專利名稱:光纖陣列用基板及其制造方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種光纖陣列用基板及其制造方法,特別是涉及一種使用在連接多根光纖的光裝置,形成有能容納多根光纖并將其定位的固定槽的光纖陣列用基板及其制造方法。
背景技術:
近年來,光通訊網的大容量化與高速化的要求越來越高,光纖陣列型光裝置引人注目。對于多根這種光纖的對準定位,一般都是采用具有直線形V形槽的基板,這種基板的制造可以采用沖壓加工、板狀材料的切削加工,或者可以采用對單晶硅板狀材料進行方向性蝕刻加工等制造方法。
但是,在上述的制造方法中,為了滿足光纖陣列用基板的嚴格的尺寸精度要求,必須對角度精度很高的V形槽一條一條地進行精密磨削,對V形槽與V形槽之間所需的間隔以及高度進行精加工,因此加工工序很多且相當繁雜,存在著成品率不高,生產成本卻很高的問題。
另外,在采用上述方法制造光纖陣列用基板時,由于直線形的V形槽表面粗糙,V形槽之間的形狀過于銳利,因此在安裝光纖的時候,容易使光纖受到損傷,連光纖陣列用基板本身也容易產生損傷,因此有可能降低抗彎強度,產生折斷。而且,花費勞力進行過精加工的V形槽還有可能在加工過程中或后續(xù)的清洗工序中被損傷,另外,在磨削工序中,V形槽的底部與頂部會產生裂縫,抗彎強度降低,在處理光纖陣列用基板時常常會發(fā)生破損,因成品率低,所以生產效率也低,不適合于大批量生產。
另外,日本專利早期公開特開平2-13913號公報記載了一種將玻璃母材加熱、軟化,按1/10的尺寸拉絲(與拉伸成形是同樣的意思),制造光纖陣列用基板的方法,但是實際上在拉伸成形時,要使母材軟化變形,因此很難維持形狀,控制尺寸精度,所以,V形槽的形狀會產生變形,特別是外側的V形槽的形狀會產生很大的變形,另外各V形槽的高度會參差不齊,不能具有同樣的高度,很難適用于具有精度要求很高用途的光纖陣列用基板。具體地說,用歷來的拉伸成形法成形的基板,其形成V形槽的母材的表面在加熱、軟化時被拉伸一定的長度,其中央部分會有幾μm左右的凹形變形。由于這樣的變形,中央部的V形槽的高度就會比周邊部的V形槽低幾μm,在這樣的V形槽里排列光纖,光纖中心部分的高度是不整齊的,因此極難制造出高精度的V形槽基板。
另外,如圖9(A)所示,在歷來的的光纖陣列用基板1的光纖固定用V形槽2中,形成最外側的V形槽2a、2b的外側隆起部2d、2e與內側隆起部2c的形狀差別很大,所以在用熱硬化性粘接劑將光纖4粘接在光纖陣列用基板1上時,或在形成光纖陣列后,由于外側隆起部2d、2e與內側隆起部2c的熱容量有差別,因此,支撐在V形槽2內的外側的光纖4a、4b與內側的光纖4c之間的熱過程有差別,這就成了光纖陣列的可靠性差的主要原因。
還有,如圖9(B)所示,在歷來的光纖陣列用基板1上,使用板5壓押光纖4且用粘接劑6進行固定時,在粘接劑的量較少的情況下,會產生粘接劑6不能充分到達所有的光纖固定部位,一部分光纖4不能被完全固定的問題。反過來,在粘接劑6的量過多的情況下,又會如圖9(C)所示,使得粘接劑6從基板1的側面溢出,為了滿足所定的尺寸,必須在以后將被溢出的粘接劑6a擦去,或者對基板1的側面進行研磨,因為需要進行這樣麻煩的作業(yè),因此必須對粘接劑的用量加以嚴格的管理。
由此可見,上述現(xiàn)有的光纖陣列用基板及其制造方法在結構、方法與使用上,顯然仍存在有不便與缺陷,而亟待加以進一步改進。為了解決光纖陣列用基板及其制造方法存在的問題,相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道,但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成,而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題,此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的光纖陣列用基板及其制造方法存在的缺陷,本發(fā)明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業(yè)知識,并配合學理的運用,積極加以研究創(chuàng)新,以期創(chuàng)設一種新型結構的光纖陣列用基板及其制造方法,能夠改進一般現(xiàn)有的光纖陣列用基板及其制造方法,使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計,并經反復試作樣品及改進后,終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于,克服現(xiàn)有的光纖陣列用基板及其制造方法存在的缺陷,而提供一種新的光纖陣列用基板及其制造方法,所要解決的技術問題是使其具有適應高速度大容量光通訊用途的高精度,而且不會對光纖陣列用基板以及裝在上面的光纖造成損壞的光纖陣列用基板,以及提供一種生產效率高、適合于大批量生產,從而更加適于實用,且具有產業(yè)上的利用價值。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的光纖陣列用基板是由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃制成的,形成有多條光纖固定用的溝槽部的光纖陣列用基板,其特征是形成固定光纖用的外側溝槽部的外側隆起部在至少其與光纖的接點以上的前端,與內側的隆起部的與光纖的接點以上的前端形狀大致相同。
