專利名稱：光纖束列陣器件和其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為光學(xué)元件及其制造工藝，可用于光電子、光通訊和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等信息領(lǐng)域。
由于寬帶、高速通訊業(yè)務(wù)急劇增加，寬帶、大容量的交換系統(tǒng)、并行處理高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等各種通訊和信息處理設(shè)備高速發(fā)展，需要成百上千條光纖排列成一維或二維光陣列陣器件作為輸入和輸出接口。因此，高密度、高精度的光纖束列陣器件成為這些設(shè)備的關(guān)鍵器件之一。目前已采取兩種方法研制此類器件。其一，在特定晶向方向的硅基片上，采用制版、光刻、腐蝕等工藝刻蝕等間距的鋸齒形槽，將裸露包層光纖排列于鋸齒形槽內(nèi)，表面平放一基片，用膠固化，見論文“A fiber optic-cable connector”C.M.Miller，Bellsyst.Tech.J.1975 Vol.54，No.9，1547-1555。制作二維光纖列陣時(shí)，需將已排放好的一維光纖列陣在垂直方向一片片地堆疊而成，見論文“High precision two dimensional fiber-array in silicon V-groovetechnique”U.Danzer，P.kipfer，k.zurl，J.Lindolf and J.Schwider，Annual repost，Angewandte Cptik，physikalisches Insttitute derUniversity Erlangcn(1992)。利用這種方法硅片薄形加工太困難，因此垂直方向光纖間距較大，每層之間定位誤差也大，不易實(shí)現(xiàn)二維光纖列陣。其二，用激光束或等離子束在一定厚度的基片上打孔徑為200μm-250μm的圓孔二維列陣，將光纖一根一根地插入孔內(nèi)，用UV紫外膠固化定位，見論文“Fabrication of fiberbundle arrays forfree-space photoric switching system”，Jose M.sasian，Robert A.Novotry，Martin G.Beckman，sonya L.walker，Mickacl J.Wojcik，stepfen J.Hinterlong，Optical Engineering 1994，vol.33，No.9，2979-2985.由于基片的厚度，此方法角向誤差較大，對單模光纖二維列陣很難達(dá)到要求。
本發(fā)明的目的在于制造高精度，高密度的一維和二維光纖列陣器件，為此提出光纖在矩形定位槽內(nèi)無間隙逐根排放的新型光纖束列陣器件，并提出制造這種器件的工藝。
本發(fā)明的光纖束列陣器件，由基片和光纖構(gòu)成，其特征在于
(1)所述基片包括基層基片、底層基片和兩片側(cè)邊基片，各基片均為平板形狀，(2)基層基片水平放置、底層基片水平放置于基層基片上，兩片側(cè)邊基片垂直側(cè)立在基層基片上，它們的側(cè)面貼合在底層基片兩側(cè)并與基層基片和底層基片粘合定位，構(gòu)成光纖定位槽，(3)光纖在上述光纖定位槽內(nèi)無間隙逐根排放。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖束列陣器件，其特征在于所述光纖定位槽內(nèi)緊貼第一層光纖束水平放置中層基片，緊貼中層基片上表面無間隙逐根排放第二層光纖，可按此結(jié)構(gòu)形成M層光纖列陣，M≥2，構(gòu)成二維光纖束列陣。
