專利名稱：使用自對準(zhǔn)纖芯擴(kuò)展器的光纖互連的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及光纖和光波導(dǎo)領(lǐng)域，具體地涉及光纖和光學(xué)通道波導(dǎo)的互連結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
最普通的光波導(dǎo)是具有一個被一個圓形包層支持的圓形纖芯的光纖。其次普通的光波導(dǎo)是平面波導(dǎo)，其中的導(dǎo)光通道制作在通常是直角形的光學(xué)基底表面附近。平面波導(dǎo)中的導(dǎo)光芯層常稱作光學(xué)通道波導(dǎo)。許多有用的光學(xué)功能，例如光調(diào)制、波分復(fù)用、切換、和耦合可以在平面波導(dǎo)上實現(xiàn)。
被導(dǎo)引的光大多數(shù)駐留在纖芯或通道之內(nèi)。單模光纖纖芯的典型截面尺寸小于10微米(0.01mm)，即使對于多模光纖，該尺寸通常也小于200微米。通道波導(dǎo)的截面尺寸也有相同的范圍。從而，兩個或多個光纖之間的光連接和耦合(混合)在技術(shù)上提出了巨大的挑戰(zhàn)。結(jié)果，光纖連接器和耦合器的價格相當(dāng)昂貴，如果與微波電纜的相應(yīng)器件相比則更是如此。因為在光纖通信中連接器和耦合器是各種器件中使用最為頻繁的器件，昂貴的器件價格已經(jīng)阻礙了光纖通信向更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，這些應(yīng)用例如有可視電話、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、和有線電視等。
1994年2月15日簽發(fā)給本發(fā)明人和一位共同發(fā)明人的美國專利NO.5,287,424主要討論了在多個平行布置的光纖之間進(jìn)行光的分離與合并的光纖耦合器。不過本申請將討論這樣的光纖耦合器，它們用來以一、一對應(yīng)的關(guān)系把光從一個光纖轉(zhuǎn)移到另一個光纖中，還用來以一、一對應(yīng)的關(guān)系在一個光纖和一個通信波導(dǎo)之間進(jìn)行光的轉(zhuǎn)移。
光纖連接器是纖維光學(xué)中，尤其是光纖通信中的一個關(guān)鍵器件。當(dāng)其應(yīng)用接近于終端用戶時，例如計算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)的用戶時，成本大小成為一個關(guān)鍵問題?，F(xiàn)有的光纖連接器對這樣的應(yīng)用背景來說是十分昂貴和復(fù)雜的。而且，這類應(yīng)用還需要多光纖陣列連接器，這相當(dāng)于電纜所用的多針腳連接器。陣列連接器可以使連接器的空間。每個連接的成本、和總連接時間最小化。目前，這種多光纖陣列連接器的技術(shù)最多還只能說是處于初期階段，而且其價格是不切實際地高。
一般地說，如果能使連接面上的光束尺寸放大，那末光纖間的連接將變得較為容易。當(dāng)光束被放大后，對準(zhǔn)容差將可放寬，但角度容差卻變得更嚴(yán)了。例如，wasserman和Gibolar在美國專利NO.5,097,524中給出了一個利用透鏡來擴(kuò)大光束的連接器實施例。Moslehi等人在OpticsLetters(光學(xué)快報)第14卷、第23期1327頁中描述了一種基于光束擴(kuò)展光路的光纖連接技術(shù)。Hussey和Payne在Electronic Letters(電子快報)第24卷、第1期14頁中描述了一種光纖維擴(kuò)束器。然而這些技術(shù)仍然需要在光纖和擴(kuò)束元件之間進(jìn)行至關(guān)重要的對準(zhǔn)。而且，這些技術(shù)是針對單根光纖的連接，不能用于陣列連接。