在形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的頂部與內側隆起部的頂部高度不同的情況下,或者在形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的外側下端位于不低于形成溝槽部的棱線與光纖的接點的高度的情況下,光纖與溝槽部的接點以上的前端部分(上部)的外側隆起部的形狀與內側隆起部的形狀就不一樣,在用熱硬化粘接劑將光纖粘接在光纖陣列用基板上時,或在形成光纖陣列后,由于外側隆起部與內側隆起部的熱容量有差別,因此,支撐在槽內的外側光纖與內側光纖之間的熱過程有差別,這就成了光纖陣列的可靠性差的主要原因。由于本發(fā)明的光纖陣列用基板中,形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的頂部與內側隆起部的頂部位于大致相同的高度,形成光纖固定用的外側溝槽部的外側的隆起部的外側下端位于低于形成溝槽部的棱線與光纖的接點的高度,因此制成的光纖陣列,支撐在槽內的外側光纖與內側光纖之間的熱容量的差別引起的熱過程不會產生很大的差別。
另外,由于本發(fā)明的光纖陣列用基板的形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部與內側的隆起部形狀大致相同,因此制成的光纖陣列,幾乎不會產生因支撐在槽內的外側光纖與內側光纖之間的熱容量的差別引起的熱過程的差別。
在上述結構中,可以將與溝槽部平行的基板側面的截面形狀做成凸R形。
構成基板側面的截面形狀的凸R形可以是連續(xù)的、沒有不規(guī)則的凹部等,具有曲率的凸起的形狀,對其具體的形狀沒有特定的限定,但是,例如從尺寸大小的管理上方便考慮,可以采用部分的圓筒面。這樣,通過將基板的側面的截面形狀做成凸R形,因為沒有了大約90°的棱角的拐角,因此沒有了應力集中的部分,基板的抗彎強度得到了提高。另外,即使基板在處理時發(fā)生碰撞或掉落,基板很難發(fā)生缺損或裂縫。還有,還可以大幅度減少拐角部分的缺損或裂紋等造成的不良情況,可以提高光裝置組裝時的成品率。
另外,在上述結構中,可以在基板內部設置與溝槽部大致平行的孔部。
在組裝光裝置時,通過將導引銷插入基板內部的孔部,或者嵌入粘接劑或焊接劑,便可以用最小的連接材料方便而且牢固地與要連接的光纖陣列用基板或導波路組裝在一起。還有,在用熱硬化型粘接劑將光纖粘接硬化時,可以容易地讓整個光纖陣列用基板的溫度均勻,粘接硬化時的應力不會集中到光纖的一部分上,不會降低其光學特性。
基板內部所設的孔部,可以采用例如截面大致為橢圓形的孔,截面大致為圓形的孔。在采用截面大致為圓形的孔的情況下,可以在基板內部設置多個這樣的孔部??撞控灤┗宓膬炔?,其一端或兩端在基板的端面被開口。另外,孔部最好大致沿與基板的溝槽部平行的方向,其截面積大致保持一定。
如孔部的截面形狀為橢圓形,在用熱硬化型粘接劑將光纖粘接硬化時,整個基板的溫度更容易均勻,粘接劑硬化時的應力不會集中到光學的某一部分,不會降低其光學特性。
另外,在設置多個截面形狀為圓形的孔部的情況下,在進行光裝置的組裝時,通過將截面形狀為圓形、具有的一定直徑的導引銷插入各孔部,便可以容易而且穩(wěn)定地將要連接的光纖陣列用基板或導波路正確地組裝在一起。
上述外側的隆起部的外側最好設有一定容積的側溝槽部。該側溝槽部作為將光纖固定在光纖固定用的溝槽部時所用的粘接劑的蓄積處,在用粘接劑粘接光纖時,即使粘接劑用量稍微多一點也不必擔心粘接劑會從光纖陣列用基板的側面溢出,可以不需要對粘接劑用量進行嚴格的管理。因此,粘接固定的操作很容易,成品率可以得到提高。
形成光纖固定用的溝槽部的隆起部的頂部最好為平面。讓隆起部的頂部為平面,在將光纖安裝在溝槽部中時,或者在對光纖陣列用基板的端面進行研磨時,隆起部不會產生缺損等缺陷,而且也就不會因缺損的發(fā)生而導致微小碎片的生成。
另外,為了讓光纖能穩(wěn)定地安裝、固定在溝槽部,隆起部的頂部與裝在溝槽部中的光纖的中心的連線的距離最好在52.5μm以內。如果隆起部的頂部從裝在溝槽部中的光纖的中心的連線往上,以具有超過52.5μm的距離分離時,則由于為了使放置并固定溝槽部中的光纖的高度保持一定而從上往下壓住光纖的平板的平整度,平坦度的關系,就難以將光纖壓押、固定在溝槽部的側面上,其結果是光纖的高度就會參差不齊。另一方面,如果隆起部的頂部更靠下,使得其與裝在溝槽部中的光纖的中心的連線的距離超過了52.5μm,則在將光纖安裝并固定在溝槽部中時,光纖有可能不能收容在溝槽部中而露在外面。
本發(fā)明的光纖陣列用基板的材質為玻璃,或在非晶體玻璃中析出結晶形成的晶體化玻璃是很重要的。玻璃,或在非晶體玻璃中析出結晶形成的晶體化玻璃構成的光纖陣列用基板與光纖的研磨特性接近,故在粘接光纖后,光纖的端面可以容易地進行高精度研磨加工。另外,對紫外線等為透明的玻璃所構成的光纖陣列用基板,在溝槽部涂抹光硬化性樹脂,配置光纖,透過光纖陣列用基板,照射紫外線等,可以把光纖粘接。
本發(fā)明的光纖陣列用基板最好用將母材拉伸成形的方法制造。例如,將以切削加工出直線形溝槽部的母材熱軟化,拉伸成形,使得直線形的溝槽部分熱軟化,光纖陣列用基板上就很少有缺或裂縫,不容易折斷。另外,在將光纖裝上光纖陣列用基板時,光纖也不容易損傷。
因為是將截面尺寸比成形的光纖陣列用基板大幾十倍的母材拉伸成形的,因此預先在母材上開的直線形溝槽部所要求的精度可以比光纖陣列用基板寬松幾十倍,不需要特別的加工裝置等便可以容易地對母材進行加工。因此,加工的勞力與時間以及成本均可大幅度降低。還有,還可以通過改變拉伸成形時的縮小比例,自由地改變直線形的溝槽部間隔。
另外,用拉伸成形方法制造的光纖陣列用基板的表面是經火琢的平滑表面,在以后安裝光纖時,不容易對光纖表面造成損傷,更不會有因對基板表面進行切削而產生的損傷,光纖陣列用基板本身也幾乎沒有被折斷之類的問題。