上述光纖束列陣器件對于基片的要求可以是(1)基層基片上下表面平行度≤2′，(2)底層基片及側(cè)邊基片兩表面平行度＜1′、側(cè)面和兩表面垂直度為90°±20″，(3)底層基片寬度為N×125μm±2μm，N為自然數(shù)根據(jù)實(shí)際要求而定，(4)中層基片寬度同底層基片，兩表面平行度＜2″，厚度誤差≤0.2μm，(5)各基片表面拋光度≥2級。
5.權(quán)利要求1所述的光纖束列陣器件的制造工藝，其步驟為(1)建立相互垂直的下方水平激光束和垂直向下激光束A.水平支撐一支準(zhǔn)直的激光束器，激光束經(jīng)λ/2波片和偏光棱鏡，分為下方水平激光束和垂直向上激光束，下方水平激光束傳播路徑上放置兩個(gè)下方小孔光闌，用以定位下方水平激光束，B.在偏光棱鏡上方設(shè)置第一全反射鏡，使得垂直向上激光束反射形成上方水平激光束、與下方水平激光束平行，在上方水平激光束傳播路徑上放置兩個(gè)上方小孔光闌，用以定位上方水平激光束，C.在上方水平激光束和下方水平激光束傳播方向上懸掛兩條鉛直細(xì)線，調(diào)整第一全反射鏡，使得所述兩束水平激光束的光斑中心對稱軸同時(shí)通過兩鉛直細(xì)線，保證兩束水平激光束處于同一垂直平面上，此時(shí)固定第一全反射鏡空間位置，撤去兩條鉛直細(xì)線，D.上方水平激光束傳播路徑上兩上方小孔光闌之后放置第二全反射鏡，將上方水平激光束反射形成垂直向下激光束與下方水平激光束相交，該交點(diǎn)下面設(shè)置三維可旋轉(zhuǎn)小平臺，其上放置五角棱鏡，E.調(diào)整第二全反射鏡，使下方水平激光束通過五角棱鏡垂直向上反射，經(jīng)第二全反射鏡后通過兩上方小孔光闌，并使垂直向下激光束經(jīng)五角棱鏡二次反射后水平方向出射通過兩下方小孔光闌，此時(shí)固定第二全反射鏡空間位置、撤走五角棱鏡；(2)制作光纖定位槽A.將基層基片定位在所述三維可旋轉(zhuǎn)小平臺上，讓垂直向下激光束入射在基層基片中心位置，調(diào)整小平臺，讓基層基片上表面反射光經(jīng)第二全反射鏡通過兩上方小孔光闌，B.在基層基片上平行放置底層基片，兩基片中心線大致重合，移入U(xiǎn)字形調(diào)整架，將其兩臂上的調(diào)整螺釘尖端輕壓在底層基片上，調(diào)整兩螺釘使得垂直向下激光束在底層基片上表面反射光經(jīng)第二全反射鏡通過兩上方小孔光闌原路返回，用膠將底層基片和基層基片固化定位，C.將一片側(cè)邊基片側(cè)立在基層基片上，側(cè)面完全貼合在底層基片一側(cè)，旋轉(zhuǎn)所述三維小平臺，保持底層基片的反射光，通過兩上方小孔光闌，并用U字形調(diào)整架的調(diào)整螺釘尖端輕壓在該邊基片的側(cè)面上端，調(diào)整兩螺釘使該側(cè)邊基片的側(cè)面上端，調(diào)整兩螺釘使該側(cè)邊基片內(nèi)表面對上方水平激光束的光通過兩下方小光闌，然后將該側(cè)面基片與基層基片和底層基片完全粘合定位，D.用C所述同樣過程將另一片側(cè)邊基片與基層基片和底層基片完全粘合定位，形成光纖定位槽，(3)排放光纖束A.在所述光纖定位槽前后固定一前臺階面和一后臺階面，它們寬度略大于光纖定位槽寬度、上表面均鋪一層雙面膠，且使它們表面高度略低于底層基片上表面，B.待排放光纖束一端剝除塑料外層，每一支光纖均有裸露包層部分，C.在X、Y、Z俯仰和左右擺動可調(diào)的五維支架上固定裝夾光纖的光纖槽，該光纖槽與所述光纖定位槽側(cè)邊基片和底層基片平行，然后將一支光纖裝夾在光纖槽內(nèi)，用五維支架調(diào)整，讓光纖裸露包層部分平行移到底層基片相應(yīng)位置、裸露包層的始端超出后臺階面，再豎直往下排放，最后將裸露包層的光纖貼合在前臺階面和后臺階面的雙面膠上，
