專利名稱：將光纖連接到光學器件上的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到將光纖連接到光學器件上的裝置。
背景技術(shù)：
將光纖連接到光學器件的公知方法是將光纖的端部安裝到設(shè)在光學芯片表面上的一個V形槽中，使光纖對準芯片上的一個波導。習慣上是用粘接劑或者焊料將光纖固定在V形槽中，如果使用的粘接劑或者焊料過多或是過少，就會造成錯位。由于粘接劑或者焊料的凝固或是材料在粘接劑或者焊料中的蠕動也會給這種裝置帶來缺陷，其都可能致使光纖移動，從而妨害光纖與波導的對齊。
本發(fā)明試圖克服或是避免這些問題。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用來將光纖連接到光學器件上的裝置，光學器件包括一個基片，基片上具有用來使光纖在基片上定位的定位裝置，以及用來將光纖固定在遠離于定位裝置的位置上的附著裝置，當光纖被固定到附著裝置上時，將光纖保持在彈性變形的狀態(tài)，從而使光纖以不固定的方式和上述定位裝置保持接觸。
根據(jù)以下的說明和附屬于說明書的權(quán)利要求就可以看出本發(fā)明的其它特征。
附圖簡述以下要參照附圖用舉例的方式進一步解釋本發(fā)明，在附圖中

圖1是本發(fā)明的裝置一個實施例的透視圖；圖2是圖1所示裝置的側(cè)視圖；圖3A和3B是一些示意圖，表示本發(fā)明裝置被放大的平面和側(cè)面。為了更好地說明本發(fā)明的特征，光纖在圖3B中的曲率被夸大了；圖4是圖1和2中所示裝置的示意性側(cè)截面圖；以及圖5是按照本發(fā)明第二實施例的裝置的一個透視圖。
實施本發(fā)明的最佳方式圖1和2表示了安裝在一個例如是氧化鋁或者氮化鋁基座2上的一種光學芯片1形式的基片，以及一條光纖3，該光纖3用于向芯片1上的光學器件傳送在一條光纜4上接收到的信號，或者是反方向傳送信號。在基座2上設(shè)有一個光纖外套卡子5(tie off)，用于將光纜4的外套或是其它形式的外層固定到基座2或是附著在基座上的一個外殼上，使施加到光纜4上的外力不會傳遞到芯片1上?？ㄗ?被布置成使其剛性地夾住光纜4的外涂層。然而，由于在光纖外圍存在彈性的塑性材料，光纜4本身并沒有被卡子5剛性地夾住，從而光纖本身相對于卡子5有一定的移動范圍。
圖1和2還表示了一個光纖附著墊6，用來將光纖3固定在遠離于芯片1的位置。
從圖3A和3B中可以更清楚地看到，光纖3的端部被定位在設(shè)置于光學芯片1表面上的V形槽7中。圖中還表示了裝在芯片1上的一個需要對準光纖3的光波導8。V形槽被用來固定光纖的橫向位置，也就是在垂直于波導8和光纖3的光軸的方向上，在這種情況下，光纖的位置處在與芯片1的平面垂直的方向上，并且其位置在兩個方向上都與處在芯片1平面之內(nèi)的上述光軸是垂直的。
如圖3B所示，光纖3被固定在其位置遠離于V形槽7的光纖附著墊6上，并且用墊6將光纖保持在比V形槽7進一步遠離基座2的位置上，以彈性變形的狀態(tài)將光纖3夾持在墊6和V形槽7之間。這樣的光纖3采取圖3B中所示的(多少有些夸大的)曲線形狀。光纖3的彈性變形有助于將光纖3的端部夾持在V形槽中，因為彈性變形會在朝著V形槽底部的方向上壓迫光纖3的端部，并且防止光纖在與芯片1平面垂直的方向上移出V形槽。這樣就能將光纖3的端部夾持在V形槽內(nèi)，在V形槽內(nèi)不需要使用粘接劑或是焊料。
墊6與V形槽相隔的距離大致在2到10mm之間。
用粘接劑將光纖3固定在光纖附著墊上，例如可采用光凝或是熱凝的樹脂或者是焊料，例如是玻璃焊料，或者是用一種機械裝置(未示出)例如夾子來完成固定。墊6的頂面與芯片1的平面有一個傾斜角度θ，將光纖3以傾斜的位置夾持在其上。一般的角度θ處在2-5度的范圍，最好是2.5到3.5度的范圍。角度的選擇取決于結(jié)構(gòu)的幾何形狀，也就是墊6的高度、它與V形槽7等相距的距離、以及光纖3的彈性。角度越大，光纖3的端部在V形槽7中被夾持得越緊，但是，如果角度過大，作用到光纖上的彈性張力就會導致光纖由于靜態(tài)疲勞而發(fā)生破壞。選擇的角度最好是在光纖的外曲面上形成0.3-0.4％的最大應(yīng)變。然而，在某些情況下，由光纖的曲率產(chǎn)生的最大應(yīng)變可以低達0.1％，在另一些情況下也可能高達1％到2％，這取決于結(jié)構(gòu)的幾何形狀和光纖的強度。