另外,在拉伸成形工序中,母材是在電爐中熱軟化、拉伸,然后進行驟冷,因此在成形后的光纖陣列用基板的表面形成了具有10MPa左右的應力值的壓縮應力層。因此,光纖陣列用基板的強度得到了加強,即使在光纖在溝槽部分里反復移動的情況下,也仍然可以保持足夠的強度。
這樣,由于壓縮應力層強化了機械強度,所以即使光纖陣列用基板多少有些刮痕,在碰到激烈的熱碰撞或在處理過程中受到外力時,也不會發(fā)生損壞、缺損,能很容易地進行處理。
另外,本發(fā)明的光纖陣列用基板是由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成的,形成有多條光纖固定用的溝槽部的光纖陣列用基板,其特征是基板與溝槽部平行方向的側面的截面形狀為凸R形。
本發(fā)明的光纖陣列用基板,基于上述理由,可以采用下述結構。
①在基板內部具有與溝槽部大致平行的孔部的結構。
②在形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的外側,設有一定容積的側溝槽部的結構。
③形成溝槽部的隆起部的頂部是平面的結構。
④隆起部的頂部與裝在溝槽部中的光纖的中心的連線的距離在52.5μm以內的結構。
⑤由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成的母材拉伸成形制成的結構。
另外,本發(fā)明的光纖陣列用基板是由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃制成的,形成有多條光纖固定用的溝槽部的光纖陣列用基板,其特征是在基板內部具有與溝槽部大致平行的孔部。
本發(fā)明的光纖陣列用基板,基于上述理由,可以采用下述結構。
①孔部的截面形狀大致為橢圓形的結構。
②孔部的截面形狀大致為圓形,而且設有多個孔部的結構。
③形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的外側設有一定容積的側溝槽部的結構。
④形成溝槽部的隆起部的頂部是平面的結構。
⑤隆起部的頂部與裝在溝槽部中的光纖的中心的連線的距離在52.5μm以內的結構。
⑥用玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成的母材拉伸成形制成的結構。
用母材拉伸成形的方法制造的光纖陣列用基板的較佳形態(tài)是在與基板上形成溝槽部的一面相垂直的方向(高度方向)上,基板內部的上述孔部的高度方向的尺寸與基板的高度方向的尺寸(從沒有形成溝槽部的另一面至形成溝槽部的一面的隆起部的頂部的高度方向的尺寸)之比為10%以上的形態(tài)。
采用上述的較佳形態(tài),在拉伸成形時,可以通過對孔部內的氣壓進行適當?shù)目刂疲乐估斐尚螘r容易產生的基板的一面的凹狀變形。如果上述比例不到10%,即使孔部內是高壓,有時也難以完全消除拉伸成形時基板的一面的凹狀變形。
用母材拉伸成形的方法制造的光纖陣列用基板的更好的較佳形態(tài)是在上述比例的基礎上,在與基板上形成溝槽部的一面相平行的方向(寬度方向)上,基板內部的上述孔部的寬度方向的尺寸與基板的一面上的溝槽部形成領域的寬度方向尺寸(從位于一端的外側溝槽部的最外端至位于另一端的外側溝槽部的最外端的尺寸)之比為20%以上的形態(tài)。
如果上述比例不到20%,在溝槽部的形成領域的非常廣泛的領域內無法進行修正基板的一面的凹狀變形,其結果是,有時難以縮小溝槽部高度的參差不齊。基板的一面上的溝槽部形成領域的寬度方向尺寸,例如在使用0.250mm間距的8芯光纖的情況下,為0.250×8=2.0mm。另外,在形成多個孔部的情況下,孔部的寬度方向的尺寸為各孔部的寬度方向的尺寸之和。
本發(fā)明的光纖陣列用基板可以用下面的制造方法進行制造。首先,在一面上,準備設有多條直線形溝槽部的玻璃或晶體化玻璃構成的母材。這時,將設置于母材的一面、成形后形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的至少其與光纖的接點以上的前端,做得與內側的隆起部與光纖的接點以上的前端形狀大致相同。然后,把該母材把持在傳送構件的把持部,將其送入加熱爐,將母材加熱至所定的溫度,用牽引構件牽引母材下方,拉伸成形。接著將這樣拉伸成形的成形體按所定的長度切斷,制得大致與母材為相似形的、尺寸在所需范圍內的長條體。然后將該長條體按所需的長度切斷。
由于在母材的準備工序中,將成形后形成固定光纖用的外側溝槽部的外側隆起部至少其與光纖的接點以上的前端,做得與內側的隆起部與光纖的接點以上的前端形狀大致相同,因此,光纖固定用的外側溝槽部不會變形,成形時可以與內側的溝槽部有同樣的精度。較佳是將成形后形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部,做得與內側的隆起部的形狀大致相同。
在上述結構中,最好將與母材的溝槽部平行的側面的截面形狀做成凸R形。
母材的側面如果為平面,則在拉伸成形時,母材的側面加熱不均勻,會在側面內產生很大的溫度分布,成形體的截面形狀容易變形。而如果母材側面的截面形狀形成凸R形,則拉伸成形時母材的側面容易均勻地進行加熱,即使在軟化時表面張力作用于母材的側面,也可以穩(wěn)定地保持成形體的精密尺寸,可以高效率地制造出高精度的基板。另外,還可以通過對成形體的側面間的最大尺寸的管理,對成形體的尺寸進行高精度的管理,可以高效率地制造出高精度的基板。還有,如上所述,可以提高母材的抗彎強度,防止缺損與裂縫的產生,提高基板成品率。
