專利名稱：光導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及三維光電路，更具體地說，本發(fā)明涉及包括光導(dǎo)管的三維光電路組件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代電信系統(tǒng)、高速路由器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及用于管理大量數(shù)據(jù)的其他系統(tǒng)中，光纖網(wǎng)絡(luò)越來越常用。光纖網(wǎng)絡(luò)通常包括大量經(jīng)過較長距離的光纖，以便相對于傳統(tǒng)電信號的傳播過程，提高傳輸速度和效率。通常需要在建立“光電路”的整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各單獨(dú)連接點(diǎn)之間，確定各光纖的路線。當(dāng)前使用的一種更常見光電路稱為“光混洗(optical shuffle)”。僅作為例子，可以利用8條其內(nèi)分別包含8條單獨(dú)光纖的光纜實(shí)現(xiàn)簡單光混洗。在在此使用該例子的光纖、可以被稱為“完全混洗”的光電路中，進(jìn)入的8條光纜中每條光纜的光纖1可以路由到出去的單個(gè)第一光纜，而進(jìn)入的8條光纜中每條光纜的第二光纖可以被路由到出去的單個(gè)第二光纜，等等?，F(xiàn)在，參考

圖1，該簡化示意圖中示出該特定光混洗，其中Cm表示輸入帶狀光纜或光纜，CmFn表示起始于光纜Cm的各光纖Fn，而Cm’是光混洗后面的輸出帶狀光纜或光纜。顯然，盡管該特定例子以只有64條光纖為特征，但是光電路通常包括必須確定其路線的大量光纖。因此，手工制造光混洗和其他光電路結(jié)構(gòu)令人厭煩，而且非常容易出錯(cuò)。人們?nèi)菀自O(shè)想一套位于輸入光纜與輸出光纜之間的光路中的纏結(jié)光纖。
已經(jīng)建議了幾種解決方案來建立各種光路，而不是簡單利用手工使光纖通過非常混亂的其他光纖從輸入點(diǎn)到達(dá)輸出點(diǎn)。一種解決方案是，使用半自動(dòng)機(jī)械將各光纖編排成所需的光路排列。該解決方案通常需要在機(jī)械方面投入大量資金，而該機(jī)械在不是編排光纖的應(yīng)用中幾乎無用或根本無用。
關(guān)于建立光路的問題的另一種解決方案包括多次嘗試在柔性聚合物基底上確定光纖的路線。僅作為例子，以Flex Foil出售一種通用形式的這種結(jié)構(gòu)。授予Bonann等人的第5,204,925號美國專利對這種柔性光電路解決方案的一種方法進(jìn)行了描述和說明。該參考文獻(xiàn)描述了一種其中利用壓敏粘合劑(PSA)噴涂諸如Mylar或Kapton的柔性聚合物基底，而且該柔性聚合物基底具有安裝在其上的光纖的解決方案。在以適當(dāng)排列，將大量光纖布置到該基底上后，可以將通常與基底是同一種材料的保護(hù)層接合到該光纖的上面。當(dāng)然，可以利用粘合劑本身大致噴涂該保護(hù)層的裸露面，而且可以以疊層結(jié)構(gòu)形式，建立光纖的附加層和覆蓋材料。然而，光纖的層疊(lay-up)過程是勞動(dòng)密集型工作，而且與光纖的編排過程非常類似，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要非常專用的設(shè)備。Bonanni等人進(jìn)一步披露使用柔性側(cè)接頭或基底材料的薄型帶，該薄型帶從發(fā)生混洗的主體開始橫向延伸，而且允許光纖彎曲90°角或以90°角回轉(zhuǎn)，以便將光纖從水平位置重新定向到垂直位置。
授予Knasel的第6,005,991號美國專利對引入柔性光電路的另一種方法進(jìn)行了描述。該特定參考文獻(xiàn)公開了一種印刷電路板(PCB)組件，該印刷電路板組件包括其上安裝了柔性光電路的內(nèi)部部分。與Bonanni等人的參考文獻(xiàn)非常類似，Knasel排列位于柔性板之間的大量光纖。在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知，這些柔性板通常由Mylar等成型，而且使光纖保持在適當(dāng)位置，然后，將它與采用壓敏粘合劑的另一個(gè)柔性板接合在一起。在該參考文獻(xiàn)中，通過在光纖的相應(yīng)第一端安裝多光纖連接器，而在光纖的第二端使用單光纖連接器，沿印刷電路板的邊緣保留空間，這樣更容易使用該空間，例如印刷電路板的較少填充的內(nèi)部部分。
還應(yīng)該注意，通常以具有預(yù)定路線光纖網(wǎng)絡(luò)的大柔性板或具有安裝在其上的柔性光電路部分的印刷電路板的形式，實(shí)現(xiàn)這兩種柔性電路方法。在這兩種情況下，這些電路在光電路的輸入端和輸出端通常具有聯(lián)接板(splice)，從而有助于在安裝過程中，連接到輸入光纜和輸出光纜。通常，為了克服從柔性電路的主體伸出的接頭的長度限制，需要使用聯(lián)接板。此外，聯(lián)接板可以用于將專用連接器安裝到該電路的輸入端和輸出端，用于連接堅(jiān)固的光纜。位于混洗或光學(xué)電路的輸入端和輸出端的聯(lián)接板導(dǎo)致光信號損耗(loss)，在該光信號損耗施加在整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，對于用戶來說，該光信號損耗顯著而且不可接受。此外，機(jī)械和熔融(fusion)聯(lián)接板通常需要大量空間，因?yàn)樾枰脵C(jī)械方法，增強(qiáng)或加強(qiáng)該聯(lián)接板。此外，在此描述的柔性光電路方法通常不允許使用引到柔性電路的、保護(hù)屏蔽的或“堅(jiān)固的”光纖帶，而且在一層聚合物薄膜提供的弱保護(hù)之外，它們不對該電路或混洗內(nèi)的光纖提供強(qiáng)保護(hù)。不僅如此，柔性光電路設(shè)計(jì)不隔離和保護(hù)各光纖，因?yàn)樵陔娐穬?nèi)的各交叉點(diǎn)，許多這些光纖互相直接接觸。
