Микрореплицированный оптический модуль

 

Оптический модуль используется для взаимного соединения двух или более оптических волокон. Оптический модуль содержит микрореплицированный волноводный элемент с волноводным каналом, выполненный как единое целое с основой и с элементом сращивания. Волноводный канал заполнен оптически прозрачным материалом до соединения его с волокнами. В одном из вариантов реализации модуль содержит нижнюю пластину, перекрывающую пластину и верхнюю пластину, которые помещаются в общем корпусе. Нижняя пластина содержит канавки для размещения волокон и канавки центрирования волокон по их концам. Канавки центрирования волокон совмещаются с волноводными каналами, выполненными в центральной части нижней пластины. Перекрывающая пластина используется при образовании сердечников волноводных каналов, вдавливая остаточный отверждаемый волноводный материал в протоки, прилегающие к волноводным каналам, и этот материал после отверждения скрепляет между собой нижнюю и перекрывающую пластины. Верхняя пластина используется для фиксации волокон, которые удерживаются в канавках центрирования волокон, причем центр волокон совмещается с сердечником волноводных каналов. Корпус модуля содержит клинья, которые могут независимо приводиться в действие для закрепления волокон с возможностью разъемного соединения в любом из концов модуля. Обеспечена возможность разъемного соединения в полевых условиях, уменьшена возможность повреждения волокон. 3 с. и 21 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится вообще к устройствам оперативного соединения концов волноводов, таких как оптические волокна, и более конкретно - к изделию, соединяющему между собой по меньшей мере одно оптическое волокно с по меньшей мере одним другим оптическим волокном и обладающему микрореплицированной, плоскостной структурой с образованными в ней оптическими волноводами.

2. Описание существующего уровня техники При широком практическом использовании волоконно-оптических сетей становится все более возможным создание оптических соединительных устройств, не только удобных в применении и надежных, но и таких, массовый выпуск которых можно организовать при низких издержках производства. Особый интерес представляют оптические разветвители, поскольку они позволяют соединять одно (входное) волокно с множеством (выходных) волокон, или позволяют сводить оптические сигналы со множества входных волокон в одном волноводе. Разветвители играют важную роль в применении оптических волокон в телекоммуникациях, кабельном телевидении и передаче информации.

Обычно оптические разветвители изготавливают путем сваривания оптических волокон, или путем постоянного закрепления волокон на плоском стеклянном интегрированном оптическом устройстве, проводяшем свет от входных волокон к выходным волокнам (соединение гибкими концами). Соединение гибкими концами является важной операцией при изготовлении плоскостных стеклянных интегрированных оптических устройств, поскольку стоимость устройства пропорциональна нужному количеству креплений волокон. Операция соединения гибкими концами включает в себя как центрирование волноводного тракта оптического волокна с полученными диффузией ионов или канальными волноводными трактами в разветвителе, так и крепление гибких концов волокна к торцевой поверхности компонента. Центрирование должно быть очень точным, а крепление должно гарантировать стабильность центрирования в случае изменений окружающей среды. Точное центрирование часто бывает затруднено, в особенности в случае одномодовых световодов, диаметр сердечника которых составляет порядка 8 мкм. Этот трудоемкий процесс соединения гибких концов не позволяет организовать экономичное массовое производство плоскостных интегрированных оптических устройств.

Известно, что для того, чтобы уменьшить стоимость активного центрирования оптических волокон и оптического волноводного устройства или ответвителя, оптические волокна можно сначала вставить и постоянно закрепить в основе для центрирования волокна, которую затем центрируют и постоянно скрепляют с основой оптического волновода. Экономия достигается за счет центрирования множества оптических волокон в ходе одной операции. Этот способ крепления волокна требует постоянного закрепления волокон на устройстве оптического волновода и требует далее полировки основы для центрирования волокна и основы оптического волновода перед соединением их друг с другом. См. патент Процесс изготовления оптических полимерных компонентов с интегрированным волоконным соединительным механизмом описан в заявке по РСТ N WO 93/21550. В этой заявке предложен процесс изготовления интегрированных оптических компонентов путем формовки полимерных материалов. Направляющие канавки для волокна выполнены с точным совмещением с интегрированными оптическими канальными волноводами, обеспечивая пассивное центрирование гибких концов оптического волокна и канального волноводного устройства. Заявка описывает далее процесс, с помощью которого концы стекловолокна помещают в установочные канавки в формованных полимерных компонентах, а отверстия заполняются полимеризуемым мономером. При наложенной перекрывающей пластине материал полимеризуется непосредственно на месте. В заявке не описан способ быстрого или надежного сращивания или соединения множества волокон с микрореплицированным волноводным устройством, и в ней не показан также тип корпуса, вмещающего или поддерживающего микрореплицированное устройство.