另外,在上述結構中,最好在母材內部形成與溝槽部大致平行的孔部。
通過在拉伸成形的母材內部預先形成沿溝槽部的長度方向的孔部,可以高效率地制造光纖陣列用基板。
還有,最好在拉伸成形時讓母材的孔部的內徑變化,另外,最好在拉伸成形時對孔部內的氣壓進行控制。
例如,沿溝槽部的長度方向,形成截面積大致一定、并貫穿母材內部的孔部。在拉伸成形時,讓該孔部改變成任意大小,這樣便可以修正溝槽部被形成的基板一面的凹陷。特別是,在拉伸成形中,母材的孔部內施加比大氣壓更高的壓力,孔部的孔徑變大,在基板的一面上,能以直線距離離孔部最近的領域為中心,修正凹陷。另一方面,可以通過在孔部內減壓,縮小孔部的孔徑。因此,可以自由地改變光纖陣列用基板的高度,減少溝槽部高度的參差不齊,可以制造出尺寸精度高的光纖陣列用基板。
另外,還可以通過改變長條體截面與拉伸成形時的母材截面的縮小比例,任意地改變光纖固定用的溝槽部的寬度。這樣,便可以改變光纖陣列用基板的溝槽部的間隔,對于要安裝的光纖所要求的各種不同間隔的溝槽部,不需要添置模具等新設備,可以簡單而且容易地進行制造。另外,還可以在拉伸成形時通過對溫度的調整與粘度的控制,使溝槽部的形狀與間隔產生微小的變化。
另外,本發(fā)明的光纖陣列用基板可以用下面的制造方法進行制造。即,在一面上,準備設有多條直線形溝槽部的玻璃或晶體化玻璃構成的母材,把該母材把持在傳送構件的把持部,將其送入加熱爐,將母材加熱至所定的溫度,用牽引構件牽引母材下方,拉伸成形,制得成形體,將成形體按所定的長度切斷,制得大致與母材為相似形的、尺寸在所需范圍內的長條體,將該長條體按所需的長度切斷的光纖陣列用基板的制造方法,其特征是在母材的準備工序中,將母材與溝槽部平行的側面的截面形狀做成凸R形。
該制造方法,也可以采用下述構成。
①在母材內部形成與溝槽部大致平行的孔部。
②在拉伸成形時,讓母材的孔部的內徑發(fā)生變化,另外,在拉伸成形時,對母材的孔部內的氣壓進行控制。
③改變長條體截面相對于拉伸成形時的母材截面的縮小比例,使得光纖固定用的溝槽部的寬度可以任意改變。
另外,本發(fā)明的光纖陣列用基板可以用下面的制造方法進行制造。即,在一面上,準備設有多條直線形溝槽部的玻璃或晶體化玻璃構成的母材,把該母材把持在傳送構件的把持部,將其送入加熱爐,將母材加熱至所定的溫度,用牽引構件牽引母材下方,拉伸成形,制得成形體,將成形體按所定的長度切斷,制得大致與母材為相似形的、尺寸在所需范圍內的長條體,將該長條體按所需的長度切斷的光纖陣列用基板的制造方法,其特征是在母材的準備工序中,在母材內部形成與溝槽部大致平行的孔部。
該制造方法,可以采用下述構成。
①在拉伸成形時讓母材的孔部的內徑變化,另外,在拉伸成形時對孔部內的氣壓進行控制。
②改變長條體截面相對于拉伸成形時的母材截面的縮小比例,使得固定光纖用的溝槽部的寬度可以任意改變。
由于本發(fā)明的制造方法是將截面尺寸比成形的光纖陣列用基板大幾十倍的母材拉伸成形的,因此預先在母材上開的直線形溝槽部所要求的精度可以比光纖陣列用基板寬松幾十倍。這樣,不需要使用特別的加工裝置等便可以方便地對母材進行加工,加工的勞力與時間以及成本均可降低。
如上所述,采用本發(fā)明的光纖陣列用基板及其制造方法,可以制造出具有能適應高速度大容量光通訊用途的高精度與高強度,而且能低成本制造的光纖陣列。
綜上所述,本發(fā)明特殊結構的光纖陣列用基板及其制造方法,其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值,并在同類產品及方法中未見有類似的結構設計及方法公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新,其不論在產品結構、方法或功能上皆有較大的改進,在技術上有較大的進步,并產生了好用及實用的效果,且較現(xiàn)有的光纖陣列用基板及其制造方法具有增進的多項功效,從而更加適于實用,而具有產業(yè)的廣泛利用價值,誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段,而可依照說明書的內容予以實施,并為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂,以下特舉多個較佳實施例,并配合附圖,詳細說明如下。
圖1表示第1實施例的光纖陣列用基板,圖1(A)是立體圖,圖1(B)是側面圖,圖1(C)是V形槽的放大照片。
圖2表示第2實施例的光纖陣列用基板,圖2(A)是立體圖,圖2(B)是側面圖,圖2(C)是V形槽的放大照片。
圖3表示第3實施例的光纖陣列用基板,圖3(A)是立體圖,圖3(B)是側面圖,圖3(C)是表示用粘接劑將光纖粘接后的狀態(tài)的示意圖。
圖4表示V形槽的放大側面,圖4(A)表示V形槽的間隔P為127μm的光纖陣列用基板,圖4(B)表示V形溝槽部間的間隔P為250μm的光纖陣列用基板。
圖5表示第4實驗例的光纖陣列用基板,圖5(A)-(D)分別表示部分圓筒形的側面的曲率中心、孔部的截面形狀以及個數(shù)不同的例子。
圖6表示拉伸成形中所用的母材及其原材料、即玻璃板,圖6(A)表示玻璃板,圖6(B)表示用6(A)的玻璃板加工后制成的母材,圖6(C)表示玻璃板,圖6(D)表示用6(C)的玻璃板加工后制成的母材。
圖7表示母材的拉伸成形工序的概念,圖7(A)表示沒有孔部的母材的拉伸成形工序,圖7(B)表示具有孔部的母材的拉伸成形工序。
圖8概念性表示由母材成形的拉伸成形體的尺寸測定的狀態(tài)。
圖9表示歷來的光纖陣列用基板。
