TW201305635A - 光纖模組結構 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種光纖模組結構，係包括有基板、光纖纜線及蓋板，其中基板所具之對接面上縱向凹設有複數定位溝槽，並於定位溝槽二側內壁面處形成有接觸面，且光纖纜線所具之複數光纖為橫向定位於定位溝槽內，再將蓋板所具之對接面向下夾抵於複數光纖頂緣處而形成三點或三點以上接觸定位狀態，且基板、光纖纜線與蓋板之間則利用接著劑固化後一體成型有膠體，此種蓋板長度可為２．６～２．０ｍｍ之間，不但可配合基板之定位溝槽長度縮短，且可降低定位溝槽加工製造上之困難，以及有效節省蓋板用料而成本更為低廉，以減少對光的損失、相位雜訊與串音，並提高其光耦合率，確保光訊號傳輸的品質與穩定性。

Description

光纖模組結構

本發明係提供一種光纖模組結構，尤指基板上為凹設有可供光纖定位之複數溝槽，並使蓋板夾抵於複數光纖頂緣處形成接觸定位狀態，而蓋板可配合基板長度縮短，以降低定位溝槽加工製造上之困難，且可節省用料而成本更為低廉，並確保光訊號傳輸的品質與穩定性者。

按，現今通訊科技、網際網路快速發展，並藉由電話、網路等通訊設備的架設，使人與人距離愈來愈近，而通訊設備之傳輸係將電訊號或光訊號透過纜線作為訊號傳輸線路，其中又以光訊號傳輸的方式最為快速，而光訊號傳輸介質為光纖(Fiber Optics)纜線，並具有相當強大之抗電磁、雜訊干擾的能力，以及頻寬高、重量較輕、訊號傳輸距離遠與保密性良好等優點，故光纖有逐漸取代傳統金屬傳輸線路的趨勢。

再者，光纖通訊的基本架構係傳輸端將電訊號轉換成光訊號，並透過光纖將光訊號傳送到接收端，而接收端同樣的需要將光訊號轉換成電訊號來提供接收端的設備接收，隨著傳輸頻寬增加及更多的頻道需求，高光耦合率的光纖陣列會是最佳的選擇，且光纖陣列(Fiber Array)是光纖與對配器件連接重要的元件，主要應用於平面光波導(PLC)、密集波分複用系統(DWDM)、光交叉連接(OXC)、光分插複用器(OADM)、光路由器、光開關等器件與光纖的連接上，一般光纖陣列構裝時，係將光纖陣列(Fiber Array)和雷射二極體陣列(LD Array)做對準與接合動作，即必須先搜尋出雷射二極體陣列與光纖陣列最大光耦合率位置才能作對準，以利於後續的接合過程；另一種方式係光纖陣列在接合前不需做光耦合位置對準的動作，其構裝良率主要取決於光纖陣列與基板之間所設計的接合定位(如膠合、軟焊或雷射焊接)方式，因此省略了預先對準的動作。

而傳統之光纖陣列所使用之基板多為具V型溝槽之玻璃基板，並以複數光纖各別容置於V型溝槽內，便可藉由V型溝槽定位光纖之方向，以確保光纖對準精度，且該溝槽成型的方法係以刀具於平面玻璃基板上刻出V型溝槽，此種方式不僅費時，並容易造成玻璃基板結構之損傷，所以便有業者利用微影蝕刻製程製作溝槽，其雖可達到基板的精度與微小化之效用，但此種方式較適用於以晶圓片為基板之光纖陣列模組，而繁複的製程、材料限制以及高昂的成本，亦造成其應用上的瓶頸，不易達到快速量產與降低成本方面的要求，並且會污染環境而較不環保，隨著材料技術不斷進步，目前業界便發展出一種新的玻璃材質及塑膠材料，可以壓模成型或射出成型的方式製作，其雖可減少基板製作時間而適用於大量生產，惟該基板及其在接著劑接合過程中容易發生熱收縮或膨脹應力所造成之變形，所以使光纖產生六個自由度的偏移，不但會影響光纖陣列模組構裝的良率，並使移動通過中之光訊號可能在光纖的中心同一點上交會，進而導致光訊號之間產生相互干擾或更多插入損失之缺失發生。

綜觀上述缺失，若能針對光纖陣列上之加工製造、光纖設置數量及構裝精準度的課題進行設計，以兼顧整體的加工製造、成本及更多的光纖設置與構裝精準度的要求來符合實際光纖陣列之應用，即為有待從事於此行業者所亟欲研究改善之方向所在。

故，發明人有鑑於習用光纖陣列使用上之問題與缺失，乃搜集相關資料經由多方的評估及考量，並利用從事於此行業之多年研發經驗不斷試作與修改，始設計出此種光纖模組結構發明專利誕生。