D.按C所述方法在高倍顯微鏡監(jiān)視下從左至右或從右至左逐根無間隙排放光纖，當(dāng)排放最后一支光纖時(shí)，若最后一支光纖不能無間隙排放，則需重新選擇最后幾支光纖，并重新排放到全部光纖無間隙排放，E.將中層基片平放在光纖定位槽內(nèi)第一層光纖表面，用U字形調(diào)整架兩臂螺釘尖端輕壓中層基片，調(diào)整兩螺釘，讓垂直向下激光束在中層基片表面的反射光原途返回兩上方小孔光闌，這時(shí)從定位槽前后端部注膠，待膠固化后，沿定位槽前端截?cái)嗟谝粚庸饫w，F(xiàn).除掉前臺階面上剩余光纖頭的雙面膠，然后在前臺階面和后臺階面裸露包層的光纖束表面上鋪放硬度好的紙和雙面膠，使它們的高度稍低于中層基片上表面，按照第一層排放光纖的操作，排放第二層至第M層，按E所述步驟加裝頂層基片，最后，將多層光纖列陣器件固化加固，對其前端面進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光，并保持拋光端面垂直于中層基片即垂直于排放在定位槽內(nèi)的光纖軸線，G.也可在D所述步驟之后，在光纖定位槽內(nèi)已排好的第一層光纖表面，先放一層雙面膠陪襯紙，在陪襯紙上平放一片中層基片，用U字形調(diào)整架兩臂螺釘尖端輕壓中層基片，調(diào)整兩螺釘，讓垂直向下激光束在中層基片表面的反射光原途返回兩上方小孔光闌，此時(shí)從光纖定位槽前后兩端注膠，讓膠沿相鄰光纖之間凹部均勻滲入、固化，然后撤除中層基片和陪襯紙，再按照第一層排放光纖的操作，排放第二層至第M層，最后加裝頂層基片、按F所述步驟制成光纖束列陣器件。
上述光纖束列陣器件制造工藝在逐根無間隙排放各層光纖時(shí)，可以在排放至倒數(shù)第二支光纖后檢測一次將一中層基片平行鋪放在定位槽內(nèi)，其下表面緊貼已排放好的光纖束，觀察垂直入射在中層基片上表面的垂直向下激光束反射光應(yīng)通過兩上方小孔光闌，如能原途返回，則取出該中層基片，排放最后一支光纖，若中層基片上表面反射光不能原途返回，則已排放的光纖束出現(xiàn)交疊，需檢查排除此情況、重新檢測通過后再排放最后一支光纖。
在前述光纖束列陣器件制造工藝中，可采用以下數(shù)據(jù)(1)所述兩下方小孔光闌相距1.0-1.5m，所述兩個(gè)上方小孔光闌相距1.0-1.5m，(2)所述兩條鉛直細(xì)線直徑≤15μm、相距1.5-2.0m，(3)所述五角棱鏡誤差≤2″，
(4)所述前臺階面和后臺階面鋪雙面膠后，表面高度低于底層基片上表面5-10μm，(5)待排放光纖同心度＜0.6％，其包層直徑為124.9±0.1μm，(6)所述光纖槽孔徑250μm，正公差1μm(7)排放第一層以后的光纖時(shí)，所述前臺階面鋪紙和雙面膠后，表面高度低于前一中層基片上表面或前一層光纖束表面5-10μm。
本發(fā)明為高精度、高密度光纖束列陣器件，制作工藝相對簡單、或本低，水平×方向的光纖中心間距可為125μm，垂直Z方向的光纖中心間距可以為125μm、250μm、500μm等間距。光纖束列陣器件端面上，每條光纖相對于理想位置的誤差小于2μm，角向誤差小于0.02°。本發(fā)明的光纖束列陣器件結(jié)構(gòu)和制作工藝適合制作一維或二維單模光纖束和多模光纖束列陣器件，可應(yīng)用于電子、光通訊、并行處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等各種設(shè)備和各種列陣式一維和二維光纖耦合技術(shù)。


圖1表示二維光纖束列陣器件的結(jié)構(gòu)。圖2表示兩束相互垂直的激光束的調(diào)整。圖3表示光纖定位槽的制作工藝。圖4表示排放光纖束的操作。
