專利名稱：自適應(yīng)微型光纖連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)微型光纖連接器，是一種可以實現(xiàn)光纖可靠固定和精確定位，并具有自對準功能的光纖夾持固定機構(gòu)，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖通信是現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的主流方向，它的傳輸媒介就是光纖，在此通信系統(tǒng)中，光纖連接器是使用最廣泛的無源器件之一，它以低損耗的方法把光纖或光纜相互連接起來，以實現(xiàn)光路的接續(xù)。隨著光通信技術(shù)和光纖光學(xué)儀器的不斷發(fā)展，對光纖固定連接機構(gòu)的要求越來越高，特別是帶狀光纖連接器的需求增加，促使光纖固定連接機構(gòu)向體積小、成本低、可集成制造方向發(fā)展。一些特殊的光纖光學(xué)儀器和微型光纖傳感器對光纖定位精度、占用空間及其可操作性等提出了更高的要求，而常見的FC、ST、SC、D、雙椎等光纖連接器難以滿足上述使用要求。它們的插針直徑一般為2.5mm或者1.25mm，插針外圍的套筒還要占用相當大的空間，精密機械加工組裝的制造過程決定它們難以大幅度降低體積占用并提高固定對準精度，為滿足插拔操作還需要額外的空間，因此，微型光纖連接器具有重要的實用價值。
利用V型槽的定位功能，兩根光纖的軸向?qū)示饶軌虻玫匠浞直ＷC，并且在硅基片上刻蝕形成的V型槽成型精確方便，方便與其它微器件集成，因此，V型槽光纖固支機構(gòu)作為微光學(xué)器件贏得廣泛關(guān)注?；赩型槽固定對準原理的光纖連接器早已有之(林詩煌，光無源器件，P.16，人民郵電出版社，1997年，北京)，但是，目前市場上的此類機構(gòu)同樣采用精密機械工藝制造，如在鋁片上加工出對準槽和導(dǎo)引槽，然后將鋁片對折疊成U字形芯件，用于夾緊固定光纖。即使是利用硅刻蝕技術(shù)制作V型槽，用于微光學(xué)系統(tǒng)中，也必須另外加置蓋板以使光纖固定于V型槽內(nèi)，這樣無法發(fā)揮V型槽可以高密度成型的優(yōu)勢，也不能實現(xiàn)集成制造的目標。同時，上述各種基于V型槽對準原理的光纖連接器，在光纖插入過程中都需要借助手動移開蓋板以空出一定位置以便光纖進入固定槽，這樣對微型光纖連接器是難以接受的，首先是沒有足夠的空間可供操作，其次，對微型器件結(jié)構(gòu)進行手工移動尺度難以把握，容易造成損壞。因此，能夠自動適應(yīng)光纖插拔過程的帶蓋板V型槽光纖固定機構(gòu)對微光學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)有重要價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的問題，提出一種自適應(yīng)微型光纖連接器，具有自適應(yīng)光纖插入能力，不需要額外加置蓋板，就能夠?qū)崿F(xiàn)光纖固定；不需要手工移開預(yù)置蓋板，就能夠?qū)崿F(xiàn)光纖插拔，其結(jié)構(gòu)同樣適用于各種微型光纖固定支撐結(jié)構(gòu)。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明基于V型槽定位對準原理，設(shè)計制備具有自適應(yīng)光纖插入能力的帶蓋板微型一體化光纖連接器，實現(xiàn)光纖的精確對準或定位。采用根植于硅基體之上、跨越覆蓋在V型槽上方的薄膜型曲面金屬蓋板，提供固定光纖的持續(xù)穩(wěn)定壓力，兩端向上翹曲的蓋板與V型槽之間的空隙呈內(nèi)小外大的喇叭口形狀，使喇叭口的外端尺寸明顯大于光纖直徑，可以方便光纖導(dǎo)入操作；使喇叭口的內(nèi)端蓋板高度略小于光纖插入后能夠達到的高度，形成對光纖的接觸壓制，從而固定光纖于V型槽的底部，于是實現(xiàn)V型槽與自適應(yīng)蓋板一體化構(gòu)造。
