TW201329549A - 光纖陣列結構 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種光纖陣列結構，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一矩形定位溝槽，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芯為定位於定位溝槽內，複數光纖芯為陣列狀推疊排列呈二層或二層以上之光纖層，各相鄰光纖層所具相同或相異數量之複數光纖芯為呈交錯狀，再將蓋板所具之對接面向下抵持於基板所具之對接面之平整狀抵接面，使各光纖芯呈現夾擠定位狀態，利用複數光纖芯層疊錯位，不僅可在同樣產品的尺寸下大幅提升光纖密度、讓複數光纖芯組裝更為方便，且讓定位溝槽加工形成之公差平均的分配到各光纖芯，使各光纖芯之尺寸及位置精度提高，進而可提高製程良率以適用於大量生產，更可確保光訊號傳輸的品質與穩定性。

Description

光纖陣列結構

本發明係提供一種光纖陣列結構，尤指基板上凹設之一矩形定位溝槽可供複數光纖芯陣列狀排列並交錯推疊，讓公差平均的分配到各光纖芯來提高精度，進而可提高製程良率及確保光訊號傳輸的品質與穩定性。

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，再透過多層的玻璃基板堆疊來形成光纖陣列，便可藉由V型溝槽定位光纖之方向，以確保光纖對準精度，由於此方式需在玻璃基板上透過刀具一一刻出V型溝槽，因為刀具加工一次便會產生一個公差，整個光纖陣列的各條光纖位置精度便會隨之降低，且不同光纖之精度皆有差異，便會產生插入損失(IL；Insertion Loss)提高及返回損失(RL；Return Loss)降低之情況，因為插入損失及返回損失會影響到光訊號傳輸品質，是以，此光纖陣列結構不僅因為多次加工且需堆疊玻璃基板而讓生產成本及速度降低，又會讓光訊號傳輸品質變差，此外，隨著訊號傳輸量的增加，要增加光纖數量則又需堆疊更多層的玻璃基板，不僅生產成本隨之增高又會讓產品體積增大。

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，始設計出此種光纖陣列結構發明專利誕生。

本發明之主要目的乃在於基板對接面上縱向凹設有一矩形定位溝槽，且光纖纜線所具之複數光纖芯為定位於定位溝槽內，複數光纖芯為陣列狀推疊排列呈二層或二層以上之光纖層，各相鄰光纖層所具相同或相異數量之複數光纖芯為呈交錯狀，再將蓋板抵持於基板所具之對接面，由於定位溝槽加工形成之公差平均的分配到各光纖芯，使得各光纖芯之精度提高，且複數光纖芯之層疊錯位組裝方式，不僅可在同樣產品的尺寸下大幅提升光纖密度，又可提高組裝方便性，進而可在達到方便組裝之效果下，同時具有提高製程良率、適合量產及確保光訊號傳輸的品質與穩定性之優勢。

本發明之次要目的乃在於僅需更改定位溝槽尺寸，各光纖層具有之光纖芯數量及定位溝槽內設置之光纖層數量便可增加，由於定位溝槽之公差是在預定範圍內，公差分配的光纖芯數量增加，各光纖芯之位置公差即可變小，進而可提高產品精度讓插入損失降低及返回損失提高以達到提升光訊號傳輸品質之目的，便可在隨著傳輸量需求提高而增加光纖芯數量時，同時提升光傳輸品質，且又不需增大整體體積，進而可延長技術、機台及產線的使用壽命及達到輕、薄、短、小之研發目標。

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、三圖所示，係分別為本發明較佳實施例之俯視圖、前視圖及第二圖之局部放大圖，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矩形之一定位溝槽12，並於定位溝槽12底面120二側內壁面處分別形成有接觸面121。

該光纖纜線2為具有複數光纖芯21，並使複數光纖芯21定位於基板1之定位溝槽12內，複數光纖芯21為陣列狀推疊排列呈二層或二層以上之光纖層211，且各光纖層211為具有四條或四條以上之光纖芯21，各相鄰光纖層211所具相同數量之複數光纖芯21為呈交錯狀，且各光纖芯21中心對正於所接觸相鄰光纖層211之二光纖芯21外表面接觸處，各光纖層211之一端接觸抵接於定位溝槽之一接觸面，各光纖層211之另一端則與另一接觸面形成有間隔22，間隔22長度為等於光纖芯21剖面之半徑，且相鄰光纖層211之一端為分別抵接於定位溝槽之二相異接觸面，且光纖芯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，為了解決光纖芯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)方式分別形成有矩形定位溝槽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芯21分別置入於基板1之定位溝槽12內預置定位後，利用尺寸之設計讓複數光纖芯21自然排列並進行堆疊即可形成定位，再將蓋板3之對接面31向下抵持於基板1之對接面11，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穩固的接合成為一體。