因此，需要無需昂貴編排機(jī)械就可以建立的，而且更容易在不同混洗排列中確定它們的路線的三維光電路。需要與建立Mylar薄膜、壓敏粘合劑以及光纖的多層疊層結(jié)構(gòu)相比勞動(dòng)密集程度低的、一次多股光纖的光電路排列。還需要允許堅(jiān)固帶狀光纜布置到該電路，并從該電路伸出，而且在混洗期間對光纖本身提供堅(jiān)固保護(hù)環(huán)境的光電路。需要具有較少光纖聯(lián)接板和減少的光信號損耗的三維光電路。此外，需要通過更有效層疊該混洗以完全利用垂直方向上的空間(z軸)、適于具有有限表面積(x-y軸)的環(huán)境的三維光電路。

發(fā)明內(nèi)容
以下描述的三維光電路設(shè)備和方法可以滿足上述所有需要，而且還具有大量附加好處。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是利用快速成型(prototyping process)方法，例如但并不局限于立體印刷(“SLA”)、熔化沉積成型方法(“FDM”)、選擇性激光燒結(jié)方法(“SLS”)等構(gòu)造的剛性、整體的、三維光導(dǎo)管。請注意，關(guān)于本發(fā)明，術(shù)語“快速成型”和“快速制造”是可互換的，其在于不僅可以用于建立模型，而且可以實(shí)際制造。
盡管用于實(shí)現(xiàn)SLA方法和其他快速成型技術(shù)的設(shè)備是比較昂貴的機(jī)器，但是這些系統(tǒng)是通用的，而且容易使用?？梢匀菀椎貙LA機(jī)器和其他所述快速成型機(jī)器進(jìn)行編程，以實(shí)際制造通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(“CAD”)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三維物體。因此，可以以任何數(shù)量的配置或排列，布置用于確定大量光纖的路線的三維光導(dǎo)管的設(shè)計(jì)，配置或排列的數(shù)量僅取決于CAD系統(tǒng)的能力或設(shè)計(jì)者的想象力。此外，還可以對這些系統(tǒng)進(jìn)行編程，以制造用于確定光纖的路線的通路或溝槽，以便提供適當(dāng)彎曲半徑，并將光信號損耗降低到最小，及隔離并保護(hù)通過光電路的各條光纖。此外，可以制造利用傳統(tǒng)成型或形成技術(shù)不容易制造的光電路。
根據(jù)本發(fā)明的光纖光導(dǎo)管可以具有任意數(shù)量的可能實(shí)施例，該可能實(shí)施例包括具有多個(gè)將輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)連接在一起的空腔通路或大量也具有大量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的剛性空腔管的固體塊。僅作為例子，可以以具有同等數(shù)量的行和列的矩陣的形式排列這些輸入口。對于分別具有8條光纖的8條光纖光纜，需要具有64個(gè)輸入口、64個(gè)輸出口以及連接在它們之間的64條通路的光導(dǎo)管。如果正確標(biāo)記光導(dǎo)管的輸入端和輸出端，則用戶應(yīng)該可以較容易地確定將哪條光纖插入正確口中，并從光導(dǎo)管另一端的正確口中出來。此外，由于僅有一條通路將特定輸入端與特定輸出端連接在一起，所以無需擔(dān)心光纖會互相纏結(jié)在一起，或使人們混亂引導(dǎo)它們通過光導(dǎo)管。
在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是用于制造三維光電路的方法，該方法包括步驟提供剛性、整體光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管具有輸入端和輸入端；排列多條引導(dǎo)到光導(dǎo)管的輸入端的光纜，并排列從光導(dǎo)管的輸出端引出的光纜；分出每條輸入光纜的各條光纖，并將每條光纖引導(dǎo)到光導(dǎo)管的各輸入口，收集從光導(dǎo)管的輸出口伸出的各條光纖，將它們組合為光纜束。通常，可以僅從輸入光纜中剝離或分離光纖，并將它們輸送到光導(dǎo)管的輸入口內(nèi)，使它們通過光導(dǎo)管，然后，在僅在輸出端終接獲得的光纜組，而且在混洗本身內(nèi)可以沒有光纖接頭。因此，完全消除因?yàn)榘ɑ煜吹母鞴怆娐穬?nèi)的接頭產(chǎn)生的光信號損耗是切實(shí)可行的。如果要倍增整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，這樣減少光信號的損耗可能非常顯著。
簡要說明通過結(jié)合附圖參考以下所做的詳細(xì)說明，可以更全面地理解本發(fā)明的方法和設(shè)備，附圖中相同的參考編號表示相同的部分，附圖包括圖1是理想的8×8光混洗中的大量光纜和光纖的簡化示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的、以用于確保光導(dǎo)管的輸入端和輸出端的各行與列之間具有適當(dāng)間隔和結(jié)構(gòu)剛性的交叉支撐部件為特征的光導(dǎo)管的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的、以交錯(cuò)并排輸入和疊層輸出為特征的光導(dǎo)管的透視圖；圖4是根據(jù)圖3所示實(shí)施例、以用于在光導(dǎo)管的一端接收堅(jiān)固光纜的堅(jiān)固光纜附件為特征的光導(dǎo)管的透視圖；圖5是示出與圖4所示光導(dǎo)管對準(zhǔn)的間隔工具的詳細(xì)透視圖。