1基板 2V形槽2a、2b最外側的V形槽2c內側隆起部2d、2e外側隆起部 4光纖4a、4b外側的光纖 4c內側的光纖5板6粘接劑6a被溢出的粘接劑 11基板11a、11b基板的側面 11’第2實施例的光纖陣列用基板12V形槽12a內側隆起部12b平面12c、12d外側隆起部
12eV形槽的棱與光纖的接點 13側溝槽部13a底部 14光纖14a光纖的中心 15第3實施例的光纖陣列用基板16粘接劑 17側溝槽部18玻璃板 20第4實施例的光纖陣列用基板20a、20b基板20的側面 21孔部22V形槽 23側溝槽部31玻璃板 31a、31b部分圓筒形面的側面31c、31d平面 32母材32a、32b凸R形的部分圓筒面 32e溝槽部32f側溝槽部 32g、32h拉伸成形部33母材33a、33b側面33c母材的一面 33d孔部33e溝槽部 33f側溝槽部35長條形材料 40拉伸成形裝置41管道42電爐43切割機 50測定器50a受光部 P間隔M曲率中心具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效,以下結合附圖及較佳實施例,對依據(jù)本發(fā)明提出的光纖陣列用基板及其制造方法其具體實施方式
、結構、方法、步驟、特征及其功效,詳細說明如后。
圖1是第1實施例的光纖陣列用基板11。光纖陣列用基板11,例如由透明的硼硅酸玻璃構成,在其一面上設有將8芯光纖14互相并列地排列并固定的8條溝槽部(例如V形槽)12,以及分別形成于位于基板11的兩側面的最外側的V形槽12的外側的V形槽形狀的側溝槽部13。另外,在該實施例中,與溝槽部12平行的基板11的側面11a與11b,分別成形于基板11的中心上具有曲率中心的凸形的部分圓筒形。
在形成各V形槽12的隆起部的頂部,分別形成平面12b。形成最外側的V形槽12的外側隆起部12c、12d的頂部與內側的隆起部12a的頂部處于同一高度,如圖1(B)的放大圖所示,側溝槽部13的底部13a的高度處于低于V形槽12的棱線與光纖14的接點12e的位置。另外,在該實施例中,側溝槽部13的底部13a的高度處于高于V形槽12的底部的位置。由于有了側溝槽部13,外側隆起部12c、12d的高于與光纖14的接點12e的前端部分,與內側的隆起部12a的高于與光纖14的接點12e的前端部分的尺寸形狀大致相同。
圖2表示的是第2實施例的光纖陣列用基板11’。在該實施例中,與溝槽部12平行的基板11’的側面11a與11b分別為平整的平面。其它的結構與圖1所示的實施例一樣。
對圖1所示的光纖陣列用基板11的尺寸進行測定。將光纖陣列用基板11固定,使得其端面對著測定用顯微鏡,以便從正面進行觀察,在通過帶CCD照相機的測定用顯微鏡見到的畫面上,對固定光纖14的直線形V形槽12的形狀進行圖像識別,對各直線形V形槽12的谷的角度,以及V形槽12的間隔進行測定。測定的結果是V形槽12的谷的角度是96°,V形槽12之間的間隔為127μm±0.5μm,V形槽12的高度的偏差在0.5μm以內。另外,側溝槽部13的谷的角度為98°。
另外,如圖1(C)所示,光纖陣列用基板11,在其截面被放大約250倍看時,V形槽12的隆起部12a的頂部形成的平面12b的長度約為10μm。
還有,如圖4(A)所示,光纖陣列用基板11的V形槽12之間的間隔為127μm±0.5μm,以間隔P被固定在V形槽12內的光纖14的中心14a連線與隆起部12a的平面12b的距離為52.5μm以內的20μm。
圖3是第3實施例的光纖陣列用基板15。在該實施例中,在位于基板15的兩側面的最外側的V形槽12的外側,分別形成有V形槽形狀的側溝槽部17,側溝槽部17的底部的高度與V形槽12的底部的高度大致相同。由于該側溝槽部17,外側的隆起部12c、12d與內側的隆起部12a被形成大致相同的尺寸形狀。其它的結構與實施例1所示的結構一樣。
用與上述方法一樣的方法對圖3所示的光纖陣列用基板15的尺寸進行測定。測定的結果是,V形槽12的谷的角度是96°。V形槽12之間的間隔為250μm±0.5μm,V形槽12的高度的偏差在0.5μm以內。另外,如圖4(B)所示,V形槽12之間的間隔P為250μm±0.5μm,固定在V形槽12內的光纖14的中心14a的連線與隆起部12a的平面12b的距離為52.5μm以內的30μm。
另外,如圖3(C)所示,在光纖陣列用基板15上用粘接劑16將8芯光纖14予以黏著,再壓上玻璃板18加以固定。還有,該光纖陣列用基板15與玻璃板18的寬度為2.8mm,縱深為10mm。這時,將8芯光纖14全部粘接起來所需的粘接劑用量約為1.0×10-3ml,但是如果用量稍多于該粘接劑16進行粘接,粘接劑16也不會從基板15的側面溢出,可以很好地進行粘接。在沒有蓄積粘接劑16的側溝槽部17的情況下,對粘接劑的用量要進行管理,為了不讓粘接劑16溢出,粘接劑的用量必須在約1.0×10-3ml以上,1.4×10-3ml以下。在粘接劑的用量少于1.0×10-3ml的情況下,粘接劑18就不能涂滿全部8芯光纖,如果超過1.4×10-3ml,則粘接劑16就會從基板15的側面溢出。也就是說,在沒有蓄積粘接劑16的側溝槽部17的情況下,必須在約0.4×10-3ml的范圍內對粘接劑的用量進行管理,而設置了蓄積粘接劑16的側溝槽部17的情況下,粘接劑的用量可以在約1.0×10-3ml以上,1.7×10-3ml以下。也就是說,粘接劑用量的管理范圍可以擴大到約0.7×10-3ml。
圖5表示第4實施例的光纖陣列用基板20。光纖陣列用基板20例如由透明的硼硅酸玻璃構成,在其一面上設有將8芯光纖14互相并列地排列并固定的8條溝槽部(例如V形槽)22,以及分別形成于位于基板20的兩側面的最外側的V形槽22的外側的V形槽形狀的側溝槽部23。例如,V形槽22相互之間的間隔,以及V形槽22與側溝槽部23之間的間隔分為250μm。另外,在此實施例中,與V形槽22平行的基板20的側面20a與20b分別呈凸形的部分圓筒形。另外,基板20的內部設置有與溝槽部22大致平行的孔部21。
