本发明涉及排成片状形之光纤端部的组装方法及装置，具体而 言，涉及一种为把光纤片连接成整体光学元件而组装它们的方法和 装置。

这类光学元件含有与基片成一体的波导，为此，这些波导的端部 需与各光纤连接。例如，具有m个输入端n个输出端的耦接器分别 与包含m条光纤和n条光纤的光纤片联结。按照实现这种联结所采 用的第一种方法，利用显微操作，使每条光纤端部的轴线与相应波导 端部的轴线对准并连接之，再以粘性物件稳定这些端部各自的位 置。

很明显，这种需要显微操作各光纤的方法费时，又是一种费钱的 方法。

为了加速这种连接操作，曾经提出，事先按照与整体光学元件中 波导各端的布置相一致的配置统一光纤片相应的各端，然后利用简 单的粘接工序把光纤和相应波导的各端连接起来。

这种提议增加了前述统一各光纤端部的困难，通过下述方式，以 一种不使受到变形并具有拟与各光纤端部相连的波导端部一致的 间隔作定位排列，将这些端部排成一条直线。

为此，曾提出将这些端部定位于基片中的多条平行槽内，这些槽 的间隔与波导端部的间隔相等。从这个意义上讲，带V形截面槽的 基片是公知的，每根光纤贴着槽的两个侧边安放于其中，用一块粘到 基片上的薄片盖住这些槽，成为一个与多条光纤保持联系的完整组 件。

这种结构可望得到所需的快速装配。然而，一当用于连接两条 以上光纤时，它就有处于超静稳定的缺点。光纤其槽的一个侧面之间 或者光纤与那个薄片之间存在寄生的微粒，就能妨碍这样制作片形 光纤各端的准确对准。任何一条光纤对准时的缺陷又同样地影响其 它光纤的对准。按这种方法装配光纤片，制作的故障率高，其结果要 增加制造成本。

还给出一种考虑，即引导多条光纤通过一个基片中的排成环形 的通道，然后通过使用粘接剂，将各光纤固定在这些通道中。遗憾的 是，由于这种通道的直径必须大于各光纤的直径，所以这种组件不可 避免地要下沉。因此，既不能保证所装配的光纤对准，又不能保证其 共面性。

还曾提出采用带有基本为矩形截面的槽的基片，通过粘接将光 纤牢牢地固定在槽的底部。既然是这样，这些槽就须大大宽于光纤的 直径，以使光纤适于贴着各槽的底部，这将不利于光纤的横向定位。 此外，位于光纤与槽底之间的寄生微粒可能引起压板在位于该槽外 侧的光纤部分上的枢轴转动，致使不利于其它光纤在其各自槽内安 放的稳定性。

于是，本发明的目的在于提供一种方法和装置，使得它能将几个 排成片状形的光纤端整齐而精确地预先装配起来，具有低的制作故 障率，并由此而降低制造成本，适应大规模工业化生产中的财政限 制。

根据本发明的一个方面，提供一种排成片形之光纤端部的组装 方法，按照这种方法，将液态的粘性物放到在一基片的平坦表面上形 成的多个等间隔和平行的矩形槽中；将成片形的各光纤的剥离端引 入相应的槽中；借助于附在这些槽上的薄片将各条光纤的端部夹在 各槽中；在粘性物仍处于液态时，将从各槽伸出的各光纤的端部的整 个组件顶压在薄片伸出基片之外的平坦部分，并将这种压力一直维 持到粘性物凝固，薄片被粘牢；以及，在粘性物凝固后切割基片、薄 片和各光纤，然后磨光如此而被暴露的基片表面、光纤和薄片。

于是，对于所装配的这组光纤而言，薄片的平坦部分通过该部分 的平面性而构成确保这些光纤良好对准的参考面。

本发明的另一个特点在于，由于光纤是顺着平面的这种槽的两 个侧面(它们与形成该槽的基片表面垂直)，这就确保了每条光纤在 它的槽内的横向定位。由于这种横向定位，就能够精确地确定光纤的 间隔及这种间隔的一致性。