Аналогичный способ изготовления оптически интегрированных волноводов с направляющими волокно структурами и с применением формовки полимерных материалов изображен в патенте США N 5311604. Это изобретение относится к одновременному изготовлению оптически интегрированных волноводов и микромеханических компонентов для направления волокна. Оптическая подложка содержит по меньшей мере одну волноводную структуру, перенесенную в форме углублений путем формовки полимерной подложки. Углубления заполняются материалом, имеющим более высокий коэффициент преломления по сравнению с подложкой. Описана также оптическая подложка, содержащая по меньшей мере одну волноводную структуру с по меньшей мере одной направляющей волокно структурой в полимерах. Присоединение волокна обеспечивается механизмом, применяемым в WO 93/21550, в котором концы оптического волокна помещают в установочные канавки в формованных полимерных компонентах. Описан также способ соединения волокон с оптически интегрированным волноводом путем установки волокон в направляющее волокно канавки; крепится перекрывающая пластина, простирающаяся над канавками для направления волокна. Не предложено средства получения, обеспечивающего низкие потери и низкое обратное отражение соединения между оптическими волокнами и канальными волноводами, и не предложено средства удерживания оптических волокон с точно зафиксированной ориентацией относительно канальных волноводов. В другом аспекте этого изобретения волокна вставляют в направляющие канавки, а отверстия заполняют полимеризуемым мономером; после установки перекрывающей пластины вновь происходит полимеризация материала непосредственно на месте. Способ крепления волокна и в этом случае является постоянным и требует чистого помещения, чтобы не допустить загрязнения волноводных каналов в процессе нанесения обладающего высоким коэффициентом преломления полимеризуемого материала. Установка в полевых условиях поэтому крайне затруднена, если вообще возможна. Патент N 5311604 не предлагает также способа быстрого или надежного сращивания или соединения множества волокон с микрореплицированным волноводным устройством при разъемном соединении, и в нем не показан также тип корпуса, вмещающего или поддерживающего микрореплицированное устройство.

В Европейской патентной заявке 560043 описаны способ изготовления плоскостных волноводных элементов для волоконно-оптических сетей и компоненты, отвечающие этому способу. Заявка предлагает способ изготовления пассивных интегрированных оптических компонентов из полимерных материалов, состоящих из по меньшей мере формованной части с каналами для оптических волноводов и направляющими волокна канавками и по меньшей мере одного соединенного волокноподобного оптического волновода. Оптические волокна могут быть присоединены к интегрированному волноводу путем ввода волокон в направляющие для волокон, с перекрывающей пластиной, простирающейся над канавками для направляющих волокон и волокнами и вдавливающей волокна в канавки. Не предложено никаких средств получения обеспечивающего низкие потери и низкое обратное отражение соединения между оптическими волокнами и канальными волноводами, и не предложено средства удерживания оптических волокон с точно зафиксированной ориентацией относительно волноводов канала. В настоящем патенте рассматривается другой способ ввода оптических волокон в направляющие, с помощью которого волокна фиксируются в их положении с помощью полимеризуемого материала, которым заполняют каналы волновода. Этот подход сталкивается с теми же затруднениями, которые присущи устройству, являющемуся предметом патента 5311604, при установке в полевых условиях. И Европейская заявка не предлагает способа быстрого или надежного сращивания или соединения множества волокон с микрореплицированным волноводным устройством через повторное сочленение или тип корпуса, вмещающего или поддерживающего устройство.

В германской патентной заявке 4217553 предложен способ соединения гибких концов оптических волокон с интегрированным оптическим компонентом, микрореплицированным в полимерных материалах. Полимерный волноводный элемент содержит V- образные канавки для выравнивания волокон, формованные при точном совмещении с волноводными каналами. Волокна, которые необходимо закрепить, зажимают в узле с концами волокна, выступающими из торцевой поверхности. Этот установочный узел с выступающими концами волокна помещают на V-образные канавки для центрирования волокон в волноводном элементе и затем опускают в V-образные канавки, прижимают и фиксируют в правильном положении. Полимеризуемый мономер наносят на формованные каналы волновода, позволяют ему стечь до контакта с оптическими волокнами и полимеризуют, одновременно формуя сердечники канального волновода и полимеризуя волокна на месте. Этот способ закрепления волокна является постоянным и требует чистого рабочего помещения для устранения возможности загрязнения волноводных каналов при использовании полимеризуемого материала с высоким коэффициентом преломления; это также делает установку в полевых условиях практически невозможной. Кроме того, способ ввода волокна через установочный узел требует обрезания всех волокон до определенной длины с допуском менее 10 мкм. Заявка 4217553 не предлагает способа крепления оптических волокон с возможностью разъемного соединения и не позволяет также получить соединения волокон с формованным волноводным изделием при низких потерях при вводе и низком обратном отражении.

В патенте США N 5276755 описана оптико-волоконная соединительная часть, которая содержит тело из формованных полимерных материалов и по меньший мере одну отдельную оптическую интегрированную схему, постоянно заключенную в полимерном материале тела. Этот патент предлагает заключение интегрированной оптической схемы с гибкими концами в полимерном теле соединителя. Он не предлагает способа соединения или сращивания с возможностью повторного соединения гибких концов волокна с самой интегрированной оптической схемой; не предлагает он также соединенного или сращенного изделия, допускающего сращивание или соединение с возможностью повторного соединения непосредственно со схемой без применения постоянно прикрепленного гибкого конца волокна. В патенте 5276755 не предлагается также способ или изделие, позволяющие получить соединение между оптическими волокнами и формованными канальными волноводами при низких потерях и низком обратном отражении.

В патенте США N 5265184 описан формованный разветвитель волновода с канавками, обеспечивающими центрирование ленточного соединителя волокна с формованным волноводным устройством. В этом источнике также отсутствует средство создания соединения между оптическими волокнами и канальными волноводами с низкими потерями и низким обратным отражением или средство удерживания оптических волокон с точно фиксированной ориентацией относительно волноводов канала. Точность, с которой соединитель центрируется относительно формованного волноводного устройства, определяется точностью, с которой элементы центрирования отформованы как на волноводном устройстве, так и на ленточном соединителе волокна. Кроме того, относительные интервалы между отдельными волокнами в ленте определяют точность, с которой выполняются оптические соединения между волокнами и канальными волноводами. В патенте 5265184 не предлагается средство для центрирования оптических волокон с канальными волноводами с субмикронной точностью (требующейся в случае применения одиночной моды), или же он предлагает формовку V-образных канавок центрирования волокна или каналов ввода волокна при точном совмещении с формованными каналами волновода. Отсутствует описание корпуса соединителя.

