專利名稱：光學底板互連裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一光學底板互連裝置(Backplane interconnect)，它在光學通信網(wǎng)絡中有特殊的應用，但也不排除其他方面的應用。
為了將一個網(wǎng)絡的所有節(jié)點互相相聯(lián)，這通常需要大量的聯(lián)接，如果用單獨的光纖做這些聯(lián)接是不切實際的。為了簡化節(jié)點聯(lián)接，《光學與量子電子學》1992年第24期S491至S504刊的F.Mackenzie等的“基于光纖總線的光學互聯(lián)”一文提出了一種光學總線結構。它公開了一種由多個并行的D形截面的光纖組成的光學總線。通過以一預定的角度迭加在總線的光纖上的另外的D形截面的光纖構成光纖的連接。如文中所介紹的，這一交錯角決定了光纖和允許有選擇地從總線取出信號或將信號耦合進總線的裝置之間的耦合程度。該連接可以安排成一組，用以做成一模塊結構。線路部分安置在兩塊分開的卡上，兩塊卡連到光纖總線上。每塊卡上都各有光學與電子線路?？梢韵蟪Ｒ?guī)的電話交換機里的電子印刷線路板類似地做成裝架結構。專利EP-A-0382430給出了一個類似結構，可直接參考。
然而在設計能提供一相容且可靠的到光纖總線的耦合的互聯(lián)裝置時，遇到一些問題，結果，當拔出卡，再插入卡或在架上不同位置插入卡時，到總線的光學耦合會發(fā)生所不希望的變化。
本發(fā)明力圖解決上述問題。
按照本發(fā)明，提供了一光學底板互聯(lián)裝置，包括一包括多個光學總線波導的底板；一個帶有許多光路徑的連接塊，該光路徑可以調(diào)整到與底板上的總線波導成一預定的角度關系以形成光學耦合；其特征在于耦合裝置，它以這樣的方式工作，當連接塊沿朝向底板的向前方向移動時，連接塊可以自動地被沿著所述向前方向的橫向移動，從而以所述的預定角度關系形成波導和光路徑的自動位置調(diào)整。
互聯(lián)裝置包括一塊卡，一個用以固定底板的底座，底座上用于固定卡的固定裝置，以及彈性地安裝在卡上的耦合裝置，使得操作時當卡沿向前方向移進固定裝置時，連接塊相對卡移動以形成自動位置調(diào)整(selfalignment)。
底板包括，多個D形截面的光纖，它們在連接塊的范圍內(nèi)通?；ハ嗥叫?，及連接塊里的光路徑，包括通?；ハ嗥叫屑胺指糸_的部分，與光纖的各自部分耦合，所述的耦合裝置，以相對于光纖成一預定的角度支承各光路徑部分。
卡上可以攜帶連接到所述多個光路徑的光學元件。這些光路徑本身也可由另外的D形截面的光纖確定。耦合裝置包括底板上的一個溝槽，以及連接塊上的凸起裝置，正好嵌入溝槽中。凸起裝置包括沿溝槽的軸向伸長的構件，可以相對于底板成一預定角度地支承連接塊。此外，凸起裝置可以包括一個或多個分開的構件以嵌入溝槽中。一個或多個構件包括嵌在連接塊上的凹槽里的一個球。
在另一種結構中，底板中的通道可能比前述的溝槽要寬，從而可以將光纖安置在通道中。
卡可包括一含有光學和電子線路組件的網(wǎng)絡卡，其中卡的固定裝置包括一固定在底座上的用以插網(wǎng)絡卡的電子印刷板插頭座。該插頭座可以連到一電路總線上。
另一方面，本發(fā)明包括一光學網(wǎng)絡互聯(lián)裝置，包含有一個底座，固定在底座上的一底板，該底板包括多個光纖，一網(wǎng)絡卡，一電子印刷板插頭座固定在底座上以插入網(wǎng)絡卡，一個固定在網(wǎng)絡卡上的連接塊，其中有多個光路徑用于與底板上的光纖相對應地耦合，耦合裝置，包含有一互相配合的耦合構件與插座設施，從而以預定的配置提供連接塊與底板之間的耦合，以便耦聯(lián)連接塊里的光路徑與底板上的光纖，這樣把卡插到印刷板插頭座中后，耦合裝置能夠以所述預定的配置使連接塊與底板之間耦合而工作。
為使本發(fā)明更易于充分理解，我們將參照下面的附圖以舉例方式詳細介紹本發(fā)明的實施方式，其中