本發(fā)明的這種自適應(yīng)微型光纖連接器主要包括硅基體，成型于基體上的V型槽，以硅基體為支撐基礎(chǔ)、呈曲面橫跨并懸空覆蓋V型槽上方的曲面金屬蓋板，在金屬蓋板中間部位對稱設(shè)置細縫開口。為了調(diào)整蓋板對光纖的加載力方向和大小，蓋板的細縫開口可以取不同的圖樣，如采用“十”字形或線型等。蓋板與基體之間是沿V型槽走向的光纖固定通道，它同時也是光纖插拔通道，固定通道兩端分別是半錐形導(dǎo)引通道，固定通道和導(dǎo)引通道內(nèi)安置待定位對準的光纖。
基體采用單晶硅片，V型槽的開口寬度需要嚴格控制，以保證置入后光纖最高處略高于蓋板最低處下底面的高度。V型槽的長度應(yīng)能夠充分保證光纖定位，一般應(yīng)在1mm以上。蓋板以硅基體為支撐基礎(chǔ)，呈曲面橫跨并懸空覆蓋V型槽上方。蓋板的長度略短于V型槽的長度，兩端半錐形結(jié)構(gòu)起光纖插入導(dǎo)引槽的作用，引導(dǎo)光纖進入能夠壓緊固定光纖的固定通道；中間低而平直的一段提供固定光纖于V型槽內(nèi)的壓力，主要發(fā)揮擠壓彈簧的作用。蓋板的厚度可以取0.5-30微米之間?！笆弊中位蛘咂渌问降拈_口對稱分布在蓋板的中心，使蓋板產(chǎn)生的擠壓彈性力左右對稱，與V型槽配合，保證光纖能夠?qū)崿F(xiàn)理想的中心定位。如果采用“十”字形開口，其中橫截蓋板(與V型槽走向垂直)的開口還具有觀察窗口的功能，同時也可以用來安置微型光學(xué)元件，以構(gòu)成其它微光學(xué)器件。
光纖固定通道是V型槽與蓋板平滑段之間形成的中空通道。半錐形導(dǎo)引通道處在蓋板兩端的翹曲部分與V型槽之間，是引導(dǎo)光纖進入固定通道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其外端開口大，有利于光纖納入，向內(nèi)逐漸變小，直到與固定通道平滑銜接，迫使從大開口進入導(dǎo)引通道的光纖前端，在后續(xù)給進過程中推擠作為蓋板的彈性膜片，進入固定通道。
本發(fā)明的微型光纖連接器可以通過非硅材料微加工技術(shù)集成制造首先在硅基體上利用濕法各向異性刻蝕方向形成定位對準V型槽，然后經(jīng)過曲面成型、掩膜電鍍工藝及犧牲層工藝在V型槽上方形成高度有控制的曲面蓋板，支撐在V型槽兩側(cè)硅基體上，就構(gòu)成了所述自適應(yīng)微型光纖連接器。
本發(fā)明的微型光纖連接器體積小巧，無需附加蓋板就能夠?qū)崿F(xiàn)光纖固定，不需要手工扳動蓋板，就可以實現(xiàn)光纖插拔，便于形成小型化光纖連接器設(shè)計，特別適合對空間要求比較苛刻的帶狀光纖連接，也可以用于微光機電系統(tǒng)，作為光纖精確定位的支撐結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)與其它光學(xué)器件對接。


圖1為本發(fā)明自適應(yīng)微型光纖連接器的典型結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖1中，硅基體1，成型于基體1上的V型槽2，橫跨V型槽2上方并懸空覆蓋V型槽2的曲面金屬蓋板3，在金屬蓋板3中間部位設(shè)置細縫開口4，蓋板3與基體1之間是沿V型槽走向的光纖固定通道5，它同時也是光纖插拔通道，固定通道5兩端分別是半錐形導(dǎo)引通道6，固定通道5和導(dǎo)引通道6內(nèi)安置待定位對準連接的光纖7。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
