnung von Linsen auf, die so angeordnet sind, dass sie eine optische Verbindung zu den Stellen der zweiten Schlitze herstellen, in die die Vorsprünge der Wellenleiterschichten einzuführen sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung als Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter verkörpert, der eine Ferrule gemäß Ausführungsformen und einen Stapel von Wellenleiterschichten aufweist, die an der Ferrulenfläche befestigt sind, die die mechanischen Ausrichtungsschlitze aufweist. Bei Ausführungsformen handelt es sich bei den Wellenleiterschichten um Polymer-Wellenleiterschichten. Außerdem kann es sich bei den Vorsprüngen von Wellenleiterschichten um Wellenleiteradern handeln, die so gestaltet sind, dass sie Licht in den Wellenleiterschichten leiten. Diese Wellenleiteradern können zum Beispiel in Ummantelungen eingebettet sein, wobei die Ummantelungen vorzugsweise aus einem optischen Klebstoff bestehen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt ist die Erfindung als Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter verkörpert, aufweisend: einen Stapel von Wellenleiterschichten; eine Ferrule mit einer Wand, die zwei gegenüberliegende Flächen zeigt, wobei eine der gegenüberliegenden Flächen eine mechanische Ausrichtungsstruktur aufweist, an der ein Ende des Stapels befestigt ist, und die andere der gegenüberliegenden Flächen eine Anordnung von Linsen aufweist, die in einer optischen Verbindung mit dem Stapel stehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Erfindung als Stapel von Wellenleiterschichten verkörpert, aufweisend: Vorsprünge an einem seiner Enden, die ausgehend von einer Hauptoberfläche von Wellenleiterschichten quer verlaufen und so angeordnet sind, dass sie mit mechanischen Ausrichtungsschlitzen einer Ferrule zusammenwirken können, die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind, um in den Schlitzen befestigt zu werden, sodass sie einen Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter bilden.
Gemäß einem abschließenden Aspekt der Erfindung ist die Erfindung als Verfahren zum Verbinden eines Stapels von Wellenleiterschichten an einer Fläche einer Ferrule mit einer mechanischen Ausrichtungsstruktur verkörpert, aufweisend: In-Position-bringen der Ferrule bei jeder Wellenleiterschicht; Verteilen von Klebstoff in Vertiefungen der mechanischen Ausrichtungsstruktur; Schieben der Wellenleiterschicht in die Vertiefungen; Einführen des kammähnlichen Werkzeugs in die Ferrule, sodass das Werkzeug die Wellenleiterschicht in die Vertiefungen pressen kann; Aushärten des Klebstoffs; und Anbringen einer Abdeckung an der Ferrule. Das Verteilen von Klebstoff kann zum Beispiel entweder vor dem Schieben oder unmittelbar vor dem Aushärten des Klebstoffs durchgeführt werden.
Bei diesem Verfahren:

- weist die mechanische Ausrichtungsstruktur vorzugsweise mechanische Ausrichtungsschlitze auf, die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind; und
- sind vorzugsweise erste Schlitze in einer ersten Richtung ausgebildet, um ein Ende der Wellenleiterschichten entsprechend aufzunehmen, sind vorzugsweise zweite Schlitze in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, ausgebildet, um Vorsprünge entsprechend aufzunehmen, die ausgehend von einer Hauptoberfläche der Wellenleiterschichten quer verlaufen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung klar, die nicht als einschränkende Beispiele angegeben sind, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die einschränkende Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Figurenliste

1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht (3-D-Ansicht) einer Ferrule, einer Wellenleiterschicht und eines Montagewerkzeugs gemäß Ausführungsformen;