圖1畫出了一已知的MONET(多維光學網(wǎng)絡)的光纖結構；圖2示出了一D形光纖的交叉點處的示意圖3示出了一列光纖耦合器的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一裝架互聯(lián)裝置的透視圖；圖5是依照本發(fā)明用于一互聯(lián)裝置的一連接塊及底板的透視圖；圖6是圖5中的一個球的放大截面圖；圖7是另一種連接塊配置的透視圖，其中球用一個半圓棒代替；圖8是依照本發(fā)明的另一種光學底板互聯(lián)裝置的截面圖；圖9是本發(fā)明的又一個實施例的截面圖；圖10a是依照本發(fā)明的另一互聯(lián)裝置實施例的平面圖；圖10b是圖10a中所示的互聯(lián)裝置的截面圖；圖11是另一種連接塊與底板之間耦合的透視圖；圖12是另一種底板加工方法的透視示意圖；圖13圖示了用于依照本發(fā)明的互聯(lián)裝置的模件，用于加工底板與連接塊。
參照圖1，示出了一個由光纖總線1構成的光學總線結構。連到光學總線的接口由網(wǎng)絡卡提供，卡上包括光學及電子子系統(tǒng)。圖1中畫出了一發(fā)送卡2及一接收卡3。這種通用的構造稱為MONET系統(tǒng)(多維光學網(wǎng)絡系統(tǒng))，可以參閱D.W.史密斯等的美國達拉斯出的Globecon′89第一卷文章1.2.1。發(fā)送卡2包含多個波長的光源4，典型用半導體激光器，用于向一波分復用器(WDM)5提供光源信號，由它向一調(diào)制器6提供光學信號，而調(diào)制器6接收經(jīng)線7來的控制信號。一個光學空間開關8向四個光路徑提供輸出信號，以光纖9的形式輸出并分別與總線1的光纖相耦合。
類似地，接收卡3上也有用于從總線1上接收信號的多個光纖10，光纖接到一空間開關11，再接到解調(diào)光學線路12和13上。
正如下面要詳細解釋的一樣，卡可以有選擇地連到總線上或從線上移開，這樣可以提供一個所需的可以擴充或調(diào)整的彈性系統(tǒng)?？梢栽O計可互換的卡，用于實現(xiàn)波長濾波，波長路線重編(re-routing)，波長變換(接收λ1波長而以λ2波長重發(fā)送數(shù)據(jù))取出及插入(以所選信道波長λ1重發(fā)送)以及用波長路線重編或波長變換的方法來實現(xiàn)的保護開關。
為了允許卡改變或重配置，需要實現(xiàn)一個光纖9、10與總線1的光纖之間的合適的耦合?，F(xiàn)在參照圖2和圖3加以解釋。正如上文提到的Mackenzie等的文章所說，可以在互相重迭接觸的所謂D形光纖的相鄰長度內(nèi)形成光學耦合。在預制棒階段移去光纖包層可以留下一D形橫截面，這樣可以制成D形光纖。預制棒在特定條件下拉制，以保持其幾何結構，可參閱Davey ST，“光通信用高質(zhì)量D形光纖”一文，BTTJ，Vol.No.4，pp3-9，1990。當兩個D形光纖如圖2所示那樣互相迭加接觸在一起，光纖之間的光學耦合便形成，耦合程度取決于光纖之間的交錯角，當然該角度控制了耦合長度。這樣，設定光纖間的不同交錯角，可以改變耦合的程度。如圖3中所示，做成一列連接件。D形光纖11，1 2和13可以放在基底15上的平行、間隔均勻的預制的溝槽里，基底典型用塑料材料，如美國專利第5,231,682所介紹的，在D型光纖上使用一加熱的模板將D型光纖壓入基底中。光纖間隔典型值為500μm。這樣，可以做成含有總線的底板。如下文詳細介紹，可以在連接塊上做進類似的光纖23。盡管到目前為止我們已介紹了這種總體設計的結構，如上文提及的F.Mackenzie等的介紹，在設計實用形式的連接器時，其中的各組光纖的交錯角以可預測及可控制的方式維持住，從而在更換各個卡時，形成相同的光學耦合，仍遇到一些困難。