然而，上述光纖纜線2之複數光纖芯21為分別與基板1之定位溝槽12的底面120、二接觸面121、相鄰光纖層211之光纖芯21或蓋板3之對接面31形成四點或四點以上抵持接觸而呈現夾擠定位狀態，最下方光纖層211之各光纖芯21為抵持於定位溝槽之底面120，最上方光纖層211之各光纖芯21為可抵持於蓋板3之抵接面31或與抵接面31呈一預定間距，且因各光纖芯21位於相鄰光纖層211之二光纖芯21接觸之弧凹處，便可讓二相鄰光纖層211之中心距離(Core Pitch)更為接近，更可防止複數光纖芯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。

此外，又可依需求或設計的不同予以增加光纖芯21設置數量，透過更改基板1之定位溝槽12尺寸(寬度、高度)，讓各光纖層211具有四條、五條、六條、九條或更多條光纖芯21，且定位溝槽12內為可裝設有二層、三層、四層、五層或更多層之光纖層211，便可在不改變基板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的光纖芯21設置數量且密集度更高，整體體積更具小型化之效果；再者，因為基板1之定位溝槽12在加工形成時會產生公差，因為公差是在預定範圍內，當定位溝槽12內之光纖層211數量增加或是各光纖層211之光纖芯21數量增加時，因為公差會平均的分配到各光纖芯21及各光纖層211，便可讓各光纖芯21之位置公差變小，由於本案之各光纖芯21都需透過相鄰光纖芯21接觸抵持形成定位，在位置公差變小之狀況下，其產品精度便可隨之提高，讓插入損失(IL；Insertion Loss)降低及返回損失(RL；Return Loss)提高來提升光訊號傳輸品質，由於傳輸量是一直在提高，便可透過本案之技術讓光纖芯21數量增加來提高傳輸量時，一併具有提升光傳輸品質的效果，便可延長技術、產線的使用壽命。

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。

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陣列結構，且光纖陣列結構可為多邊形、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、6度角或其它角度，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。

本發明之光纖陣列結構於實際使用時，該光纖纜線2之複數光纖芯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，此類光纖芯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，本發明人乃針對光纖芯21之位置偏移，經由多次辛苦的實驗與測試，並依光纖芯21於y軸方向不偏移而x軸方向偏移不同尺寸、x軸方向不偏移而y軸方向偏移不同尺寸及x軸與y軸方向同時偏移三種狀況進行實際量測後可以得到如第四、五、六、七圖所示之結果，經由分析比較之後，可明確得知位移尺寸在一般規格之1μm時，其插入損失(IL；Insertion Loss)測試數據為0.09dB、0.14dB及O.27dB，都在良品要求的小於0.3dB範圍內，且返回損失(RL；Return Loss)測試數據則為69.1dB、69.1dB及68.9dB，也都在良品要求的大於50dB範圍內，則可明確得知本案各光纖層211之各光纖芯21在一般規格之位移尺寸下，所測得的插入損失及返回損失都符合良品標準，由於本案透過二層或二層以上之光纖層211推疊排列，並讓相鄰光纖層211之各光纖芯21相互接觸抵持形成定位，此種光纖芯21之定位設計，使基板1僅需作單次加工形成定位溝槽12，便可減少加工製造上所耗費之工時與成本，且由於加工少(僅加工形成底面122及二接觸面121)使得尺寸公差變小，再透過複數光纖芯21讓公差平均分攤到各光纖芯21，便可提高光纖纜線2定位於基板1上之尺寸及位置精度，藉此讓插入損失及返回損失都符合良品標準，即可有效減少光損失、相位雜訊與串音，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、二、三圖所示，本發明為針對基板1之對接面11上縱向凹設有一矩形定位溝槽12，並於定位溝槽12內定位有光纖纜線2之複數光纖芯21，複數光纖芯21為陣列狀推疊排列呈二層或二層以上之光纖層211，各相鄰光纖層211所具相同數量之複數光纖芯21為呈交錯狀，再將蓋板3則抵持於基板1之對接面11處，使蓋板3可降低定位溝槽12加工製造上之困難，以及複數光纖芯21之置放定位更為方便，不僅可在同樣產品的尺寸下大幅提升光纖密度，並可精準控制光纖纜線2定位於基板1上之精度，也可確保良好的插入損失及返回損失，以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。

