Устройство для соединения волоконного световода и интегральной оптической схемы Советский патент 1992 года по МПК G02B6/30 

Изобретение относится к световодной технике, в частности к технологии изготовления базовых элементов волоконно-оптических линий связи, непосредственно касается изготовления и сборки устройств интегральной оптики.

Для широкого практического использования оптических интегральных устройств необходимы эффективные и технологические соединения канальных во/Гноводов с волоконными световодами.

Для согласования волноводов и волоконных световодов широкое применение находит метод непосредственной связи или стыковка в торец, когда торец световода устанавливается встык торцу волновода.

Наибольшее распространение для стыковки многоканальных интегрально,оптических схем (ИОС) с несколькими волоконными световодами (BG) получили устройства на основе у-образных канавок, получаемых на кремниевых пластинах методом анизотропного травления.

Известна установка для соединения оптических интегральных схем с волоконными световодами, в которой стыковка производится при помощи юстировочнбго устройства, предназначенного для перемещения многоканальной оп тической схемы (MQUCJ относительно неподвижных входных и выходных одномодовых волоконных световодов (ОВС), Юстировочное устройство представляет собой достаточно сложную систему, состоящую из опорного элемента, рычага и двух микрометрических винтов (грубого и точного перемещения).

Трудоемкость изготовления всех этих деталей велика, а необходимая точность юстировки может быть однозначно обеспечена при стыковке одновременно не более двух ВС с ИОС. При увеличении числа каналов набегающая погрешность шага резко снижает точность стыковки либо ув яичивает трудоемкость изготовления шаблонов для травления канавок. Так, постоянная погрешность шага всего в 2 мкм может дать отклонение для восьмого класса ИОС 14 мкм, что совершенно неприемлемо.

Известен также способ сочленения одномодового оптического волокна и интегрально-оптического волновода, согласно которому ОВС и ИОС располагаются на двух независимых подставках, причем подставка с оптическим волокном допускает возможность его перемещения в трех взаимно перпендикуляриых напоавлениях. Подставка для ООВ выполнена в виде полированной пластины монокристаллического кремния, в котором методом селективного травления сделана V-образная канавка. ООВ укладывается в прямолинейную V-образную канавку и закрепляется, затем устройство юстируется с помощью микроманипуляторов по максимуму выходного сигнала.

Однако световоды закрепляются в V-образных канавках, полученных методом травления кремния. Как известно, допуск на расстояние между канавками дается для соседних канавОк. И хотя отклонение от расстояния между каждой соседней парой малой, между первой и последней канавкой оно может составить десятки микрон, что в .конечном итоге сильно влияет на потери передаваемого сигнала по волоконному световоду. Кроме того, расположение ООВ и ИОС на двух независимых подставках также увеличивает потери передаваемого сигнала. Как изготовление кремниевой подложки с V-образными канавками, так и юстировка по двум координатам весьма трудоемкие операции.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее корпус с установленной на нем ИОС и сопрягаемыми с ней ВС. ВС и ИОС соединяются с помощью опорных элементов. Эти опорные элементы после юстировки для совмещения ВС с каналами ИОС закрепляются на корпусе клеем, после чего устройство представляет собой неразъемную конструкцию, содержащую, кроме необходимых ИОС, ВС и корпуса, дополнительные дорогостоящие детали - опорные эле«41енты ВС.

Известное устройство имеет высокую трудоемкость изготовления и юстировки опорных элементов и недостаточную точность выполнения канавок в опорных элементах, так как для оборудования, обеспечивающего изготовление шаблонов, прецизионные линейные перемещения нормируются только погрешностью шага, т.е. погрешностью от пуска до остановки координатного перемещения. Набегающая погрешность увеличивается при этом с каждым новым каналом, и изготовление многоканальных сборок ИОС - ВС таким образом ведет к снижению точности стыковки сопрягаемых каналов. Таким образом, высокая трудоемкость сложных прецизионных юстировочных устройств не обеспечивает необходимой точности юстировки многоканальнУх ИОС с ВС.

Цель изобретения - повышение точности юстировки и снижение трудоемкости устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что одна деталь устройства является одновременно и держателем ВС, и юстировочным механизмом, т.е. совмещает одновременно две функции различных узлов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что деталь с V-образными канавками выполнена в виде вала с наружной резьбой, вал имеет одну степен} свободы - вращение вокруг своей оси, причем в случае одновременного соединения нескольких ВС с многоканальной ОИС шаг резьбы вала выбирается кратным расстоянию между волноводами ИОС.