圖6是根據(jù)圖3所示實(shí)施例、以位于光導(dǎo)管的輸入端和輸出端的堅(jiān)固光纜附件為特征的光導(dǎo)管的透視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例、進(jìn)一步插入輸入端板、輸出端板以及安裝支架的光導(dǎo)管的透視圖；圖8是根據(jù)圖7所示實(shí)施例、清楚地示出位于光導(dǎo)管的角部附件的4個(gè)安裝孔的光導(dǎo)管的底視圖；圖9是根據(jù)圖7所示實(shí)施例、以位于輸入端和輸出端的集成端板為特征的光導(dǎo)管的側(cè)視圖；圖10是根據(jù)圖7所示實(shí)施例、以輸入端板和帶狀以及光纖編號系統(tǒng)為特征的光導(dǎo)管的詳細(xì)透視圖；圖11是根據(jù)圖7所示實(shí)施例、以輸出端板和帶狀以及光纖編號系統(tǒng)為特征的光導(dǎo)管的詳細(xì)透視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明通過疊層一系列具有刻槽或溝槽的板構(gòu)造的光導(dǎo)管的分解透視圖；圖13是通過疊層一系列具有刻槽或溝槽的板、構(gòu)造的圖12所示光導(dǎo)管的可替換的實(shí)施例光導(dǎo)管的分解透視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明通過疊層一系列具有多個(gè)固定在表面上以形成槽或溝槽的光纖引導(dǎo)件的板，構(gòu)造的光導(dǎo)管的分解透視圖；圖15是通過疊層一系列具有多個(gè)固定在表面上以形成槽或溝槽的光纖引導(dǎo)件的板，構(gòu)造的圖14所示光導(dǎo)管的可替換的實(shí)施例光導(dǎo)管的分解透視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的、其中光導(dǎo)管密封在保護(hù)外殼內(nèi)并安裝在插件卡上的三維光電路的透視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的、其中堅(jiān)固光纜被連接到光導(dǎo)管的堅(jiān)固光纜附件上的三維光電路的分解透視圖；圖18是示出具有套圈彈簧、按壓引腳連接器的混洗連接器，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的三維光電路的分解透視圖；圖19是示出在圖18的三維光電路的組裝透視圖、并示出具有套圈彈簧、按壓引腳連接點(diǎn)的混洗連接器；以及圖20是示出具有堅(jiān)固光纖輸入、穿板(bulkhead)連接器輸出以及適于機(jī)架裝配的外殼的集成混洗模塊、根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的三維光電路的透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖，特別是參考圖2至6，說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的、用于提供可以插入諸如混洗的三維光電路的光導(dǎo)管的大量實(shí)施例和變換例。在此，術(shù)語“光導(dǎo)管”應(yīng)該指提供大量通路的三維光電路的部件，該通路用于將一組輸入口連接到一組輸出口，并用于在入口以第一有序排列接收大量光纖，而在出口以第二有序排列輸出大量光纖。在涉及光導(dǎo)管的輸入口和輸出口使用的術(shù)語“有序排列”不是指一個(gè)孔相對于另一個(gè)孔的實(shí)際空間關(guān)系或位置，而是指輸入口對輸出口的關(guān)系。
僅作為例子，參考如圖1描述的、用于實(shí)現(xiàn)完全混洗的光導(dǎo)管可以具有第一有序關(guān)系，在第一有序關(guān)系中，行1的各孔對應(yīng)于光纜1的光纖1-8，行2的各孔對應(yīng)于光纜2的光纖1-8，等等。關(guān)于該特定混洗，位于光導(dǎo)管輸出端的孔可以具有第二有序關(guān)系，在第二有序關(guān)系中，行1的各孔對應(yīng)于光纜1-8的光纖1，行2的各孔對應(yīng)于光纜1-8的光纖2，等等。因此，即使位于光導(dǎo)管兩端的各孔均布置為8×8陣列，位于輸入端的一個(gè)孔與另一個(gè)孔的有序關(guān)系仍可以與位于輸出端的該有序關(guān)系具有相當(dāng)大的差別。換句話說，通過僅位移通過光導(dǎo)管的至少兩條光纖的相對位置，位于光導(dǎo)管的輸入端和輸出端的各孔的有序關(guān)系就一定不同。
可以從光纜中分出各光纖，引導(dǎo)通過光導(dǎo)管，然后，可以將各光纖與另一個(gè)光纖、光連接器、光波導(dǎo)管或附近的任何其他光學(xué)器件接合在一起。應(yīng)該進(jìn)一步注意，盡管對于總共64條單獨(dú)光纖，在此所示和所說明的例子分別包括使用8條其每條分別含有8條光纖的光纜，但是這些光電路可以包括更多條或更少條光纜和光纖，這僅取決于設(shè)計(jì)者的想象力、CAD系統(tǒng)的限制以及立體印刷或其他快速模型機(jī)的物理限制。當(dāng)然，最通常情況是，光纖被捆扎成4條的束，以生產(chǎn)例如分別具有8條、12條、16條或24條光纖的光纜。還應(yīng)該注意，盡管在在此所示的例子中，由各種UV固化光聚合物構(gòu)造光纖導(dǎo)管，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)對此已知，還可以利用各種陶瓷和金屬化合物，采用快速模型機(jī)技術(shù)。