圖1是能夠體現(xiàn)本發(fā)明主要特點的光纖連接器單元的一種立體結(jié)構(gòu)示意圖。在硅基體1開有V型槽2，曲面金屬蓋板3以硅基體1為支撐基礎(chǔ)、呈曲面橫跨并懸空覆蓋在V型槽2上方，金屬蓋板3的兩端翹曲展寬，形成喇叭口，在曲面金屬蓋板3中間部位對稱設(shè)置“十”字形細縫開口4，曲面金屬蓋板3與基體1之間形成沿V型槽走向的光纖固定通道5，固定通道5兩端分別是半錐形導(dǎo)引通道6，固定通道5和導(dǎo)引通道6內(nèi)安置待定位對準的光纖7。
基體1采用單晶硅片，以方便V型槽加工及與其它微器件集成。也可以采用能夠?qū)崿F(xiàn)V型槽成型的其它襯底，如塑料、金屬膜片等。
V型槽2沿(100)硅片的晶格取向分布，借助氧化硅掩膜濕法各向異性刻蝕工藝在硅基體上制作，V型槽2的開口寬度需要嚴格控制，以保證置入后光纖7最高處略高于曲面金屬蓋板3最低處下底面的高度。V型槽的長度應(yīng)能夠充分保證光定位牢固，一般應(yīng)在1mm以上，特殊情況下可以更短，如光纖7本身很短或者有其他輔助固定支撐存在等。
曲面金屬蓋板3以硅基體1為支撐基礎(chǔ)，呈曲面橫跨并懸空覆蓋V型槽2上方。曲面金屬蓋板3的長度略短于V型槽2的長度，可以區(qū)分為承擔(dān)兩種不同功能的三段兩端半錐形結(jié)構(gòu)起光纖7插入導(dǎo)引槽的作用，引導(dǎo)光纖7進入壓緊的固定通道；中間低而平直的一段提供固定光纖7于V型槽2內(nèi)的壓力，主要發(fā)揮擠壓彈簧的作用。蓋板3的厚度決定它所能產(chǎn)生彈性力的大小，并非擠壓力越大越好，因為光纖7插入過程需要克服該擠壓力而進入固定位置，所以，它不能夠太大以致光纖的強度難以使蓋板變形以適應(yīng)光纖進入后的形狀。依據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和形狀的不同，曲面金屬蓋板3的厚度可以取0.5-30微米之間。蓋板3可以通過曲面成型技術(shù)、掩膜電鍍技術(shù)結(jié)合犧牲層釋放技術(shù)制備。材料可以選擇各種金屬薄膜或者其他易成型材料，如鎳、鐵鎳、金等。
細縫開口4對稱分布在曲面金屬蓋板3的中心，使蓋板3產(chǎn)生的擠壓彈性力左右對稱，與V型槽2配合，保證光纖7能夠?qū)崿F(xiàn)理想的中心定位。細縫開口4最可能的形式是“十”字形，其中與V型槽走向垂直的橫截開口具有觀察窗口的功能，用于檢查光纖對準和接近程度，也可以用來安置微型光學(xué)元件，以構(gòu)成其它微光學(xué)器件，其寬度變化范圍較大。如果不需要觀察或安置其它元件，該方向開口可以省略，變成線型縫隙開口。該細縫開口4能夠在蓋板3成型過程中制備。
光纖固定通道5是V型槽2與曲面金屬蓋板3平滑段之間形成的中空通道。
半錐形導(dǎo)引通道6是引導(dǎo)光纖進入固定通道5的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其外端開口大，有利于光纖納入，向內(nèi)逐漸變小，直到與固定通道5平滑銜接，迫使從大開口進入導(dǎo)引通道6的光纖前端，在后續(xù)給進過程中推擠作為蓋板3的彈性膜片，進入固定通道5。半錐形導(dǎo)引通道6處在蓋板3的兩端翹曲部分與V型槽2之間，可以借助融膠成型的曲面加工技術(shù)結(jié)合掩膜電鍍和犧牲層技術(shù)加以實現(xiàn)。
