PL170761B1

PL170761B1 - Sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego PL PL PL

Info

Publication number: PL170761B1
Application number: PL92296724A
Authority: PL
Inventors: Thierry L A Dannoux; Patrick J P Herve
Original assignee: Corning Inc
Priority date: 1991-11-25
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1997-01-31
Also published as: JPH05273438A; HU9203685D0; HUT68954A; JP2002139646A; TW209891B; SK347692A3; EP0544024A1; EP0907092B1; US5447585A; PL296724A1; EP0544024B1; CZ282893B6; DE69131379T2; DE69131379D1; EP0907092A1; CZ347692A3; AU661731B2; BR9204518A; SK281163B6; ES2136063T3

Abstract

1. Sposób wytwarzania zintegrowanego elementu o ptycznego, który obejmuje ksztaltowanie wielozespolo- wej struktury zawierajacej szereg optycznych elementów, z których kazdy ma co najmniej jeden otwór wyjsciowy falowodu na swojej powierzchni, oraz ustawianie co naj- mniej jednej wiazki wlókien swiatlowodowych w jednej osi z co najmniej jednym otworem wyjsciowym falowodu 1 mocowanie jej do elementu optycznego, znamienny tym, ze co najmniej jedna wiazke wlókien swiatlowodo- wych (47,48, 49) ustawia sie w jednej osi z co najmniej jednym otworem wyjsciowym (36,36a) falowodu (35,45) w kazdym optycznym elemencie (70) wielozespolowej struktury przesuwajac wiazke wlókien swiatlowodowych (47,48,49) wzdluz powierzchni z otworem wyjsciowym (36,36a) do precyzyjnego ustawienia tej wiazki w jednej osi z odpowiednim wyjsciowym otworem (36, 36a) falowodu (35,45), a nastepnie mocuje sie kazda wiazke wlókien swiatlowodowych (47,48,49) do otworów wyj- sciowych (36, 36a) falowodu (35, 45) elementów op- tycznych (70) zlaczonych wielozespolowa strukture, po czym rozdziela sie wielozespolowa strukture na szereg poszczególnych optycznych elementów (70) z przylaczo- nymi wiazkami wlókien swiatlowodowych (47,48,49). Fig. 3c Fig. 4a PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego.

Wynalazek dotyczy, zwłaszcza wytwarzania zintegrowanych elementów optycznych z elastyczną wielożyłową wiązką światłowodową.

Zintegrowane elementy optyczne z wielożyłową wiązką włókien są znane, na przykład z opisów patentowych USA 4.765.702, USA 4.933.262 i USA 4.943.130, a także z opisu zgłoszenia patentowego EP 456026. Elementy te są wyprodukowane przy użyciu procesów wymiany jonowej. Opis patentowy USA 4.979.970 ujawnia sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego zawierającego, np. światłowodowy łącznik zbliżeniowy 2x2, przy czym każdy koniec łącznika posiada dwie elastyczne wiązki światłowodów połączone i optycznie zestrojone z dwoma zdyfundowanymi jonowo falowodami w szklanym podłożu.

Wytwarzanie elastycznej wiązki wielożyłowej jest najistotniejszym etapem produkcji takich zintegrowanych elementów optycznych. Etap ten obejmuje zarówno osiowanie ścieżki falowodu włókna światłowodowego ze ścieżki falowodu zdyfundowanego jonowo oraz przymocowywanie końcówek elastycznych wiązek włókien do powierzchni elementu. Osiowanie musi być niezwykle precyzyjne, zaś przymocowanie musi zapewniać stabilność osiowania wobec zmian środowiskowych (zwłaszcza wahań temperatury). Precyzyjne osiowanie jest bardzo trudne, zwłaszcza przy falowodach jedńomodowych, których rdzenie mają średnice w granicach 5-10 mikronów.

170 761

Jak opisano w opisie patentowym USA 4.979.970 końcówki elastycznej wiązki włókien mogą być precyzyjnie zosiowane ze ścieżkami obwodu optycznego przy użyciu mikromanipulatora, po wstępnym zgrubnym zosiowaniu przy użyciu zewnętrznego urządzenia ustalającego względem korpusu elementu (szpalta 4, w.20-24 i 41-50). Mikromanipulator używany jest zazwyczaj w połączeniu ze środkami detekcji optycznej w celu zapewnienia zosiowania czynnego. Mikromanipulator przemieszcza końcówkę włókna tam i z powrotem w okolicy otworu wyjściowego falowodu w elemencie, do momentu, gdy wykrywany sygnał optyczny jest najsilniejszy. Precyzja ruchów mikromanipulatorajest rzędu dziesiątych części mokrona.

W momencie uzyskania precyzyjnego zosiowania przy użyciu mikromanipulatora, na połączenie włókna z powierzchnią elementu nakładane jest złącze klejowe, po czym klej jest utwardzany (np. przez utwardzanie promieniami nadfioletowymi) w celu przymocowania elastycznej wiązki włókien do elementu.

Znany sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego w odniesieniu do rysunku, na którym fig. 1a-1c przedstawiają rzuty perspektywiczne zintegrowanej płytki optycznej według stanu techniki z wieloma elementami optycznymi, ukazując płytkę po uformowaniu jej w równoległościan (fig. 1a), po wycięciu poprzecznych rowków wylotowych i podpór włókien (fig. 1b) i po podzieleniu płytki na poszczególne elementy optyczne (fig. 1c).

Figura 2a i 2b przedstawiają rzut perspektywiczny i widok z boku zintegrowanego elementu optycznego według stanu techniki po przyłączeniu włókna.

Przedstawiony na fig. 2a i 2b, optyczny element 30 zawiera ścieżkę falowodu 25 scalacza/rozszczepiacza, oddzieloną poprzecznym wylotowym rowkiem 21 od podpory 22, na której jest zamocowane gołe włókno i podpory 23, na których są zamocowane powlekane włókna. Poprzeczny wylotowy rowek 21 tworzy przestrzeń 20 ustawiania w osi, zapewniającą miejsce, w którym mikromanipulator chwyta i przemieszcza światłowody. W celu uzyskania czynnego zosiowania użyte mogą być jednocześnie dwa mikromanipulatory dla zestrojenia wejściowego włókna 27 z pierwszym wyjściowym włóknem 28. Po zosiowaniu w ten sposób włókien wejściowego 27 i wyjściowego 28 ich precyzyjne ustawienie w linii jest utrzymane przez klejowe złącza 26 i 26a, zaś włókna 27, 28 są bezpiecznie przymocowane do elementu 30 przylepnymi materiałami 24 i 24a. Operacja ta powtarzana jest dla włókna 29. Dla elementu optycznego 30 (1x2) wszystkie trzy włókna 27, 28, 29 mogą być osiowane i mocowane jednocześnie, w zależności od precyzji mikromanipulatorów i ich oprogramowania sterującego.