根据本发明的另一方面，提供一种用于实现上述排成片形之光 纤端部的组装方法的装置，它包括：

a)接受开有槽的基片(5)的托板(8)；

b)将呈液态的粘性物放入基片的槽中的装置；

c)将这种光纤片中各光纤的剥离端安置在已放有粘性物的槽 中的装置(3)(4)；

d)用薄片(13)盖住内中已放有粘性物(9)的各槽和各条光纤的装 置(12)，它对着基片(5)夹住该薄片；

e)将从各槽(6i)伸出的光纤端部组件顶压在薄片伸出于基片(5) 之外部的平坦部分(13′)，直至粘性物(9)凝固的前缘支架(14)。

于是，按照本发明的方法，使我们能够得到光纤片，它是借助带 有多条等距离、共面且平行的槽，而且都放有凝固了的粘性物的基片， 以及各光纤的一个剥离端和至少对着基片的开槽部分粘结的薄片 装配成的。上述各光纤的剥离端都离开各槽底部一定距离，并与对着 基片粘着的薄片的平坦部分接触；该平坦部分限定了光纤嵌入它们 各自的槽中的深度。

通过研究下面的描述并观察各附图，将使本发明的其它特点和 优点变得更清楚，其中：

图1至3表示本发明组装方法的几个接连的步骤；

图4是本发明方法所用的开有槽的基片的透视图；

图5是按照本发明方法组装之光纤的示意断面图，它用于描述 这种方法；

图6是说明按照本发明作成整体光学元件的光纤片的示意 图。

参照附图1至3，其中图1说明本发明组装方法中的预备步骤， 这里制成n个在保护涂层(2i)下的光纤(1i)的片子(其中i＝1到n)。这 要通过把多个这样的光纤的端部(例如多达几百条光纤)彼此平行地 排在一个平面内，再通过把这个组件压在两个伸展于如此制成的光 纤片整个宽度的部件(3)、(4)之间，使这些光纤端部暂时稳定之。最 好其中一个部件带有多条平行的共面槽(未示出)，它们的间隔必需 要与待组装的各光纤端部的间隔相同，每个槽放一条处于保护涂层 下的光纤，并用另一个部件封闭该槽。临时组装装置(未示出)将两个 部件(3)和(4)彼此相对地夹住，于是制成一个片夹持器，这使得能够接 下去操作该光纤片，如图1所示，随后除去靠近各光纤端部的部分保 护涂层(2i)，而使各光纤的端部剥离。

按照本发明，如图4之透视图及图2和3之截面图所示，然后将 这些呈小丝条状的光纤剥离端引入基片(5)的一个表面上所形成的 平行且等距的槽中，并附在其中。如图4所示，支座带有多条直线槽 (61)、(62)等，其数目等于要配装的光纤数，还有用来留存粘结剂的台 阶(7)，意图在于固定与这些光纤的剥离相邻的光纤保护涂层段，这一 点将在下面所说明。

现在回到图2，可以看出，基片(5)放置于支承托板(8)中。当借助 片夹持器(3)和(4)控制该光纤片时，所有的光纤(1i)同时被引入基片(5) 中的相应的槽(6i)中，这些槽预先已涂有呈液态的粘性物(9)。所说的 托板有一个对片夹持器(3)，(4)的支承面(10)，这个支承面是以这样一 种方式来确定的，即当把该片夹持器置于所述的支承面(10)上时(如 图3所示)，必需使各光纤端部的轴线与相应的各槽(6i)同轴。

图3是各个机构的示意图，它们组成了为实现本发明方法所必 需的装置。于是，该装置还包含接受托板(8)的基板(11)，用呈液态的粘 性物(9)涂敷基片(5)各槽的机构(未示出)，控制片夹持器(3)、(4)，以便 把片中各光纤的剥离端置于涂有粘性物的槽内的机构，以及其后用 薄片(13)盖住各槽(6i)，以此将各光纤夹在槽中的装置(12)。这个装置 (12)用一个力对着基片(5)压住平板(13)，是以在薄片(13)与基片(5)之 间形成厚度大约为20微米的粘接剂层。

按照本发明装置的一个重要特点在于，该装置还包含一个前缘 支架(14)，它与光纤片相交地伸展着，这些光纤剥离部分的右侧，面对 着薄片(13)伸出于基片(5)之外的面的平坦部分(13′)。一个未图示出 的机构使得此前缘支架能在第一位置和第二位置之间选择性地换 位。在第一位置时，该前缘支架脱离与各光纤的接触；而在第二位置 (如图3所示)时，该前缘支架(14)将各光纤(1i)的组件同时压抵住覆盖 薄片(13)的平坦部分(13′)，借助装置(12)使组件贴着基片(5)被固定地 夹持住。

