專(zhuān)利名稱(chēng)：光通訊用纖維陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于連接光纖的光通訊用纖維陣列(fiber array)，特別涉及多芯光通訊用纖維陣列。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著信息傳遞的高速化、大容量化，廣泛進(jìn)行采用光纖的信息通訊。在該采用光纖的信息通訊中，必須要將光纖相互連接、或者將光纖與光信息設(shè)備連接，在該連接中，使用光通訊用套管或光通訊用纖維陣列等的光連接器。另外，為了滿(mǎn)足小型化、高集成化的要求，這些光連接器多采用多芯的光連接器。
光連接器的構(gòu)造是，把光纖插入并固定在形成于其基材上的插入孔內(nèi)，為了防止光纖的連接損失，必須以亞微米級(jí)控制插入孔的尺寸精度，使光纖的光軸不偏移。如上所述，由于光連接器的多芯化和小型化，就要求更高的尺寸精度。
已往的纖維陣列和套管是用注射成形和擠壓成形進(jìn)行成形的，再經(jīng)過(guò)燒結(jié)、加工工序而制成的，由于工序的原因，很難將用于插入光纖的插入孔的尺寸精度控制成≤1μm。
為此，在日本特開(kāi)平11-174274號(hào)公報(bào)中，記載了在二氧化硅或硅基板等的基板上形成V字槽，用壓蓋挾持并固定位光纖的構(gòu)造。該加工方法與上述的成形技術(shù)不同，是用切削加工在基材上形成V字槽或插入孔，用磨具進(jìn)行精加工，可以將V字槽的尺寸精度控制成≤0.5μm。
但是，上述的方法中，為了將V字槽的尺寸精度保持恒定，必須要經(jīng)常地進(jìn)行磨具的形狀修正，因此生產(chǎn)效率差。為了挾持住光纖，必須要有壓蓋，將V字形槽進(jìn)行多層排列時(shí)，在每一排都必須敷設(shè)該壓蓋，因此，光通訊用纖維的小型化、集成化受到限制。另外，已往的V字形槽中，將光纖插入并用壓板壓住固定時(shí)，由于在基材與光纖之間的間隙大，所以，粘接劑的使用量多，粘接劑凝固時(shí)對(duì)光纖作用應(yīng)力，導(dǎo)致光傳送特性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供尺寸精度高、加工容易、廉價(jià)的多芯化光通訊用纖維陣列，同時(shí)，提供能減少把光纖固定在基材上時(shí)所使用的粘接劑用量的光通訊用纖維陣列。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的光通訊用纖維陣列，由用于插入光纖的基材和按壓固定所插入的上述光纖的壓板構(gòu)成，其特征在于，上述基材具有用于插入上述光纖的多個(gè)槽，相鄰的上述槽間的中心間距的精度為±0.5μm或±0.5μm以?xún)?nèi)，相鄰的上述槽間的槽長(zhǎng)度方向的平行度為±0.1°或±0.1°以?xún)?nèi)。由于形成這樣的精度尺寸，可提供結(jié)合損失少的光連接器。
另外，在一實(shí)施方式中，上述槽的斷面形狀是U字形或V字形。在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，上述槽的截面形狀是半圓形，在上述壓板上的與基材對(duì)應(yīng)的部分也形成有半圓截面形狀的槽。由于槽是V字形或U字形，把光纖插入基材時(shí)，可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行光纖的定位。另外，在基材和壓板上都形成半圓形截面的槽的情形下，在將光纖插入并用壓板固定時(shí)，可以減少粘接劑的使用量。
另外，上述基材和上述壓板的基材是從以氧化硅為主成分的玻璃、玻璃陶瓷及石英玻璃、透光性氧化鋁、以及氧化鋯中選擇出來(lái)的。這樣，通過(guò)采用透明性的基材，可以避免激光加工時(shí)基材的熱損傷。
本發(fā)明另一實(shí)施方式是上述光通訊用纖維陣列的制造方法，其特征在于，具有以下工序用脈沖激光加工，在基材上形成用于插入上述光纖的槽的工序；把光纖插入所形成的上述槽內(nèi)的工序；通過(guò)將上述基材和上述壓板接合將上述插入的光纖固定的工序。
上述脈沖激光最好是飛秒激光。
另外，本發(fā)明的一實(shí)施方式中，最好還包含在上述激光加工后，對(duì)形成的槽的內(nèi)壁進(jìn)行浸蝕處理的工序。上述浸蝕處理是用從氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸中選擇出的一種以上的無(wú)機(jī)酸進(jìn)行。通過(guò)進(jìn)行這樣的浸蝕處理，可更加提高加工精度。


圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的光通訊用纖維陣列概略圖。
圖2是將本發(fā)明的光通訊用纖維陣列的V字形槽部分放大的圖。
圖3是表示本發(fā)明光通訊用纖維陣列的另一形態(tài)的圖。