W znanych ze stanu techniki technikach wytwarzania elementów optycznych, przedstawionych na fig. 1a-1c, ścieżki falowodowe dla licznych elementów tworzone są jednocześnie w pojedynczej płytce 5 technikami fotolitograficznymi. Następnie płytka 5 jest rowkowana (fig. 1b) i rozdzielana (fig. 1c), i wszelkie dalsze czynności takie jak łączenie w wiązki i pakowanie (montaż), mierzenie, ustalanie charakterystyki i testowanie wykonywane są osobno dla poszczególnych elementów optycznych.

W opisanym wyżej procesie zbierania włókien w elastyczne wiązki według stanu techniki występują dwa oddzielne etapy osiowania dla każdego pasywnego elementu optycznego: wstępne osiowanie zgrubne (rzędu ± 20 mikronów); oraz osiowanie precyzyjne (rzędu ± 0,5 mikrona). Jest to wada w wyniku której proces jest kosztowny i czasochłonny. Wstępne osiowanie zgrubne wymaga najwięcej czasu, gdyż boczna powierzchnia elementu jest często złym punktem odniesienia. Po precyzyjnym ustaleniu otworu wyjściowego falowodu dla jednego z włókien po stronie zespołu włókien pojedynczego urządzenia, pozostałe otwory wyjściowe lub otwór po tej stronie tego urządzenia mogą być umiejscowione bez powtarzania etapu osiowania zgrubnego. Wynika to z faktu, iż ścieżki falowodów są bardzo precyzyjnie zosiowane ze sobą podczas etapów maskowania fotolitograficznego (z dokładnością poniżej 1 mikrona). Jednakże czasochłonny etap osiowania zgrubnego musi być powtarzany dla każdego elementu optycznego.

Na figurach 1a, 1b i 1c przedstawiono proces formowania pojedynczych elementów optycznych według stanu techniki. Figura 1a obrazuje zintegrowaną optyczną płytkę 5, w której ścieżki falowodów zostały ukształtowane (ścieżki nie są pokazane) dla dziesiątek do setek poszczególnych elementów. Figura 1b obrazuje płytkę po wykonaniu w niej podpór 2, 3 i 2a, 3a

170 761 do mocowania włókna oraz poprzecznych wylotowych rowków lila, zazwyczaj przez szlifowanie i zazwyczaj po wytworzeniu w płytce 5 ścieżek falowodowych. Płytka jest następnie dzielona na poszczególne elementy optyczne sposobami konwencjonalnymi.

W pojedynczej płytce ścieżki falowodowe są zosiowane precyzyjnie dzięki dokładności samego procesu fotolitograficznego. Jednakże po podzieleniu płytki na poszczególne elementy to zosiowanie ulega destrukcji. Jest więc celem obecnego wynalazku zachowanie precyzyjnego zosiowania wytworzonego we wstępnym procesie fotolitograficznym do momentu bezpiecznego przymocowania elastycznych wiązek włókien do zintegrowanych elementów optycznych.

Inne etapy procesów wytwórczych według stanu techniki są również kosztowne i czasochłonne, gdy przeprowadzane są oddzielnie dla każdego elementu. Na przykład, przygotowanie i manipulacje poszczególnymi włóknami światłowodowymi w celu przymocowania ich do poszczególnych licznych elementów optycznych wymaga licznych oddzielnych powtarzalnych operacji, jak obnażanie i przygotowywanie powierzchni czołowych (zmniejszenie odbicia powrotnego). Jest to szczególnie istotne w etapach osiowania i pomiarów w procesie wytwarzania, gdzie końce włókien przeciwległych do elementu muszą być umiejscawiane oddzielnie w celu wprowadzenia lub wykrycia sygnału optycznego. Dlatego też innym celem obecnego wynalazku jest wykonanie operacji wytwórczych związanych z montażem, pakowaniem i pomiarem jednocześnie dla wielu elementów, a nie oddzielnie dla poszczególnych elementów, unikając konieczności szukania oddzielnych optycznych położeń i połączeń ze swobodnym końcem każdej wiązki włókien.

Ponadto oddzielna obróbka poszczególnych elementów we wczesnych etapach procesu produkcyjnego jest również czasochłonna i kosztowna. Jest więc celem obecnego wynalazku zachowanie zwartej integralności zintegrowanej płytki optycznej tak długo jak tylko jest to możliwe podczas produkcji i testowania zintegrowanych elementów optycznych.

Sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego, według wynalazku, który obejmuje kształtowanie wielozespołowej struktury zawierającej szereg optycznych elementów, z których każdy ma co najmniej jeden otwór wyjściowy falowodu na swojej powierzchni, oraz ustawianie co najmniej jednej wiązki włókien światłowodowych w jednej osi z co najmniej jednym otworem wyjściowym falowodu i mocowanie jej do elementu optycznego, charakteryzuje się tym, że co najmniej jedną wiązkę włókien światłowodowych ustawia się w jednej osi z co najmniej jednym otworem wyjściowym falowodu w każdym optycznym elemencie wielozespołowej struktury przesuwając wiązkę włókien światłowodowych wzdłuż powierzchni z otworem wyjściowym do precyzyjnego ustawienia tej wiązki w jednej osi z odpowiednim wyjściowym otworem falowodu, a następnie mocuje się każdą wiązkę włókien światłowodowych do otworów wyjściowych falowodu przy elementach optycznych złączonych w wielozespołową strukturę, po czym rozdziela się wielozespołową strukturę na szereg poszczególnych optycznych elementów z przyłączonymi wiązkami włókien światłowodowych.