另外一個重要的光纖光路技術(shù)是光纖和通道波導(dǎo)之間的連接。近來，通道波導(dǎo)是利用光刻技術(shù)或像電子束寫入或激光束寫入這樣的其他先進(jìn)技術(shù)以圖案形式形成在整塊光學(xué)基底的平坦頂面上或其近表層。在大多數(shù)應(yīng)用中，通道波導(dǎo)需要以一對一的端面對接方式和光纖相連接。為了做到這種連接，通道波導(dǎo)的端面必須切割成平面，并且與波導(dǎo)面成直角關(guān)系，然后在保持端面直到距基底表面1或2微米距離時仍有陡峭的直角的同時，對它進(jìn)行加工容差不到一個光學(xué)波長量級的拋光。其后再把一個帶有劈理面的光纖靠到通道波導(dǎo)的如上制備的端面上。光纖的纖芯和通道波導(dǎo)的橫向?qū)?zhǔn)不得超過幾個微米。然后在端面區(qū)施加粘合劑。當(dāng)粘合劑固化時由于體積變化或移動，原先的對準(zhǔn)往往要被破壞，從而造成連接器損耗，即使做到了完善的對準(zhǔn)，由于圓形的纖芯和較大的方形通道波導(dǎo)之間的形狀失配也要造成明顯的連接器損耗。更重要的是，光纖與通道的連接是一個非常昂貴的制造步驟。這就是為什么盡管光纖具有巨大的潛在優(yōu)點，但還沒有能進(jìn)入到更寬廣的用戶市場的原因。
本發(fā)明的公開內(nèi)容所以，本發(fā)明的主要目的是提供一個能夠解決光纖連接器的技術(shù)困難的新型光學(xué)互連實施例。
本發(fā)明的一個伴隨的目的是提供一個用于陣列光纖連接器的新型光學(xué)互連實施例。
本發(fā)明的總目的是要使光纖連接的成本降低到即使對于低密度、低終端光纖通信應(yīng)用來說也仍然是低的程度。
本發(fā)明的基本連接元件包括一個含有一個纖芯和一個包層的光纖、一個例如在被引作參考的美國專利NO.5,287,424中所公開的纖芯擴(kuò)展器、以及一個帶有其中放置了纖芯擴(kuò)展器的空心端部的通道波導(dǎo)。與參考專利中的一樣，纖芯擴(kuò)展器制作在光纖的纖芯端面上，其形狀為發(fā)散的喇叭結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，通道波導(dǎo)的截面面積總是大于纖芯的面積，并且光纖一通道波導(dǎo)連接是通過纖芯擴(kuò)展來實現(xiàn)的。于是，光纖和通道波導(dǎo)之間的連接是自對準(zhǔn)的。通道波導(dǎo)可執(zhí)行各種功能，例如調(diào)制、波分復(fù)用、切換、耦合、和連接。在一個光纖一光纖連接的實施例中，通道波導(dǎo)被沿著長度方向切成錐形，以使之具有明顯較大的截面面積。
附圖的簡單說明

圖1示出一個光學(xué)通道波導(dǎo)和一個空心通道的原理性透視圖，該空心通道是通道波導(dǎo)的共線的延伸。該圖的右側(cè)還示了通道波導(dǎo)的截面圖和空心通道在D、E兩個位置上的截面圖。
圖2除了在空心通道上加上了一個蓋板之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖1的相同。
圖3除了加上了一個光纖，并且在空心端部內(nèi)生成了光纖的一個芯纖擴(kuò)展器之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖1的相同。
圖4示出圖2實施例的通道波導(dǎo)的截面圖。
圖5示出沿著通道方向的圖1的側(cè)視截面圖。
圖6示出沿著通道方向的圖1的截面平面圖。
圖7示出沿著通道方向的圖3的截面?zhèn)纫晥D。
圖8示出沿著通道方向的圖3的截面平面圖。還示出了光纖的導(dǎo)光纖芯的、纖芯擴(kuò)展器的各個點處的、以及通道波導(dǎo)的截面圖。
圖9除了空心通道已在其輸入端被切成錐形以幫助光纖插入到空心通道之外，所示其他結(jié)構(gòu)與圖3的相同。
圖10除了光纖完全位在空心通道的外部之外，所示其他結(jié)構(gòu)與圖3的相同。
圖11示出沿著通道方向的圖10的截面平面圖。還示出了光纖的導(dǎo)光纖芯的、纖芯擴(kuò)展器中各個點處的、以及通道波導(dǎo)的截面圖。
圖12除了有兩個而不是一個光纖連接器單元從而在同一個基底上形成了一個陣列之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖3的相同。
圖13除了兩個通道波導(dǎo)被切成錐形以結(jié)合成一個光耦合器之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖12的相同。
圖14除了通道波導(dǎo)被切成錐形以使端面處的截面面積變大之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖3的相同。此外此圖還示出了導(dǎo)光纖芯在從A到D各個點處的截面圖。