按照本发明，采用这个装置以彼此准确的固定的安装位置的方 式配装多个光纤的端部，它们排成一线并且与整体光学元件中制成 的波导各端有相一致的间隔。为此，在通过已经涂有液态粘性物的槽 (6i)压住各光纤(1i)的端部以后，并且在用薄片(13)盖住基片(5)以及 所述薄片(13)已经被加压保持在覆盖位置之后，移动前缘支架(14)，使 其移至第二位置，而用以涂敷槽的粘性物仍处于液态。此后，使前缘 支架顶住被抵压的光纤，直至粘结剂凝固；被该前缘支架(14)压住的 光纤贴着薄片(13)的平坦部分(13′)。一旦粘结剂凝固，与基片和薄片 (13)相结合的光纤(1i)的端部形成一个坚固的部件，各光纤在其中非 常准确地互相定位，这恰如下面将结合图5的分析所要说明的。

图5表示开槽的基片(5)、薄片(13)以及装有光纤(11)、(12)、(13) 的基片的槽(61)、(62)、(63)的局部剖面视图。一方面粘性物填入槽 壁与光纤之间的空隙，另一方面还填入薄片(13)与基片(5)之间的空 隙。

光纤通常由中央纤芯(1a)和周围护套(1b)构成，按照本发明，它 一方面靠在薄片(13)的平坦部分(13′)上，另方面靠在基本上与该面垂 直的相应槽的两侧面(6a)(6b)上。举例来说，在单模光纤情况下，纤芯 直径可为10微米，而护套直径可为125微米。未通过槽的护套周围 环绕着直径为250微米的保护涂层，这等于基片(5)中的槽间间隔。 按照本发明，光纤与薄片(13)的平坦部分(13′)，以及与槽的两个侧面 (6a)(6b)的接触确保各光纤在图2所示截面图的平面内相互间的光 纤的二个自由度的精确定位。

事实上，由于各光纤都靠住平坦部分(13′)，因而它准确地平行于 该平坦部分的表面而被对准，并且离开槽的底部有一定的距离，因此 槽底并不决定它们的对准。此外，按照本发明的有益特征，各槽稍向 外翻，譬如它们的两个侧面偏离垂直于面(13′)的平面为2至4度。当 把各光纤浸入槽中的液态粘结剂中时，它们在槽内的绝大部分都陷 入粘结剂中，于是朝槽的两个侧面给液态粘结剂施加作用力，使粘结 剂从槽底升起，从而造成光纤的浸入。借助槽的侧面导致光纤陷入槽 中，这种粘结剂的沟流效应就使光纤预先落入槽中。槽的开口宽度略 大于光纤的直径，由于侧面的倾斜，使得在把光纤引入各槽时，在这种 引入过程中以及随着使各光纤实现与薄片(13)的平坦表面(13′)接触 的前缘支架(14)的顶压所引起光纤回升(如果有的话)过程中，都会受 到这种侧面的导引，从而使光纤落入各槽。

因而各光纤可以根据相关的各槽的侧面(6a)(6b)以及薄片(13) 的平坦部分(13′)的两个自由度被准确地定位。因此，这种位置与该整 体光学元件中各波导端部位置的一致性是随着薄片(13)平坦部分 (13′)的平面度以及基片(5)各槽的侧面(6a)、(6b)的横向定位所确保的 精度而变化的。

在这方面，可用玻璃制做这种薄片，因为至今已经公知怎样在这 种薄片上得到平面度等于或者大于0.5微米/厘米的平面。

为要制做图4所示的基片(5)，可选用热胀系数等于或者接近该 玻璃薄片的玻璃块，特别是申请人公司的产品目录中所述的 FOTOFORM(已注册商标)光敏玻璃制成的块件。在一块截面为3毫 米×6毫米且具有7毫米×3毫米宽的台阶的块体的平面上，按照常 规方法并借助光敏树脂，可在该平面上形成精确地复制各槽(6i)的开 口形状及间隔的掩膜。然后，将已掩膜的表面曝光于紫外光照射中， 则未掩膜部分被陶质化至一定的深度。随后可通过氢氟酸处理，清理 这些未掩膜的部分，即可在陶质化的部分产生槽。按这种方法，得到 其侧面倾斜角度约为2到3度的外翻的槽，如上所述，这是有益的。