Поэтому было бы желательным разработать оптический волноводный элемент, объединенный с обладающими высокой пропускной способностью многоволоконными сращивателями или соединителями, предназначенными для установки с возможностью разъемного соединения в полевых условиях множества оптических волокон на интегрированном оптическом устройстве. Такое устройство могло бы позволить отказаться от необходимости соединения гибких концов оптического волноводного устройства перед установкой в полевых условиях при эффективном уменьшении возможности повреждения волокна и сведении к минимуму необходимых операций с волокном. Объединение обладающих высокой пропускной способностью сращивателя или соединителя с микрореплицированным волноводным устройством позволит далее добиться удобной и экономичной замены или усовершенствования волноводного устройства.

Сущность изобретения Настоящее изобретение предлагает оптический модуль, содержащий как правило оптический волноводный элемент, объединенный на общей основе с одним или несколькими сращивателями или соединителями оптического волокна. Оптический модуль может быть приспособлен для выполнения множества различных функций, включая, но не ограничиваясь этим, ответвитель с n x m количеством ветвей по типу тройника с плавными отводами или разветвитель, звездообразный ответвитель, мультиплексор с распределением длины волны, аттенюатор, оптический фильтр, фазовый модулятор и оптический отвод. Предпочтительный вариант реализации оптического модуля содержит оптический волноводный элемент, интегрально микрореплицированный с канавками для центрирования волокон и каналами для размещения волокон, выполненными с применением полимера, галоидированного полимера, полимерно-керамического композиционного материала или керамических материалов, включая прозрачное оптическое стекло и кремний. Модуль предлагается с окружающим волноводный элемент корпусом или кожухом.

В n х m-ответвителе, как варианте реализации настоящего изобретения, элемент содержит n канавок для размещения волокон и n канавок для центрирования волокон, n волноводных каналов, которые разделяются или сходятся в m волноводных каналов, и m канавок для выравнивания волокон и m канавок для размещения волокон, где n и m независимо является целыми числами в пределах от 1 до 1024 включительно, n канавок для центрирования волокон и m канавок для центрирования волокон выполнены таким образом, что сердцевины оптических волокон, размещенных в них, должным образом совмещаются с концами соответствующих волноводных каналов.

В одном варианте реализации формованный корпус сращивателя, охватывающий волноводный элемент, состоит из рубашки и крышки, которые скрепляются между собой, удерживая волноводный элемент. Волноводный элемент содержит три, как правило, плоские пластины, а именно: нижнюю пластину с канавками для размещения волокон, расположенными в соответствии с канавками для центрирования волокон и соответствующими волноводными каналами, перекрывающую пластину и верхнюю пластину с углублением для перекрывающей пластины. Нижняя и перекрывающая пластины скрепляются друг с другом путем нанесения полимеризуемого материала, одновременно образующего сердечники канального волновода и склеивающего между собой нижнюю и перекрывающую пластины. За счет точного заполнения волноводных каналов этим полимеризуемым материалом, коэффициент преломления которого предпочтительно выше, чем у пластин волноводного элемента, обеспечивается оптическая проводимость волноводных каналов.

Волноводный элемент собирают, неплотно надев верхнюю пластину на сборку из нижней и перекрывающей пластин, до введения волокон и приведения в действие клинового механизма. Зачищенные и расщепленные волокна вводят в канавки для размещения волокон и перемещают по ним до канавок для центрирования волокон, останавливая после того, как они с силой прижмутся к волноводным каналам. Клиновой механизм приводят в действие для того, чтобы с силой сжать верхнюю и нижнюю пластины и зажать волокна, выравняв их с волноводами в канале. Зажимающее усилие предпочтительно прикладывают в первую очередь к поверхности раздела волокно-канал. За счет точной формовки и самоцентрирования канавок для волокон и волноводных каналов достигается соединение с низкими вносимыми потерями. Механическое соединение волокон с канальными волноводами с низкими потерями на отражение достигается благодаря близости значений коэффициентов преломления материалов оптического волокна и материала, используемого в микрореплицированном оптическом волноводном элементе. Кроме того, низкое обратное отражение достигается с помощью одного или нескольких из следующих механизмов: (i) формовки угловой поверхности раздела при соединении волокна и канала; (ii) обеспечения тесного контакта оптических волокон с микрореплицированными волноводными каналами, так чтобы не образовалось никакого воздушного зазора; или (iii) нанесения на соединение волокна и канала выравнивающего коэффициент преломления материала. Угловая поверхность раздела предпочтительно применяется с любым из двух других механизмов с тем, чтобы добиться обратного отражения в диапазоне от -50 до -60 дБ.

В соединительном корпусе может быть помещен пакетный волноводный элемент, который содержит больше пластин, чем нижняя, перекрывающая и верхняя пластины, например пакет пластин, вмещающий два слоя волноводных элементов. Специальные направляющие, размещенные на каждом конце пластин, могут быть использованы для того, чтобы направлять некоторые волокна вверх в один волноводный слой, а другие - вниз в другой слой. Предусмотрены торцевые крышки, предназначенные для защиты волноводного элемента и открытых волокон и для их герметической изоляции от окружающей среды.