Особенностью резьбовых деталей является то, что погрешность шага для непрерывной винтовой линии нормируется от начала координат для любой точки резьбы.

Резьба, нарезанная на станке, имеет очень высокую точность шага. Отклонение шага как от начала координат, так и между двумя любыми выступами или впадинами резьбы для микрометрических винтов не превышает 2 мкм. Это позволяет эффективно использовать впадины резьбы в качестве V-образных канавок для стыковки ВС с многоканальными ИОС, для чего достаточно, чтобы шаг резьбы был кратен шагу ИОС. Юстировка производится вращением винта вокруг своей оси. При этом ВС скользят вдоль винтовой линии, перемещаясь, соответственно, и вдоль торца ИОС. Если точка временного закрепления ВС в процессе юстиррвки расположена на достаточном удалении от ИОС (в технологическом приспособлении), угловыми погрешностями можно пренебречь, так как они составляют доли градуса.

Такое совмещение функций в одной детали наряду с повышением точности сборки многоканальных ИОС позволяет отказаться от целого ряда деталей и технологических юстирОвочных приспособлений, резко снизив тем самым трудоемкость изготовления и сборки устройства.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет повысить точность сть1ковки ВС и ИОС и снижает трудоемкость стыковки.

На фиг. 1 и 2 показано предлагаемое устройство.

В корпусе 1 расположена интегральнооптическая схема 2, установленная для юстировки в устройство 3. снабженное валами 4 с резьбой, вращающими на шаровых опорах 5, которые одновременно препятствуют осевому и радиальному перемещению вала.

Во впадины метрической резьбы (профг иль 60) уложены ЕС 6, которые до вала располагаются под углом к базовой поверхности корпуса, что обеспечивает прижим

ВС к базовой поверхности за счет сил упругости кварцевых световодов.

Микрометрический винт, примененный в конструкции, совмещает функции как собственно подложки с V-образными канавками, так и юстировочного приспособления.

В процессе вращения винта боковая поверхность профиля резьбы перемещает В С вдоль базовой поверхности корпуса до совмещения с волноводом. Совмещение по второй координате обеспечивается точностью выполнения ступеньки в корпусе между базами ИОС и ВС, которая равна толщине Ьтражающей оболочки ВС.

После юстировки в зазоры между ИОС и ВС вводится иммерсионный клей 7- а после его отверждения ВС окончательно закрепляются в корпусе клеем 8. После отверждения клея 8 сборочная единица, включающая корпус 1, ИОС 2 и волоконные световоды, снимается с технологического устройства для проведения последующих операций.

Макетируют шаг винтовой линии 0,15; 0,35 и 0,5 мм при диаметре вала 8 мм, что составляет угол подьема винтовой линии 0,3, 0,8 и 1,2 соответственно. Достиж,имая точность перемещения составляет соответственно 0,8, 2 и 3 мкм.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет повысить точность стыковки ВС с ИОС и снижает трудоемкость стыковки.

Формула изобр е.т е н и я Устройство для соединения волоконного световода и интегральной оптической схемы, содержащее корпус для размещения интегральной оптической схемы, узлы юстировки, с элементами фикЬации стыкуемых волоконных световодов в виде V-образных канавок, установленных по обе стороны корпуса с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно оси стыкуемых волоконных световодов в плоскости установки интегральной оптической схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости при стыковке п-канальной интегральной оптической схемы и п стыкуемых волоконных световодов, в него введены два вала с наружной резьбой, каждый из которых установлен в узле юстировки, ось вращения валов перпендикулярна оси стыкуемых волоконных световодов, а шаг резьбы вала, кратен величине расстояния между каналами интегральной оптической схемы.

Фиа.г

Изобретение относится к световодной технике, в частности к технологии изготовления базовых элементов волоконно-опти-ческих линий связи. Изобретение позволяет повысить точность соединения волоконных световодов с интегрально-оптическими схемами и снизить трудоемкость изготовления такого соединения. Устройство содержит корпус 1 с установленной на нем интегрально-оптической схемой 2, два узла юстировки с элементами фиксации стыкуемых волокон в виде V-образных канавок, установленных по обе стороны интегрально-оптической схемы, с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно оси стыкуемых волокон в плоскости расположения интегрально-оптической схемы. Элементы фиксации Стыкуемых волокон выполнены в виде вала 4 с наружной резьбой, причем шаг резьбы вала кратен расстоянию между каналами интегрально- оптической схемы. 2 ил.^w ^^'ё8& слOsФиг. г