在圖5(A)、(B)所示的例子中,側面20a與20b的曲率中心M分別位于基板20的中心。另外,在圖5(C)所示的例子中,側面20a與20b的曲率中心M分別從基板20的中心移開,并且位于基板20的內部。還有,在圖5(D)所示的例子中,側面20a與20b的曲率中心M分別從基板20的中心移開,并且位于基板20的外部。另外,雖然在圖示中被省略了,側面20a與20b并不限于具有單一曲率的凸R面,也可以是具有不同曲率的凸R面的復合面。
另外,做為與溝槽部22大致平行的孔部21,可以采用例如圖5(A)所示的截面形狀大致為圓形的孔部,圖5(B)所示的截面形狀大致為橢圓形的孔部,圖5(C)所示的集中設置于V形槽形成領域的下方中央、截面形狀大致為圓形的3個孔部,以及圖5(D)所示的設置于V形槽形成領域的下方中央1個、設置于下方兩端部分各1個、截面形狀大致為圓形的3個孔部。還有,孔部21貫穿基板20的內部,在基板的兩端面開口。
例如,在圖5(A)、(B)、(C)所示的例子中,通過在拉伸成形時,提高孔部21內部的氣壓(加壓),對基板20有V形槽22的一面進行修正,實質上消除一面的凹陷。另外,在圖5(D)所示的例子中,通過在拉伸成形時,提高中央部分的孔部21內部的氣壓(加壓),減少兩端部分的兩個孔部21的氣壓(減壓),對基板20有V形槽22的一面進行修正,實質上消除一面的凹陷。
用與上述方法一樣的方法對圖5所示的光纖陣列用基板20的尺寸進行測定。測定的結果是,V形槽22之間的間隔,無論圖5(A)-(D)所示形態(tài)中的哪一個,均為為250μm±0.5μm。V形槽22的高度的偏差,圖5(A)與(B)所示的形態(tài),分別在0.5μm以內,圖5(C)與(D)所示的形態(tài),分別在0.4μm以內。
下面,參照附圖,對本發(fā)明的光纖陣列用基板的制造方法的實施例進行說明。
首先,對硼硅酸玻璃制的圓柱形材料進行加工,制成如圖6(A)所示的,保留了部分圓筒形面的側面31a、31b,形成了相互平行的兩個平面31c、31d的玻璃板31。然后,對玻璃板31的一面31c進行加工,制成圖6(B)所示的母材32。在母材32的一面32c上進行加工,以制作出成形后成為光纖固定用的V形槽的直線形、谷的角度為90°的8條溝槽部32e以及位于起外側的側溝槽部32f。另外,母材32的側面32a、32b為凸R形的部分圓筒面。
接下來,如圖7(A)所示,將母材32裝在拉伸成形裝置40中,用電爐42加熱,用圖中未表示出的驅動輥拉伸從電爐42出來的拉伸成形部32g,用圖中未表示出的激光對拉伸成形部32g側面的直徑進行測定的同時將外徑控制在一定的范圍,形成具有與應當形成的光纖陣列用基板一樣的截面形狀與截面尺寸的成形體。
在進行該拉伸成形時,如圖8(A)、(B)所示,用測定器50的激光L,通過受光部的信號50a對拉伸成形部32g的側面的寬度(部分圓筒面的直徑)W進行測定,如果拉伸成形部32g的側面的截面形狀為凸R形時,特別是為部分圓筒面時,即使在拉伸成形中,拉伸成形部32g多少有些歪斜,也因為能正確地測定寬度(部分圓筒面的直徑)W而可以正確地控制寬度(部分圓筒面的直徑)W的尺寸,從而可以對拉伸成形部32g,乃至光纖陣列用基板的尺寸進行正確的控制。
而如圖8(C)所示,在拉伸成形部32h的側面為平整的平面的情況下,如果在拉伸成形中,拉伸成形部32g多少有些歪斜,則如圖8(D)所示,寬度W變大為(W+ΔW),因此就不可能得到正確的信息,有時就難以進行控制,可能會降低成品率。
然后,用切割機4 3將拉伸成形后形成的成形體切割成長250mm的長條形材料34。再對這樣制得的長條形材料34按所定長度進行精密切割,制得圖1所示的光纖陣列用基板11。
另外,通過改變拉伸成形裝置40的圖中未表示出的驅動輥的轉動速度,可以用同樣的母材32制造V形槽之間的間隔為250μm的光纖陣列用基板。這樣制造出來的光纖陣列用基板的V形槽的谷的角度是96°,V形槽之間的間隔為250μm±0.5μm,V形槽的高度的偏差在0.5μm以內。
另外,對這樣制造出來的光纖陣列用基板的表面粗糙度進行測定,結果是表面粗糙度Ra值為0.04μm。這是顯示了因為熱軟化使得光纖陣列用基板的表面經火琢,表面變得平滑了。
在用淬冷法(淬火)讓光纖陣列用基板的表面形成壓縮應力層,加以強化時,用冷風或冷媒鼓吹從電爐里出來的具有所定截面尺寸、形狀的光纖陣列用基板的成形體,使其急遽冷卻,在玻璃表面生成壓縮應力層。
另外,在通過對光纖陣列用基板的表面進行離子交換加以強化時,將約250mm的光纖陣列用基板用的長條形材料浸漬在離子交換槽內、溫度保持在400℃的KNO3的熔融鹽中約10小時。然后,洗凈除去KNO3,可以得到表示其機械強度的3點彎曲抗彎強度與未處理過的材料相比增加了兩倍以上的光纖陣列用基板用的長條形材料。在該離子交換處理中,玻璃中的堿離子(Na+)可以在比玻璃的退火溫度還低的溫度下,被離子半徑比其大的堿離子(K+)置換,在玻璃表面生成100MPa左右的壓縮應力層,提高其實用強度。
另外,作為制造方法的另一個實驗例是,對硼硅酸玻璃制的圓柱形材料進行加工,制成如圖6(C)所示的,保留了部分圓筒形面的側面31a、31b,形成了相互平行的兩個平面31c、31d,并且在內部形成有貫穿其內部的截面形狀大致為圓形的孔部33d的玻璃板31。然后,對玻璃板31的一面31c進行加工,制成圖6(D)所示的母材33。在母材33的一面33c上進行加工,制作出成形后成為固定光纖用的V形槽的直線形、谷的角度為90°的8條溝槽部33e以及位于起外側的側溝槽部33f。另外,母材33的側面33a、33b為凸R形的部分圓筒面。還有,孔部33d位于母材33的一面33c的下方中央部分。