一種非常普通的光電路是完全混洗的光電路，通過輸入對應(yīng)于行1、列1-8的各光纖并將它們的路線確定到列1、行1-8，輸入行2、列1-8的光纖并將它們的路線確定到列2、行1-8等等，可以實(shí)現(xiàn)該混洗。當(dāng)然，如圖7-11所示，還可以利用不完全混洗排列來排列各光纖，在不完全混洗排列中，從光導(dǎo)管的輸入端到輸出端，在行N的各光纖前面有N-1個(gè)列。例如，在行1中，對應(yīng)于輸入端的列1的光纖從列1出來。在輸入列8的光纖從輸出列8出來情況下，對應(yīng)于輸入端的列2的光纖從列2出來，等等。在輸入列8的光纖從輸出列1出來情況下，在行2，輸入列1的光纖將從輸出列2出來，輸入列2的光纖將從列3出來，等等。此外，顯然，可以對這些不完全混洗設(shè)置任何數(shù)量的通路(例如，N+1、N-2等)，這僅取決于所使用的CAD系統(tǒng)和快速模型機(jī)。在此描述的快速成型技術(shù)的一種優(yōu)選形式是立體印刷，而且盡管這不是本發(fā)明的焦點(diǎn)問題，但是值得仔細(xì)注意，通常如何利用立體印刷生產(chǎn)它。
快速成型是對通常直接根據(jù)CAD數(shù)據(jù)源制造三維物體的相關(guān)技術(shù)的主機(jī)給予的名稱。這些方法的互相類似之處通常在于，它們通常通過以逐層方式制造材料來產(chǎn)生三維物體。還將快速成型稱為自由形式制造(free form fabrication)(“FFF”)、分層生產(chǎn)、自動(dòng)化制造以及這些術(shù)語的變換說法。立體印刷(“SLA”)是最常用的快速成型技術(shù)。通過在液體光聚合物上掃描或掃射激光束，該技術(shù)一次可以產(chǎn)生一層的三維塑料部分或物體。每當(dāng)激光束照射液體表面時(shí)，該專用聚合物材料就迅速固化。一旦完成掃描該物體的一層，就將該物體一級上一層的厚度往下放到充滿光聚合物材料的容器中，然后，在第一層的上面，利用激光掃描第二層。該光聚合物實(shí)際上是自粘合劑，而且在建立各層以形成三維物體時(shí)，各層趨向于互相接合在一起。在產(chǎn)生三維部分后，可以將它從鉛版印刷設(shè)備上取下，并放置到紫外線(“UV”)后固化、干燥箱式設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)更完全固化并提高尺寸穩(wěn)定性。
在某種程度上，選擇性激光燒結(jié)技術(shù)與立體印刷類似，它們的類似之處在于，利用掃描表面上的圖形的激光，一次一層地建立物體。然而，聚合物或其他材料通常是粉狀的，并利用激光將它們加熱、熔融在一起，在該激光在掃描系統(tǒng)的引導(dǎo)下照射粉末時(shí)，粉末融化。與所使用的快速成型技術(shù)無關(guān)，在固化之后，獲得的三維物體是單個(gè)整體集成部分，而且為了生產(chǎn)制成品，即使需要，所需的進(jìn)一步加工也非常少。對于本發(fā)明的各種實(shí)施例，可以將這些三維部分稱為光導(dǎo)管，而且可以以任何數(shù)量的幾何形狀和排列布置它們，但是它們以大量用于從光導(dǎo)管的一個(gè)輸入口到一個(gè)輸出口分別確定各光纖的路線的空腔通路、管道或溝槽為特征。該光導(dǎo)管具有附加好處，它非常堅(jiān)固而且足夠堅(jiān)韌，可以防止光纖免受可能遇到的各種環(huán)境條件和危害。
現(xiàn)在，參考圖2，圖2示出疊層8×8混洗光導(dǎo)管200的透視圖。如圖所示，在以具有設(shè)置在其間的支承件230的疊層配置，分別排列輸入端的各列和輸出端的各行的情況下，以8×8矩陣形式，排列輸入口210和輸出口220。支承件230用于確保各列和各行的適當(dāng)間隔，而且還用于對制成零配件提高附加的強(qiáng)度和剛性。在充入光纖(未示出)時(shí)，該特定實(shí)施例生產(chǎn)完全混洗，在該完全混洗中，來自列1-8的行1的各光纖被納入輸出端的行1-8的列1。列1-8的輸入行2的各光纖將排列在輸出端的行1-8的列2，等等，列1-8的行8的各光纖被混洗到光導(dǎo)管的輸出端的行1-8的列8。請注意，對CAD系統(tǒng)進(jìn)行編程以確保不迫使所有光纖承受比臨界彎曲半徑更急的彎曲，從而將光信號損耗降低到最少，并將通過光導(dǎo)管的各光纖的機(jī)械壽命延長到最長。
現(xiàn)在參考圖3，圖3示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的光導(dǎo)管300的另一個(gè)實(shí)施例。在該特定設(shè)計(jì)中，光導(dǎo)管300的輸入口310和輸出口320也是互相并排一個(gè)疊層在另一個(gè)的上面或互相并行，但是去除了設(shè)置在它們之間的支承件。此外，在光導(dǎo)管300的輸入端，并排交錯(cuò)排列列1-8以在每組輸入口310之間提供附加間隔。
現(xiàn)在，參考圖4，通過附加大量引導(dǎo)到光導(dǎo)管400的輸入口410的堅(jiān)固光纜附件450，修改根據(jù)圖3所示實(shí)施例的光導(dǎo)管400。該光導(dǎo)管400適于接收至多8條堅(jiān)固光纜(未示出)。這些光纜中的每個(gè)具有可以連接到光纜附件450，然后通過光導(dǎo)管450確定其路線的撳鈕配合件。術(shù)語“堅(jiān)固”光纜通常指一種具有堅(jiān)韌聚合物護(hù)套的光纜，利用Kevlar或其他內(nèi)部受拉構(gòu)件，可以進(jìn)一步加強(qiáng)該堅(jiān)韌聚合物護(hù)套。這樣的光纜可以對光纖提供大量物理和機(jī)械保護(hù)，使它們免受外部環(huán)境的損壞。
現(xiàn)在，參考圖5，圖5詳細(xì)示出多光纖間隔工具500。該工具用于接收具有帶狀空間或帶狀間隔的光纖100，以在進(jìn)入光導(dǎo)管400之前，分出或展開每條光纜的各光纖。多光纖間隔工具500確保適當(dāng)間隔而且使光纖對準(zhǔn)光導(dǎo)管的輸入口410。