圖4所示的光學底板互聯(lián)裝置提供了解決這些問題的方法。如圖4所示，光學底板15包含四個D型光纖1，它們在底板的兩端拼接到傳統(tǒng)的光纖16、17上，該拼接出于保護的目的埋在底板的塑料材料15中。底板是按照前述美國專利第5,231,682號的方法來加工的。底板還提供一伸長通道，形狀為溝槽27，與D型光纖1平行。底板的更詳細結構可以參見圖5a。
如圖4所示，卡2由一常規(guī)的電接插件18、19來緊貼光學板固定在支座條20上，支座條上也固定光學底板15。這樣電接插件18、19夾緊了卡2，且將它保持在已有位置上。接插件18、19與卡2上的電接插件(圖中未畫出)形成電氣連接。18、19本身也可連到一電總線上(圖中未畫出)。
連接到光學總線光纖1的光學連接是通過光纖9和連接塊21來實現(xiàn)的，連接塊21是通過一彈性安裝夾22橫向地固定在卡的一邊2a上的。連接塊21的制作過程與光學底板15類似，圖5b中更詳細地畫出結構。光纖9與卡2上的線路元件相連，并且光纖如圖4中所示，擴展成一個環(huán)，從卡的一側繞過連接塊21連到另一側?，F(xiàn)在參照圖5b，連接塊21包括四個平行的、間隔均勻的D形光纖23，如前所述方法類似地D型光纖固定在連接塊21上的溝槽中(未畫出)，光纖9在相對的兩端拼接。為保護該物理連接，拼接埋在連接塊21中。
為了使連接塊的光纖23相對于底板15的光纖1產(chǎn)生一預定的位置對準，做成兩個球支承座25、26形式的凸起件固定在連接塊21上，以便插入底板15的溝槽27中。如圖5b所示，球支承座25、26做成一條直線形，并與連接塊上的平行光纖23的軸向方向成一小角度φ。這樣，這一角度φ構成兩組D形光纖1和23之間的交錯角，從而決定了它們的耦合程度。
參照圖4，可以看出可以移掉卡2或換上另一塊卡，而且，可以再做一些卡的接插件(圖中未畫)用來插多個卡。當要把卡2固定到底板上去時，卡與通過彈性固定裝置22固定在卡的一邊2a的連接塊21，一起被推到電接插件18和19中去。結果，連接塊21被向前推向朝底板15靠近的方向，因而球支承座25、26就在溝槽27內(nèi)對準位置，這樣底板15和連接塊21的D形光纖1，23也就對準位置了。固定裝置22的彈性迫使連接塊21緊貼底板15，確保接觸可靠。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，卡拔出和插入幾次后，與總線1的光學連接基本保持恒定，即與卡的撥出插入次數(shù)基本無關。而且，如果在總線的另外一位置做一固定裝置以插卡，那么光學耦合程度基本保持恒定，與插卡位置無關。
圖6示出了圖5b中的兩個球支承座25或26中的一個的作用。球25嵌在連接塊21的凹槽24中，并能合適地定位。當連接塊21沿朝著底板15方向向前被擠壓時，球被擠入溝槽17中，可以看出，球可以在溝槽中自動定心。我們將球的中心線設計得低于連接塊15的表面，結果，就可以進行連接塊21和底板15之間的精確位置對準。進一步地，如果將底板15和連接塊21推壓到一起時，它們的位置沒有對準，那么球將尋找溝槽27，并自動對準位置，從而達到期望的對準。彈性安裝座22的彈性，可以允許連接塊21和卡2沿向前方向橫向相對移動，從而達到期望的對準。
現(xiàn)在參照圖7，作了一些修改，球25、26換成了嵌在連接塊21里的一伸長棒28。其功能與用一對球25、26基本相同，而嵌在底板15的溝槽27的整個長范圍內(nèi)。棒28可以是嵌在連接塊21的通道里的一根玻璃棒，或者是模壓在連接塊21內(nèi)的一個凸起。
參見圖8，畫出了穿過連接塊21和底板15的一個截面圖，而通道由一窄溝槽27換成了略寬的喇叭口槽29，它有一底表面30及斜的側壁31。連接塊21上做出一個凸臺32，其形狀正好可以嵌入喇叭槽30中去。D形光纖23做在表面33上，以正好和光纖1接觸。凸臺32的側壁34和喇叭槽29的側壁31相配合，以調(diào)好D形光纖位置，保證交錯角φ。連接塊21及底板15的適當面形可以用微切削加工和/或模壓來制成。