Korzystnie przed przyłączeniem włókien światłowodowych oznacza się w wielozespołowej strukturze elementy optyczne i częściowo rozdziela się je pozostawiając je integralnie połączone, a w optycznych elementach osadza się ścieżki falowodów optycznych, będące w optycznym połączeniu z co najmniej jednym optycznym otworem wyjściowym, przy czym ścieżki falowodowe umieszcza się w pobliżu górnej powierzchni wielozespołowej struktury, zaś przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury, wykonuje się szereg nacięć równoległych do osi ścieżek falowodowych przyległych elementów optycznych, które rozmieszcza się na górnej lub na dolnej powierzchni wielozespołowej struktury.

Korzystnie przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury wykonuje się co najmniej jedno nacięcie prostopadle do osi ścieżek falowodowych zachowując odcinki połączenia poprzecznego, po czym usuwa się odcinki łączenia poprzecznego poprzez ich nacinanie lub zarysowywanie i ich rozrywanie.

Korzystnie powierzchnię wielozespołowej struktury nacina się i zarysowuje się przed przyłączeniem włókien.

170 761

Korzystnie w wielozespołowej strukturze wykonuje się łączące odcinki poprzeczne, a wielozespołową strukturę dzieli się na pojedyncze elementy optyczne poprzez eliminowanie poprzecznych odcinków.

Korzystnie przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury na szereg optycznych elementów pakuje się optyczne elementy montując opakowanie zaciskowe w kształcie litery U wokół optycznych elementów i uszczelniając te zaciskowe elementy w kształcie litery U na elementach optycznych, przy czym uszczelnia się zaciskowe elementy wtryskując szczeliwo przy pomocy wielogłowicowych urządzeń wtryskujących, zaś w wielozespołowej strukturze wykonuje się łączące poprzeczne odcinki utrzymujące integralność struktury i zapewniające otwarte przestrzenie między optycznymi elementami, po czym zanurza się wielozespołową strukturę w kąpieli uszczelniającej.

Korzystnie po przyłączeniu co najmniej jednego włókna światłowodowego do otworu wyjściowego falowodu i przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury sprawdza się połączenie włókien z optycznymi elementami przepuszczając sygnał świetlny przez optyczny element i określając jego straty przy przechodzeniu przez element optyczny.

Sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego, który obejmuje kształtowanie wielozespołowej struktury zawierającej szereg optycznych elementów, z których każdy ma co najmniej jeden optyczny otwór wyjściowy na swojej powierzchni, oraz ustawianie co najmniej jednej wiązki włókien światłowodowych w jednej osi z co najmniej jednym optycznym otworem wyjściowym i mocowaniejej do elementu optycznego, charakteryzuje się tym, że łączy się szereg włókien światłowodowych w co najmniej jedną strukturę taśmową i utrzymuje się powierzchnie czołowe włókien przy pierwszym końcu tej struktury taśmowej w stałym położeniu względem siebie, a następnie włókna na przeciwległym końcu tej wstęgi ustawia się w jednej osi z otworami wyjściowymi falowodów elementów optycznych złączonych w wielozespołową strukturę, jednocześnie utrzymując powierzchnie czołowe włókien przy pierwszym końcu co najmniej jednej taśmy w stałym położeniu względem siebie.

Korzystnie w wielozespołową strukturę zestawia się szereg zintegrowanych elementów optycznych, które stanowią zespalacze/rozpraszacze MxN, posiadające M wejść i N wyjść i zestawia się M taśm wejściowych i N taśm wyjściowych przed osiowaniem włókien z otworami wyjściowymi falowodów, przy czym do każdej taśmy wprowadza się jedno włókno do przyłączenia do konkretnego otworu wyjściowego każdego z szeregu zintegrowanych elementów optycznych, zaś końce tych taśm przeciwległe do elementów optycznych ustala się lub zbiera się w wiązki.

Korzystnie sprawdza się szereg zintegrowanych elementów optycznych przepuszczając sygnał świetlny przez element optyczny i określając straty przy jego przechodzeniu przez element optyczny, przy czym utrzymuje się powierzchnie czołowe włókien przy pierwszym końcu co najmniej jednej taśmy w stałym położeniu względem siebie.

Korzystnie powierzchnie czołowe włókien przy drugim końcu co najmniej jednej taśmy zestawia się razem, po czym nadaje się chropowatość powierzchniom czołowym włókien przed czynnym ich osiowaniem z otworami wyjściowymi falowodów.

Zatem według jednego wariantu obecnego wynalazku, precyzyjny rozdział ścieżek falowodowych różnych elementów optycznych wewnątrz zintegrowanej płytki optycznej zachowany jest podczas strojenia włókien i łączenia, po czym płytka dzielona jest na poszczególne elementy. Ułatwia to strojenie elementów optycznych i skraca czasy międzyoperacyjne.

Według innego wariantu obecnego wynalazku, spójność zintegrowanej płytki optycznej i/lub środków do łączenia bloków zachowana jest poprzez różne stopnie produkcji bloków, łącznie z montażem bloków wiązek i/lub pakowania bloków i/lub pomiarami bloków. To z kolei umożliwia bardziej precyzyjne dostrojenie elementów optycznych i wyeliminowanie błędów wiążących się z różnymi bazami odniesienia.

Przedmiot wynalazku jest opisany przykładowo w odniesieniu do rysunku, na którym fig. 3a-3c przedstawiają widok z tyłu, z boku i rzut perspektywiczny wielozespołowej struktury w postaci zintegrowanej płytki optycznej podczas jednego etapu wytwarzania elementu optycznego, z podziałem na liczne elementy optyczne lecz nie całkowicie rozdzielonej, fig. 4a - rzut

170 761 perspektywiczny płytki podzielonej na elementy optyczne podczas etapu przyłączania włókien, fig. 4b - rzut poziomy płytki podzielonej na struktury po przyłączeniu włókien, fig. 4c - rzut perspektywiczny płytki podzielonej na elementy optyczne z przyłączonymi włóknami, ukazujący mocowanie licznych elementów pakujących z folii metalowej, w kształcie litery U, fig. 5a i 5b - widoki z tyłu płytki, pokazujące zapakowane elementy optyczne podczas i natychmiast po oddzieleniu, fig. 6 - rzut perspektywiczny szeregu zapakowanych elementów optycznych 1x2 podczas dalszego pakowania przy użyciu formy wielogniazdowej, fig. 7 - rzut perspektywiczny szeregu zapakowanych elementów optycznych 1x2 gotowych do testowania termicznego i/lub optycznego, fig. 8 - rzut perspektywiczny pojedynczego, całkowicie zapakowanego elementu optycznego 1 x 2 w opakowaniu transportowym, fig. 9 - rzut perspektywiczny szeregu zapakowanych elementów optycznych 1x8 gotowych do testowania termicznego i/lub optycznego, fig. 10 - rzut perspektywiczny pojedynczego, całkowicie zapakowanego elementu optycznego 1 x 8, w opakowaniu transportowym.