結(jié)構(gòu)的設(shè)計還應(yīng)該能使彈性變形用足夠的力將光纖夾持在V形槽中，抵抗由于搖擺和振動而致使光纖與V形槽脫離接觸的力。這取決于具體的應(yīng)用。如果裝置承受極端運動的可能性很小，可以將這種結(jié)構(gòu)設(shè)計成能夠在承受40g加速度時防止光纖從V形槽中脫出。在其它情況下有可能需要在承受數(shù)千g加速度時保證光纖能借助其自身的彈性變形產(chǎn)生的力穩(wěn)固地夾持在V形槽中。
除了要避免與V形槽7中使用的粘接劑或是焊料有關(guān)的錯位問題之外，上述的裝置還有助于避免長時間的應(yīng)力對光纖的損害問題，因為它僅僅有一個點被剛性固定在附著墊6上。在常規(guī)的結(jié)構(gòu)中，光纖是用粘接劑或者焊料固定在V形槽7中的，并且還剛性地固定在光纖外套卡子5上。在這兩個固定點之間的光纖長度所受到的熱膨脹和基座2是不同的，這樣會在光纖中產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，從而造成損壞。在上述的結(jié)構(gòu)中，光纖在墊6和V形槽7之間的長度僅僅有一端是固定在墊6上的，光纖在芯片1上的那一端可以隨著它的膨脹和收縮沿著其長度自由移動，而不會產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變。這樣有助于提高裝置的長期可靠性。在墊6和卡子5之間的光纖長度不會出現(xiàn)類似的問題，因為卡子僅僅是夾住纖維外套，由于光纖和卡子5之間的彈性材料具有彈性，光纖仍然能夠移動。
圖4是整個裝置側(cè)面的示意性截面圖。如圖4所示，光纜4固定在卡子5上，而光纖3從其間延伸到光學器件1。在卡子5和器件1之間采用環(huán)氧樹脂10將光纖3附著在光纖附著墊6上。最好使光纖3接觸到附著墊6傾斜的上表面，而在其間并不使用環(huán)氧樹脂。
光纜4包括光纖3，一個內(nèi)套或涂層11和一個外涂層或套12。內(nèi)、外涂層11和12都是用塑性材料制成的，內(nèi)涂層11例如可以用U-V固化的丙烯酸酯材料，而外涂層12可以是聚丙烯或是具有類似特性的其它塑性材料。如圖4所示，內(nèi)、外涂層11和12都是用例如環(huán)氧樹脂的粘接劑13剛性地固定在卡子5上的。然而，光纖3本身并沒有直接固定在卡子5上，它可以在一定程度上借助于內(nèi)、外涂層11和12的彈性和/或在內(nèi)涂層11內(nèi)部的滑動在軸向上自由移動。這種移動可以容許光纖3的熱膨脹，而不會在光纖中形成應(yīng)變。
在組裝這種裝置時，首先將光纖3的端部定位在V形槽7中，然后調(diào)節(jié)其軸向位置，在光纖的端部和波導8的端部之間保留大約10微米的間隙。必要時可以在V形槽中設(shè)置擋塊(未示出)，用來防止光纖3由于滑動而接觸到波導8而對波導8的端部造成可能的損傷。
另外，由于固定在墊6上的粘接劑與芯片1相距很遠，這樣就為用來固定光纖的粘接劑或是夾持技術(shù)提供了很大的選擇自由度，因為這種技術(shù)對芯片1沒有什么影響。
圖3B中所示的波導8是懸在V形槽7的端部上的(槽具有傾斜的端壁)。這樣形成的連接適用于一種裝在一絕緣體上外延硅的芯片上的肋狀波導，然而也可以采用其它結(jié)構(gòu)，也可以使用其它類型的光學芯片。
光纖附著墊6可以用任何適當?shù)牟牧现瞥桑话愕牟牧鲜翘沾?，它可以盡量減少粘接劑和光纖的接合因受熱而錯位。墊6最好是安裝在基座2上的一個獨立件或者是其它的結(jié)構(gòu)(未示出)，它可以是芯片2的一部分，或者是安裝在芯片2上。
當然，墊6應(yīng)該能夠夾住光纖3，使其大致對準V形槽7。但是對準的精度不需要達到幾微米，因為它和V形槽有一定的距離(一般大約是4-6mm)，并且即使光纖在垂直于光軸并且在芯片1平面之內(nèi)的方向上也有一些側(cè)向的錯位，V形槽也能夠夾住光纖使其對準波導8。
在芯片上也可以用其它形式的定位裝置代替V形槽，例如是一個擋塊或者一或多個頂住光纖側(cè)面的墊座。除了能夠在垂直于芯片平面的方向上彎曲之外，光纖3也可以在平行于芯片1平面的側(cè)向上彎曲。