2 zeigt aus einem anderen Blickwinkel als in 1 eine 3-D-Ansicht einer Ferrule, einer Wellenleiterschicht und eines Montagewerkzeugs gemäß Ausführungsformen;
3 zeigt eine 3-D-Ansicht eines Montagewerkzeugs, das bei Ausführungsformen verwendet wird;
4 zeigt eine 3-D-Ansicht einer Wellenleiterschicht gemäß Ausführungsformen;
5 zeigt eine 3-D-Ansicht einer Einzelheit einer Ferrule gemäß Ausführungsformen;
6 zeigt eine Ansicht einer Ferrule, einer Wellenleiterschicht und eines Montagewerkzeugs im bei Ausführungsformen montierten Zustand;
Die 7a bis 7d zeigen unterschiedliche Ansichten einer Wellenleiterschicht gemäß Ausführungsformen;
8 zeigt eine Ansicht einer Ferrule und eines Stapels von Wellenleiterschichten im gemäß Ausführungsformen montierten Zustand;
9 zeigt eine Ansicht einer Ferrule gemäß Ausführungsformen aus einem anderen Blickwinkel als 8;
10 zeigt eine Ansicht einer Ferrule und einer Wellenleiterschicht gemäß Ausführungsformen aus einem noch anderen Blickwinkel als 8;
11 zeigt eine Ferrule und eine Wellenleiterschicht gemäß Ausführungsformen aus einem noch anderen Blickwinkel als 8;
Die 12a und 12 b zeigen Ansichten eines bei Ausführungsformen verwendeten Montagewerkzeugs aus verschiedenen Blickwinkeln; und 13 veranschaulicht verschiedene Schritte eines Verfahrens zum Verbinden eines Stapels von Wellenleiterschichten mit einer Fläche einer Ferrule gemäß Ausführungsformen der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein mit Linsen ausgestatteter Steckverbinder für mehrschichtige Polymer-Wellenleiter vorgeschlagen. Die Wellenleiterschichten werden mithilfe mechanischer Ausrichtungsmerkmale, die in die Fläche der mit Linsen ausgestatteten Steckverbinder-Ferrule integriert sind, auf die mit Linsen ausgestattete Steckverbinder-Ferrule ausgerichtet. Jede Lichtwellenleiterschicht ist auf eine eigene Gruppe mechanischer Ausrichtungsmerkmale in der Ferrule ausgerichtet, wodurch eine Häufung von Ausrichtungsfehlern vermieden wird.
Die Schichten des Stapels von Wellenleitern sind vorzugsweise räumlich voneinander getrennt und nicht direkt aufeinander gestapelt.
Die Ferrule weist vorzugsweise eine Anordnung optischer Linsen auf, die mit den Wellenleiterschichten des Stapels optisch verbunden sind, wenn der Stapel in der Ferrule angeschlossen ist.
1 zeigt eine 3-D-Ansicht einer Ferrule, einer Wellenleiterschicht und eines Montagewerkzeugs. Eine Wellenleiterschicht F1 wurde mithilfe eines Montagewerkzeugs 1 in eine Ferrule 2 eingeführt und befestigt. Die Ferrule 2 weist Bohrungen 20 und eine Aussparung 24 auf. An einer Fläche 22 der Aussparung 24 befindet sich ein Gitter aus Vorsprüngen 72, die Ausrichtungsschlitze bilden, die horizontalen Ausrichtungsschlitze H und die vertikalen Ausrichtungsschlitze V. Oberhalb des Gitters von Vorsprüngen 72 befindet sich eine Reihe konischer Vorsprünge 71, die die Führung der Zähne 11 des Montagewerkzeugs 1 unterstützen. Eine Wellenleiterschicht F1 weist am Ende 30 Vorsprünge 31 auf, die sich ausgehend von einer Hauptoberfläche der Wellenleiterschicht F1 quer erstrecken. Die Wellenleiterschicht F1 ist horizontal so in die Aussparung 24 der Ferrule 2 eingeführt, dass das Ende 30 der Wellenleiterschicht F1 in einen horizontalen Ausrichtungsschlitz H gelangt und die Enden der Vorsprünge 31 in die vertikalen Ausrichtungsschlitze V gelangen. Wenn die Wellenleiterschicht F1 in Position gebracht wurde, bewegt sich das Montagewerkzeug 1 nach unten, und die Zähne 11 des Montagewerkzeugs 1 pressen das Ende 30 der Wellenleiterschicht F1 gegen die Vorsprünge 72, nachdem sie zwischen den konischen Vorsprüngen 71 geführt wurden.