Zaintegrowana płytka optyczna, pokazana na fig. 3a, 3b i 3c, ze ścieżkami falowodów 35-35n jest przygotowywana do przyłączenia wiązki włókien, przez utworzenie podpór 32, 33 przyłączy włókien i odkrycie wyjściowych otworów 36 i 36a ścieżek falowodów 35 przez utworzenie poprzecznego wylotowego rowka 31. Mimo, iż w typowym elemencie optycznym niektóre z otworów są otworami wyjściowymi (np. po jednej stronie) zaś inne otwory są otworami wejściowymi (np. po drugiej stronie), dla uproszczenia, optyczne otwory wyjściowe jakie wykonano w niniejszym sposobie mogą również stanowić optyczne otwory wejściowe ścieżek falowodów. Płytka jest częściowo podzielona na elementy optyczne, celem utworzenia między-elementowych szczelin 40, lecz elementy optyczne pozostają połączone odcinkami 37 i 38 oraz 37a i 38a łączenia poprzecznego. Dzielenie na elementy optyczne może być dokonane przy użyciu konwencjonalnego wibracyjnego cięcia drutem, z zatrzymaniem operacji zanim drut tnący przejdzie całkowicie przez płytkę. Mogą być użyte również inne środki oddzielające, jak wielodrutowy przecinak (wibracyjny) lub piła wieloostrzowa.

W przykładzie wykonania wynalazku zobrazowanym na fig. 3a-3c części dolnej warstwy płytki zostały usunięte, w wyniku czego odcinki łączenia poprzecznego 37, 38 i 37a, 38a stały się stosunkowo cienkie dla ułatwienia późniejszego oddzielenia. Ponadto, odcinki łączenia poprzecznego 37, 38 i 37a, 38a lub inne połączenia mogą być nacięte lub zarysowane rysikiem diamentowym w celu ułatwienia utworzenia kresek 39-39n, ułatwiających następnie ostateczne oddzielenie po przyłączeniu wiązki i/lub dalszym zapakowaniu.

Wewnętrzne, poprzeczne łączące odcinki 38 i 38a są korzystnie umieszczone z przesunięciem względem poprzecznego wylotowego rowka 31, wskutek czego pod rowkiem 31 jest utworzony najcieńszy obszar płytki. Gdy poszczególne elementy są odłamywane lub odpiłowywane, w płytce mogą powstać mikroskopijne pęknięcia i korzystne jest unikanie tworzenia takich mikroskopijnych pęknięć bezpośrednio pod najcieńszym obszarem płytki.

Stosunkowo cienkie odcinki 38, 38a łączenia poprzecznego ułatwiają oddzielanie, i zapewniają wolną przestrzeń między elementami dla wprowadzenia kleju opakowaniowego przed oddzieleniem, gdy złożona folia ma być użyta do zapewnienia zaciskowego opakowania w kształcie litery U (przedstawione na fig. 4c i opisane poniżej).

W alternatywnych przykładach wykonania obecnego wynalazku mogą być wykorzystane inne środki łączące. Na przykład, paski łączenia poprzecznego, podobne do odcinków łączenia poprzecznego, mogą być przymocowane do płytki przed etapem dzielenia na struktury, przy użyciu odpowiedniego lepiszcza lub innych środków mocujących. W tym przykładzie wykonania, w etapie rozdzielania przecięta może być cała płytka tak, że poszczególne elementy są oddzielane przez usunięcie środków przylepnych, przy użyciu ciepła, w przypadku wosku, lub rozpuszczalnika, w przypadku żywicy epoksydowej. Korzystnie, paski łączenia poprzecznego są szersze niż odcinki łączenia poprzecznego.

W jeszcze innym przykładzie wykonania obecnego wynalazku dzielenie na struktury może być dokonane od strony płytki leżącej przeciwległe do ścieżek falowodowych (korzystniej, niż od strony falowodowej, jak pokazano na fig. 3a i 3c). W celu podzielenia płytki na poszczególne elementy, wierzch płytki jest nacinany między elementami optycznymi i elementy są odłamy8

170 761 wane. Przykład wykonania pozwala na większe upakowanie elementów na płytce, gdyż stosunkowo szerokie cięcie rozdzielające między ścieżkami falowodowymi niejest potrzebne. Nacięcia na dolnej stronie płytki mogą być wykonane pod jedną lub kilkoma ścieżkami falowodowymi. Elementy w przykładzie wykonania mają zazwyczaj kształt litery T, z falowodami w poprzeczce (szczycie) litery T. Dla urządzenia 1 x 2 o grubości 0,8 mm poprzeczka litery T ma grubość około 0,8 mm, podczas gdy element pionowy może mieć grubość tylko 0,5 mm. Pakowanie jest zazwyczaj dokonywane po oddzieleniu.

Płytka z fig. 3a-3c przedstawia osiem elementów 1x2, aczkolwiek typowa płytka zawiera od czterdziestu (40) do osiemdziesięciu pięciu (85) elementów 1 x 2 lub więcej. Na fig. 4a pokazany jest kawałek płytki z fig. 3a-3c, podczas etapu osiowania i przyłączania wiązki. Osiowanie i przyłączanie wiązki włókien może być wykonane po kolei dla włókien po każdej stronie integralnie połączonych elementów, przy użyciu technik podobnych do opisanych w opisie patentowym USA 4.979.970, włączonym do niniejszego jako przywołanie. Na fig. 4a osiowanie i przyłączanie zostało zakończone na pierwszych trzech elementach i przygotowywany jest element czwarty.