本發明之主要目的乃在於蓋板所具之對接面為夾抵於光纖纜線頂緣處，並使複數光纖分別與基板對接面上之定位溝槽的二接觸面及蓋板之對接面之間形成三點或三點以上接觸定位狀態，且位於基板、光纖纜線與蓋板之間可利用接著劑固化後一體成型有膠體，此種蓋板長度可為2.6～2.0mm之間，不但可配合基板之定位溝槽長度縮短，且可降低定位溝槽加工製造上之困難，以及有效節省蓋板用料而成本更為低廉，以減少對光的損失、相位雜訊與串音，並提高其光耦合率，確保光訊號傳輸的品質與穩定性。

本發明之次要目的乃在於膠體為可利用流動性高、黏稠性低之接著劑，以利於滲入基板之定位溝槽、光纖纜線之複數光纖與蓋板之對接面之間固化後形成有硬膠層，並提昇其接合強度，而基板之定位溝槽後方及複數光纖之外披覆層上則可利用流動性低、黏稠性高之接著劑，而具有適當的彈性預力，且可防止接合過程中任意偏移之情況，以利於光纖纜線進行對準，並在固化後形成有軟膠層，亦可藉由軟膠層使膠體易於成型而呈現出拱起狀，用以封膠灌填基板與蓋板後方因高、低落差所形成的空間，並提高光纖纜線端部處所能夠彎折的角度，以降低折斷之情況發生。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三、四圖所示，係分別為本發明之俯視圖、側視圖、前視圖及第三圖之局部放大圖，由圖中可清楚看出，本發明為包括有基板1、光纖纜線2及蓋板3，故就本案之主要構件及特徵詳述如后，其中：該基板1表面上為具有對接面11，並於對接面11上可利用高精密機械加工方式縱向凹設有呈波浪狀、鋸齒狀，或是連續、非連續平行排列或其結合之複數定位溝槽12，且各定位溝槽12可為一V型溝槽(V-Groove)、錐形或其它呈上寬下窄之凹槽型態，並於定位溝槽12二側內壁面處所形成之接觸面121之間則具有可為60±1.0之預定夾角α。

該光纖纜線2為具有複數光纖21，並使一根或一根以上光纖21橫向定位於基板1對應之定位溝槽12內，且光纖21可為標準直徑125μm之玻璃光纖、膠套矽光纖或塑膠光纖，並依傳輸模態可分為單模或多模光纖，其中多模光纖根據折射率分佈型態的不同一般可分為步階光纖與漸變光纖；另，為了解決光纖21色散與偏振變化等問題，亦衍生出不同用途的色散偏移光纖、非零色散偏移光纖、色散補償光纖及偏振保持光纖(Polarization Maintaining Fiber，PMF)等。

該蓋板3為位於基板1上方處，並具有一呈平整狀之對接面31，而蓋板3之寬度L可為5.0±0.2mm，且蓋板3之長度W可為2.6～2.0mm之間。

再者，基板1之對接面11上可利用微銑削、切割、研磨或其它高精密加工(Hight Precision Machining)方式分別形成有呈波浪狀、鋸齒狀、等距或非等距連續平行排列或其結合之複數定位溝槽12，使其加工精度可達到次微米(即1微米=10^-6m=1μm以內)級，以獲得精密的尺寸及表面粗糙度，而基板1之對接面11上為可利用接著劑進行塗佈、模鑄或點膠方式封膠灌填，並使光纖纜線2一端已剝除外披覆層之複數光纖21分別置入於基板1之定位溝槽12內預置定位後，再將蓋板3之對接面31向下夾抵於複數光纖21頂緣處呈一定位，並與基板1之對接面11之間形成有可為30μm之預定間距A，且待接著劑予以固化後，便可藉由接著劑固化後一體成型之膠體4穩固的接合成為一體。

然而，上述光纖纜線2之一根或一根以上複數光纖21為分別與基板1之定位溝槽12的二接觸面121及蓋板3之對接面31之間形成三點或三點以上抵持接觸而呈現夾擠定位狀態，且二相鄰光纖21之中心距離(Core Pitch)更為接近，並可相互抵持接觸或分隔形成微小間距，以防止複數光纖21產生偏移的現象，即可精準控制光纖纜線2定位於基板1上之精度，因此不需要耗費太多的工時進行對準，以節省製造工時與成本，並可依需求或設計的不同予以增加光纖21設置數量，在不改變基板1、蓋板3既定尺寸規格下，可妥善安排光纖纜線2整體空間配置，以有效解決因傳輸波道(Channel)數量不足或需要佔用較大的空間高度所衍生之傳輸頻寬受到限制、體積無法縮小問題，從而可實現增加光纖纜線2的光纖21設置數量且密集度更高，整體體積更具小型化之效果。