圖4是表示本發(fā)明光通訊用纖維陣列的另一形態(tài)的圖。
圖5是表示本發(fā)明光通訊用纖維陣列的另一形態(tài)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的光通訊用纖維陣列及其制造方法。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的、光通訊用纖維陣列的概略圖。首先，準(zhǔn)備作為基材的矩形基材1。該基材采用以氧化硅為主成分的玻璃、玻璃陶瓷、石英玻璃、透光性氧化鋁等的透明材料。這些材料能防止后述激光加工時(shí)基材的熱損傷。因此，基材中含有的Na2O、K2O、CaO、BaO等的雜質(zhì)最好≤50ppm。如果雜質(zhì)的含有量超過(guò)了50ppm，則有損基材的透明性。另外，在打孔加工前，預(yù)先對(duì)基材的端面進(jìn)行光學(xué)研磨。
基材的槽是用脈沖激光加工進(jìn)行的。將基材保持住，進(jìn)行激光照射軸與基材的定位。用物鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，成為預(yù)定的光斑直徑。光斑直徑可以用所使用的光纖的外徑適當(dāng)調(diào)節(jié)。
在對(duì)基材進(jìn)行打孔加工時(shí)，在采用玻璃等作為基材的情況下，如果連續(xù)地照射高輸出功率的激光，則基材中被激光照射的部分溫度急劇上升，基材受到熱沖擊而產(chǎn)生裂縫。因此，激光加工最好是采用由脈沖激光進(jìn)行的加工。加工時(shí)使用的脈沖激光沒(méi)有特別限定，可以采用YAG激光、準(zhǔn)分子激光等公知的激光，最好采用氬離子激發(fā)Ti-藍(lán)寶石激光。另外，本發(fā)明中使用的“飛秒激光”，是指激光脈沖寬度為1ps以下的激光。
這樣，用脈沖激光加工形成槽，即使在基材上平行地形成多個(gè)槽，也能將相鄰各槽的中心間距精度控制為±0.5μm或±0.5μm以下，槽形成后不需要進(jìn)行提高精度的精加工。另外，不僅各插入孔的中心間距離的精度得到提高，而且多個(gè)插入孔的軸向的平行度可以為±0.1°或0.1°以下，可進(jìn)行非常高精度的加工。另外，各插入孔的中心間距，如圖2所示，是指連接相鄰各插入孔端部中心的直線(xiàn)距離的平均值，另外，軸向的平行度是指基準(zhǔn)軸(與基材的激光照射面垂直的軸向)與各插入孔的軸線(xiàn)所成的角度。
槽可以象已往那樣加工成為V字形，也可以如圖3所示那樣，形成為U字形，或者如圖4所示那樣，在基材上形成半圓形的槽，在壓板2上也形成半圓形的槽，這樣，在插入并固定光纖時(shí)可減少粘接劑的使用量。通過(guò)減少粘接劑的使用量，在粘接劑收縮凝固時(shí)，可以降低作用在光纖上的應(yīng)力，可以減少光傳送特性的惡化。另外，通過(guò)把槽的截面形狀做成為U字形或半圓形，可以減小相鄰槽之間的間隔，可以更高密度地敷設(shè)光纖。另外，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)激光加工的加工條件(輸出、脈沖寬度和掃描速度)，可將槽的截面形狀做成為任意的形狀。另外，意外地發(fā)現(xiàn)，減小相鄰槽間的間隔而使光纖高密度化時(shí)，可以降低光纖的結(jié)合損失。這是因?yàn)樵谛纬啥鄠€(gè)槽時(shí)，通過(guò)減小相鄰各槽的間隔，可縮短兩端的槽間距，這樣提高了各槽的尺寸精度。如圖5所示，為了進(jìn)一步減小孔間距，斷面形狀也可以不是完全的圓形，而是使相鄰孔連續(xù)地形成基材1和壓板2的槽。
當(dāng)然上述的U字形槽和半圓形槽也可以用已往的方法、即注射成形、擠壓成形、灌漿成型法壓力成形等的金屬模具技術(shù)形成，或者也可以用磨削加工等形成。
脈沖激光加工因?yàn)槭鞘够臒崛廴趤?lái)進(jìn)行加工的，所以，形成的槽的壁面是光滑的。但是，在激光加工時(shí)，有時(shí)在槽的壁面上形成結(jié)晶粒，所以在脈沖激光加工后最好對(duì)槽壁面進(jìn)行浸蝕處理，去除掉結(jié)晶粒。浸蝕處理液可以使用從氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸等中選擇出的一種或一種以上的無(wú)機(jī)酸。
實(shí)施例1用5倍的物鏡將脈沖重復(fù)頻率為1KHz、中心波長(zhǎng)為800nm的LD激發(fā)Ti藍(lán)寶石激光聚光，將光斑直徑調(diào)節(jié)為125μm，對(duì)厚度3mm的矩形石英玻璃制基材(材料的禁帶寬度為7.9eV)進(jìn)行激光照射，該基材的激光照射面預(yù)先進(jìn)行了光學(xué)研磨。照射條件和加工速度是，脈沖寬度為≤130飛秒、100mW的輸出功率、掃描速度為100μm。在基材上用250μm的間隔形成了8個(gè)槽。然后，把形成了槽的基材在4wt％的氟酸水溶液中浸漬1小時(shí)，用超聲波清洗器進(jìn)行浸蝕處理，得到形成了U字形槽的光通訊用纖維陣列。相鄰各槽間的尺寸精度是125μm±0.5μm，各槽的Z軸方向(槽的軸方向)的平行度是±0.05°。另外，兩端的槽的中心間距離是1905μm±0.4μm。