以下進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施狀態(tài)。圖1中，二維光纖束列陣器件由基層基片A、底層基片B、若干中層基片M1、M2、……Mi和側(cè)邊基片S1、S2組成，各基片都是高精度的2級拋光平面。基層基片A長度約為22mm，厚度約為2mm，寬度大于N×0.125mm+側(cè)邊基片S1和S2厚度，上下表面平行度約為1，N為每層一維列陣的光纖數(shù)。側(cè)邊基片S1和S2長度為10-15mm，厚度約為2mm，寬度大于(M×h+底層基片A厚度)+2mm，M為垂直Z方向光纖的層數(shù)，h為光纖在垂直Z方向的中心間距，兩表面的平行度＜20″，側(cè)面和兩表面的垂直度為90°±20″。底層基片B厚度2-3mm，寬度N×125μm，誤差＜2μm，長度和側(cè)邊基片S1及S2相同，為10-15mm，Z方向光纖層數(shù)多時(shí)取15mm，層數(shù)少時(shí)取10mm，兩表面的平行度＜20″，側(cè)面和表面的垂直度為90°±20″。中層基片M1、M2、……Mi，寬度N×125μm，誤差＜2μm，厚度可為375μm，或125μm的整數(shù)倍，倍數(shù)＞3，誤差＜0.2μm，長度可在10-15mm變化，最底層M1取15mm，上層比下層的中層基片長度小0.3-0.5mm，便于光纖尾端固定。加工中層基片時(shí)，在該基片的周圍相隔大約120°位置放置三片晶片作為陪片一起加工，用檢測晶片位相變化的方法檢測中層基片厚度，此加工方法可將其厚度誤差控制在0.2μm以內(nèi)。
本發(fā)明光纖束列陣器件的制造工藝，可由圖2、圖3和圖4說明。圖2表示用于校準(zhǔn)的兩束相互垂直激光束的調(diào)整。水平支持的氦氖激光器He-Ne Laser發(fā)射激光束經(jīng)λ/2波片和偏光棱鏡分成相互垂直的下方水平激光束H和垂直向上激光束V1，下方水平激光束H嚴(yán)格平行于水平平臺表面，在H傳播路徑上相距1.2m之處放置兩個(gè)下方小孔光闌P1和P2，用以定位H并隨時(shí)檢測其變化。垂直向上激光束V1通過第一全反射鏡R1反射形成上方水平激光束V2，在H和V2傳播方向上，相距1.8m之處懸掛兩條直徑為15μm的鉛直細(xì)線W1和W2，調(diào)整R1，讓H和V2的光斑中心對稱軸同時(shí)通過W1和W2，并在其后的衍射光斑上可觀察到一條暗線和對稱分布的亮條紋，這就是說，V2和H同時(shí)處于同一垂直的平面上。在V2傳播路徑上，相距1.2m放置兩上方小孔光闌P3和P4，用以檢測和定位V2嚴(yán)格平行于下方水平激光束H。V2經(jīng)第二全反射鏡R2反射形成垂直向下激光束V3，并與H相交于O點(diǎn)，在O點(diǎn)下面三維可旋轉(zhuǎn)小平臺M上放置有五角棱鏡K，調(diào)整R2使得H通過K垂直向上反射，再經(jīng)R2反射后通過兩上方小孔光闌P4和P3，并使V3經(jīng)K二次反射后水平方向出射通過兩下方小孔光闌P2和P1，這時(shí)V3和H嚴(yán)格相互垂直，并在同一垂直平面上，相交于O點(diǎn)。此時(shí)可撤走五角棱鏡K。
圖3說明光纖定位槽的制作。在制作光纖定位槽之前，后續(xù)工序中需要的所有基片放入丙酮液體內(nèi)清洗，再放入去離子水的超聲小槽內(nèi)清洗干凈備用。然后，將基層基片A用雙面膠定位在三維可旋轉(zhuǎn)小平臺M上，讓激光束V3入射在A中心位置，調(diào)整M讓A上表面反射光經(jīng)R2通過P4和P3原路返回。在A上平行放置底層基片B，其前端和基片A對齊，兩基片中心對稱線大致重合，將U字形調(diào)整架F移入，V字形兩臂上有兩個(gè)上下可調(diào)的螺釘，將螺釘尖端輕壓在B上，調(diào)整兩螺釘，使得V3在B上表面反射光經(jīng)R2通過P4和P3原路返回。