光纖7是待固定的裸光纖。
具備上述特征的微型光纖連接器，無需附加蓋板，就能夠?qū)崿F(xiàn)光纖固定，不需要手工扳動蓋板，就可以進行光纖插拔操作，便于形成微型化光纖連接器，特別適合對空間要求比較苛刻的帶狀光纖連接，同時能夠應(yīng)用于微光機電系統(tǒng)，作為光纖定位排布的機構(gòu)。
實施例以<100>單晶硅片為襯底，電沉積鎳薄膜作為蓋板材料，通過多層微結(jié)構(gòu)三維微加工技術(shù)，制備了一種典型的微型光纖連接器，其工藝過程如下從熱氧化硅片開始，首先掩膜光刻再用緩沖氫氟酸化學(xué)刻蝕為V型槽2開出刻蝕窗口，接著用35％KOH在70℃各向異性刻蝕約3小時，形成V型槽2。在形成的V型槽中填充光刻膠(如AZ4630等)，低溫固化，旋切整平，在此表面上旋涂30微米厚膠，經(jīng)光刻、90℃烘膠、再旋涂5微米光刻膠，接著再次95℃厚烘100分鐘以形成導(dǎo)致蓋板3兩端翹曲的半錐形光刻膠結(jié)構(gòu)。然后在此光刻膠上光刻使V型槽2之外的硅襯底1表面暴露，濺射Cr/Cu種子層，旋涂5微米光刻膠，光刻蓋板3圖形，掩膜鍍鎳6微米，再用10％KOH溶液在65℃溶出上述結(jié)構(gòu)中包含的光刻膠，使蓋板3各部位懸空釋放，就形成了自適應(yīng)微型光纖連接器。如果掩膜制作一組圖形，就可以構(gòu)成陣列器件。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)微型光纖連接器，其特征在于主要包括硅基體(1)，成型于硅基體(1)上的V型槽(2)，以硅基體(1)為支撐基礎(chǔ)、呈曲面橫跨并懸空覆蓋V型槽(2)上方的曲面金屬蓋板(3)，金屬蓋板(3)的兩端翹曲展寬，形成喇叭口，金屬蓋板(3)上對稱分布細縫開口(4)，金屬蓋板(3)與硅基體(1)之間形成沿V型槽走向的光纖固定通道(5)，固定通道(5)兩端分別是半錐形導(dǎo)引通道(6)，固定通道(5)和導(dǎo)引通道(6)內(nèi)安置待定位對準的光纖(7)。
2.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)微型光纖連接器，其特征在于所述曲面金屬蓋板(3)為集成制造一體式，厚度在0.5-30微米之間，V型槽(2)的開口寬度保證置入后光纖(7)最高處略高于蓋板(3)最低處下底面的高度。
3.如權(quán)利要求1的自適應(yīng)微型光纖連接器，其特征在于所述細縫開口(4)為十字形或線形圖案。
全文摘要
一種自適應(yīng)微型光纖連接器，主要包括硅基體，成型于硅基體上的V型槽，橫跨V型槽上方并懸空覆蓋V型槽的曲面金屬蓋板，金屬蓋板的兩端翹曲展寬形成喇叭口，中間部位對稱分布細縫開口，金屬蓋板與硅基體之間形成沿V型槽走向的光纖固定通道，固定通道兩端分別是半錐形導(dǎo)引通道。本發(fā)明采用V型槽定位的原理實現(xiàn)精確對準或定位，由曲面金屬蓋板提供固定光纖的持續(xù)穩(wěn)定壓力，光纖固定通道和兩端的半錐形導(dǎo)引通道可以方便光纖導(dǎo)入操作，并形成對光纖的接觸壓制，從而固定光纖。本發(fā)明的微型光纖連接器易于集成化制造，體積小巧，可實現(xiàn)光纖插拔和精確對準、定位及固定，便于形成小型化光纖連接器設(shè)計，也適合對空間要求比較苛刻的帶狀光纖連接。
文檔編號G02B6/36GK1515918SQ0315062
公開日2004年7月28日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者蔣振新, 丁桂甫, 姚錦元 申請人:上海交通大學(xué)