盡管上文是針對使光纖對準波導的情況而言的，也可以將光纖連接到其它形式的光學器件，例如是光發(fā)射器或者光接收器上。
也可以用類似的方式來連接光纖帶形式的多條光纖。圖5所示的實施例是將包括四條以上光纖的光纖帶14連接到一個光學器件上。在上述的實施例中，用一個卡子5A夾住光纖帶14，并且將光纖帶固定在一個位置遠離于光學芯片1的光纖附著墊6A上。光纖帶14中的每條光纖被定位在各自的V形槽(未示出)或者是芯片1上的其它形式的定位裝置中。如圖所示，用單個的附著墊6A來固定多條光纖，并且用單個卡子5A夾住光纖帶14。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1．用來將光纖連接到一光學芯片的光學器件上的裝置，光纖具有至少一個彈性涂層，上述裝置包括一個基座；固定裝置，用來通過上述至少一個彈性涂層將光纖固定在基座上；安裝在基座上的一個光學芯片，芯片上裝有光學器件；設(shè)在光學芯片上的定位裝置，用來使光纖相對于光學器件在芯片上定位；以及安裝在基座上的附著裝置，用來將光纖固定在遠離于定位裝置的位置上，光纖被剛性地固定在附著裝置上，將光纖保持在彈性變形的狀態(tài)，從而使光纖以不固定的方式接觸到定位裝置，固定在附著裝置上的光纖僅僅有一個點是剛性固定的，而光纖在附著裝置和定位裝置之間的那一段長度可以隨著熱膨脹和收縮而沿著其長度自由移動。
2．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是附著裝置包括相對于光學芯片的主表面有一個傾斜角度的安裝裝置，角度的范圍是1到5度，最佳范圍是2.5到3.5度。
3．按照權(quán)利要求1或2的裝置，其特征是附著裝置的位置與定位裝置相距2到10mm，最好是與其相距4到6mm。
4．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征是定位裝置包括設(shè)置在光學芯片的主表面上的一個槽。
5．按照權(quán)利要求4的裝置，其特征在于上述的槽是一個V形槽。
6．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是用粘接劑將光纖固定在附著裝置上。
7．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是用機械裝置將光纖剛性固定在附著裝置上。
8．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是光學芯片是一種絕緣體上外延硅的芯片。
9．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是附著裝置是用陶瓷制成的。
10．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是上述彈性變形在光纖上產(chǎn)生的最大應(yīng)變?yōu)?.3-0.4％。
11．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是使光纖對準設(shè)置在光學芯片上的一個波導。
12．一種基本上參照附圖如上所述的將光纖連接到光學器件上的裝置。
13．按照前述任何一項權(quán)利要求的用來將多條光纖連接到一或多個光學器件上的裝置，光學芯片上形成有多個定位裝置，用來接收各自的光纖，附著裝置用來將各條光纖固定在遠離于各自定位裝置的位置上，當光纖被剛性固定到附著裝置上時，將每一條光纖保持在彈性變形的狀態(tài)，從而使光纖以不固定的方式接觸到各自的定位裝置。
按照條約第19條的修改本發(fā)明涉及一種在光纖和光學芯片上的光學器件之間的永久連接。這種永久連接需要精確控制纖維的彎曲以便確保纖維的穩(wěn)定定位，同時避免在纖維中產(chǎn)生應(yīng)力磨損問題。在光學芯片上設(shè)置光學器件，在芯片上設(shè)置定位裝置、例如V形槽。因此定位裝置可以采用例如石版印刷技術(shù)準確地形成，并且因為它們的位置可以通過同一石版印刷步驟來形成，所以定位裝置可以與光學器件自動對準。附著裝置穩(wěn)固地安裝光纖并且應(yīng)當由與用來固定纖維的技術(shù)相適合的材料制成。附著裝置安裝在基座上并且可以由合適的材料例如陶瓷構(gòu)成。因此，定位裝置在附著裝置上的性能可以相互獨立地進行選擇。光纖通過一個設(shè)置在其上的彈性涂層固定在裝置上，并且光纖本身僅僅在一個點處剛性固定在附著裝置上，該附著裝置對光纖的彈性變形提供了所需的控制。光纖的端部并未固定在定位裝置或其它裝置上，所以它可以自由膨脹和收縮而不會在其中引起應(yīng)力磨損。已經(jīng)修改了權(quán)利要求1來闡明本發(fā)明和引證現(xiàn)有技術(shù)之間的區(qū)別。