當(dāng)然，如圖6所示，還可以在光導(dǎo)管的輸出口使用這種相同形式的堅(jiān)固光纜附件，以將各光纖納入光纜束?，F(xiàn)在，參考圖6，圖6示出圖3所示實(shí)施例的又一個(gè)變換例。在該特定的光導(dǎo)管600中，在光導(dǎo)管600的輸入端610和輸出端620設(shè)置了堅(jiān)固光纜附件650。
現(xiàn)在，參考圖7-11，特別參考圖7，圖7示出以輸入端板和輸出端板以及用于螺絲或其他安裝硬件的開口為特征的不完全混洗的透視圖。請注意，在該特定光導(dǎo)管700實(shí)施例中，從下向上，輸入行被編號為1-8，而從左向右，輸入列被編號為1-8。如上所述，以步進(jìn)式方式重新排列該不完全混洗的各光纖。該混洗的方案是，對于行N，移動(dòng)光纖N-1列。因此，列1-8的行1上的光纖與列1-8的輸出列1相關(guān)，而且沒有任何移動(dòng)。列1-8的輸入行2的各光纖對應(yīng)于具有一步混洗的各列的輸出列2，在該一步混洗的各列中，在列8的輸入對應(yīng)于列1的輸出的情況下，列1的輸入對應(yīng)于列2的輸出，列2的輸入對應(yīng)于列3的輸出等等。同樣，在行3上，列1的輸入對應(yīng)于列3的輸出，列2的輸入對應(yīng)于列4的輸出等等，直到列8的輸入對應(yīng)于列2的輸出。通過行8繼續(xù)進(jìn)行該過程，在行8上，在輸入列8對應(yīng)于輸出列7的情況下，列1對應(yīng)于輸出列8，輸入列2對應(yīng)于輸出列1等等。
現(xiàn)在，參考圖8，圖8示出圖7所示光纖導(dǎo)管700的底視圖。從該圖可以觀察到，如何排列64條光纖管，以確保各條光纖不低于最小彎曲半徑，而且因?yàn)樗鼈兠芊庠诟鞴軆?nèi)，所以可以非常致密地重疊各條光纖，而不擔(dān)心它們纏結(jié)在一起。此外，該圖還示出輸入端板705、輸出端板715以及通過物體的整個(gè)深度延伸用于穿過螺絲或其他安裝硬件的孔730。應(yīng)該注意，光纖導(dǎo)管700可以安裝在任意數(shù)量的系統(tǒng)或配置中，而且可以安裝在與本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的印刷電路板非常類似的可拆卸卡上。此外，盡管所示的光導(dǎo)管700在輸入端710和輸出端720沒有任何類型的連接器或終端，但是，顯然，可以在光導(dǎo)管700的輸入端和輸出端使用多光纖安裝件或單光纖連接器或終端，與圖4和圖6所示非常類似。
現(xiàn)在，參考圖9，圖9示出圖7所示光導(dǎo)管的側(cè)視圖。該圖最佳示出構(gòu)成光導(dǎo)管700的每層管、溝槽或通路的層疊垂直排列。利用所使用的快速成型技術(shù)，可以達(dá)到難以置信地壓縮和有效設(shè)計(jì)，而不擔(dān)心光纖纏結(jié)或嚴(yán)重光信號損耗?？焖俪尚图夹g(shù)還允許相鄰?fù)坊蚬芄蚕砉矀?cè)壁。因此，與組合在一起形成光導(dǎo)管的各預(yù)成型管的集合相比，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的光導(dǎo)管700被大大壓縮。
現(xiàn)在，參考圖10，圖10示出圖7所示光導(dǎo)管的放大透視圖。在此，清楚地示出光導(dǎo)管700的輸入端710，以在該輸入端，對用戶示出標(biāo)記以識別從1到8的帶狀光纜號或光纜號，以及構(gòu)成這些光纜的、從1到8的各條光纖。當(dāng)然，可以以便于正確識別的任何方式，對光導(dǎo)管的各行和列做標(biāo)號或色標(biāo)。
現(xiàn)在，參考圖11，圖11示出圖7所示光導(dǎo)管實(shí)施例的另一個(gè)放大透視圖。該特定附圖最佳示出也是以供用戶使用、示出從8到1的帶狀光纜或光纜編號以及范圍從1到8的光纖號的編號向?qū)樘卣鞯墓鈱?dǎo)管700的輸出端720。可以相信，本發(fā)明的一個(gè)唯一好處是，通過僅輸送每條輸入光纜中具有正確編號或色標(biāo)的光纖，然后在光導(dǎo)管的另一端將各光纖集合到適當(dāng)?shù)妮敵龉饫w，有助于以幾乎不出錯(cuò)的方式(nearly error proof)混洗任何數(shù)量的數(shù)學(xué)排列?？傊灰獙⒑线m的光纖輸送到正確輸入孔內(nèi)，它們必然從光導(dǎo)管的適當(dāng)?shù)妮敵隹茁冻?，并被集合為適當(dāng)?shù)亩喙饫w光纜或多光纖束。
現(xiàn)在，參考圖12，圖12示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的另一個(gè)替換實(shí)施例。通過建立一系列層疊板810，可以構(gòu)造光導(dǎo)管800的主體。這些板810分別具有完全通過從板810的輸入端830到輸出端840的長度方向延伸的大量的溝道或溝槽820。由于對板810進(jìn)行加標(biāo)(index)以對準(zhǔn)邊緣，并層疊板810以形成光導(dǎo)管800，所以每塊板810內(nèi)的各溝槽820用作通路，該通路將光導(dǎo)管800的一端的輸入口與光導(dǎo)管的另一端的輸出口連接在一起。當(dāng)然，可以利用大量不同技術(shù)，包括但并不局限于在固體板上銑切溝槽、在表面成型具有溝槽的板，或者在諸如以上描述的層附加處理過程的層附加處理過程中制造板，來制造這些板。