另，其基板1與蓋板3可分別為耐熱玻璃[如派熱克斯玻璃(Pyrex Glass，線性熱膨脹係數32.5x10^-7/℃)、硼矽玻璃(Borofloat 33，線性熱膨脹係數3.3x10^-6/℃)、肖特硼矽酸鹽玻璃(BK7，線性熱膨脹係數86x10^-7/℃)]、石英玻璃(Quartz Glass，線性熱膨脹係數5.5～5.9x10^-7/℃)、單晶矽(Monocrystalline Silicon)、多晶矽晶圓或其它耐高溫、熱膨脹係數低之硬性材質所製成，並按透明度可分為透光或不透光材質所製成，而基板1與蓋板3則可為透光材質(如耐熱玻璃、石英玻璃等)利用接著劑來黏著於光纖纜線2上成為一體，且該接著劑可為聚甲基丙烯酸酯(PMMA，通稱為壓克力樹脂)之光硬化樹脂(UV膠)、環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂、無機黏著劑、缺氧膠、熱塑性聚胺基甲酸乙酯(TPU)、感壓膠、熱熔膠或其結合等材質。

由於膠體4的流動性與工作時間為關係到膠合的品質與接合強度，若接著劑的流動性高、黏稠性低，可利於滲入基板1之定位溝槽12內，並提昇其接合強度，但亦常產生溢流而造成被膠合物之污染或損傷等，若接著劑的流動性低、黏稠性高，則會導致被膠合物黏合上的困難，故，本發明之膠體4為可利用光硬化樹脂(UV膠)之接著劑流動性高、黏稠性低，可易於滲入基板1之定位溝槽12、光纖纜線2之複數光纖21與蓋板3之對接面31之間，再經由紫外線的光源設備照射在數秒間(如1～60秒)快速完成固化後形成有硬膠層41，並提昇其接合強度，且位於基板1之定位溝槽12後方以及光纖纜線2之複數光纖21、外披覆層上則可利用環氧樹脂之接著劑流動性低、黏稠性高而具有適當的彈性預力，且可防止接合過程中任意偏移之情況，以利於光纖纜線2進行對準，並在數分鐘間(如2～8分鐘)完成固化後形成有軟膠層42，亦可藉由軟膠層42可使膠體4易於成型而呈現出拱起狀，用以封膠灌填基板1與蓋板3後方因高、低落差所形成的空間，並提高光纖纜線2端部處所能夠彎折的角度，以降低折斷之情況發生。

若是基板1、蓋板3為一不透光材質(如單晶矽、多晶矽晶圓等)時，也可透過缺氧膠之接著劑予以固化接合成為一體，以完全密封基板1與蓋板3接合時之間隙，並可避免灰塵、雜質聚積於其內，而具有保護光纖纜線2功能，同時確保光纖纜線2光訊號傳輸的品質與穩定性，便完成製作出本發明之光纖模組結構，且光纖模組結構可為多邊形、圓柱形或其它各種形狀，使其端面處理上可進一步利用研磨方式磨光形成有8度角，並於端面表面上以抗反射材料以塗佈或鍍膜方式形成有抗反射層(AR Coating)，即可透過抗反射層利用光干涉原理來進行光線干涉及波長(1260nm～1650nm)過濾，以減少對光的偏極化相依損失(Polarization Dependent Loss，PDL)，並提高其光耦合率。

本發明之光纖模組結構於實際使用時，該光纖纜線2之複數光纖21可為偏振保持光纖，並主要應用於同調光通訊及光纖感測器，例如光纖陀螺儀、光纖水底聲波感應器等，若在偏振保持光纖之核心摻雜鉺離子，即成為偏振保持摻鉺光纖，而可應用於高功率光纖放大器、偏振保持耦合器及光纖雷射上使用，此類光纖21性能指標有雙折射率、節拍長度、消光比等三種，其中消光比(Extinction Ratio，ER)之定義為光調變輸出的最大值與最小值相減得到的值，一般是以dB來表示，且消光比的要求必須大於20dB，才可降低對光的相位雜訊及串音，並提高光纖感測器感應的靈敏度。