W przedstawionym przykładzie wykonania obecnego wynalazku włókna 47, 48, 49 osiowane są dla pierwszego elementu przy pomocy mikromanipulatora 41, 42 i 43, z zastosowaniem pierwszego osiowania zgrubnego i drugiego osiowania precyzyjnego, przeprowadzanych wewnątrz poprzecznych wylotowych rowków 50 i 50a. Jak pokazano na fig. 4a, trzy mikromanipulatory 41,42 i 43 pracują razem, w celu czynnego zosiowania wejściowego włókna 47 z wyjściowymi włóknami 48c i 49c. Najpierw osiowane i przyłączane są włókna 47c i 49c, a następnie lub jednocześnie osiowane i przyłączane jest włókno 48c. Mikromanipulatory 41, 42, 43 zawierają ustawione pod kątem środki grzebieniowe (liczne rowki w kształcie litery V) lub środki palcowe (kleszcze) do układania włókien w poprzecznych rowkach wylotowych 50, 50a. Włókna 47, 48, 49 mogą być wygięte dla zapewnienia pełnego kontaktu ze środkami układającymi. W etapie przyłączania nakłada się klejowe złącze 56 wrażliwe na nadfiolet i przylepne materiały 44 i utwierdza się je promieniami nadfioletowymi.

Po zosiowaniu i przyłączeniu pierwszego elementu optycznego, położenie falowodowych otworów wyjściowych zostaje zapamiętane i mikromanipulator przechodzi do następnego elementu, wykorzystując te zapamiętane położenie jako punkt odniesienia. Położenia te są porównywane ze znanymi odległościami dzielącymi, ustalonymi przez maskowanie fotolitograficzne. Tak więc czasochłonny i kosztowny etap pierwszego zgrubnego osiowania nie jest już potrzebny dla żadnego elementu poza pierwszym.

W alternatywnym przykładzie wykonania obecnego wynalazku (nie pokazanym) wykorzystany może być mikromanipulator zespołu włókien do jednoczesnego przyłączania wielu włókien do wielu elementów, w zależności od stopnia technicznego zaawansowania mikromanipulatora i wymaganej precyzji dostrojenia.

Po zakończeniu utwardzania promieniami nadfioletowymi wiązek włókien we wszystkich elementach, korzystnie przeprowadza się etap utwardzania termicznego w celu polepszenia mechanicznej charakterystyki kleju i poprawienia powierzchni styku klej/płytka.

Na figurze 4b przedstawiono rzut poziomy podzielonej na struktury płytki, po zosiowaniu i przyłączeniu wiązek włókien, gotowej do dalszego pakowania.

Na figurze 4c przedstawiono rzut perspektywiczny pojedynczego etapu pakowania wielu połączonych elementów, przy użyciu złożonej folii 60 zawierającej zestaw opakowaniowych zaciskowych elementów 61 w kształcie litery U. Zaciskowe elementy 61 w kształcie litery U pokrywają poszczególne elementy optyczne i tworzą zewnętrzną powierzchnię szczelnego opakowania. Te zaciskowe elementy 61 opakowania w kształcie litery U są bardziej szczegółowo opisane w zgłoszeniu patentowym USA nr serii 07/593.903. Wgłębienia 62 ukształtowane w zaciskowych elementach 61 wspomagają zabezpieczenie złącza włókno/podłoże przed wpływem uszczelniacza opakowaniowego.

Po nałożeniu złożonej folii 60 na częściowo podzieloną na elementy optyczne płytkę, poszczególne elementy optyczne mogą być uszczelnione poprzez jednoczesne uszczelnianie wtryskowe jednego lub kilku elementów jednocześnie lub poprzez uszczelnianie zanurzeniowe

170 761 całej płytki. Dla odcinków lub pasków łączenia poprzecznego, które tylko częściowo pokrywają dolną powierzchnię płytki, pozostawione są otwarte przestrzenie między łączeniami poprzecznymi w celu umożliwienia doprowadzenia środka uszczelniającego spod płytki. Przy uszczelnianiu wtryskowym stosuje się korzystnie wielogłowicowe urządzenia wtryskowe (np. robot) do wprowadzania szczeliwa przez poszczególne otwory. Przy uszczelnianiu zanurzeniowym płytka jest częściowo zanurzana w kąpieli uszczelniającej, przy czym szczeliwo dostaje się do wewnątrz zaciskowych okryw w kształcie litery U na zasadzie działania knota.

Na tym etapie integralnie połączone elementy optyczne gotowe są do rozdzielenia. Na fig. 5a i 5b przedstawiono operację odpiłowywania, w wyniku której, odcinki 57, 58, 57a i 58a łączenia poprzecznego są usuwane, pozostawiając poszczególne elementy 70-70n (z powlekanymi włóknami 47,48,49-47n, 48n, 49n) z wiązkami gotowe do dalszego pakowania, pomiaru, ustalania charakterystyki i testowania. Alternatywnie, znaki nacięcia 59-59n są wykorzystane do odłamania poszczególnych elementów optycznych z wiązkami bez piłowania.

Poszczególne zaciskowe elementy opakowania w kształcie litery U mogą być wykorzystane zamiennie, po oddzieleniu poszczególnych elementów optycznych.

Na figurze 6 przedstawiono dalszy etap pakowania, w którym poszczególne elementy optyczne są hermetyzowane przy użyciu technik formowania wtryskowego. Wielogniazdowa forma 74, zawierająca wtryskowe wgłębienia 73-73n jest korzystnie wykorzystana w połączeniu z odpowiednią formą wierzchnią (nie pokazana) do użycia standardowych technik formowania wtryskowego. Kształtkowe formy 71-71n i 72-72n korzystnie są wykorzystane do tworzenia kształtek 81 i 81a (pokazana na fig. 7) w celu zabezpieczenia elementu optycznego przed odłączeniem włókna w wyniku zginania wiązki.

Część tego dodatkowego opakowywania, np. tworzenie kształtek 81 i 81a (fig. 7) korzystnie jest wykonana przed etapem oddzielania, pokazanym na fig. 5a i 5b.