再者，請參閱第二、三、八圖所示，係分別為本發明較佳實施例之前視圖、第二圖之局部放大圖及另一實施例之前視放大圖，由圖中可清楚看出，該相鄰二光纖層211除了可具有相同數量之光纖芯21之外，亦可讓相鄰二光纖層211具有相異數量之光纖芯21，如7根與8根、8根與9根、12根與13根等，其中一光纖層211所具光纖芯21數量為多另一光纖層211一根，此時，其相鄰二光纖層211其中一光纖層211之左右二端分別接觸抵接於定位溝槽12之二接觸面121，另一光纖層211之二端則分別與二接觸面121形成有間隔22，且數量較多之光纖層211設置接觸定位溝槽12之底面122為較佳之實施方式，但若透過治具或工具定位時，亦可讓數量較少之光纖層211設置接觸定位溝槽12之底面122，其僅具層疊交錯排列複數光纖芯21後形成定位即可，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，本發明之光纖陣列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

122．．．底面

2．．．光纖纜線

21．．．光纖芯

211．．．光纖層

22．．．間隔

3．．．蓋板

31．．．對接面

第一圖　係為本發明較佳實施例之俯視圖。

第二圖　係為本發明較佳實施例之前視圖。

第三圖　係為本發明第二圖之局部放大圖。

第四圖　係為本發明之測試數據圖。

第五圖　係為本發明之測試曲線圖(一)。

第六圖　係為本發明之測試曲線圖(二)。

第七圖　係為本發明之測試曲線圖(三)。

第八圖　係為本發明另一實施例之前視放大圖。

1．．．基板

11．．．對接面

12．．．定位溝槽

121．．．接觸面

122．．．底面

21．．．光纖芯

211．．．光纖層

22．．．間隔

3．．．蓋板

31．．．對接面

Claims (15)

1. 一種光纖陣列結構，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呈矩形之一定位溝槽，並於該定位溝槽底面二側內壁面處分別形成有接觸面；該光纖纜線為具有定位於該基板定位溝槽內之複數光纖芯，其複數光纖芯為陣列狀推疊排列呈二層或二層以上之光纖層，各相鄰光纖層所具相同數量之複數光纖芯為呈交錯狀，該相鄰二光纖層分別以左、右端接觸抵接於該定位溝槽之二接觸面，其各光纖層之另一端則與另一接觸面形成有間隔；該蓋板為位於該基板上方處，並具有一可抵持於該基板所具之該對接面之平整狀抵接面，俾使各光纖芯呈現夾擠定位狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，其中該各光纖芯中心對正於所接觸該相鄰光纖層之二光纖芯外表面接觸處，且各光纖層與該基板接觸面之間的間隔長度為等於其光纖芯剖面之半徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，其中該複數光纖芯最下方光纖層之各光纖芯為抵持於該定位溝槽之底面，複數光纖芯最上方光纖層之各光纖芯為抵持於該蓋板之抵接面或與該抵接面呈一預定間距。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，其中該蓋板之寬度為5.0±0.2mm、長度為2.6～2.0mm之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，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。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，其中該光纖纜線之該光纖可為單模、多模或偏振保持光纖。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，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(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/℃)或其它耐高溫、熱膨脹係數低之硬性材質所製成。
8. 一種光纖陣列結構，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呈矩形之一定位溝槽，並於該定位溝槽底面二側內壁面處分別形成有接觸面；該光纖纜線為具有定位於該基板定位溝槽內之複數光纖芯，其複數光纖芯為陣列狀推疊排列呈二層或二層以上之光纖層，各相鄰光纖層所具相異數量之複數光纖芯為呈交錯狀，相鄰二光纖層其中一光纖層之左右二端分別接觸抵接於該定位溝槽之二接觸面，另一光纖層之二端則分別與二接觸面形成有間隔；該蓋板為位於該基板上方處，並具有一可抵持於該基板所具之該對接面之平整狀抵接面，俾使各光纖芯呈現夾擠定位狀態。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光纖陣列結構，其中該各光纖芯中心對正於所接觸該相鄰光纖層之二光纖芯外表面接觸處，且各光纖層與基板接觸面之間的間隔長度為等於該光纖芯剖面之半徑。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光纖陣列結構，其中該複數光纖芯最下方光纖層之各光纖芯為抵持於該定位溝槽之底面，複數光纖芯最上方光纖層之各光纖芯為抵持於該蓋板之抵接面或與抵接面呈一預定間距。
11. 如申請專利範圍第8項所述之光纖陣列結構，其中該蓋板之寬度為5.0±0.2mm、長度為2.6～2.0mm之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光纖陣列結構，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。
13. 如申請專利範圍第8項所述之光纖陣列結構，其中該光纖纜線之光纖可為單模、多模或偏振保持光纖。
14. 如申請專利範圍第8項所述之光纖陣列結構，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(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/℃)或其它耐高溫、熱膨脹係數低之硬性材質所製成。
15. 如申請專利範圍第8項所述之光纖陣列結構，其中該相鄰光纖層所具相異數量為其中一光纖層所具光纖芯數量為多另一光纖層一根。