2 zeigt aus einem anderen Blickwinkel als 1 eine 3-D-Ansicht einer Ferrule, einer Wellenleiterschicht und eines Montagewerkzeugs. An einer Außenfläche der Ferrule 2 außerhalb der Aussparung 24, genauer ausgedrückt an der Fläche, die der Fläche 22 gegenüberliegt, die die mechanischen Ausrichtungsschlitze H und V aufweist, weist die Ferrule 2 eine Anordnung von Linsen 21 auf.
3 zeigt eine 3-D-Ansicht eines Montagewerkzeugs. Das kammähnliche Montagewerkzeug 1 weist die Zähne 11 auf, die sich an einem Ende 10 des Montagewerkzeug 1 befinden.
4 zeigt eine 3-D-Ansicht einer Wellenleiterschicht. An einem Ende 30 der Wellenleiterschicht F1 befinden sich Vorsprünge 31, die sich ausgehend von einer Hauptoberfläche der Wellenleiterschicht F1 quer erstrecken. Die Vorsprünge 31 sind parallel zueinander angeordnet. Bei den Vorsprüngen 31 handelt sich um optische Adern, die das Licht durch die Wellenleiterschicht F1 leiten.
5 zeigt eine 3-D-Ansicht einer Einzelheit einer Ferrule. An der Fläche 22 der Aussparung 24 der Ferrule 2 befindet sich ein Gitter aus Vorsprüngen 72, die Ausrichtungsschlitze bilden, von denen einige horizontal H und einige vertikal V verlaufen. Die vertikalen Zwischenräume 43 zwischen den Vorsprüngen 72 nehmen die Vorsprünge 31 des Endes 30 der Wellenleiterschicht F1 oder einer anderen Wellenleiterschicht auf, die der Wellenleiterschicht F1 ähnelt. Die Wellenleiterschicht gelangt in einen horizontalen Ausrichtungsschlitz H und liegt an der oberen Oberfläche 74 einer Reihe der Vorsprünge 72 an. Die Vorsprünge 31 der Wellenleiterschicht werden aufgrund der nach innen gerichteten Vorsprünge 73 aller Vorsprünge 72 in die Zwischenräume 43 geführt. Die nach innen gerichteten Vorsprünge 73 machen die Zwischenräume 43 schmaler, sodass die Vorsprünge 73 der Wellenleiterschicht in Bezug auf das Gitter der Vorsprünge 72 exakter positioniert sind.
6 zeigt eine 3-D-Ansicht einer Ferrule, einer Wellenleiterschicht und eines Montagewerkzeugs im montierten Zustand. Hier sind die unterschiedlichen Elemente im montierten Zustand zu sehen. Die Vorsprünge 31 des Endes 30 der Wellenleiterschicht F1 befinden sich in den vertikalen Ausrichtungsschlitzen und genauer ausgedrückt in den Vertiefungen 41. Diese Vorsprünge 31 sind aufgrund der nach innen gerichteten Vorsprünge 73 der Vorsprünge 72, die die Vertiefungen 41 örtlich schmaler machen, in Bezug auf die Vertiefungen 41 exakt positioniert. Die Wellenleiterschicht F1 liegt an der horizontalen Oberfläche 74 einer Reihe von Vorsprüngen 72 an. Die Zähne 11 des Montagewerkzeugs 1 bewegen sich durch die Vertiefungen 42 der vertikalen Ausrichtungsschlitze V, bis sie die obere Oberfläche der Wellenleiterschicht F1 erreichen und gegen diese drücken, die sich dann in Bezug auf die Ferrule 2 in der richtigen Position befindet. Anschließend kann Klebstoff um das Ende 30 der Wellenleiterschicht F1 herum eingebracht werden, um sie in den Ausrichtungsschlitzen H und V der Ferrule 2 zu befestigen.
Die 7a, 7b, 7c und 7d zeigen Ansichten einer Wellenleiterschicht aus unterschiedlichen Blickwinkeln. 7a ist eine Draufsicht der Unterseite der Wellenleiterschicht F1. Die Vorsprünge 31 erstrecken sich an einem Ende 30 der Wellenleiterschicht F1 vertikal von der Hauptoberfläche der Wellenleiterschicht F1. 7b ist eine Seitenansicht von 7a. 7c ist eine Ansicht entlang des Schnitts AA in 7a, während 7d eine Ansicht entlang des Schnitts BB in 7a ist.