現(xiàn)在，參考圖13，圖13示出參考圖12描述和說明的光導(dǎo)管的替換實(shí)施例。與在圖12所示的實(shí)施例中相同，通過建立一系列層疊板910，可以構(gòu)造光導(dǎo)管900的主體，這些板分別具有完全通過從板910的輸入端930到輸出端940的長度延伸的大量的溝道或溝槽920。然而，在該特定實(shí)施例中，在每塊板上排列溝道或溝槽920以避免發(fā)生交叉。這樣做可以防止各光纖互相直接接觸，或者防止可能錯(cuò)誤地進(jìn)入錯(cuò)誤的溝槽902，而從輸入端930到達(dá)光導(dǎo)管900的輸出端940。如圖所示，以這種方式構(gòu)造的光導(dǎo)管至少需要兩倍數(shù)量的槽板910，以便有助于利用使溝槽交叉而使光纖接觸的板構(gòu)造同一個(gè)光電路。這樣還產(chǎn)生在z方向比圖12所示實(shí)施例高得多或者大得多的層疊板光導(dǎo)管。
現(xiàn)在，參考圖14和15，圖14和15分別示出圖12和13所示層疊板光導(dǎo)管的替換制造方法。再通過一個(gè)在另一個(gè)上面層疊板810’、910’并對它們加標(biāo)形成光導(dǎo)管，來建立圖14和15所示的光導(dǎo)管實(shí)施例800’、900’。然而，圖14和15所示的實(shí)施例沒有在板上銑切的、切割的或成型的溝槽或槽820’、920’，但是具有大量單獨(dú)的引導(dǎo)片850’、950’，以某種方式將它們粘結(jié)、固定或安裝到特定板810’、910’上以在其上形成圖形。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白，特別是與通過銑切、注塑成型或其他生產(chǎn)技術(shù)成型板相比，生產(chǎn)大量引導(dǎo)片、將它們安裝到其相應(yīng)板上以及一個(gè)在另一個(gè)上面將它們層疊在一起形成光導(dǎo)管所需的勞動(dòng)或制造步驟相當(dāng)多。圖14和15示出制造圖12和13所示層疊板光導(dǎo)管的又一種方法。
現(xiàn)在，參考圖16，圖16示出被密封在保護(hù)外殼1010內(nèi)并被安裝在插件卡1020上的光導(dǎo)管的透視圖。還將該實(shí)施例稱為插件光混洗模塊1000。如圖所示，堅(jiān)固、帶狀光纜50被引導(dǎo)到多光纖安裝件1050，而無終端接頭的光纖端被輸入到根據(jù)本發(fā)明的光混洗。該光導(dǎo)管被密封在聚合物注塑成型的、嵌入環(huán)氧樹脂等內(nèi)的金屬板成型的保護(hù)外殼1010內(nèi)?；煜粗?，再將各光纖組合為帶狀束60，并將它們引導(dǎo)到穿板配對的、插件式或其他光卡連接器1060。這些連接器1060用作適于在插件卡1020的邊緣進(jìn)行光纖連接而且適于在完全模塊化快速連接設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)光混洗的終端。
現(xiàn)在，參考圖17，圖17示出具有安裝在其上的一條堅(jiān)固光纜50的分解詳圖的三維光電路1200。該三維光電路以類似于參考圖4描述和說明的光導(dǎo)管400為特征。該光導(dǎo)管以位于輸入端的8個(gè)堅(jiān)固光纜附件為特征，該堅(jiān)固光纜附件被設(shè)計(jì)用于接收撳鈕配合件、壓接倒鉤(crimp barb)1230，以便有助于通過壓接倒鉤1230將機(jī)械負(fù)載和應(yīng)力從光纜50的堅(jiān)固外套傳遞到其光導(dǎo)管400的主體。總之，采用本發(fā)明光導(dǎo)管的光電路的一個(gè)唯一令人驚奇的特征是，實(shí)際上，可以將機(jī)械負(fù)載或應(yīng)力傳遞到其光導(dǎo)管的整個(gè)主體并由該光導(dǎo)管整個(gè)主體承載該機(jī)械負(fù)載或應(yīng)力。這與柔性基底方法或編排光纖方法非常不同，其不同之處在于，光導(dǎo)管本身可以減少對通過其的光纖施加的應(yīng)力。本發(fā)明人相信，現(xiàn)有技術(shù)中不存在任何一種既可以將光纖混洗或組織為光電路，同時(shí)又可以承載機(jī)械負(fù)載或提供對光纖本身施加的應(yīng)力的設(shè)備。
如圖所示，通過首先向后切割光纜50的堅(jiān)固外套部分，將暴露的光纖100穿過應(yīng)變消除套管1210、壓接環(huán)1220以及壓接倒鉤1230，將壓接環(huán)1220壓接到光纜50的承載堅(jiān)固外套上，將壓接環(huán)1220裝配到壓接倒鉤1230內(nèi)以將機(jī)械應(yīng)力從堅(jiān)固光纜50傳遞到倒鉤1230以及最后將倒鉤1230連接到光導(dǎo)管400的堅(jiān)固光纜附件450以將應(yīng)力從光纜50傳遞到壓接環(huán)1220到壓接倒鉤1230到光導(dǎo)管400本身，將含有大量光纖100的堅(jiān)固光纜50通過光導(dǎo)管400。由于堅(jiān)固光纜50的光纖100通過堅(jiān)固附件450，所以可以利用間隔工具等展開它們，以確保正確對準(zhǔn)光導(dǎo)管400。最后，引導(dǎo)光纖100并插入光導(dǎo)管400的正確的輸入口410，以產(chǎn)生三維光電路。
現(xiàn)在，參考圖18，圖18示出所構(gòu)造的用作具有套圈彈簧、按壓引腳連接器1410的混洗連接器1400的三維光電路。如圖所示，特別小的光混洗1450可以用于將光纖100排列到三維光電路中，并將光纖輸出到混洗適配器1460，混洗適配器1460將各條光纖一起集合成束或帶狀形式。然后，可以將帶狀光纖束60終接在套圈彈簧、插件式連接器1410，該套圈彈簧、插件式連接器1410與盲配對卡連接器1420一起使用，如圖所示?？梢栽O(shè)想特別小的混洗連接器1400，例如適于各種環(huán)境的這種混洗連接器，各種環(huán)境包括作為一種光插件卡或模塊的電子電路的外殼。這種小型、高效模塊化設(shè)計(jì)與為了建立包括采用現(xiàn)有技術(shù)的基底技術(shù)的混洗和用于安裝正確連接器的光纖接頭所需的非常大量平面間隔非常不同。