用很少量的502膠或UV紫外膠從基片B后端滲入，固化定位。將側(cè)邊基片S1側(cè)立在A上，側(cè)面完全貼合在基片B一側(cè)，旋轉(zhuǎn)小平臺M，注意觀察并保持基片B的反射光通過P4和P3，觀察S1內(nèi)外表面對激光束H的兩反射光在小孔光闌P2上的兩光斑是否重合，若不重合，用在S1外表面吹氣的方法，辨認(rèn)出內(nèi)外表面的反射光斑(外表面光斑有從模糊到清晰的變化過程)。用F的兩螺釘尖端輕壓在S1的側(cè)面上端，調(diào)整兩螺釘使S1內(nèi)表面的反射光通過P2和P1，然后從S1外側(cè)注入502膠或UV紫外膠，將S1與A和B完全粘合定位。用上述同樣方法將另一側(cè)邊基片S2與A和B完全粘合定位，此時(shí)光纖定位槽兩側(cè)基片S1和S2的兩內(nèi)表面完全平行，其間距決定于底層基片B的寬度。用電荷耦合器件CCD觀察光纖定位槽的前端面，檢查膠合處是否滿足要求，最后在S1和S2外側(cè)邊緣涂一層環(huán)氧樹脂膠，固化加固。
圖4說明排放光纖束的操作。首先選擇光纖質(zhì)量和均勻性好且同心度小于0.6％激光反射光的光纖產(chǎn)品，其包層直徑為124.9μm誤差小于0.1μm的光纖，許多廠家近期更新的設(shè)備拉制的光纖都能滿足上述要求。將光纖截下1-2m長度，粘好順序標(biāo)志。一端剝除塑料外層約60mm，每一條光纖都有約60mm的包層裸露部分，先后用丙酮溶液和去離子水將包層裸露部分清洗干凈備用。定位槽的前面放置電荷耦合器件CCD對定位槽前端成像觀察監(jiān)視，照明光從上而下照明，也可以將一只燈泡放在一個(gè)顯微鏡觀察筒內(nèi)提供照明光，用另一觀察筒作觀察。排放二維光纖，是一層一層從下至上，從左至右或從右至左逐根光纖排放。為了排放光纖方便，在光纖定位槽前后，放置光纖預(yù)定位前臺階面D和后臺階面C，后臺階面C為玻璃基片，用502膠(或UV膠)固定在基片A上，平行放在基片B后約4mm處，寬度略大于基片B的寬度+2×基片S厚度之和。小臺階C上鋪一層雙面膠，C表面高度略低于基片B表面高度5μm-10μm，長度大約為8mm-10mm。小臺階D固定在小平臺M上，位于定位槽前面約2mm-4mm，長度約8mm-10mm，寬度與小臺階C相同，其上表面鋪一層雙面膠，高度略低于基片B上表面高度5μm-10μm?？讖綖?25μm、正公差1μm的裝夾光纖的光纖槽L固定在精密的x，y，z，上下俯仰和左右擺動可調(diào)的五維支撐架上。裝夾光纖槽平行于光纖定位槽側(cè)邊基片和底層基片B，見圖4。排列光纖之前，注意嚴(yán)格檢查并調(diào)整入射在底層基片B上表面的激光束V3和入射在側(cè)邊基片內(nèi)表面的激光束H的反射光分別通過小孔P4和P3，P2和P1。然后將一根光纖裝夾在光纖槽內(nèi)，讓裸露包層的始端距小臺階C之后約2mm-4mm，用五維支架調(diào)整，讓裸露包層光纖部分平行移到基片B上的理想位置，再堅(jiān)直往下排放，最后將光纖貼合在預(yù)定位小臺階C和D的雙面膠上。按上述方法在高倍顯微鏡MIC的監(jiān)視下一根一根地?zé)o間隙排放光纖。排放至倒數(shù)第二根光纖后，注意做一次檢測。將中層基片M1平行鋪放在定位槽內(nèi)排放好的光纖頂部，輕輕加一定壓力，讓已排放的光纖緊貼在基片B上表面和中層基片M1下表面之間(但用力不能過大導(dǎo)致小平臺變化)，觀察垂直入射在中層基片M1上表面的激光束V3的反射光應(yīng)通過小孔光闌P4和P3，如果能夠沿途返回，說明已排放在基片B表面的N-1條光纖是完全平行的。然后再排放最后一根光纖，若最后一根光纖不能無間隙排放，則需將最后幾條光纖的直徑重新選擇，重新排放到全部光纖無間隙排放。