Die 7a bis 7d zeigen, dass die obere Ummantelung am Anschnittflächenende 30 der Wellenleiterschicht F1, das mit der Fläche 22 der Ferrule 2 verbunden wird, auf einer Länge von maximal ca. 1 mm entfernt wurde. Diese Art der Strukturierung lässt sich während der Wellenleiterfertigung leicht realisieren. Außerdem muss die Qualität der Anschnittfläche des Endes 30 der Wellenleiterschicht F1, das verbunden werden soll, keine Optik-Qualität haben, was bedeutet, dass die durch die Trenntechnik entstehende Oberflächenrauheit ziemlich hoch sein kann, wodurch unterschiedliche Verfahren wie beispielsweise einfaches Sägen zur Vorbereitung der Anschnittfläche möglich sind. Der Grund hierfür liegt darin, dass der anschließend verwendete Klebstoff Optik-Qualität hat.
8 zeigt eine Ansicht einer Ferrule und eines Stapels von Wellenleiterschichten im montierten Zustand. Die Ferrule 2 weist eine Ausrichtungsstruktur mit den Vorsprüngen 72 und 71 auf. Ein Stapel von Wellenleiterschichten F1, F2, F3 und F4 ist in die Aussparung 24 der Ferrule 2 eingesetzt. Die Vorsprünge 31 des Endes 30 der Wellenleiterschicht F1 sind so in die Vertiefungen 41 der vertikalen Ausrichtungsschlitze V eingesetzt, dass sie in Bezug auf die Ausrichtungsvorsprünge 72 der Ferrule 2 exakt in Position gebracht werden. Die Vorsprünge 31 des Endes 30 der Wellenleiterschicht F2 sind so in die Vertiefungen 42 der vertikalen Ausrichtungsschlitze V eingesetzt, dass sie in Bezug auf die Ausrichtungsvorsprünge 72 der Ferrule 2 exakt in Position gebracht werden. Die Vorsprünge 31 des Endes 30 der Wellenleiterschicht F3 sind so in die Vertiefungen 43 der vertikalen Ausrichtungsschlitze V eingesetzt, dass sie in Bezug auf die Ausrichtungsvorsprünge 72 der Ferrule 2 exakt in Position gebracht werden. Die Vorsprünge 31 des Endes 30 der Wellenleiterschicht F4 sind so in die Vertiefungen 44 der vertikalen Ausrichtungsschlitze V eingesetzt, dass sie in Bezug auf die Ausrichtungsvorsprünge 72 der Ferrule 2 exakt in Position gebracht werden.
Ein mit Linsen ausgestatteter Steckverbinder für mehrschichtige Polymer-Wellenleiter besteht aus einer transparenten Ferrule, die Linsen 21 und horizontale und vertikale Ausrichtungsschlitze H und V zum Positionieren jeder einzelnen Polymer-Wellenleiterschicht F1 bis F4 enthält. Die Polymer-Wellenleiterschichten F1 bis F4 enthalten im Bereich des Steckverbinders freistehende Ader-Wellenleiter, bei denen es sich um die Vorsprünge 31 handelt. Diese freistehenden Adern 31 sind auf die mit Linsen ausgestattete Steckverbinder-Ferrule 2 ausgerichtet. Ein transparenter Klebstoff dient zur Befestigung der Wellenleiterschichten F1 bis F4 in der mit Linsen ausgestatteten Ferrule 2. Dieser transparente Klebstoff ist vorzugsweise aus demselben Material wie die Ummantelung der Lichtwellenleiterschicht hergestellt. Bei den Wellenleiterschichten handelt es sich vorzugsweise um Polymer-Wellenleiterschichten. Die Vorsprünge 31 der Wellenleiterschichten F1 bis F4 sind Wellenleiteradern, die so gestaltet sind, dass sie Licht in den Wellenleiterschichten F1 bis F4 leiten.