Краткое описание чертежей Изобретение можно будет лучше всего понять с помощью ссылки на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг. 1 показан в перспективе один вариант реализации микрореплицированного оптического модуля в виде отдельных деталей согласно настоящему изобретению, при этом показан волноводный элемент, микрореплицированный за одно целое с приводимым в действие клиновым механизмом сращивателем оптического волокна; на фиг. 2 показан волноводный элемент, в перспективе используемый согласно настоящему изобретению, в разобранном состоянии, он содержит разветвитель волновода 2 х 4; на фиг. 3 показан альтернативный вариант реализации настоящего изобретения в перспективе с применением множества оптических устройств на одном элементе; на фиг. 4 показан в перспективе вид канавки для волокна и волноводного канала волноводного элемента с фиг. 2;
на фиг. 5 показан в перспективе другой альтернативный вариант реализации волноводного элемента, применяемого в оптическом модуле, согласно настоящему изобретению, который также показан в разобранном виде;
на фиг. 6 показан в перспективе в разрезе и в сборе волноводный элемент с фиг. 5;
на фиг. 7 показан в перспективе еще один вариант реализации волноводного элемента согласно настоящему изобретению, с канавками для размещения и центрирования волокон, отформованными как в верхней, так и в нижней пластинах; и
на фиг. 8 показан в перспективе вид канавки для волокна и волноводного канала волноводного элемента с фиг. 7.

Описание предпочтительного варианта реализации
На рисунках (и в особенности на фиг. 1) показан один вариант реализации оптического ответвителя 10 согласно настоящему изобретению. Как правило, ответвитель 10 состоит из корпуса, содержащего рубашку 12 и крышки 14, и элемента 16, представляющего собой выполненные за одно целое сращиватель и волновод. Корпус подобен показанному в патенте США N 5155787 (включен в качестве ссылки), и каждый из его компонентов предпочтительно изготавливается из долговечного, формуемого литьем под давлением полимера, такого как жидкокристаллический полимер, который компания Celanese поставляет на рынок под торговым наименованием VECTRA. В рубашке 12 выполнена продольная прорезь, имеющая, как правило, прямоугольное поперечное сечение и предназначенная для размещения элемента 16. Однако рубашка 12 короче элемента 16, так что, когда ответвитель 10 полностью собран, концы элемента 16 выходят в крышки 14. Одна сторона внутренней прорези (внизу рубашки 12 на фиг. 1, и не видна) содержит отверстие или отверстия, в которых размещают два исполнительных клина 18. Эти клинья удерживаются на месте крышками 14 и, будучи передвинуты из пассивного в активное положение, создают зажимающее усилие на элемент 16. Выступы 20, выходящие из крышек 14, располагаются между соответствующими клиньями и элементом 16 с целью уменьшения фрикционного зацепления между клиньями и элементом "сращиватель-волновод". В рубашке 12 может иметься вставленная при формовке армирующая трубка, окружающая прорезь, в которой размещают элемент 16, как описано в патенте США N 5309538 (включенном в качестве ссылки). Рубашка 12 и крышки 14 ограничивают множество перекрывающихся поверхностей, что обеспечивает дополнительную герметизацию, предупреждающую воздействие окружающей среды, а также мешает разделению этих компонентов, вызванному неблагоприятными воздействиями, такими, как изгибание корпуса. Крышки 14 также имеют прорезь для размещения части элемента 16, а также имеют направляющие участки 22, в которых размещены дальние концы элемента 16 и которые обеспечивают доступ к канавкам для размещения волокна, рассмотренным ниже. Торцевые крышки 24 герметично закрывают концы ответвителя. Торцевые крышки 24 могут быть шарнирно установлены вдоль одной стороны крышек 14 и снабжены крючками или иными средствами для закрепления крышек в закрытом. положении. В торцевые крышки 24 может быть помещен герметизирующий материал, такой как выравнивающий коэффициент преломления гель, так что при установке крышек в закрытое положение герметик выдавливается и направляется на участки сращивателя.

Как показывает его наименование, элемент 16 "сращиватель-волновод" имеет детали, которые позволяют ему служить как сращивающим, так и волноводным элементом, причем эти детали выполнены вместе на общей основе. Можно сказать, что в ответвителе 10 имеется два сращивателя (по одному на каждом из его концов), в то время как центральная часть элемента 16 представляет собой волноводный элемент. Термин "сращиватель" часто используют по отношению к постоянному соединению между собой двух оптических волноводов, в отличие от "соединителя", который образует разъемное соединение. В данном случае, однако, термин "сращиватель" не следует понимать в таком ограниченном смысле; действительно, предпочтительный вариант реализации предполагает наличие на каждом конце ответвителя сращивающего средства, допускающего возможность разъемного соединения волокон. Аналогичным образом термин "блок ответвитель" иногда используется для определенного типа соединителя, имеющего по меньшей мере один тройник с плавными отводами, но при использовании в данном случае он более обобщенно относится к любому устройству, обеспечивающему определенную оптическую непрерывность между концами по меньшей мере двух оптических волокон. Термин "взаимное соединение" означает простые (прямые) соединения, а также другие типы оптических устройств (таких, как разветвители, аттенюаторы и т.п.).