權(quán)利要求
1．一種將光纖連接到光學器件上的裝置，光學器件包括一個基片，基片上具有用來使光纖在基片上定位的定位裝置，以及用來將光纖固定在遠離于定位裝置的位置上的附著裝置，當光纖被固定到附著裝置上時，將光纖保持在彈性變形的狀態(tài)，從而使光纖以不固定的方式接觸到上述定位裝置。
2．按照權(quán)利要求1的裝置，其特征是附著裝置包括相對于基片的主表面有一個傾斜角度的安裝裝置，該傾斜角度的范圍是1到5度，最佳范圍是2.5到3.5度。
3．按照權(quán)利要求1或2的裝置，其特征是附著裝置的位置與定位裝置相距2到10mm，最好是與其相距4到6mm。
4．按照權(quán)利要求1、2或3的裝置，其特征是定位裝置包括設(shè)置在基片的主表面上的一個槽。
5．按照權(quán)利要求4的裝置，其特征在于上述的槽是一個V形槽。
6．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是用粘接劑將光纖固定在附著裝置上。
7．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是用機械裝置將光纖固定在附著裝置上。
8．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是固定在附著裝置上的光纖僅僅有一個點是剛性固定的。
9．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是基片包括安裝在一個基座上的芯片，附著裝置也安裝在基座上。
10．按照權(quán)利要求9的裝置，其特征是芯片是一種絕緣體上外延硅的芯片。
11．按照權(quán)利要求9或10的裝置，其特征是附著裝置是用陶瓷制成的。
12．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是彈性變形在光纖上產(chǎn)生的最大應(yīng)變?yōu)?.3-0.4％。
13．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是光纖在基片上的端部可以沿著其長度自由移動。
14．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是裝置外部的那一部分光纖有一個涂層，并且設(shè)有用來將這一涂層固定到裝置上的固定裝置。
15．按照權(quán)利要求14的裝置，其特征是基片被安裝到一個基座上，并且用固定裝置將上述涂層固定在基座上或是固定在附著于基座上的一個外殼上。
16．按照前述任何一項權(quán)利要求的裝置，其特征是使光纖對準設(shè)置在基片上的一個波導。
17．一種基本上參照附圖如上所述的將光纖連接到光學器件上的裝置。
18．按照前述任何一項權(quán)利要求的用來將多條光纖連接到一個光學器件上的裝置，基片上具有多個定位裝置，用來接收各自的光纖，還具有附著裝置，用來將各條光纖固定在遠離于定位裝置的位置上，當光纖被固定到附著裝置上時，將每一條光纖保持在彈性變形的狀態(tài)，從而使光纖以不固定的方式接觸到各自的定位裝置。
全文摘要
用一個由V型槽(7)構(gòu)成的定位裝置將光纖(3)連接到具有一個基片(1)的光學器件(1)上,使光纖(3)在基片(1)上定位。用附著裝置(6)將光纖(3)固定在遠離于定位裝置(7)的位置上,將光纖(3)保持在彈性變形的狀態(tài),從而使光纖(3)以不固定的方式接觸到定位裝置(7)。
文檔編號G02B6/30GK1285926SQ9881311
公開日2001年2月28日 申請日期1998年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月21日
發(fā)明者J·C·伊安德勒 申請人:布克哈姆技術(shù)有限公司