Der Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiterschichten weist einen Stapel von Wellenleiterschichten F1, F2, F3 und F4 sowie eine Ferrule 2 mit einer Wand auf, die zwei gegenüberliegende Flächen zeigt. Eine der gegenüberliegenden Flächen, die Fläche 22, weist eine mechanische Ausrichtungsstruktur auf, bei der es sich um das Gitter aus Vorsprüngen 72 handelt, an dem ein Ende 30 des Stapels befestigt ist. Die andere der gegenüberliegenden Flächen weist eine Anordnung von Linsen 21 auf, die in optischer Verbindung mit dem Stapel von Wellenleiterschichten F1 bis F4 stehen.
Der Stapel von Wellenleiterschichten F1 bis F4 weist an einem seiner Enden, am Ende 30, Vorsprünge 31 auf, die quer von der Hauptoberfläche der Wellenleiterschichten F1 bis F4 ausgehen und so angeordnet sind, dass sie mit mechanischen Ausrichtungsschlitzen H und V einer Ferrule 2 zusammenwirken können, die in einer bidirektionalen Gitterstruktur aus Vorsprüngen 72 angeordnet sind, um in horizontalen und vertikalen Ausrichtungsschlitzen H und V befestigt zu werden, um einen Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter zu bilden.
9 zeigt eine Ansicht einer Ferrule aus einem anderen Blickwinkel als 8. 9 zeigt eine Draufsicht der Ferrule 2 und eine Draufsicht ihrer Aussparung 24. Nur die obere Reihe von Vorsprüngen, die Reihe konischer Vorsprünge 71, ist zu sehen, da sie die anderen Vorsprünge 72 verdeckt, die hier nicht sichtbar sind. Zwischen den Vorsprüngen 71 befinden sich die vertikalen Ausrichtungsschlitze V. Die Anordnung von Linsen 21 befindet sich an einer Außenfläche der Ferrule zwei. Hier ist zu erkennen, dass 8 eine Schnittansicht entlang AA ist, während es sich bei 10 um einen Schnitt entlang BB handelt.
10 zeigt eine Ansicht einer Ferrule und einer Wellenleiterschicht aus einem noch anderen Blickwinkel als 8. Alle Wellenleiterschichten F1 bis F4 befinden sich aufgrund des Gitters aus Vorsprüngen 72 in Bezug auf die Ferrule 2 exakt an Ort und Stelle, sodass ihre Adern in optischer Verbindung mit den Linsen 21 stehen. Die Anordnung von Linsen 21 steht mit je einer Linse 21 pro optische Ader in optischer Verbindung mit den optischen Adern des Stapels aus Wellenleiterschichten F1 bis F4.
11 zeigt eine Ansicht einer Ferrule und einer Wellenleiterschicht aus einem noch anderen Blickwinkel als 8. Die Gitterstruktur der Anordnung von Linsen 21 entspricht der Gitterstruktur aus Vorsprüngen 72.
In den 8 bis 11 ist das Material nicht dargestellt, das zur Befestigung der mehrschichtigen Polymer-Wellenleiterschichten F1 bis F4 an der Ferrule 2 verwendet wird. Die Ferrule 2 ist aus einem Material hergestellt, das bei den Wellenlängen optisch durchlässig ist, mit denen Licht übertragen werden muss, üblicherweise zum Beispiel bei ca. 850 nm im Multimode-Betrieb.