С дальнейшими ссылками на фиг. 2 элемент 16 "сращиватель-волновод", показанный на нем в разобранном состоянии, описан более подробно. В одном варианте реализации ответвителя 10 элемент 16 содержит три пластины 26, 28 и 30 (предпочтительно плоские и имеющие прямоугольную форму). Нижняя пластина 26 имеет два участка сращивания, по одному на каждый конец, с выполненными в них V- образными канавками центрирования 32 волокон и центральную часть, содержащую волноводный элемент, включающий волноводные каналы 34. Нижняя пластина 26 имеет также удлинения или площадки 36 с выполненными на них V-образными канавками 38 для размещения волокна. Волокна, которые вставляют в сращиватель, обычно имеют защитное покрытие, которое счищают с концов волокон, т. е. с той части волокон, которая лежит в канавках 32 для центрирования волокон. Канавки 38 для размещения волокна соответственно имеют скаты 40, в которые помещается защищенный участок оптических волокон так, чтобы свести к минимуму микроизгибание волокна при переходе от его защищенной части к его оголенной части и помочь избежать оптических потерь, связанных с таким микроизгибанием. Канавки 38 для размещения волокон также шире канавок 32 для центрирования волокон, поскольку в них расположена защищенная часть волокон. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что форма канавок 32 и 38 не ограничивается V-образным поперечным сечением, однако в предпочтительном варианте реализации канавки являются V-образными с внутренним углом, равным приблизительно 60o. Таким образом, когда волокно помещено в одну из канавок, а элемент 16 собран в корпусе модуля, точки контакта между пластинами 26 и 30 и волокном образуют все вместе равносторонний треугольник, что сводит к минимуму поперечное смещение волокна и таким образом дополнительно уменьшает потерю сигнала.

Верхняя пластина 28 имеет углубление 42, в которое входит перекрывающая пластина 30, когда все пластины находятся в сборе, а перекрывающая пластина 30 помешается между нижней пластиной 26 и верхней пластиной 28. Верхняя пластина 28 может быть частично скреплена и совмещена с нижней пластиной 26 любыми подходящими средствами, такими как штифты 44, выполненные на верхней пластине 28, которые сопрягаются с отверстиями 46, выполненными на нижней пластине 26. В собранном положении одно или несколько волокон, вставленных в элемент 16, могут быть закреплены скользящими клиньями 18, создающими благодаря суживающейся форме клиньев зажимающее усилие, воздействующее на волокна. Клинья 18 преимущественно размещаются рядом с канавками 32 для центрирования волокон, так что они в этом случае создают возле поверхности раздела канала волновода и волокна более значительное зажимающее усилие, чем в центральной части элемента 16. Конечно, клинья 18 могут приводиться в действие независимо, и поэтому ответвитель 10 может быть первоначально сращен только на одном конце, например, предназначенном для соединения гибких концов, а другое сращивание завершается в полевых условиях.

Нижняя пластина 26 может быть микрореплицирована из любого долговечного материала, желательно достаточно твердого для того, чтобы избежать излишней деформации канавок, когда в них зажаты волокна, и относящегося к материалам из группы, содержащей полимеры, галоидированные полимеры, полимерно-керамические композиционные материалы, или керамику, включая прозрачное оптическое стекло. Микрореплицирование осуществляют путем использования способов, включающих литье под давлением, формовку по копиру, выдавливание рельефа или литье с отверждением. См., например, патенты США N 5311604 и 5343544. Предпочтительным является применение такого материала, как галоидированные полимеры, поскольку они обычно демонстрируют более низкие оптические потери. Аналогичные материалы могут использоваться для заполнения волноводных каналов, т. е. образования сердечников волноводов. Верхняя пластина 28 может, хотя и необязательно, быть выполнена как единое целое с нижней пластиной 26 и соединяться с ней "фокусировочным шарниром" 48, описанным в патенте 5155787. Перекрывающая пластина 30 может быть изготовлена из того же материала, что верхняя и нижняя пластины 26 и 30.

В варианте реализации, показанном на фиг. 2, волноводный элемент, выполненный на центральной части пластины 26, является разветвителем 2 х 4, где два входных канала разделяются на четыре выходных канала. Более обобщенно настоящее изобретение рассматривает ответвитель n х m, в котором n и m являются, независимо друг от друга, целыми числами в диапазоне от 1 до 1024 включительно. Специалистам в данной области техники должна быть очевидна возможность других конфигураций n х m, таких как множественные ответвители на одном волноводном элементе. Аналогичным образом могут быть предложены разветвитель, звездообразный ответвитель, мультиплексор с распределением длины волны, аттенюатор, оптический фильтр, фазовый модулятор или оптический отвод, и даже комбинации этих устройств могут быть микрореплицированы на одном волноводном элементе параллельно, последовательно или в форме разнообразных древовидных структур. Так, например, на фиг. 3 изображен альтернативный элемент 16' "сращиватель-волновод", в котором разветвители 2 х 4 выполнены параллельно на едином волноводном элементе. Предпочтительно, чтобы входные и выходные канавки располагались на равных межцентровых расстояниях, чтобы облегчить соединение между собой множества волокон за одну операцию.