參照圖9，示出了另一實施方式，其中底板15的橫截面是三角形，而連接塊21的橫截面做成一互補的三角形槽。D形光纖1，23做成平行的組合，固定在三角形通道和三角形凸起的壁上。連接塊21上的光纖互相平行但在三角形通道的側壁是傾斜的，從而提供相對于底板光纖的期望的交錯角φ。
參照圖10，這個裝置里的底板15上有一階梯通道，由階梯34決定。連接塊21通過兩個球35、36貼緊階梯34，其中球36的直徑比35的直徑大一些。結果，D形光纖23就定位成與光纖1成一期望的交錯角φ。
如圖11所示，提供了另一種固定連接塊21在底板15上的方法，其中連接塊21上有一高凸起37，可以正好嵌入底板15的孔38中。未畫出的D形光纖如前所述平行安置，凸起37與孔38配合以支承光纖束，并形成一交錯角φ以產(chǎn)生期望的耦合。
圖12示出了另一種制成底板15和連接塊21的方法。與把預成形的D形光纖壓入塑料基底不同，可以把常規(guī)的光纖固定到基底上預先做成的V形溝槽39中，圖中示意地畫出了一根光纖40。最后的結構是經(jīng)拋光產(chǎn)生平的上表面，也就是去除光纖的外包層以產(chǎn)生期望的D形截面。
圖13示意地表示了用于在底板15上形成連接塊15的塊。這些塊由模壓成形，并且圖中所示是未插入D形光纖1，23之前。底板15上留有溝槽27用于嵌入在連接塊21上的整體模壓出的一凸起41。凸起41帶有兩個斜側面42，用以引導凸起進入溝槽27中，當我們推擠連接塊以便與底板15接合時。V形溝槽43、44做在底板15和連接塊21上，以便嵌入D形光纖1，23，正如前文所介紹的，D形光纖1，23是用熱擠壓的方法定位的。塊常規(guī)地由塑料材料如Nory1制成，當然也可以用其他材料。
可以看出，如上面介紹的所有互聯(lián)裝置的實施例所述，當把卡2向前推入電接插件18、19中時，連接塊21將自動對準底板15，連接塊的固定裝置22允許塊21作橫向移動或旋轉移動，從而形成可靠且可預測的光學耦合。
改變不同的角度φ，可以做成不同的卡，用于一系列的互聯(lián)，這樣更換卡就可以得到卡間程度不同的光學耦合。
在所述的例子中，只用了一塊卡2。當然也可以用一對互相平行的卡，用連接塊21來連接其間的間隔。
也可作一些修改，連接塊上的D形光纖，可以換成其他光路徑，如硅襯底上的氧化物的結構。
上述裝架結構可以在電話交換機或數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中有特殊的應用，當然也可以用于其他場合如光學數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
權利要求
1.一種光學底板互聯(lián)裝置，包括一個含有多個光學總線波導的底板；一個包含多個光路徑的連接塊，被調(diào)整到與底板的總線波導成一預定角度關系的位置以形成相互間的光學耦合；并且其特征在于，耦合裝置，它以這樣的方式工作，隨著連接塊向前朝底板移近時，塊被自動地沿所述向前方向的橫向移動，從而產(chǎn)生波導與光路徑以所述的預定角度關系自動位置調(diào)整。
2.根據(jù)權利要求1的互聯(lián)裝置，包括一個卡，一個用于固定底板的底座，以及底座上用于固定卡的固定裝置，彈性地固定在卡上的耦合裝置，工作時，當卡向前朝固定裝置移進時，連接塊相對卡移動以產(chǎn)生所述的自動位置調(diào)整。
3.根據(jù)權利要求1或2的互聯(lián)裝置，其中底板含有多個通常為D形截面的光纖，它們在連接塊的范圍內(nèi)通?；ハ嗥叫校B接塊上的光路徑有通?；ハ嗥叫屑胺指糸_的部分以與光纖的各自部分相耦合，所述的耦合裝置支承與光纖成一預定角度的光路徑部分。
4.根據(jù)權利要求3的互聯(lián)裝置，其中耦合裝置包括一制做在所述底板上的或所述的連接塊上的通道，以及對著通道定位的裝置，用于在底板上以所述預定的角度關系定位連接塊。