In den 1 bis 11 ist eine Ferrule 2 eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter mit einer Fläche 22 zu sehen, die mechanische Ausrichtungsschlitze horizontal H und vertikal V aufweist, die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind. Die horizontalen Ausrichtungsschlitze H in einer Horizontalrichtung sind ausgebildet, um ein Ende 30 der Wellenleiterschichten F1 bis F4 entsprechend aufzunehmen. Die vertikalen Ausrichtungsschlitze V in einer rechtwinklig zur Horizontalrichtung verlaufenden Vertikalrichtung sind ausgebildet, um die Vorsprünge 31 entsprechend aufzunehmen, die quer von der Hauptoberfläche der Wellenleiterschichten F1 bis F4 ausgehen. Die Fläche 22 ist eine Stirnfläche der Aussparung 24 der Ferrule 2. Mindestens einer der vertikalen Ausrichtungsschlitze V weist mindestens einen nach innen gerichteten Vorsprung 73 auf, der so angeordnet ist, dass er die Position eines Vorsprungs 31 einer Wellenleiterschicht F1 bis F4 beschränken kann, der in diesen vertikalen Ausrichtungsschlitz V eingeführt wird. Es ist sogar noch besser, wenn mehrere, aber nicht alle vertikalen Ausrichtungsschlitze V, einen derartigen nach innen gerichteten Vorsprung 73 aufweisen. Mindestens einer der vertikalen Ausrichtungsschlitze V weist mindestens zwei oder mehrere nach innen gerichtete Vorsprünge 73 auf, die so angeordnet sind, dass sie die Position eines Vorsprungs 31 einer Wellenleiterschicht F1 bis F4 beschränken können, der in diesen vertikalen Ausrichtungsschlitz V eingeführt wird. Es ist sogar noch besser, wenn mehrere oder sogar alle vertikalen Ausrichtungsschlitze V mehrere nach innen gerichtete Vorsprünge 73 aufweisen. Die vertikalen Ausrichtungsschlitze V sind ferner ausgerichtet, um es dementsprechend zu ermöglichen, dass Zähne 11 eines kammähnlichen Montagewerkzeugs 1 darin eingeführt werden können. Die Ferrule 2 weist ferner an einer Fläche, die der Fläche 22 gegenüberliegt, die die mechanische Horizontale und die Ausrichtungsschlitze H und V aufweist, eine Anordnung von Linsen 21 auf, die so angeordnet sind, dass sie eine optische Verbindung zu den Vertiefungen 41, 42, 43 und 44 der vertikalen Ausrichtungsschlitze V herstellen, in die die Vorsprünge der Wellenleiterschichten einzuführen sind.
Die 12a und 12b zeigen Ansichten eines Montagewerkzeugs aus verschiedenen Blickwinkeln. Um den flexiblen Polymer-Wellenleiter in der Ferrule zu halten, wird ein kammähnliches Montagewerkzeug 1 verwendet. Die „Zähne“ 11 dieses Kamms sind so gestaltet, dass sie vertikal durch die in den 8 und 9 gezeigten vertikalen Ausrichtungsschlitze V gehen. 12b ist ein Schnitt aus 12a entlang CC. Am Ende 10 des kammähnlichen Montagewerkzeugs 1 befinden sich die parallelen Zähne 11. Diese Zähne 11 gleiten schrittweise in die vertikalen Ausrichtungsschlitze V der Ferrule 2, bis sie die Wellenleiterschichten F1 bis F4 erreichen und gegen diese drücken.
13 veranschaulicht Schritte eines Verbindungsverfahrens gemäß Ausführungsformen. Mit diesem Verfahren wird ein Stapel von Wellenleiterschichten F1 bis F4 mit einer Fläche 22 einer Ferrule 2 verbunden, die eine mechanische Ausrichtungsstruktur zeigt. Dieses Verfahren weist nacheinander einen einmal ausgeführten ersten Schritt S1, dann eine Folge von Schritten S2 bis S7, die bei jeder Wellenleiterschicht F1 bis F4 des Stapels ausgeführt wird, und danach einen einmal ausgeführten Schritt S8 auf. Die Schritte S2 bis S6 können nacheinander oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, zum Beispiel der Schritt S2 zwischen Schritt S5 und Schritt S6.
Das Verfahren weist zuerst einen Schritt S1 auf, bei dem die Ferrule in Position gebracht wird. Danach werden bei jeder Wellenleiterschicht F1 bis F4 die folgenden Schritte ausgeführt:

- zuerst ein Schritt S2, bei dem Klebstoff in die Vertiefungen 41 bis 44 der mechanischen Ausrichtungsstruktur verteilt wird;
- dann ein Schritt S3, bei dem die Wellenleiterschichten F1 bis F4 in die Vertiefungen 41 bis 44 geschoben werden, gefolgt von einem Schritt S4, bei dem ein kammähnliches Montagewerkzeug 1 in die Ferrule 2 eingeführt wird, sodass es in einem Schritt S5 die Wellenleiterschicht F1 bis F4 in die Vertiefungen 41 bis 44 pressen kann;
- als Nächstes ein Schritt S6 des Aushärtens des Klebstoffs.