接下來,如圖7(B)所示,將母材33裝在拉伸成形裝置40中,一邊從管道41向母材33的孔部33d供給加壓氣體,提高孔部33d內部的氣壓(加壓),一邊用電爐42加熱,用圖中未表示出的驅動輥拉伸從電爐42出來的拉伸成形部33g,用圖中未表示出的激光對拉伸成形部33g側面的直徑進行測定的同時將外徑控制在一定的范圍,形成具有與應當形成的光纖陣列用基板一樣的截面形狀與截面尺寸的成形體。然后,用切割機43將成形體切割成長250mm的長條形材料35。再對這樣制得的長條形材料35按所定長度進行精密切割,制得圖5(A)所示的光纖陣列用基板20。
在上述的制造方法中,玻璃板31(母材33)的材質用表1所示的晶體化玻璃,制造出V形槽的間隔為127μm與250μm的兩種晶體玻璃制光纖陣列用基板。用與上述方法一樣的方法這兩種晶體玻璃制光纖陣列用基板的尺寸進行測定,測定的結果是,V形槽之間的間隔P,前者為127μm±0.5μm,后者為250μm±0.5μm,固定在V形槽內的光纖的高度的偏差前后者都在0.5μm以內,無論哪種光纖陣列用基板都有很高的尺寸形狀精度。另外,晶體化玻璃制光纖陣列用基板比玻璃制光纖陣列用基板的抗彎強度高,而且其研磨性之好也接近石英系光纖。
在上面所說明的實施例中,是通過在固定光纖用的溝槽部的外側形成側溝槽部,使得溝槽部的外側隆起部在至少其與光纖的接點以上的前端,與內側的隆起部的與光纖的接點以上的前端形狀大致相同,或者使得溝槽部的外側隆起部的全部,與內側的隆起部的全部形狀大致相同的,但是不限于此,也可以讓溝槽部的外側隆起部的外側下端的高度與基板的側面持平,從外側的隆起部到基板側面的領域相對于隆起部的底部平滑地下降。另外,在上面所說明的實施例中,是用具有谷的角度為90°的V形槽的母材制造出V形槽的谷的角度為98°或96°的光纖陣列用基板的,但是光纖陣列用基板的形槽的角度也可以為90°或100°。還有,光纖固定用的溝槽部的截面形狀并不限于V形槽,也可以為矩形等其它形狀。
表1 以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實施例而已,并非對本發(fā)明作任何形式上的限制,雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上,然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專業(yè)的技術人員,在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內,當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例,但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容,依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種光纖陣列用基板,由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成,并形成有多條光纖固定用的溝槽部,其特征在于形成上述光纖固定用的外側溝槽部的外側的隆起部在至少其與光纖的接點以上的前端,以及與內側的隆起部的光纖的接點以上的前端形狀大致相同。
2.根據(jù)權利要求1所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述光纖固定用的外側溝槽部的外側的隆起部與內側的隆起部形狀大致相同。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述基板的與上述溝槽部平行的側面的截面形狀為凸R形。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述基板內部有與上述溝槽部大致平行的孔部。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述光纖固定用的外側的溝槽部的外側的隆起部的外側設有一定容積的側溝槽部。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述溝槽部的隆起部的頂部是平面。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述隆起部的頂部與裝在上述溝槽部中的光纖的中心的連線的距離在52.5μm以內。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的光纖陣列用基板,其特征在于由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成的母材拉伸成形制成的。
9.一種光纖陣列用基板,由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶形成的晶體化玻璃構成,形成有多條光纖固定用的溝槽部,其特征在于上述基板與上述溝槽部平行的側面的截面形狀為凸R形。
10.根據(jù)權利要求9所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述基板內部有與上述溝槽部大致平行的孔部。
11.根據(jù)權利要求9所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述光纖固定用的外側的溝槽部的外側的隆起部的外側設有一定容積的側溝槽部。