然后再重新將中層基片M1平放在定位槽內(nèi)的第一層一維光纖頂部。將U字型定位架兩臂螺釘端點(diǎn)輕壓在中層基片M1表面。調(diào)整兩螺釘?shù)膲毫?，讓垂直入射在基片M1表面的激光束V3的反射光原途返回小孔P4和P3。這時(shí)先后從定位槽前后端部注入很少許502膠(或UV紫外膠)，可觀察到膠沿光纖縱向滲透入內(nèi)。待膠固化后，沿定位槽前端約2mm處，用金剛刀截?cái)嗟谝粚庸饫w，除掉小臺階D上剩余光纖頭的雙面膠，用CCD觀察定位槽前端部的光纖排放情況，可檢測到第一層一維光纖列陣的上、下頂部是否完全與底層基片B上表面和中層基片M1下表面貼合，相鄰光纖之間是否完全無間隙。如果完全符合要求，則可在中層基片M1上排放第二層光纖。
在排放第二層光纖之前，首先用高倍顯微鏡觀察定位槽內(nèi)中層基片M1上是否堆積有502膠痕跡，若有，應(yīng)小心清除干凈。然后在前后小臺階C和D上面鋪放一定厚度的硬度好的紙和雙面膠，使其高度稍低于中層基片M1的上表面5μm-10μm。按照第一層排放光纖的操作，排放第二層，第三層……第m層。然后再在定位槽最頂層基片Mm上表面，兩側(cè)和前后以及后部光纖包層裸露部分涂一層環(huán)氧樹脂膠，固化加固。最后，將固化好的多層光纖列陣的定位槽前端面進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光，并保持拋光端面垂直于A下表面。以上是水平X方向間距為125μm。垂直方向間距為500μm的二維光纖列陣器件的制作工藝過程。
垂直Z方向間距為250μm的二維光纖列陣的制作工藝，與垂直Z方向間距為500μm的二維光纖列陣完全相同。僅有不同的是中層基片Mi的材料和加工問題。此時(shí)中層基片M1的厚度為125μm。此類材料可選擇硬度較好的膠片制作，厚度為125μm。均勻性好，誤差為2μm。
垂直Z方向間距125μm。水平方向間距為125μm的二維光纖列陣制作工藝制作過程與垂直方向間距為500μm的二維光纖列陣基本相同。僅不同之處，沒有中層基片Mi。所以，在排放完每一層光纖之后，在光纖定位槽內(nèi)已排好光纖的頂部，先放一層寬度與底層基片B相同，長度約為20mm的雙面膠陪襯紙，在陪襯紙上平放一片中層基片Mi，用U字型定位架兩臂螺釘尖端壓住基片M1，讓垂直入射基片M1上表面的激光束的反射光原途返回通過小孔光闌P4和P3。此時(shí)，從定位槽前后兩端注入少許502膠，讓502膠沿相鄰光纖之間的凹部均勻滲入，固化。撤除基片M1和陪襯紙，在高倍顯微鏡下可觀察到已排好的光纖包層脊背。此時(shí)再排放第二層，第三層……第m層。
權(quán)利要求
1.一種由基片和光纖構(gòu)成的光纖束列陣器件，其特征在于(1)所述基片包括基層基片、底層基片和兩片側(cè)邊基片，各基片均為平板形狀，(2)基層基片水平放置、底層基片水平放置于基層基片上，兩片側(cè)邊基片垂直側(cè)立在基層基片上，它們的側(cè)面貼合在底層基片兩側(cè)并與基層基片和底層基片粘合定位，構(gòu)成光纖定位槽，(3)光纖在上述光纖定位槽內(nèi)無間隙逐根排放。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖束列陣器件，其特征在于所述光纖定位槽內(nèi)緊貼第一層光纖束水平放置中層基片，緊貼中層基片上表面無間隙逐根排放第二層光纖，可按此結(jié)構(gòu)形成M層光纖列陣，M≥2，構(gòu)成二維光纖束列陣。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖束列陣器件，其特征在于所述光纖定位槽緊貼第一層光纖束無間隙逐根排放第二層光纖，可按此結(jié)構(gòu)形成M層光纖列陣，M≥2，構(gòu)成二維光纖束列陣。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的光纖束列陣器件，其特征在于(1)基層基片上下表面平行度≤2′，(2)底層基片及側(cè)邊基片兩表面平行度＜1′、側(cè)面和兩表面垂直度為90°±20″，(3)底層基片寬度為N×125μm±2μm，N為自然數(shù)根據(jù)實(shí)際要求而定，(4)中層基片寬度同底層基片，兩表面平行度＜2″，厚度誤差≤0.2μm，(5)各基片表面拋光度≥2級。