故，為了能夠達成前述之效果，本發明人乃針對蓋板3之標準長度5.0±0.5mm實際進行切割、研磨或其它高精密加工，經由多次辛苦的實驗與測試，並依蓋板3之長度研磨前的消光比原始值與磨短1mm、磨短2mm及其差值進行實際量測後可以得到如表一所示之結果，經由分析比較之後，則可明確得知蓋板3的長度磨短後與研磨前之消光比差值大多數都是正值、增加的，僅有少數的消光比差值為呈現出負值，即表示蓋板3經過磨短後仍可保持良好的消光比(ER值＞20dB)，且該蓋板3長度最佳之一具體實施例可為2.6～2.0mm之間，此種蓋板3之結構設計，使蓋板3可配合基板1位於對接面11上之複數定位溝槽12的長度予以縮短，不但可降低定位溝槽12加工製造上之困難，且可有效節省蓋板3的用料，以及加工製造上所耗費之工時與成本，並在高精密加工本身製作的極限範圍內可精準地控制光纖纜線2定位於基板1上之精度，也可確保光纖21具有良好的消光比，以有效減少對光的損失、相位雜訊與串音等，並提高光耦合率，進而可提高製程良率而適用於大量生產，且可確保光訊號傳輸的品質與穩定性。

復請參閱第一、三圖所示，本發明為針對基板1之對接面11上縱向凹設有複數定位溝槽12，且各定位溝槽12二側內壁面處接觸面121之間所形成的預定夾角α可為60±1.0度角，並於定位溝槽12內定位有光纖纜線2一根或一根以上之光纖21，再將蓋板3則夾抵於光纖纜線2頂緣處，並使蓋板3與基板1之對接面11、31之間所形成的預定間距A可為30μm，且位於基板1、光纖纜線2與蓋板3之間利用接著劑固化後一體成型有膠體4，此種蓋板3長度可為2.6～2.0mm之間，使蓋板3可配合基板1之定位溝槽12予以縮短，不但可降低定位溝槽12加工製造上之困難，以及有效節省蓋板3用料而成本更為低廉，並可精準控制光纖纜線2定位於基板1上之精度，也可確保良好的消光比，以減少對光的損失、相位雜訊與串音，並提高其光耦合率，確保光訊號傳輸的品質與穩定性，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明之光纖模組結構為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，實符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若　鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

1．．．基板

11．．．對接面

12．．．定位溝槽

121．．．接觸面

2．．．光纖纜線

21．．．光纖

3．．．蓋板

31．．．對接面

4．．．膠體

41．．．硬膠層

42．．．軟膠層

第一圖　係為本發明之俯視圖。

第二圖　係為本發明之側視圖。

第三圖　係為本發明之前視圖。

第四圖　係為本發明第三圖之局部放大圖。

1．．．基板

2．．．光纖纜線

21．．．光纖

3．．．蓋板

4．．．膠體

42．．．軟膠層

Claims (8)

1. 一種光纖模組結構，係包括有基板、光纖纜線及蓋板，其中：該基板所具之對接面上縱向凹設有複數定位溝槽，並於定位溝槽二側內壁面處形成有接觸面；該光纖纜線為具有複數光纖，並使光纖橫向定位於基板對應之定位溝槽內；該蓋板為位於基板上方處，並具有一可夾抵於光纖纜線頂緣處之平整狀對接面，而蓋板之寬度為5.0±0.2mm、長度為2.6～2.0mm之間，且位於基板、光纖纜線與蓋板之間利用接著劑固化後一體成型有膠體，俾使光纖可與定位溝槽之二接觸面、蓋板之對接面之間形成三點或三點以上抵持接觸而呈現夾擠定位狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該基板之對接面上為可利用微銑削、切割、研磨或其它高精密加工方式形成有呈波浪狀、鋸齒狀，或是連續、非連續平行排列或其結合之複數定位溝槽，並使定位溝槽可為一V型溝槽、錐形或其它呈上寬下窄之凹槽型態，且二接觸面之間所形成的預定夾角可為60±1.0度角。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該基板與蓋板之對接面之間的預定間距可為30μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該光纖纜線之光纖可為一直徑125μm之玻璃光纖、膠套矽光纖或塑膠光纖。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該光纖纜線之光纖可為一偏振保持光纖。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該基板與蓋板可分別為單晶矽、多晶矽晶圓、派熱克斯玻璃(Pyrex Glass，線性熱膨脹係數32.5x10^-7/℃)、石英玻璃(Quartz Glass，線性熱膨脹係數5.5～5.9x10^-7/℃)、硼矽玻璃(Bo rofloat 33，線性熱膨脹係數3.3x10^-6/℃)、肖特硼矽酸鹽玻璃(BK7，線性熱膨脹係數86x10^-7/℃)或其它耐高溫、熱膨脹係數低之硬性材質所製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該膠體之接著劑可為聚甲基丙烯酸酯(PMMA)之光硬化樹脂(UV膠)、環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂、無機黏著劑、缺氧膠、熱塑性聚胺基甲酸乙酯(TPU)、感壓膠、熱熔膠或其結合等材質。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光纖模組結構，其中該基板、光纖纜線與蓋板之間的膠體可利用光硬化樹脂(UV膠)固化後形成有硬膠層，且位於基板之定位溝槽後方及光纖纜線上可利用環氧樹脂固化後形成有軟膠層。