12.根據(jù)權利要求9所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述溝槽部的隆起部的頂部是平面。
13.根據(jù)權利要求9所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述尖頂部的頂部與裝在上述溝槽部中的光纖的中心的連線的距離在52.5μm以內。
14.根據(jù)權利要求9所述的光纖陣列用基板,其特征在于由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成的母材拉伸成形制成的。
15.一種光纖陣列用基板,由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃制成的,形成有多數(shù)條光纖固定用的溝槽部,其特征在于在上述基板內部設有與上述溝槽部大致平行的孔部。
16.根據(jù)權利要求15所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述孔部的截面形狀略成橢圓形。
17.根據(jù)權利要求15所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述孔部的截面形狀略成圓形,并且設置有多個該孔部。
18.根據(jù)權利要求15所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述光纖固定用的外側的溝槽部的外側的隆起部的外側設有一定容積的側溝槽部。
19.根據(jù)權利要求15所述的光纖陣列用基板,其特征在于形成上述溝槽部的隆起部的頂部是平面。
20.根據(jù)權利要求15所述的光纖陣列用基板,其特征在于上述隆起部的頂部與裝在上述溝槽部中的光纖的中心的連線的距離在52.5μm以內。
21.根據(jù)權利要求15所述的光纖陣列用基板,其特征在于由玻璃或在非晶體玻璃中析出結晶的晶體化玻璃構成的母材拉伸成形制成的。
22.一種光纖陣列用基板的制造方法,包括準備在一個面設有多數(shù)條直線形溝槽部的玻璃或晶體化玻璃構成的母材,將該母材握在傳送構件的把持部,將該母材送入加熱爐內,將母材加熱至所定的溫度,用牽引構件牽引該母材下方,拉伸成形,制得成形體,將該成形體按所定的長度進行切斷,制得上述母材略成相似形、并且尺寸在所需范圍內的長條體,將該長條體按所需的長度進行切斷,其特征在于在準備上述母材的工序中,將設置于該母材的一面、成形后形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部的在至少其與光纖的接點以上的前端,做得與內側的隆起部的與光纖的接點以上的前端形狀大致相同。
23.根據(jù)權利要求22所述的光纖陣列用基板的制造方法,其特征在于;在準備上述母材的工序中,將設置于該母材的一個面上、成形后形成光纖固定用的外側溝槽部的外側隆起部,形成與內側的隆起部的形狀大致相同。
24.根據(jù)權利要求22或23所述的光纖陣列用基板的制造方法,其特征在于上述母材的與上述溝槽部平行的側面的截面形狀為凸R形。
25.根據(jù)權利要求22或23所述的光纖陣列用基板的制造方法,其特征在于在上述母材內部設有與上述溝槽部大致平行的孔部。
26.根據(jù)權利要求25所述的光纖陣列用基板的制造方法,其特征在于在拉伸成形時,使上述母材的孔部的內徑發(fā)生改變。
27.根據(jù)權利要求26所述的光纖陣列用基板的制造方法,其特征在于在拉伸成形時,對上述母材的孔部內的氣壓進行控制。
28.根據(jù)權利要求22或23所述的光纖陣列用基板的制造方法,其特征在于通過改變長條體截面相對于拉伸成形時的母材截面的縮小比例,任意改變光纖固定用的溝槽部的寬度。
29.一種光纖陣列用基板的制造方法,包括準備在一個面設有多數(shù)條直線形溝槽部的玻璃或晶體化玻璃構成的母材,將該母材握在傳送構件的把持部,將該母材送入加熱爐內,將母材加熱至所定的溫度,用牽引構件牽引該母材下方,拉伸成形,制得成形體,將該成形體按所定的長度進行切斷,制得與母材略成相似形并且尺寸在所需范圍內的長條體,將該長條體按所需的長度切斷,其特征在于在準備上述母材的工序中,將該母材與上述溝槽部平行的側面的截面形狀做成凸R形。
30.一種光纖陣列用基板的制造方法,包括準備在一個面設有多數(shù)條直線形溝槽部的玻璃或晶體化玻璃構成的母材,將該母材握在傳送構件的把持部,將該母材送入加熱爐內,將母材加熱至所定的溫度,用牽引構件牽引該母材下方,拉伸成形,制得成形體,將該成形體按所定的長度進行切斷,制得大致與母材為相似形并且尺寸在所需范圍內的長條體,將該長條體按所需的長度進行切斷,其特征在于在準備上述母材的工序中,在該母材內部形成與上述溝槽部大致平行的孔部。
全文摘要
本發(fā)明是關于一種光纖陣列用基板及其制造方法,光纖陣列用基板11,在其一面上設有將8芯的光纖14互相并列地排列并固定的8條V形槽12,以及分別形成于位于基板11的兩側面的最外側的V形槽12的外側的V形槽形狀的側溝槽部13。形成最外側的V形槽12的外側隆起部12c、12d的頂部與內側的隆起部12a的頂部處于同一高度,側溝槽部13的底部13a的高度處于低于V形槽12的棱線與光纖14的接點12e的位置。
文檔編號C03B23/047GK1643419SQ03805799
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權日2002年3月15日
發(fā)明者竹內宏和, 船引伸夫, 齊藤和也 申請人:日本電氣硝子株式會社