圖15除了通道的截面形狀為圓形的之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖13的相同。
圖16示出含有圖14所示被切成錐形的通道波導(dǎo)的一對光纖連接器的原理性透視圖。
圖17示出具有圖15所示截面形狀的一種光纖連接器類型的原理性透視圖。
圖18示出具有圖15所示截面形狀的另一種光纖連接器類型的原理性透視圖。
圖19除了有兩個而不是一個光纖互連元件單元從而形成了一個多光纖陣列連接器之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖16的相同。
圖20示出了與圖14基本相同的實施例，只是其中的光纖由沿著長度方向的兩段組成。
圖21除了已除去了一段光纖之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖20的相同。
圖22除了已除去了光纖之外，所示的其他結(jié)構(gòu)與圖14的或圖21的相同。
圖23示出圖20中均分纖芯和通道波導(dǎo)的平面內(nèi)的截面圖。
圖24示出圖21中均分纖芯和通道波導(dǎo)的平面內(nèi)的截面圖。
圖25示出圖22中均分通道波導(dǎo)的平面內(nèi)的截面圖。
實施本發(fā)明的最佳模式圖1示出了制作在一個基底(3)上的一個通道波導(dǎo)(1)和一個空心通道(2)。通道波導(dǎo)(1)的橫截面的面積和形狀基本上和空心通道(2)的相同。這一點已由示意性示出圖1中位置D和E處的截面圖而表明。截面的形狀不一定要像圖示那樣地是矩形的。只要D和E兩個位置處的形狀和面積基本相同，它們可以具有任何其他的形狀。制作通道波導(dǎo)(1)的優(yōu)選方法是首先制作一個其長度包括通道波導(dǎo)(1)和空心通道(2)的長度的空心通道，然后通過充填一部分通道而形成通道波導(dǎo)(1)。例如像參考專利(美國專利NO.5,287,424)中所描述的對光有反應(yīng)的聚酯材料特別適宜于用來制作圖1所示的空心通道(2)和通道波導(dǎo)(1)。制作圖1所示實施例的另一個可能的方法是首先制作一個其長度包括通道波導(dǎo)(1)和空心通道(2)的長度的通道波導(dǎo)，然后通過腐蝕掉一部分長度的通道波導(dǎo)以生成空心通道(2)。空心通道(2)也可以用模塑技術(shù)來制作。這是一種最便宜的方法，因此最適合于大批量生產(chǎn)?？招耐ǖ?2)最好能像圖2所示那樣在其頂部蓋上一個蓋板(4)，使空心通道(2)的四個側(cè)面都被包住。蓋板(4)可以是基底(3)的一個整體部份，也可以是可卸式的。
通道波導(dǎo)(1)是用來導(dǎo)光的，因此通常用折射率高于周邊的，即基底(3)和頂部介質(zhì)的折射率的材料做成。
圖3示出在圖1的空心通道(2)中放置了一根光纖(5)，并且還以參考專利所描述的方式在纖芯(7)的輸出端面上形成了纖芯擴(kuò)展器(6)。如參考專利的“本發(fā)明的概述”中所說明的，芯纖擴(kuò)展器(6)的折射率大于周圍介質(zhì)的折射率，使得以適當(dāng)?shù)妮斎虢菑耐ǖ啦▽?dǎo)(1)進(jìn)入纖芯擴(kuò)展器(6)的光將受到全內(nèi)反射，從而使光線到達(dá)并耦合到芯纖(7)中前使被芯纖擴(kuò)展器導(dǎo)引。當(dāng)光在直徑逐漸減小的錐形部分中傳播時，入射角將愈來愈小(注在幾何光學(xué)中，入射角的定義是光線和波導(dǎo)邊界法線的夾角。在根據(jù)波導(dǎo)理論的更準(zhǔn)確的描述中，入射角由通道波導(dǎo)的一個傳播本征模的波矢量的橫向分量和縱向分量之比的反正切值確定)。當(dāng)錐形的長度太長并且錐角太大時，在錐形部分的某一個點上某些光線的入射角可以變得小到不再能發(fā)生全內(nèi)反射。當(dāng)出現(xiàn)一情況時。這些特定的光線將從波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中泄漏出去。通過使錐角較小和錐形長度較短?？梢詼p少甚至消除這個效應(yīng)。當(dāng)錐角足夠小時，將達(dá)到所謂的絕熱過程，使光能夠無損耗地傳播。損耗可能是由從導(dǎo)引模轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)引模所造成的。所以最好能保持纖芯擴(kuò)展器(6)的錐角是小的。這可以通過遵照參考專利所說明的方法來制作纖芯擴(kuò)展器(6)，并且把進(jìn)入纖芯(7)的紫外光限制到只有光纖的較低級的模式。還有，如參考專利中所說明的，盡量地腐蝕掉光纖包層(6)以使纖芯擴(kuò)展器(6)不必要擴(kuò)展得太大是有益的，這樣纖芯擴(kuò)展角為了完成它的連接功能就不必要太大了。在圖2中，這意味著要從光纖(5)上腐蝕掉全部的或大部分的包層(8)，并且使空心通道(2)的寬度和深度不比光纖(5)大很多。