5.根據(jù)權利要求4的互聯(lián)裝置，其中通道包括一個底板上的溝槽，而耦合裝置包括凸起裝置以嵌入溝槽中。
6.根據(jù)權利要求5的互聯(lián)裝置，其中凸起裝置包括一伸長構件，沿溝槽的長度方向伸長。
7.根據(jù)權利要求5的互聯(lián)裝置，其中凸起裝置包括多個分開的構件以嵌入溝槽中。
8.根據(jù)權利要求5，6或7的互聯(lián)裝置，其中凸起裝置安在連接塊的一凹槽中。
9.根據(jù)權利要求8的互聯(lián)裝置，其中所述凸起裝置或每個所述凸起裝置包括一個球。
10.根據(jù)權利要求5，6或7的互聯(lián)裝置，其中凸起裝置整體地制做在連接塊上。
11.根據(jù)權利要求4的互聯(lián)裝置，其中通道包括一喇叭口槽，槽有一底面以安放光纖。
12.根據(jù)權利要求11的互聯(lián)裝置，其中喇叭口槽制做在底板上，而連接塊上有一凸臺，凸臺上包括所述的光路徑，并正好嵌入喇叭口槽中。
13.根據(jù)權利要求4的互聯(lián)裝置，其中的通道做成橫截面為三角形，且光纖安放在三角形通道的一個傾斜的側面上。
14.根據(jù)權利要求4的互聯(lián)裝置，其中通道由底板上的一階梯邊緣界定，且所述的耦合裝置包括一分隔裝置，以在階梯邊緣與連接塊之間產(chǎn)生不均勻的分隔。
15.根據(jù)權利要求14的互聯(lián)裝置，其中的分隔裝置包括不同直徑的球。
16.根據(jù)前述任一權利要求的互聯(lián)裝置，其中的連接塊上的光路徑包括多個通常為D形截面的光纖。
17.根據(jù)權利要求2至15中的任一個的互聯(lián)裝置，其中所述卡包括有含有光學線路及電子線路組件的一網(wǎng)絡卡，及所述卡的固定裝置，包括一電子印刷板插頭座，固定在支座上以支承網(wǎng)絡卡。
18.根據(jù)權利要求17的互聯(lián)裝置，其中含有一電氣總線，以及連接到電氣總線上的電氣接插件。
19.根據(jù)權利要求1或2的互聯(lián)裝置，其中耦合裝置包含有細針以與配合孔相配合，而針與孔分別在底板與連接塊上。
20.一個光學網(wǎng)絡互聯(lián)裝置包括一個支座；一個底板固定在支座上，底板上含有多個光纖；一個網(wǎng)絡卡；一個電子印刷板插頭座，固定在支座上以便插入網(wǎng)絡卡；一個固定在網(wǎng)絡卡上的連接塊，塊上有多個光路徑，以便分別與底板上的光纖相耦合，以及耦合裝置，包括一個互相配合的耦合構件及插座設施，以預定的配置提供連接塊與底板間的耦合，借以耦聯(lián)連接塊上的光路徑與底板上的光纖，這樣，當將卡插入印刷板插頭座時，耦合裝置工作以所述預定配置耦聯(lián)連接塊與底板。
21.根據(jù)權利要求20的互聯(lián)裝置，其中連接塊固定在網(wǎng)絡卡的一端，且沿卡的橫向擴展。
22.根據(jù)權利要求21的互聯(lián)裝置，其中連接塊彈性地固定在網(wǎng)絡卡上。
全文摘要
一種光學底板互聯(lián)裝置，包括含有并行D形光纖(1)的底板，光纖形成一埋設在一塑料基底(15)上的一光學總線，該光纖與固定在一卡(2)上的連接塊(21)的相應的光纖(23)以一角度φ形成耦合。卡上的線路元件與連接塊上的光纖通過光纖(9)相連?？ㄓ山硬寮?18，19)固定，當卡插入到位后，耦合裝置，包括連接塊上的球(25，26)，在底板上的溝槽(27)內(nèi)自動對準位置，以形成光纖間的角度φ，從而提供一可控的且可靠的光學耦合。
文檔編號G02B6/43GK1139486SQ9519137
公開日1997年1月1日 申請日期1995年1月25日 優(yōu)先權日1994年1月26日
發(fā)明者羅格·阿列·佩納, 菲奧納·馬克肯金, 米切爾·約翰·豪格森 申請人:英國公共電信有限公司