- Muss eine weitere Wellenleiterschicht eingeführt werden (Schritt S7)? Wenn ja, zurück zu Schritt S2, anderenfalls zu Schritt S8; und
- abschließend ein Schritt S8, bei dem eine Abdeckung an der Ferrule angebracht wird.

Genauer ausgedrückt wird die Ferrule in Schritt S1 in Position gebracht. Bei der Wellenleiterschicht F1 wird in Schritt S2 eine kontrollierte Menge Klebstoff in den Vertiefungen 41 verteilt, die sich unten an den vertikalen Ausrichtungsschlitzen V befinden. Der Klebstoff zeigt vorzugsweise einen Brechungsindex, der in der Nähe des Brechungsindex des Polymers liegt, aus dem die Ummantelung der Wellenleiterschicht F1 besteht. In Schritt S3 wird die Polymer-Wellenleiterschicht F1 von der Rückseite in die Vertiefungen 41 geschoben. In Schritt S4 wird das kammähnliche Montagewerkzeug 1 über die vertikalen Ausrichtungsschlitze V eingeführt. Die Form der obersten Schicht der Vorsprünge 71 in der Ferrule 2 ist konisch, um das Einführen und präzise Positionieren der Zähne 11 des Montagewerkzeugs 1 zu erleichtern. In Schritt S5 wird dieses Werkzeug 1 nach unten auf die Polymer-Wellenleiterschicht F1 bewegt und presst diese an die obere Oberfläche 74 der Vorsprünge 72 der Ferrule 2. In Schritt S6 wird der Klebstoff gehärtet. Es können Klebstoffe mit unterschiedlichen Härtungsverfahren verwendet werden. Am meisten verbreitet sind thermische Aktivierungen, die UV-Härtung (in diesem Fall muss die Ferrule 2 UV-durchlässig sein) oder die Verwendung von Zweikomponenten-Epoxidharz.
Die Schritte S2 bis S6 werden bei Wellenleiterschichten F2 bis F4 des Stapels wiederholt. In Schritts S7 wird eine Kontrolle durchgeführt, um zu gewährleisten, dass diese Wiederholung ausgeführt wurde, bis alle Wellenleiterschichten F1 bis F4 des Stapels an der Ferrule 2 befestigt sind. In Schritt S8 kann eine Abdeckung an der Ferrule 2 angebracht werden, um eine bessere mechanische Gesamtstabilität des Steckverbinders zu erreichen.
Dank der Schritte S1 bis S8 können mehrere Hauptvorteile des vorgeschlagenen Montageverfahrens separat oder in Kombination abgeleitet werden.
Alle Ausrichtungsmerkmale, die zur exakten Ausrichtung von Polymer-Wellenleiterschichten benötigt werden, sind direkt in die Ferrule 2 integriert. Dies hat eine positive Auswirkungen auf die erreichten Ausrichtungstoleranzen und die erwartete Ausbeute.
Jede Wellenleiterschicht wird separat ausgerichtet. Dadurch kann das Konzept auf viele Wellenleiterschichten skaliert werden.
Die zur optischen Verbindung verwendete Anordnung von Linsen 21 ist direkt in die Ferrule 2 integriert. Dadurch wird die Anzahl von Bauteilen verringert, und es werden zusätzliche Ausrichtungsmerkmale zwischen der Ferrule 2 und der Anordnung von Linsen 21 vermieden.
Da die vordere Anschnittfläche der Wellenleiterschichten in optisch transparenten Klebstoff getaucht wird, müssen die Anschnittflächen der Wellenleiterschichten keine optiktaugliche Oberflächenqualität aufweisen. Dadurch erhöht sich die Anzahl von Verfahren, die zur Vorbereitung der Anschnittflächen verwendet werden können.
Im Vergleich zu dem Stand der Technik entsprechenden Konzepten zur Montage mehrerer Schichten sind die Toleranzen bei der Kontrolle der Dicke der Wellenleiterschicht-Ummantelung während der Fertigung deutlich weniger streng und können in der Regel beispielsweise zwischen ±1,5 µm und ±15 µm liegen.