5.權(quán)利要求1所述的光纖束列陣器件的制造工藝，其步驟為(1)建立相互垂直的下方水平激光束和垂直向下激光束A.水平支撐一支準(zhǔn)直的激光束器，激光束經(jīng)λ/2波片和偏光棱鏡，分為下方水平激光束和垂直向上激光束，下方水平激光束傳播路徑上放置兩個(gè)下方小孔光闌，用以定位下方水平激光束，B.在偏光棱鏡上方設(shè)置第一全反射鏡，使得垂直向上激光束反射形成上方水平激光束、與下方水平激光束平行，在上方水平激光束傳播路徑上放置兩個(gè)上方小孔光闌，用以定位上方水平激光束，C.在上方水平激光束和下方水平激光束傳播方向上懸掛兩條鉛直細(xì)線，調(diào)整第一全反射鏡，使得所述兩束水平激光束的光斑中心對稱軸同時(shí)通過兩鉛直細(xì)線，保證兩束水平激光束處于同一垂直平面上，此時(shí)固定第一全反射鏡空間位置，撤去兩條鉛直細(xì)線，D.上方水平激光束傳播路徑上兩上方小孔光闌之后放置第二全反射鏡，將上方水平激光束反射形成垂直向下激光束與下方水平激光束相交，該交點(diǎn)下面設(shè)置三維可旋轉(zhuǎn)小平臺，其上放置五角棱鏡，E.調(diào)整第二全反射鏡，使下方水平激光束通過五角棱鏡垂直向上反射，經(jīng)第二全反射鏡后通過兩上方小孔光闌，并使垂直向下激光束經(jīng)五角棱鏡二次反射后水平方向出射通過兩下方小孔光闌，此時(shí)固定第二全反射鏡空間位置、撤走五角棱鏡；(2)制作光纖定位槽A.將基層基片定位在所述三維可旋轉(zhuǎn)小平臺上，讓垂直向下激光束入射在基層基片中心位置，調(diào)整小平臺，讓基層基片上表面反射光經(jīng)第二全反射鏡通過兩上方小孔光闌，B.在基層基片上平行放置底層基片，兩基片中心線大致重合，移入U(xiǎn)字形調(diào)整架，將其兩臂上的調(diào)整螺釘尖端輕壓在底層基片上，調(diào)整兩螺釘使得垂直向下激光束在底層基片上表面反射光經(jīng)第二全反射鏡通過兩上方小孔光闌原路返回，用膠將底層基片和基層基片固化定位，C.將一片側(cè)邊基片側(cè)立在基層基片上，側(cè)面完全貼合在底層基片一側(cè)，旋轉(zhuǎn)所述三維小平臺，保持底層基片的反射光通過兩上方小孔光闌，并用U字形調(diào)整架的調(diào)整螺釘尖端輕壓在該側(cè)邊基片的側(cè)面上端，調(diào)整兩螺釘使該側(cè)邊基片內(nèi)表面對下方水平激光束的反射光通過兩下方小光闌，然后將該側(cè)面基片與基層基片和底層基片完全粘合定位，D.用C所述同樣過程將另一片側(cè)邊基片與基層基片和底層基片完全粘合定位，形成光纖定位槽，(3)排放光纖束A.在所述光纖定位槽前后固定一前臺階面和一后臺階面，它們寬度略大于光纖定位槽寬度、上表面均鋪一層雙面膠，且使它們表面高度略低于底層基片上表面，B.待排放光纖束一端剝除塑料外層，每一支光纖均有裸露包層部分，C.在X、Y、Z俯仰和左右擺動可調(diào)的五維支架上固定裝夾光纖的光纖槽，該光纖槽與所述光纖定位槽側(cè)邊基片和底層基片平行，然后將一支光纖裝夾在光纖槽內(nèi)，用五維支架調(diào)整，讓光纖裸露包層部分平行移到底層基片相應(yīng)位置、裸露包層的始端超出后臺階面，再豎直往下排放，最后將裸露包層的光纖貼合在前臺階面和后臺階面的雙面膠上，D.