Figury 6 i 7 pokazują inny wariant obecnego wynalazku, w którym końcówki wiązki włókien, przeciwległe do podłoża elementu optycznego, utrzymywane są razem w celu utrzymywane są razem w celu ułatwienia masowego przyłączania wiązek i masowego pakowania a następnie pomiaru, ustalania charakterystyki i testowania licznych elementów. W wybranym przykładzie wykonania wynalazku stosuje się ustalające elementy 87 do ustalenia w miejscu wejściowych włókien 47-47n. Końce włókien 47-47n są dokładnie rozdzielone w celu ułatwienia lokalizacji rdzeni i wprowadzenia światła wymaganego podczas pomiaru, ustalania charakterystyki i testowania. Po umocowaniu końców włókien 47-47n przy pomocy ustalających elementów 87, włókna 47-47n utrzymywane są w postaci taśmy. Ta taśma z włókien 47-47n ułatwia osiowanie i przyłączanie poszczególnych włókien do podzielonej na struktury płytki, jak pokazano na fig. 4a.

Ponadto, taśma z włókien 47-47n ułatwia masowe przygotowanie włókien, łącznie z rozszczepianiem, zdejmowaniem powłoki i przygotowywaniem końcówek dla zmniejszenia odbicia odwrotnego, np. przez wytrawianie kwasem.

Taśma z włókien 47-47n może być utworzona środkami konwencjonalnymi, jak nawijanie pojedynczego włókna na szpulę. Dla wiązek o długości 1,0 m użyta może być szpula o średnicy 0,5 m, co daje dodatkowo 0,5 m włókna. Nawinięte włókna 47-47n korzystnie są zaciśnięte i przecięte, tworząc taśmę z włókien, z których każde ma długość równą obwodowi szpuli. Zaciśnięta taśma z włókien 47-47n następnie jest korzystnie zabezpieczona przez ustalenie końców włókien przy jednym końcu taśmy, np. przy użyciu ustalających elementów 87. Wykorzystane mogą być dowolne środki do tworzenia taśmy, zapewniające podział na poszczególne włókna w pewnym momencie pod koniec procesu produkcyjnego. Luźne koszulkowanie rurowe korzystnie jest wykorzystane do zabezpieczenia włókien w taśmie, gdzie pożądane są wiązki kablowane i/lub łącznikowe.

Elementy zbierające 88 i 89, do zbierania w wiązki włókna wyjściowe 48-48n, 49-49n są zastosowane do tworzenia taśm lub innych wiązek wyjściowych włókien 48-48n i odpowiednio 49-49n. Po utworzeniu dwóch wiązek włókien wyjściowych 48-48n, 49-49n, włókna z obu wiązek mogą być przeplatane tak, by wszystkie pierwsze wyjściowe włókna 48-48n kończyły się w pierwszych elementach, zbierających 88 wiązek włókien wyjściowych

170 761

48-48n, zaś wszystkie drugie wyjściowe włókna49-49n kończyły się w elementach, zbierających 89 włókien 49-49n w wiązki. Przeplatanie korzystnie jest dokonywane przez spłaszczenie obu wiązek w taśmy, a następnie umieszczenie taśmy przymocowanej do drugiego elementu zbierającego 89 nad taśmą przymocowaną do pierwszego elementu zbierającego 88, przy czym taśma górna winna być poprzecznie przesunięta względem taśmy dolnej tak, by włókno 49 znajdowało się nad przestrzenią między włóknem 48 i 48a. Przeplatanie następuje gdy obie taśmy są połączone, przy użyciu odpowiedniego narzędzia lub innych środków.

Nie jest absolutnie niezbędne, aby końce wyjściowych włókien 48-48n i 49-49n były dokładnie rozdzielone podczas czynnego osiowania i pomiaru oraz ustalania charakterystyki i testowania. Spowodowane jest to możliwością wykorzystania dużego detektora do pomiaru światła wyjściowego z każdej kompletnej wiązki, po precyzyjnym wprowadzeniu światła wejściowego do włókien 47-47n, przy pomocy ustalających elementów 87. Gdy światło wprowadzane jest do pojedynczego wejściowego włókna, np. 47, światło wyjściowe generowane jest przez dwa wyjściowe włókna, np. 48 i 49 w elemencie optycznym 80 1 x 2. Dwa duże detektory mogą być użyte do pokrycia powierzchni czołowych wszystkich włókien w dwóch wiązkach włókien tak, by mogły dokładnie odebrać światło wyjściowe dwóch oddzielnych włókien, odbierających rozszczepione światło z wejściowego włókna 47.

W celu czynnego zosiowania przewodu na płytce elementu optycznego 1 x 2, pojedyncze ruchome włókno wielomodowe może być wykorzystane do wprowadzenia światła kolejno do włókien wejściowych i jedno lub dwa ruchome włókna wielomodowe mogą być użyte do przekazywania światła między poszczególnymi włóknami wyjściowymi i jednym lub dwoma detektorami. W takim przypadku końce włókien wyjściowych muszą być oddzielone w miarę dokładnie. Podobnie, dla elementów optycznych 1 x 8 (przedstawionych na fig. 90, pojedyncze włókno wielomodowe korzystnie jest wykorzystane do wprowadzenia światła do ustalonych włókien wejściowych i osiem (8) włókien wielomodowych korzystnie jest użytych do przekazywania między poszczególnymi włóknami wyjściowymi w ośmiu elementach zbierających włókien wyjściowych i ośmioma detektorami. Wybór między wiązkami wyjściowymi i wyjściowymi elementami zbierającymi jest zwykle wyborem między kosztem dużych detektorów a kosztem dodatkowych elementów zbierających włókna.

Przy pomiarze końcowej absolutnej tłumienności wtrąceniowej, jednomodowe włókno łącznikowe używane jest dla przewodów elementów optycznych jednomodowych, łącznie z procedurą fluksacyjną włókna. Masowe przewody elastyczne według wynalazku ułatwiają masowe rozszczepianie w tej procedurze fluksacyjnej.

W ten sposób obecny wynalazek eliminuje konieczność oddzielnego łączenia poszczególnych włókien każdego elementu optycznego z odpowiednią aparaturą pomiarową i testującą. Po zakończeniu pakowania i testowania poszczególne elementy optyczne mogą być oddzielone przez rozszczepienie lub usuniecie w inny sposób włókien z wejściowych ustalających elementów 87 i wyjściowych elementów zbierających 88, 89. Poszczególne elementy optyczne mogą następnie być pakowane w oddzielne opakowania, jak pokazano na fig. 8.