纖芯擴(kuò)展器(6)最好用與通導(dǎo)波導(dǎo)(1)相同的或相似的材料做成，使得在整個制作過程完成之后在纖芯擴(kuò)展器(6)和通道波導(dǎo)(2)之間不存在任何邊界。這也將會減少由于通道波導(dǎo)(1)和纖芯擴(kuò)展器(6)之間的界面的非完善情況而造成的反射損耗和某些其他損耗。
因為纖芯擴(kuò)展器(6)在碰到空心通道(2)的壁之前一直是發(fā)散的，所以從纖芯(7)到通道波導(dǎo)(1)的過渡具有自對準(zhǔn)性，并且它們的界面在形狀和尺寸上都是完全匹配的。這一點在圖4至圖8中看得更明顯，這些圖示出了圖1至圖3所示實施例的原理性截面圖。
圖4示出了圖2的通道波導(dǎo)(1)和基底(3)在垂直于光傳播方向的平面上的放大截面圖。通道波導(dǎo)(1)上方的介質(zhì)可以是空氣或者某種折射率低于通道波導(dǎo)(1)的其他光學(xué)材料。
圖5示出了圖2的通道波導(dǎo)(1)、基底(3)和蓋板(4)在沿著通道方向并垂直于基底表面的平面內(nèi)的截面圖。如果在用紫外光曝光形成纖芯擴(kuò)展器(6)之前準(zhǔn)備把纖芯擴(kuò)展器(6)的材料鋪溢在基底的頂面上，那末就可以不需要蓋板(4)。在這情形中，纖芯擴(kuò)展器最高處的形狀將以好像在空心通道(2)上放置了蓋板(4)一樣的方式來成形。
圖6示出了圖2的通道波導(dǎo)(1)和基底(3)在沿著通道方向并平行于基底表面的平面內(nèi)的截面圖。
圖7所示的和圖5相同，只是加上了含有纖芯(7)和包層(8)的光纖(5)和纖芯擴(kuò)展器(6)。纖芯擴(kuò)展器(6)是根據(jù)參考專利的說明制作的。制作好纖芯擴(kuò)展器之后可以拿走蓋板(4)。
圖8示出垂直于圖7截面方向的截面圖。換言之，圖8和圖6相同，只是加上了光線(5)及其纖芯擴(kuò)展器(6)。圖8中還示出了從位置A到位置E的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)的一系列截面圖，這些位置從光纖芯(7)開始，到纖芯擴(kuò)展器(6)內(nèi)的三個位置，然后最后一個位置在通道波導(dǎo)(1)內(nèi)。由于參考專利中所描述的發(fā)散纖芯擴(kuò)展器的性質(zhì)，纖芯擴(kuò)展器(6)充填了空心通道(2)的內(nèi)部空間。如圖中原理性地所示，纖芯擴(kuò)展器(6)的形狀和面積都與通道波導(dǎo)(1)的相匹配。再次指出，通道的形狀不一定要像圖示那樣是矩形的，它也可以是任何其他的形狀，例如卵形、圓形、方形或者它們的任意組合形狀。這種自對準(zhǔn)和自形狀匹配性質(zhì)使得光纖連接要簡單許多和便宜許多。
圖9示出的和圖8的相同，只是在空心通道(2)的輸入端加上了錐形過渡，使光纖(5)容易插入。這種輸入過渡可以加到本發(fā)明公開中所說明的所有實施例上。
圖10示出了與圖3有微小變化的結(jié)構(gòu)，該變化是光纖(5)全部位在空心通道(2)的外部。這使得空心通道(2)的寬度和深度只要稍大于纖芯(7)的直徑，但仍小于包層(8)的直徑。這樣，纖芯擴(kuò)展器(6)在它能充滿空心通道(2)之前不必要太多的發(fā)散。這有利于減少當(dāng)纖芯擴(kuò)展器(6)的錐角太大或錐形太長時可能發(fā)生的模式轉(zhuǎn)換損耗。圖11示出了光束沿著圖10實施例結(jié)構(gòu)的傳播情況。本申請中所說明的所有實施例都可以用圖10所示的方式來放置光纖(5)，以代替圖3或圖9所示的放置方式，而不改變本申請的基本精神。