Что касается изображения в большом масштабе на фиг. 4, то сердцевины оптических волокон могут быть точно совмещены с волноводными каналами 34 путем выравнивания каналов на центры V-образных канавок в процессе микрореплицирования. Для одномодовых случаев применения волноводные каналы имеют ширину и глубину, равные приблизительно 8 мкм, с V-образной канавкой, выполненной для совмещения оптической оси волокна и волноводного канала с точностью порядка 0,5 мкм. В то время, как поверхность раздела между канавкой центрирования волокон и каналом показана как поверхность, перпендикулярная оси волокна, она может быть, в другом случае, выполнена с небольшим угловым отклонением от перпендикулярной линии, порядка 3-10 градусов, с целью уменьшения обратного отражения на поверхности раздела до величины менее чем - 50 дБ для типичных формуемых полимерных материалов в диапазоне температур от -40 до +75oC. Для дальнейшего уменьшения вносимых потерь можно также применить гель для согласования коэффициента преломления. Кроме того, на фиг. 4 показаны отводящие каналы 50, в которые может попасть избыток жидкого мономера в процессе формирования канала, как будет разъяснено дополнительно ниже.

На фиг. 2-4 все канавки для размещения волокон, канавки центрирования волокон и волноводные каналы выполнены на нижней пластине 26, в то время как на верхней пластине 28 предусмотрено углубление 42 для перекрывающей пластины 30. На фиг. 5 и 6 показан другой вариант реализации элемента "сращиватель-волновод" 16 согласно настоящему изобретению, в котором канавки для размещения волокна 38 и скаты 40 выполнены на верхней пластине 28, а канавки центрирования волокон 32 и волноводные каналы 34 по-прежнему выполнены в нижней пластине 26. Волокна, вставленные в канавки 38, направляются вверх по скатам 40 и в канавки центрирования 32, где они центрируются с волноводными каналами 40. Частичный вид сборки элемента "сращиватель-волновод" 16'' показан на фиг. 6, где он иллюстрирует взаимное положение канавок для размещения волокон, скатов и канавок центрирования волокон, а также нижней, верхней и перекрывающей пластин.

Еще один вариант реализации элемента "сращиватель-волновод" 16''', согласно настоящему изобретению, показан на фиг. 7 и 8. В элементе 16''' канавки центрирования волокон 32 выполнены как в нижней пластине 26, так и в верхней пластине 28 и центрируются с помощью штифтов 44 и отверстий 46. На фиг. 8 показано, каким образом в этом варианте реализации выполнены волноводные каналы 34, верхняя поверхность которых находится в одной плоскости с верхней поверхностью V-образных канавок 32. Каналы 34 предпочтительно формуются только в нижней пластине 26, причем канавки центрирования волокон выполнены так, чтобы совместить оси волокон и оптические оси волноводных каналов, т. е. V-образные канавки на нижней пластине 26 лишь немногим глубже канавок, выполненных в верхней пластине 28. И в этом случае поверхность раздела канала и канавки может быть опять- таки отформована под определенным углом, чтобы уменьшить обратное отражение. На поверхность раздела может также быть предварительно нанесен гель, позволяющий согласовать коэффициент преломления. Волокна со скошенными концами могут быть размещены против каналов 34 и демонстрировать приемлемый уровень потерь без применения геля при условии достижения непосредственного контакта между сердцевиной волокна и каналом.

Во всех предшествующих вариантах реализации элемента "сращиватель-волновод" предпочтительно применяются волноводные каналы 34, которые образуются путем полимеризации мономера непосредственно на месте применения. После формовки элемента "сращиватель-волновод" с использованием нужного материала в нижнюю пластину 26 помещают вставки (не показаны), расположенные против отверстий, ведущих в волноводные каналы. Форма этих вставок соответствует канавкам для размещения волокон 38 и канавкам центрирования волокон 32. Жидкий мономер, такой как фторированный акрилат или иной отверждаемый материал, наносят на волноводные каналы для образования в них сердечников. Перекрывающую пластину 30 прочно устанавливают на нижней пластине 26, и центрируют ее относительно центральной части последней, образующей волноводный элемент. Когда перекрывающую пластину 30 прижимают к нижней пластине 26, остаточный мономер выдавливается из волноводных каналов в проточные каналы 50. Это позволяет заполнить каналы на определенную глубину без того, чтобы остаточный материал образовал тонкий слой над канальными волноводами. Жидкий мономер или иной материал отверждается, образуя сердечники в волноводных каналах и скрепляя между собой пластины 26 и 30. Из канавок для размещения и центрирования волокон удаляют вставки. Верхняя пластина 28 (на петлях) помещается сверху на перекрывающую пластину 30, пластина 30 входит в углубление 42, а штифты 44 входят в отверстия 46.

Хотя изображенные на чертежах волноводные каналы 34 имеют одинаковую ширину, на одном волноводном элементе могут быть микрореплицированы каналы различной ширины. Так, например, известны тройники с плавными отводами, которые разделяют один канал на два канала различной ширины, обеспечивая неравное разделение оптического сигнала между двумя выходными каналами. Кроме того, в том же волноводном элементе в качестве канальных волноводов может быть микрореплицирована волноводная сетка с рифленой поверхностью, обеспечивающая оптическую фильтрацию в широкой и узкой полосе частот, что может привести к уплотнению длин оптических волн.

Хотя изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты реализации, это описание не следует рассматривать в ограничительном смысле. Различные модификации описанного варианта реализации, а также альтернативные варианты реализации изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники после обращения к описанию изобретения. Так, например, в элемент "сращиватель-волновод", в канавки для центрирования волокон могут быть предварительно вставлены короткие отрезки волокна, совмещенные с волноводными сердечниками, которые закрепляются на месте эпоксидной смолой или иным отверждаемым материалом, включая полимеры и керамику; эти отрезки волокна могут затем сращиваться с входными и выходными волокнами. По этой причине предполагается, что такие модификации могут быть выполнены без отступления от существа и объема настоящего изобретения, выраженных в прилагаемой формуле изобретения.