Na figurze 9 pokazano podobny masowy zestaw włókien dla szeregu elementów 90-90n falowodowego elementu optycznego (rozczepiacza/zespalacza) 1x8. Takie elementy optyczne 1 x 8 mogą być tworzone technikami fotolitograficznymi podobnymi do tych opisanych powyżej dla urządzeń 1x2 (patrz np. Bellerby i in., Iow cost silica-On-Silicon Sm 1:16 Optical Power Splitter for 1550 nm, E-FOC LAN'90, IGI Europę, 27-29 czerwca 1990, str. 100-103). W pokazanym przykładzie wykonania ustalające środki 100 dla wejściowych włókien 99-99n (wystających z elementu optycznego przez kształtkę 110-110n) są zasadniczo takie same jak ustalające elementy 87 z fig. 6. Każdy element optyczny posiada osiem włókien wyjściowych, np. 91-98 (wystających z elementu optycznego przez kształtki 111-111n) i stąd używa się ośmiu elementów zbierających 101-108 wiązki, przy czym każda wiązka stanowi jedną szczególną odnogę wyjściową (1-8) ze wszystkich elementów optycznych. Podczas procesu przyłączania, włókna z ośmiu wiązek mogą być przeplecione jak opisano powyżej odnośnie elementów zbierających 88, 89 wiązki dla elementów optycznych 1 x 2. Osiem zestawów włókien usytuo170 761 wanych jest w taśmach jeden nad drugim, przy czym każda taśma przesunięta jest poprzecznie względem taśmy znajdującej się pod nią. Przeplatanie następuje, gdy taśmy są połączone.

Pomiar, ustalanie charakterystyki i testowanie zestawu elementów 1x8 przeprowadzane są w sposób podobny do opisanego w odniesieniu do fig. 7 dla elementów optycznych 1 x 2. W jednym przykładzie wykonania, światło jest wprowadzane precyzyjnie do konkretnego wejściowego włókna np. 99, zaś wyjściowe światło ośmiu wyjściowych włókien np. 91-98 jest wykrywane przez detektory ustawione przed powierzchniami czołowymi włókien połączonych ze sobą elementami zbierającymi 101-108 wiązki. Proces powtarzany jest dla każdego elementu optycznego przez przemieszczanie źródła światła kolejno przez powierzchnie czołowe włókien ułożonych za pomocą ustalającego elementu 100.

Nafigurze 10 przedstawiono pojedynczy element optyczny 1x8 opakowany do transportu, z wejściowym włóknem 99 (wystającym z elementu optycznego 90 przez kształtkę 110) i wyjściowymi włóknami 91-98 (wystającymi z elementu optycznego 90 przez kształtkę 111), ułożonymi w rodzaj pętli wewnątrz pudełka 12.

W jednym przykładzie obecnego wynalazku, uformowana w równoległościan płytka z 33 wielomodowymi rozszczepiaczami 1x2 jest połączona z elastycznym przewodem przed rozdzieleniem elementów. Zastosowane jest luźne koszulkowanie rurowe. Użyte sąpręty zaciskowe do utrzymania licznych przewodów w postaci dwóch taśm, jednej z 33 koszulkowanymi włóknami i drugiej z 66 koszulkowanymi włóknami. Końce 33 wejściowych i 66 wyjściowych włókien przeciwległe do płytki są przymocowane w środkach ustalających tak, że 99 włókien jest ułożonych z końcami równoległymi. Płytka ma 33 mm szerokości, 34 mm długości i 3 mm grubości. Poszczególne elementy mają szerokość około 0,7 mm, a szerokość nacięcia powstałego przy wstępnym dzieleniu wynosi około 0,3 mm. Pomiar rozszczepiaczy wykonano po przyłączeniu przewodu, gdy były jeszcze integralnie połączone, i wszystkie wykazały nadmierne straty wewnętrzne <1dB.

Należy rozumieć, że wynalazek nie jest ograniczony dokładnie do szczegółów konstrukcji, działania, materiałów czy przykładów wykonania pokazanych i opisanych, jako że modyfikacje i rozwiązania równoważne są oczywiste dla fachowca, bez wychodzenia poza zakres wynalazku.

Na przykład, wynalazek nie jest ograniczony do zescalaczy/rozszczepiaczy lecz może być zastosowany w produkcji dowolnego zintegrowanego elementu optycznego posiadającego przewód światłowodowy. Wynalazek może być zastosowany generalnie do płytek z szeregiem zintegrowanych elementów optycznych M x N, z wykorzystaniem M wejść i N wyjść, np. urządzeń 2 x 16 lub łączników zbliżeniowych MxN. Korzystne jest produkowanie tych urządzeń M x N przy wykorzystaniu M taśm wejściowych i N taśm wyjściowych zawierających jedno włókno do przyłączenia z konkretnym otworem wyjściowym każdego z szeregu zintegrowanych elementów optycznych. Końce tych taśm przeciwległe do elementów mogą być ustalone lub zebrane w wiązki w celu ułatwienia strojenia czynnego lub testowania.

Ponadto przykłady masowego wytwarzania sposobem według obecnego wynalazku mogą być zastosowane na etapie masowego przyłączania i/lub masowego pakowania i/lub masowych pomiarów. W związku z czym wynalazek ograniczany jest jedynie zakresem załączonych zastrzeżeń.