在許多應(yīng)用中將涉及到在一個基底上有多于一個的通道波導(dǎo)和多于一個的光纖需要互連的情況。圖3所示的實施例可以應(yīng)用于圖12所示的這種多通道情況，在圖12中，分別帶有各自的纖芯擴(kuò)展器(13)和(14)的兩條光纖(9)和(10)要與兩個通道波導(dǎo)(13)和(14)相連接。在另一端示出了連接在兩條光纖(17)和(18)上的兩個纖芯擴(kuò)展器(15)和(16)的鏡像。需要注意，纖芯擴(kuò)展器(11)、(12)、(15)和(16)中的每一個都限制在各自相應(yīng)的通道內(nèi)，并且和相應(yīng)的空心通道的內(nèi)壁相合。這和參考專利中所描述的耦合器實施例不同，其中每當(dāng)有多于一個光纖時就把各光纖互相相鄰地放在一起，并通過纖芯擴(kuò)展器使它們自身合在一起。通道波導(dǎo)(13)和(14)可以是互相光學(xué)隔離的，或者通過速逝場耦合而互相耦合。如果波導(dǎo)材料具有電光特性，這種耦合可以用電信號控制。這時，一個輸入光纖，例如光纖(9)，中的光可以在輸出光纖(17)和(18)之間切換。
圖13示出與圖12相同的情況，其中兩條光纖(19)和(20)及其相應(yīng)的纖芯擴(kuò)展器(21)和(22)分別連接到通道波導(dǎo)(23)和(24)上，只是這里的兩個通道波導(dǎo)(23)和(24)在中部(25)合在了一起，形成一個光耦合區(qū)。這里又一次與參考專利中所示的耦合器實施例的情況不同，在本申請中，兩個纖芯擴(kuò)展器仍然是相互分開的，而耦合是通過兩個初切成斜面的相合的通道波導(dǎo)來實現(xiàn)的；而在參考專利中，耦合是直接通過兩個合在一起的纖芯擴(kuò)展器來實現(xiàn)的。
在纖維光學(xué)領(lǐng)域，圖12和13所示的通道波導(dǎo)(13)、(14)、(23)和(24)的各種實施結(jié)構(gòu)和功能是眾知的。所以本發(fā)明在通道波導(dǎo)的功能方面，例如圖13的被切成錐形的通道波導(dǎo)的耦合功能方面，不提出任何新的權(quán)利要求。具有創(chuàng)新性的是光纖一通道波導(dǎo)互連的各個實施例。當(dāng)前的實際情況是，通道波導(dǎo)可以利用光刻技術(shù)和有關(guān)的薄膜技術(shù)以大批量生產(chǎn)的方式較便宜地制作。成本高的部分是通道波導(dǎo)和光纖的互連。于是，本申請所公開的互連方法和實施將會大幅度地降低光纖光學(xué)器件的成本。
另一種重要的光纖互連器的類型是可卸式光纖連接器。從光纖光學(xué)技術(shù)發(fā)展的早期階段起，人們就已經(jīng)認(rèn)識到要被光纖纖芯所導(dǎo)引的光束的小尺寸將使連接器的設(shè)計很困難并且成本很高，而擴(kuò)大光束尺寸可以使連接變得比較容易。球狀透鏡和梯度折射率棒狀透鏡已常常用來擴(kuò)展光束。為了使連接操作容易，光束必須要明顯地擴(kuò)展。所希望的光束直徑約從小于0.1mm到大于1mm。
在利用光束擴(kuò)展器把一個光纖連接到另一個光纖上時，重要的是要確保當(dāng)光束直徑變大時光束的發(fā)散角必需變小。這是因為，當(dāng)光束尺寸被減小到原來的尺寸以準(zhǔn)備與另一個光纖相耦合時，光的發(fā)散角就會變大。所以，除非在光束的放大過程中其角度變得足夠小，否則該光束在縮小過程中其發(fā)散角將變得大到不再能產(chǎn)生全反射。為了使放大的連接器中有小的錐角，圖14示出了一個連接器的實施例，它基本上與圖8所示的連接器相同，只是其通道波導(dǎo)(29)被做成錐形并終止于用于光連接的那一端(30)。大部分的錐度和放大都由通道波導(dǎo)(29)來實現(xiàn)，這種波導(dǎo)可以精確地設(shè)計和制作。纖芯擴(kuò)展器(28)只是適配性地連接在纖芯(27)和通道波導(dǎo)(29)之間。圖14的下部示出了導(dǎo)光介質(zhì)在A、B、C、D等不同位置處的截面。在這個特定的情形中通道波導(dǎo)從位置C到位置D這一段的放大是二維的放大。放大也可以做成只是一維的。通過除去大部分的包層(26)和使通道在A、B位置處的寬度十分接近于被腐蝕的包層的直徑，從位置A到位置B這一段的放大可以十分小。
圖15除了通道波導(dǎo)(34)具有圓形截面之外，其余部分與圖14的相同。
圖16示出一個連接器及其連接部分的原理性透視圖，這個連接器可以具有圖14所示的截面形狀。
圖17原理性示出一個連接器的實施例，它可以具有圖15所示的截面形狀。
圖18原理性地示出了圖15所示連接器的另一種可能的實施例。