把光纖敷設(shè)到得到的各U字形槽內(nèi)，涂敷紫外線(xiàn)固化型粘接劑，用與基材相同材質(zhì)的壓板將光纖壓住，通過(guò)照射紫外線(xiàn)而將其固定，得到了光通訊用陣列。
用準(zhǔn)直儀對(duì)得到的光通訊用陣列測(cè)定結(jié)合損失。在槽間隔為250μm的陣列中，結(jié)合損失是0.26dB。
實(shí)施例2用與實(shí)施例1同樣的加工條件，將槽間隔改變?yōu)?25μm，在基材上形成U字形槽。相鄰各槽間的尺寸精度是125μm±0.5μm，各槽的Z軸方向(槽的軸方向)的平行度是±0.05°。另外，兩端的槽的中心間距是1000μm±0.4μm。
與實(shí)施例1同樣地，把光纖敷設(shè)在基材上，得到光通訊用陣列，用準(zhǔn)直儀測(cè)定結(jié)合損失。在槽間隔為125μm的陣列中，結(jié)合損失是0.16dB。
比較例1用5倍的物鏡將基波為1064nm(倍波532nm、三倍波355nm)的YAG激光聚光，將光斑直徑調(diào)節(jié)為125μm，對(duì)厚度5mm的矩形石英玻璃制基材(材料的禁帶寬度為7.9eV)進(jìn)行激光照射，該基材的激光照射面預(yù)先進(jìn)行了光學(xué)研磨。照射條件和加工速度是，脈沖能量為5mJ、掃描速度為100μm。
結(jié)果，基材的表面只稍稍凹入，未形成V字形槽。另外，在照射了激光的基材表面及其里面上觀(guān)測(cè)到微小的裂縫。
權(quán)利要求
1.光通訊用纖維陣列，由用于插入光纖的基材和按壓固定所插入的上述光纖的壓板構(gòu)成，其特征在于，上述基材具有用于插入上述光纖的多個(gè)槽，相鄰的上述槽間的中心間距的精度為±0.5μm或±0.5μm以?xún)?nèi)，相鄰的上述槽間的槽長(zhǎng)度方向的平行度為±0.1°或±0.1°以?xún)?nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的光通訊用纖維陣列，其特征在于，上述槽的截面形狀是U字形或V字形。
3.如權(quán)利要求1所述的光通訊用纖維陣列，其特征在于，上述槽的截面形狀是半圓形，在上述壓板上的與上述基材對(duì)應(yīng)的部分上也形成有半圓截面形狀的槽。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的光通訊用纖維陣列，其特征在于，上述基材和上述壓板的基材是從以氧化硅為主成分的玻璃、玻璃陶瓷、石英玻璃、透光性氧化鋁、以及氧化鋯中選擇出來(lái)的。
5.光通訊用纖維陣列的制造方法，用于制造權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)記載的光通訊用纖維陣列，其特征在于，具有以下工序用脈沖激光加工在基材上形成用于插入上述光纖的槽的工序；把光纖插入所形成的上述槽內(nèi)的工序；通過(guò)將上述基材和上述壓板接合來(lái)固定上述插入的上述光纖的工序。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，上述脈沖激光是飛秒激光。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，還包含在上述激光加工后，對(duì)形成的槽的內(nèi)壁進(jìn)行浸蝕處理的工序。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，上述浸蝕處理是用從氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸中選擇出的一種或一種以上的無(wú)機(jī)酸進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光通訊用纖維陣列，該光通風(fēng)纖維陳列是尺寸精度高、加工容易、廉價(jià)的多芯化光通訊用纖維陣列，并且在將光纖固定到基材上是能減少粘接劑使用量。本發(fā)明的光通訊用纖維陣列，由用于插入光纖的基材和按壓固定所插入的光纖的壓板構(gòu)成，其特征在于，上述基材具有用于插入上述光纖的多個(gè)槽，相鄰的上述槽間的中心間距為±0.5μm或±0.5μm以?xún)?nèi)，相鄰的上述槽間的槽長(zhǎng)度方向的平行度為±0.1°或±0.1°以?xún)?nèi)。
文檔編號(hào)G02B6/24GK1672076SQ0381749
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者邱建榮, 平尾一之, 吉澤修平, 矢島保, 石井太 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)株式會(huì)社