最好參考圖19，組裝的混洗連接器1400具有非常緊湊的設(shè)計(jì)。該完全模塊化的部件的長和寬均可以小于2.0英寸，而高小于1.0英寸。為了進(jìn)行比較，被配置用于實(shí)現(xiàn)類似功能的柔性基底光電路在長度方向和寬帶方向均需要12.0英寸或者更大，而z方向較薄，所以難以使這樣大的表面積位于電子電路外殼的致密封裝環(huán)境內(nèi)。
現(xiàn)在，參考圖20，圖20是示出具有堅(jiān)固光纖輸入1510、穿板連接器輸出1520以及適于機(jī)架裝配的外殼1550的集成混洗模塊1500的三維光電路的透視圖。在此所示的模塊化設(shè)計(jì)以適于機(jī)架裝配在電子電路外殼內(nèi)的可固化外殼1550為特征。該特定三維光電路以參考圖7-11描述和說明的實(shí)施例的光導(dǎo)管700為特征。它進(jìn)一步包括光纖路線確定裝置或鰭狀板(fin)1530，它們用于在外殼1550內(nèi)，通過安全彎曲半徑將光纖引導(dǎo)到設(shè)置在模塊1500的輸出端的光終端或穿板連接器1520。還應(yīng)該注意，在該模塊1500的輸入端設(shè)置適于接收堅(jiān)固光纜50中幾乎任意長度的光纖的堅(jiān)固光纜附件1510，該堅(jiān)固光纜附件1510將機(jī)械負(fù)載和應(yīng)力從堅(jiān)固光纜50有效傳遞到其外殼的主體，從而再降低對光纖施加的應(yīng)力。盡管該模塊化設(shè)計(jì)以一種特定形式的光導(dǎo)管為特征，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白，實(shí)際上可以根據(jù)本發(fā)明的單一主體、快速成型光導(dǎo)管實(shí)施例制造任何光導(dǎo)管，特別是這種光導(dǎo)管。
盡管作為例子在以上說明中，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，顯然，本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，在所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，可以對各部分或單元進(jìn)行大量重新排列和修改。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍應(yīng)該不限定于這里所包含的優(yōu)選實(shí)施例的描述。
權(quán)利要求
1.一種光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管包括單一主體，其具有輸入端和輸出端；所述輸入端具有多個(gè)以第一有序排列的輸入口；所述輸出端具有多個(gè)以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的輸出口；所述單一主體進(jìn)一步包括多個(gè)集成成型的通路，其中每個(gè)所述通路分別將一個(gè)輸入口與一個(gè)輸出口連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中利用聚合物材料成型單一主體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光導(dǎo)管，其中該單一主體含有空隙以減少所需聚合物材料的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中利用金屬成型該單一主體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中利用附加制造過程成型單一主體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中利用加載有研磨劑的漿料拋光方法來拋光該通路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中在單一主體的輸入端或輸出端至少設(shè)置一個(gè)堅(jiān)固光纜附件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光導(dǎo)管，其中至少一個(gè)堅(jiān)固光纜附件將堅(jiān)固光纜的承載部分緊固到單一主體上以降低應(yīng)力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中在單一主體的輸入端或輸出端至少制造一個(gè)多光纖終端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中將單一主體密封在保護(hù)性外殼內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光導(dǎo)管，其中至少將一個(gè)光連接器緊固到保護(hù)外殼上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光導(dǎo)管，其中將單一主體安裝到插件卡上，以形成光混洗模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光導(dǎo)管，其中機(jī)架裝配光混洗模塊。