圖19示出一個圖16所示連接器的陣列，其中兩根光纖(38)和(39)分別通過兩個分開的纖芯擴(kuò)展器(40)和(41)與兩個分開的切成錐形的通道波導(dǎo)(42)和(43)相連接，并終止于同一個端面(44)處。這個陣列連接器是做在同一個基底(45)上的。這兩個導(dǎo)光單元之間的距離可以精確地設(shè)計，以做到同類陣列連接器之間的通用性連接。雖然圖19的陣列中只示出了兩個單元，但在同一個基底(45)上也可以制作多得多的，例如16個、32個或64個單元。
圖20示出一個基本上與圖14相同的實施例，只是如圖所示，光纖(47)短到足以被包含在空心通道之內(nèi)，而且還加上了第二條光纖(46)。在根據(jù)參考專利的說明形成了纖芯擴(kuò)展器(48)之后，可以除去第二光纖(46)，得到圖21所示的實施例。也可以以可互換的方式導(dǎo)入一個新的光纖來替換第二光纖(46)。甚至第一光纖(47)也可以除去，得到圖22所示的實施例。為了使第一光纖(47)做成是可除去的，可以在根據(jù)參考專利的說明制作纖芯擴(kuò)展器(48)之前在光纖(47)的端面上施加一個薄的鍍層。該薄鍍層的材料必須是不會和纖芯擴(kuò)展器(48)的材料粘在一起的?？赡苁褂玫倪@種非粘著性材料有硅膠和泰夫輪(Teflon)。這種材料也可以是一種能夠被某種化學(xué)劑溶化的材料，這種化學(xué)劑不會和組成纖芯擴(kuò)展器(48)、通道波導(dǎo)(49)和基底(50)的材料起反應(yīng)。這種材料可以是像臘那樣的低熔化溫度材料。除去光纖的這個特征也可以適用于本申請所說明的其他實施例，例如圖3所示的實施例。
圖23、24和25分別是對應(yīng)于圖20、21和22的實施例的截面圖。
很明顯，通過上述說明的啟示，本發(fā)明有各種應(yīng)用和變化的可能。因此必須理解到，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)本發(fā)明可以用不同于前面專門說明的方法來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用來把一個光纖和一個光學(xué)通道波導(dǎo)相連接的光纖互連結(jié)構(gòu)，它包括一個制作在一個光學(xué)基底(3)中的空心通道(2)；一個制作在同一光學(xué)基底(3)中的通道波導(dǎo)(1)，它作為空心通道(2)的延伸與后者共線地放置，兩者的橫截面形狀和面積基本相同。一個含有纖芯和包層的光纖(5)，它與空心通道(2)共線地放置，并且其端面面對著空心通道(2)；以及一個光纖的纖芯擴(kuò)展器(6)，它位在空心通道(2)的內(nèi)部，使光纖的纖芯與通道波導(dǎo)相互連；由此，光可以通過纖芯擴(kuò)展器在光纖纖芯和通道波導(dǎo)之間傳送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中的空心通道是利用光刻技術(shù)由對光有反應(yīng)的材料制作的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中的空心通道是利用模塑技術(shù)制作的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中的通道波導(dǎo)和纖芯擴(kuò)展器是用同樣的材料做成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中的包層的直徑被減小到基本上接近于纖芯直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中空心通道的截面面積隨著遠(yuǎn)離通道波導(dǎo)而逐漸變大，值得光纖容易插入到空心通道內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中的光纖完全位在空心通道的外部，并且空心通道的寬度和深度小于包層的直徑而略大于光纖纖芯的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中的通道波導(dǎo)被切成錐形，使得其橫截面隨著遠(yuǎn)離纖芯擴(kuò)展器而變大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明，其中通道波導(dǎo)的橫截面沿一錐方向變大。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明，其中通道波導(dǎo)的橫截面沿二維方向變大。