Das Montagewerkzeug 1 sollte keiner starken Ermüdung unterliegen, sodass es bei einer hohen Anzahl von Baugruppen eingesetzt werden kann.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Im Rahmen des Geltungsbereichs der Erfindung sind jedoch viele Variationen möglich

Claims

Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter mit einer Aussparung (24) zum Einsetzen eines Stapels von Wellenleiterschichten und mit einer Stirnfläche (22) der Aussparung (24), aufweisend mechanische Ausrichtungsschlitze (H, V), die in einer bidirektionalen Gitterstruktur angeordnet sind, wobei: - erste Schlitze (H) in einer ersten Richtung ausgebildet sind, um ein Ende (30) der Wellenleiterschichten (F1 bis F4) entsprechend aufzunehmen; und - zweite Schlitze (V) in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, ausgebildet sind, um sich an dem Ende (30) der Wellenleiterschichten (F1 bis F4) quer von der Hauptoberfläche der Wellenleiterschichten (F1 bis F4) erstreckende Vorsprünge (31) entsprechend aufzunehmen und Zähne (11) eines kammähnlichen Montagewerkzeugs (1) darin einzuführen.
Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter gemäß Anspruch 1, bei der die zweite Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung verläuft.
Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Stirnfläche (22) eine Stirnfläche ist.
Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens einer der zweiten Schlitze (V) mindestens einen nach innen gerichteten Vorsprung (73) aufweist, der so angeordnet ist, dass er die Position eines Vorsprungs (31) einer Wellenleiterschicht (F1 bis F4) beschränken kann, der in den mindestens zweiten Schlitz (V) eingeführt wird;
Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter gemäß Anspruch 4, bei der mindestens einer der zweiten Schlitze (V) mindestens zwei oder mehr nach innen gerichtete Vorsprünge (73) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie die Position eines Vorsprungs (31) einer Wellenleiterschicht (F1 bis F4) beschränken können, der in den mindestens zweiten Schlitz (V) eingeführt wird.
Ferrule (2) eines Steckverbinders für mehrschichtige Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ferrule (2) ferner an einer Fläche, die der Stirnfläche (22) gegenüberliegt, die die mechanischen Ausrichtungsschlitze (H, V) aufweist, eine Anordnung von Linsen (21) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie eine optische Verbindung zu den Stellen (41, 42, 43, 44) der zweiten Schlitze (V) herstellen, in die die Vorsprünge (31) der Wellenleiterschichten einzuführen sind.
Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter, aufweisend eine Ferrule (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Stapel von Wellenleiterschichten (F1 bis F4), die an der Stirnfläche (22) befestigt sind, die die mechanischen Ausrichtungsschlitze (H, V) aufweist.
Steckverbinder für mehrschichtige Wellenleiter nach Anspruch 7, bei dem die Wellenleiterschichten (F1 bis F4) Polymer-Wellenleiterschichten sind.
Steckverbinder für mehrschichtige Wellenschichten nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Vorsprünge (31) von Wellenleiterschichten (F1 bis F4) Wellenleiteradern sind, die so gestaltet sind, dass sie Licht in den Wellenleitern (F1 bis F4) leiten.
Verfahren zum Verbinden eines Stapels von Wellenleiterschichten (F1 bis F4) mit einer Stirnfläche (22) einer Ferrule (2), die eine mechanische Ausrichtungsstruktur zeigt, aufweisend: In-Position-bringen (S1) der Ferrule (2); bei jeder Wellenleiterschicht (F1 bis F4) Verteilen (S2) von Klebstoff in Vertiefungen (41, 42, 43, 44) der mechanischen Ausrichtungsstruktur; Schieben (S3) der Wellenleiterschicht (F1 bis F4) in die Vertiefungen (41, 42, 43, 44); Einführen (S4, S5) des kammähnlichen Werkzeugs (1) in die Ferrule (2), sodass das Werkzeug die Wellenleiterschicht (F1 bis F4) in die Vertiefungen (41, 42, 43, 44) pressen kann; und Aushärten des Klebstoffs (S6); Anbringen (S8) einer Abdeckung an der Ferrule (2).