Формула изобретения

1. Устройство для соединения между собой по меньшей мере одного оптического волокна с по меньшей мере одним другим оптическим волокном, которое содержит удлиненную основу с первым и вторым концами, оптический волноводный элемент, выполненный за одно целое с основой, причем волноводный элемент содержит по меньшей мере один волноводный канал, заполненный оптически прозрачным материалом, а волноводный канал имеет первый и второй концы, при этом по меньшей мере один волноводный канал заполнен оптически прозрачным материалом до соединения оптических волокон указанным устройством, первое средство сращивания, выполненное за одно целое с основой и предназначенное для размещения первого оптического волокна на первом конце основы и центрирования первого оптического волокна относительно первого конца волноводного канала, и второе средство сращивания, выполненное за одно целое с основой и предназначенное для размещения второго оптического волокна на втором конце основы и центрирования второго оптического волокна со вторым концом волноводного канала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводный элемент содержит средство, приспособленное для выполнения одной из множества различных функций, выбранных из группы, содержащей ответвитель, разветвитель, звездообразный ответвитель, мультиплексор с распределением длины волны, аттенюатор, оптический фильтр, фазовый модулятор и оптический отвод.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в первое средство сращивания первое оптическое волокно вводится с возможностью разъемного соединения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что материал, заполняющий указанный волноводный канал, выбран из группы, содержащей полимеры, галоидированные полимеры, полимерно-керамические композиционные материалы или керамику.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что волноводный элемент выполнен из материала, выбранного из группы, содержащей полимеры, галоидированные полимеры, полимерно-керамические композиционные материалы или керамику.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит корпус, охватывающий основу, волноводный элемент и первое и второе средства сращивания.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основа содержит первую пластину с первым и вторым концами, по меньшей мере одной канавкой для центрирования волокна на каждом из указанных концов, и центральной частью с по меньшей мере одним волноводным каналом, причем волноводный канал имеет первый и второй концы, совмещенные, соответственно, с канавками центрирования волокон.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первое средство сращивания содержит n канавок для размещения волокон, выполненных на первом конце основы, и n канавок центрирования волокон, имеющих первый и второй концы, причем первые концы в общем совмещены с n канавками для размещения волокон соответственно, второе средство сращивания содержит m канавок для размещения волокон, выполненных во втором конце основы, и m канавок центрирования волокон, имеющих первый и второй концы, причем первые концы в общем совмещены с m канавками для размещения волокон соответственно, волноводный элемент содержит n x m ответвитель и включает n волноводных каналов, которые разделяются или сходятся в m волноводных каналах, причем n волноводных каналов в общем совмещены со вторыми концами указанных n канавок центрирования волокон соответственно, и m волноводных каналов в общем совмещены со вторыми концами m канавок центрирования волокон соответственно, где n и m представляют собой, независимо друг от друга, целые числа от 1 до 1024 включительно.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что материал, заполняющий волноводный элемент, является прозрачным оптическим стеклом.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что материал, образующий волноводный элемент, является прозрачным оптическим стеклом.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что указанный корпус содержит рубашку, первую и вторую крышки, соединенные с рубашкой, и первую и вторую торцевые крышки, прикрепленные соответственно к первой и второй крышкам.

12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, один отрезок волокна, размещенный на указанной основе и имеющий первый и второй концы, причем первый конец отрезка волокна совмещен с первым концом волноводного канала, а второй конец отрезка волокна совмещен с соответствующей одной из канавок центрирования волокон.

13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую пластину и третью пластину, помещенную между первой и второй пластинами, причем во второй пластине имеется выемка для размещения третьей пластины.

14. Устройство по п.7, отличающееся тем, что одна из канавок центрирования волокон имеет ось центрирования, первая пластина имеет поверхность, образованную на поверхности раздела между одной канавкой волокна и волноводным каналом, причем указанная поверхность ориентирована под углом, который не является прямым к оси центрирования.

15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что волноводные каналы ограничивают верхнюю поверхность, а канавки для размещения волокон имеют высоту, превышающую указанную верхнюю поверхность волноводных каналов, так что сердечник каждого волноводного канала совмещен с центром соответствующей ему канавки для размещения волокна.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит клиновое средство для приведения в действие первого и второго средств сращивания, причем указанное клиновое средство прижимает с усилием вторую пластину к первой пластине, когда указанное клиновое средство находится в рабочем положении.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что первая и третья пластины скреплены между собой полимеризуемым материалом, образующим, кроме того, сердечник волноводного канала.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что канавки центрирования волокон и волноводный канал образуют соответствующие поверхности раздела волокно-канал, а указанное клиновое средство создает на указанных поверхностях раздела волокно-канал более значительное зажимающее усилие, чем в указанной центральной части.