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明，其中變大的橫截面具有方形形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明，其中變大的橫截面具有圓形形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中光纖以可卸除的方式放置在空心通道之內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明，其中光纖放置在空心通道內(nèi)，并且它短得足以被含在空心通道之內(nèi)，以使第二個光纖得以在空心通道內(nèi)部以端面對端面的方式與原來的光纖以可釋開的方式連接。
15.一種用來把一個光纖的陣列和一個光學(xué)通道波導(dǎo)的陣列以一對一的方式相連接的陣列光纖互連結(jié)構(gòu)，它包括一個制作在一個光學(xué)基底中的空心通道陣列；一個制作在同一光學(xué)基底中的通道波導(dǎo)陣列，每個通道波導(dǎo)都以一對一的方式與一個空心通道相接合，并且每個通道波導(dǎo)都作為相應(yīng)空心通道的延伸與后者共線地放置，每個通道波導(dǎo)的橫截面形狀和面積都和相應(yīng)空心通道的橫截面形狀和面積基本相同；一個含有纖心和包層的光纖的陣列，每一個光纖都以一對一的方式被指定與一個空心通道相配，每個光纖都與其相應(yīng)的空心通道共線地放置，并且其端面面對著相應(yīng)的空心通道；以及一個光纖芯擴(kuò)展器陣列，每一個纖芯擴(kuò)展器都以一對一的方式被指定與一個光纖相配，并且每個纖芯擴(kuò)展器都位在相應(yīng)的使相應(yīng)光纖的纖芯與相應(yīng)通道波導(dǎo)相互連的空心通道之內(nèi)；由此，光可以在任何一個光纖的纖芯和相應(yīng)通道波導(dǎo)之間通過相應(yīng)纖芯擴(kuò)展器傳送。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明，其中空心通道是利用光刻技術(shù)由對光有反應(yīng)的材料制作的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明，其中空心通道是利用模塑技術(shù)制作的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明，其中各個通道波導(dǎo)與其相鄰?fù)ǖ啦▽?dǎo)之間有速逝場耦合。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明，其中各個通道波導(dǎo)在寬度方向上被切成錐形以與其相鄰的通道波導(dǎo)合在一起，實現(xiàn)光學(xué)耦合。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的發(fā)明，其中各個通道波導(dǎo)被切成錐形以使其橫截面隨著遠(yuǎn)離纖芯擴(kuò)展器而變大，但仍與其相鄰的通道波導(dǎo)分開。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)明，其中各切成錐形的通道波導(dǎo)的端面終止于一個共同的端面，該共同端面基本上垂直于通道波導(dǎo)的方向，從而形成一個與另一個光學(xué)器件的可卸開的端面對端面光連接界面。
全文摘要
一種用來連接光纖(5)和通道波導(dǎo)(1)的光纖互連結(jié)構(gòu)。其中，通道波導(dǎo)(5)作為一個空心通道(2)的延伸，與后者共線地布置，并且兩者的截面面積和形狀基本相同。光纖(5)與空心通道(2)共線地放置，其上形成了一個纖芯擴(kuò)展器(6)，后者從光纖(5)的端面逐漸地并光滑地過波渡到通道波導(dǎo)(1)。該通道波導(dǎo)可以是按錐形變大的，以使它在遠(yuǎn)離纖芯擴(kuò)展器的那個端面處的截面面積較大，從而簡化了光信號連接時的繁雜性。
文檔編號G02B6/28GK1135795SQ94194233
公開日1996年11月13日 申請日期1994年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月22日
發(fā)明者桑·K·西姆 申請人:?！·西姆