按C所述方法在高倍顯微鏡監(jiān)視下從左至右或從右至左逐根無間隙排放光纖，當(dāng)排放最后一支光纖時(shí)，若最后一支光纖不能無間隙排放，則需重新選擇最后幾支光纖，并重新排放到全部光纖無間隙排放，E.將中層基片平放在光纖定位槽內(nèi)第一層光纖表面，用U字形調(diào)整架兩臂螺釘尖端輕壓中層基片，調(diào)整兩螺釘，讓垂直向下激光束在中層基片表面的反射光原途返回兩上方小孔光闌，這時(shí)從定位槽前后端部注膠，待膠固化后，沿定位槽前端截?cái)嗟谝粚庸饫w，F(xiàn).除掉前臺階面上剩余光纖頭的雙面膠，然后在前臺階面和后臺階面裸露包層的光纖束表面上鋪放硬度好的紙和雙面膠，使它們的高度稍低于中層基片上表面，按照第一層排放光纖的操作，排放第二層至第M層，按E所述步驟加裝頂層基片，最后，將多層光纖列陣器件固化加固，對其前端面進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光，并保持拋光端面垂直于中層基片即垂直于排放在定位槽內(nèi)的光纖軸線，G.也可在D所述步驟之后，在光纖定位槽內(nèi)已排好的第一層光纖表面，先放一層雙面膠陪襯紙，在陪襯紙上平放一片中層基片，用U字形調(diào)整架兩臂螺釘尖端輕壓中層基片，調(diào)整兩螺釘，讓垂直向下激光束在中層基片表面的反射光原途返回兩上方小孔光闌，此時(shí)從光纖定位槽前后兩端注膠，讓膠沿相鄰光纖之間凹部均勻滲入、固化，然后撤除中層基片和陪襯紙，再按照第一層排放光纖的操作，排放第二層至第M層，最后加裝頂層基片、按F所述步驟制成光纖束列陣器件。
6.如權(quán)利要求5所述的光纖束列陣器件制造工藝，其特征在于逐根無間隙排放各層光纖時(shí)，排放至倒數(shù)第二支光纖后檢測一次將一中層基片平行鋪放在定位槽內(nèi)，其下表面緊貼已排放好的光纖束，觀察垂直入射在中層基片上表面的垂直向下激光束反射光應(yīng)通過兩上方小孔光闌，如能原途返回，則取出該中層基片，排放最后一支光纖，若中層基片上表面反射光不能原途返回，則已排放的光纖束出現(xiàn)交疊，需檢查排除此情況、重新檢測通過后再排放最后一支光纖。
7.如權(quán)利要求5或6所述的光纖束列陣器件制造工藝、其特征在于(1)所述兩下方小孔光闌相距1.0-1.5m，所述兩個(gè)上方小孔光闌相距1.0-1.5m，(2)所述兩條鉛直細(xì)線直徑≤15μm、相距1.5-2.0m，(3)所述五角棱鏡誤差≤2″，(4)所述前臺階面和后臺階面鋪雙面膠后，表面高度低于底層基片上表面5-10μm，(5)待排放光纖同心度＜0.6％，其包層直徑為124.9±0.1μm，(6)所述光纖槽孔徑250μm，正公差1μm(7)排放第一層以后的光纖時(shí)，所述前臺階面鋪紙和雙面膠后，表面高度低于前一中層基片上表面或前一層光纖束表面5-10μm。
全文摘要
光纖束列陣器件,基層基片和粘合其上的底層基片水平放置,兩側(cè)邊基片垂直于基層基片,側(cè)面粘合在底層基片兩側(cè),光纖在此槽形空間無間隙逐根逐層排放。制作工藝為:建立兩束相互垂直的激光束;以此為基準(zhǔn)制作光纖定位槽;在槽中排放光纖。本發(fā)明提供高精度高密度的列陣器件,工藝簡單、成本低,水平光纖中心間距125μm,垂直方向可為125μm或其倍數(shù),可應(yīng)用于光電子、光通訊、信息處理和光纖耦合技術(shù)。
文檔編號G02B6/06GK1195111SQ9811344
公開日1998年10月7日 申請日期1998年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月24日
發(fā)明者曹明翠, 羅風(fēng)光, 胡巧燕 申請人:華中理工大學(xué)