19. Оптический ответвитель для соединения оптических волокон, содержащий удлиненную основу с первым и вторым концами и с центральной частью, оптический волноводный элемент, выполненный за одно целое с центральной частью основы, причем волноводный элемент содержит n волноводных каналов, которые разделяются или сходятся в m волноводных каналов, при этом все указанные каналы заполнены оптически прозрачным материалом, а n и m являются, независимо друг от друга, целыми числами в диапазоне от 1 до 1024 включительно, причем указанные волноводные каналы заполняются оптически прозрачным материалом до соединения оптических волокон указанным оптическим ответвителем, первое средство сращивания, выполненное за одно целое с основой на первом ее конце и предназначенное для размещения по меньшей мере первого оптического волокна и центрирования первого оптического волокна с одним из n волноводных каналов, причем указанное первое средство сращивания содержит n канавок для размещения волокон, выполненных на первом конце основы, и n канавок центрирования волокон, имеющих первые и вторые концы, причем первые их концы в общем совмещены с n канавками для размещения волокон соответственно, а вторые концы n канавок центрирования волокон в общем совмещены с n указанных волноводных каналов, второе средство сращивания, выполненное за одно целое с основой на втором ее конце и предназначенное для размещения по меньшей мере второго оптического волокна и центрирования второго оптического волокна с одним из m волноводных каналов, причем второе средство сращивания содержит m канавок для размещения волокон, выполненных на первом конце основы, и m канавок центрирования волокон, имеющих первые и вторые концы, причем первые их концы в общем совмещены с m канавками для размещения волокон соответственно, а вторые концы m канавок центрирования волокон в общем совмещены с m волноводных каналов, и корпус, охватывающий основу, волноводный элемент и первое и второе средства сращивания.

20. Оптический ответвитель по п.19, отличающийся тем, что в первое средство сращивания первое оптическое волокно вводится с возможностью разъемного соединения и во второе средство сращивания второе оптическое волокно вводится с возможностью разъемного соединения.

21. Оптический ответвитель по п.19, отличающийся тем, что каждый из указанных волноводных каналов получают путем микрорепликации волноводного элемента.

22. Оптический ответвитель по п.21, отличающийся тем, что основа содержит первую пластину, имеющую первый и второй концы и дополнительно содержит вторую пластину и третью пластину, помещенную между первой и второй пластинами, причем во второй пластине имеется выемка для размещения третьей пластины и клиновое средство для приведения в действие первого и второго средств сращивания, причем клиновое средство прижимает с усилием вторую пластину к первой пластине, когда клиновое средство находится в рабочем положении.

23. Оптический ответвитель по п.22, отличающийся тем, что первая и третья пластины скрепляются между собой полимеризуемым материалом, образующим, кроме того, сердечник каждого из указанных каналов.

24. Микрореплицированный оптический модуль для соединения оптических волокон, содержащий первую пластину, имеющую первый и второй концы и центральную часть, оптически волноводный элемент, выполненный за одно целое с центральной частью первой пластины, причем волноводный элемент содержит n волноводных каналов, которые разделяются или сходятся в m волноводных каналов, при этом все указанные каналы заполнены оптически прозрачным материалом, а n и m являются, независимо друг от друга, целыми числами в диапазоне от 1 до 1024 включительно, и каждый из указанных волноводных каналов выполнен путем микрорепликации волноводного элемента, при этом указанные волноводные каналы заполнены оптически прозрачным материалом до соединения оптических волокон с помощью указанного модуля, первый элемент сращивания, выполненный за одно целое с первой пластиной на первом ее конце и предназначенный для размещения по меньшей мере первого оптического волокна с возможностью разъемного соединения и центрирования первого оптического волокна с одним из n волноводных каналов, причем первый элемент сращивания содержит n канавок для размещения волокон, выполненных на первом конце первой пластины, и n канавок центрирования волокон, имеющих первые и вторые концы, причем первые их концы в общем совмещены с n канавками для размещения волокон соответственно, а вторые концы n канавок центрирования волокон в общем совмещены с n волноводных каналов, второй элемент сращивания, выполненный за одно целое с первой пластиной на втором ее конце и предназначенный для размещения по меньшей мере второго оптического волокна с возможностью разъемного соединения и центрирования второго оптического волокна с одним из m волноводных каналов, причем второй элемент сращивания содержит m канавок для размещения волокон, выполненных на первом конце первой пластины, и m канавок центрирования волокон, имеющих первые и вторые концы, причем первые их концы в общем совмещены с m канавками для размещения волокон соответственно, а вторые концы m канавок центрирования волокон в общем совмещены с m волноводных каналов, вторую пластину, третью пластину, помещенную между первой и второй пластинами, причем во второй пластине имеется выемка для размещения третьей пластины и первая и третья пластины скреплены между собой полимеризуемым материалом, образующим, кроме того, сердечник каждого из волноводных каналов, корпус, охватывающий первую, вторую и третью пластины, волноводный элемент, первый и второй элементы сращивания, первое и второе средства, прикрепленные к корпусу для независимого приведения в действие первого и второго элементов сращивания соответственно, причем указанное приводное средство прижимает с усилием вторую пластину к первой пластине, когда указанное приводное средство находится в рабочем положении, зажимая таким образом, любое волокно, расположенное в канавках для размещения волокон.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к световодной технике, в частности к технологии изготовления базовых элементов волоконно-опти-ческих линий связи

Изобретение относится к интегральной и волоконной оптике, а точнее к соединениям оптических интегральных схем (ОИС) с волоконными световодами (ВС)

Изобретение относится к устройству и способу для совмещения световода и оптического волокна, в частности к устройству и способу для пассивного совмещения оптического волокна в целях стыковки со световодом ввода/вывода в интегральном оптическом устройстве, содержащем интегрированные в подложку световодные устройства с разными функциями

Изобретение относится к области волоконной и интегральной оптики и может быть использовано при изготовлении интегрально-оптической схемы, используемой в волоконно-оптических гироскопах

Микрореплицированный оптический модуль, оптический модуль, модуль оптического волокна

Наверх