2324 26

L25

26ο 24α

Η^20 30	U
22 21 -

Fig. 2b

170 761

Fig. 3c ³r

35n

37a

57

58o

Fig. 4a

ΛΛ 56 ₄₇ 4?o i 58q

I i. ¹

4,4 48

57a

45n

Fig. 4b

170 761

48α 49 48 g₇

61'

Fig. 5b

170 761

Fig. 8

Fig. 6

ic

_ą9o^·

V)eV^a

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego, który obejmuje kształtowanie wielozespołowej struktury zawierającej szereg optycznych elementów, z których każdy ma co najmniej jeden otwór wyjściowy falowodu na swojej powierzchni, oraz ustawianie co najmniej jednej wiązki włókien światłowodowych w jednej osi z co najmniej jednym otworem wyjściowym falowodu i mocowanie jej do elementu optycznego, znamienny tym, że co najmniej jedną wiązkę włókien światłowodowych (47, 48, 49) ustawia się w jednej osi z co najmniej jednym otworem wyjściowym (36, 36a) falowodu (35, 45) w każdym optycznym elemencie (70) wielozespołowej struktury przesuwając wiązkę włókien światłowodowych (47, 48, 49) wzdłuż powierzchni z otworem wyjściowym (36, 36a) do precyzyjnego ustawienia tej wiązki w jednej osi z odpowiednim wyjściowym otworem (36, 36a) falowodu (35, 45), a następnie mocuje się każdą wiązkę włókien światłowodowych (47,48,49) do otworów wyjściowych (36, 36a) falowodu (35, 45) elementów optycznych (70) złączonych wielozespołową strukturę, po czym rozdziela się wielozespołową strukturę na szereg poszczególnych optycznych elementów (70) z przyłączonymi wiązkami włókien światłowodowych (47, 48, 49).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed przyłączeniem włókien światłowodowych (47, 48, 49) oznacza się w wielozespołowej strukturze elementy optyczne (70) i częściowo rozdziela się je pozostawiając je integralnie połączone, a w optycznych elementach (70) osadza się ścieżki falowodów optycznych (35) będące w optycznym połączeniu z co najmniej jednym optycznym otworem wyjściowym (36, 36a), przy czym ścieżki falowodowe (35) umieszcza się w pobliżu górnej powierzchni wielozespołowej struktury, zaś przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury, wykonuje się szereg nacięć równoległych do osi ścieżek falowodowych (35,45) przyległych elementów optycznych (70), które rozmieszcza się na górnej lub na dolnej powierzchni wielozespołowej struktury.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury wykonuje się co najmniej jedno nacięcie prostopadle do osi ścieżek falowodowych (35, 45) zachowując odcinki (37, 38, 37a, 38a) połączenia poprzecznego, po czym usuwa się odcinki (37, 38, 37a, 38a) łączenia poprzecznego poprzez ich nacinanie lub zarysowywanie i ich rozrywanie.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnię wielozespołowej struktury nacina się i zarysowuje się przed przyłączeniem włókien (47, 48, 49).
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w wielozespołowej strukturze wykonuje się łączące odcinki poprzeczne (37, 38, 37a, 38a), a wielozespołową strukturę dzieli się na pojedyncze elementy optyczne poprzez eliminowanie poprzecznych odcinków (37, 38, 37a, 38a).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury na szereg optycznych elementów (70) pakuje się optyczne elementy (70) montując opakowanie zaciskowe (61) w kształcie litery U wokół optycznych elementów (70) i uszczelniając te zaciskowe elementy (61) w kształcie litery U na elementach optycznych (70), przy czym uszczelnia się zaciskowe elementy (61) wtryskując szczeliwo przy pomocy wielogłowicowych urządzeń wtryskujących, zaś w wielozespołowej strukturze wykonuje się łączące poprzeczne odcinki (57, 58) utrzymujące integralność konstrukcji i zapewniające otwarte przestrzenie między optycznymi elementami, po czym zanurza się wielozespołową strukturę w kąpieli uszczelniającej.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po przyłączeniu co najmniej jednego włókna światłowodowego (47, 48, 49) do otworu wyjściowego (36, 36a) falowodu (35, 45) i przed rozdzieleniem wielozespołowej struktury sprawdza się połączenie włókien (47, 48, 49) z

170 761 optycznymi elementami (70) przepuszczając sygnał świetlny przez optyczny element (70) i określając jego straty przy przechodzeniu przez element optyczny (70).
8. Sposób wytwarzania zintegrowanego elementu optycznego, który obejmuje kształtowanie wielozespołowej struktury zawierającej szereg optycznych elementów, z których każdy ma co najmniej jeden optyczny otwór wyjściowy na swojej powierzchni, oraz ustawianie co najmniej jednej wiązki włókien światłowodowych w jednej osi z co najmniej jednym optycznym otworem wyjściowym i mocowanie jej do elementu optycznego, znamienny tym, że łączy się szereg włókien światłowodowych (47, 48, 49) w co najmniej jedną strukturę taśmową i utrzymuje się powierzchnie czołowe włókien (47, 48, 49) przy pierwszym końcu tej struktury taśmowej w stałym położeniu względem siebie, a następnie włókna (47, 48, 49) na przeciwległym końcu tej wstęgi ustawia się w jednej osi z otworami wyjściowymi falowodów elementów optycznych (80, 90) złączonych w wielozespołową strukturę, jednocześnie utrzymując powierzchnie czołowe włókien (47, 48, 49) przy pierwszym końcu co najmniej jednej taśmy w stałym położeniu względem siebie.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że w wielozespołową strukturę zestawia się szereg zintergowanych elementów optycznych (80,90), które stanowią zespalacze/rozpraszacze MxN, posiadające M wejść i N wyjść i zestawia się M taśm wejściowych i N taśm wyjściowych przed osiowaniem włókien (47, 48, 49) z otworami wyjściowymi falowodów, przy czym do każdej taśmy wprowadza się jedno włókno (47, 48,49) do przyłączenia do konkretnego otworu wyjściowego każdego z szeregu zintegrowanych elementów optycznych (80,90), zaś końce tych taśm przeciwległe do elementów optycznych (80, 90) ustala się lub zbiera się w wiązki.
10. Sposób według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że sprawdza się szereg zintegrowanych elementów optycznych (80, 90) przepuszczając sygnał świetlny przez element optyczny (8θ, 90) i określając straty przy jego przechodzeniu przez element optyczny (80, 90), przy czym utrzymuje się powierzchnie czołowe włókien (47, 48, 49) przy pierwszym końcu co najmniej jednej taśmy w stałym położeniu względem siebie.
11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że powierzchnie czołowe włókien (47, 48, 49) przy drugim końcu co najmniej jednej taśmy zestawia się razem, po czym nadaje się chropowatość powierzchniom czołowym włókien (47, 48, 49) przed czynnym ich osiowaniem z otworami wyjściowymi falowodów.