14.一種光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管包括主體，具有多塊板，每個(gè)所述板具有輸入端和輸出端；對每塊板成型多個(gè)從輸入端到輸出端、橫跨每塊板的整個(gè)長度的溝槽；通過以層疊配置排列多個(gè)板來構(gòu)造所述主體，其中每個(gè)所述溝槽形成將一個(gè)輸入口與一個(gè)輸出口連接在一起的通路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)管，其中至少一個(gè)通路是非直線的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)管，其中至少在一塊板上至少有兩條溝槽交叉。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)管，其中各板大致是剛性的。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)管，其中該板進(jìn)一步包括用于對各板逐個(gè)加標(biāo)的對準(zhǔn)裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)管，其中通過銑切每塊所述板成型溝槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光導(dǎo)管，其中通過注塑成型所述板成型溝槽。
21.一種光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管包括主體，其具有多個(gè)空腔管，每個(gè)所述管具有輸入端和輸出端；第一端板，其具有多個(gè)以第一有序排列的輸入口；第二端板，其具有多個(gè)以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的輸出口；將所述主體設(shè)置在所述第一端板與所述第二端板之間，其中每條所述空腔管將一個(gè)輸入口與一個(gè)輸出口連接在一起。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光導(dǎo)管，其中該管是柔性的。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光導(dǎo)管，其中各條管大致是剛性的。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光導(dǎo)管，其中利用兩個(gè)半圓柱部分形成各條管。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光導(dǎo)管，其中各條管被用顏色編碼。
26.一種光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管包括(a)輸入端，其具有多個(gè)以第一有序排列的輸入口；(b)輸出端，其具有多個(gè)以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的輸出口；以及(c)多條通路，其中每條所述通路將一個(gè)輸入口與一個(gè)輸出口連接在一起。
27.一種連接光纖的方法，該方法包括下列步驟(a)提供光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管包括(i)輸入端，其具有多個(gè)以第一有序排列的輸入口；(ii)輸出端，其具有多個(gè)以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的輸出口；以及(iii)多條通路，其中每條所述通路將一個(gè)輸入口與一個(gè)輸出口連接在一起；(b)使光纖通過所述光導(dǎo)管；以及(c)僅在所述光導(dǎo)管的所述輸出端終接所述光纖，以便在所述光導(dǎo)管內(nèi)沒有光纖接頭。
28.一種制造光導(dǎo)管的方法，該方法包括步驟(a)產(chǎn)生表示波導(dǎo)管的CAD數(shù)據(jù)源；以及(b)利用CAD數(shù)據(jù)源，采用快速成型方法制造光導(dǎo)管。
29.一種制造光導(dǎo)管的方法，該方法包括步驟(a)利用被編程的CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)該光導(dǎo)管，以確保不迫使定位在光導(dǎo)管內(nèi)的光纖承受比臨界彎曲半徑更急的彎曲；以及(b)利用從CAD系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，采用快速成型方法制造光導(dǎo)管。
30.一種制造光導(dǎo)管的方法，該方法包括步驟(a)利用CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)該光導(dǎo)管，以便各光纖的相鄰?fù)饭蚕砉矀?cè)壁；以及(b)利用從CAD系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，采用快速成型方法制造光導(dǎo)管。
31.一種光導(dǎo)管，該光導(dǎo)管包括主體，該主體包括多條分別將輸入端與輸出端連接在一起的通路，其中該主體減少了對通過其的光纖施加的應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以光導(dǎo)管(200)為特征的三維光電路，該光導(dǎo)管(200)用于組織、引導(dǎo)并保護(hù)各光纖。該光導(dǎo)管在一端具有大量輸入口(210)，該輸入口(210)以第一有序排列，并通過通路連接到另一端的多個(gè)以第二有序排列的輸出口(220)?？梢詫⒍鄺l光纖插入光導(dǎo)管的通路以產(chǎn)生諸如混洗的三維光電路?？梢耘c大量連接器或終端一起使用該光導(dǎo)管，以形成各種光模塊。可以配置這些光模塊，以便機(jī)架裝配在電子部件的外殼內(nèi)。
文檔編號G02B6/44GK1541343SQ02815629
公開日2004年10月27日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者理查德L·西蒙斯, 柯蒂斯L·休梅克, 肯尼思L·科內(nèi)爾, 哈里A·洛德, 愛德華B·盧里, 馬里恩A·卡塞爾伯格, A 卡塞爾伯格, B 盧里, L 休梅克, L 科內(nèi)爾, ぢ宓, 理查德L 西蒙斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司