利用这种方法制做的基片，就可像下面所描述的那样实施本发 明的配装方法。首先，将一定数量(例如108条)带有保护涂层的光纤 以比如250微米的间隔置于片夹持器(3)、(4)中。然后将这些光纤(1i) 的端部用化学方法剥离，再同时插入基片(5)中已事先涂有粘结剂的 槽(6i)中。此后，用薄片(13)盖住涂有粘结剂的槽，并利用装置(12)将其 固定在应有的位置，从而形成一个有一定灵活性的压具。在这种状态 下，使粘性物在20℃温度下，以适宜波长的紫外光照射，使之经历差 不多一分钟的聚合处理。这之后，就使各光纤(1i)的端部、薄片(13) 以及基片(5)彼此恰当地牢牢配装在一起了。

采用护套一纤芯的同心度好于0.1微米的单模光纤，这种方法 能够配装一组具有250±0.3微米间隔的100条以上光纤组。在这 种组件中，基片中要与各光纤接触的各槽宽度都是125±0.5微米， 深度均为120±3微米。各光纤的中心位于距离基片(5)表面差不多 40微米处。一层厚为差不多20微米的粘结剂层将基片表面与薄片 (13)的平坦部分(13′)分隔开。若该粘性物是由在暴露于紫外光照射 条件下受到充分的聚合作用的环氧树脂组成时，则这一厚度足以防 止该薄片的脱离。每条光纤与各相邻的侧壁(6a)、(6b)之间具有厚度 为0至0.5微米的粘合剂间隔层。

尤其如图2的配装过程中所示那样，薄片(13)有一个台阶(14′)， 它面对基片(5)的台阶(7)。继而，靠近光纤剥离端的保护涂层的端头 被夹在这两个台阶之间，从而二台阶被分开一个基本上等于保护涂 层的直径的间隔。为确保保护涂层(2i)在此二台阶间定位，可给出台 阶(7)和台阶(14′)预先加上粘结剂(如图2所示)，但这并非必须的。

如图6所示，沿断面(P)切断所得的块件，这个断面位于被剥光纤 伸出的基片(5)表面的外面。断面(P)偏离与基片的槽中各光纤轴垂 直的平面大约6至15度；理由将如下述。

随着切断基片(5)、光纤(1i)以及薄片(13)，该切割面被磨光，为的 是有助于如此制成的光纤片的前端面与整体光学元件(15)连接。按 照图6所示意的方法可实现这种连接。可事先使片夹持器(3)、(4) 与光纤片脱离，必要时可用一条挠性的保护条代替片夹持器。举例而 言，整体光学元件(15)的表面(16)上有多个波导，它们是按照其公知 的、与掩膜有关的离子交换技术形成上去的。在进行连接之前，把元 件(15)的表面(17)本身对着实施切割和磨光的光纤片前端面表面沿 着一个逆向倾斜的断面切割之，以使光纤片中的各光纤与元件(15) 中的相应波导连接成直线。于是，由于这个光纤被夹具(18)对着一个 托板(未示出)所夹持，就把光纤片(5)、(1i)、(13)的前端面附着在带抽 气室(20)的悬臂(19)上，抽气室(20)通过接至真空源(未示出)而保持 在真空条件下。这个悬臂是显微操纵装置的组成部分，显微操纵装置 使光纤片的前端面非常精确地被导引至对着元件(15)的表面(17)的 位置，以使各光纤端部的轴心恰好位于相应的波导端部的轴上。一旦 到达最佳定位，就借助于适当的粘性物涂成两条横向卷边(20、22) 形状，将光纤片的前端面贴附在元件(15)上。为了制成整体光学元件， 这个元件具有其输入和输出端与其它元件连成一个光学装置(该装 置包含着所说的整体光学元件)所必须的所有光纤，再以另一个光纤 片在光学装置中波导的其它端部重复这些操作。

按照本发明，通过优选光功率，再将其从各波导传至各光纤，或 者反过来也一样，完成使光纤对准于相应的整体光学元件的波导中 心的操作。按照本发明，在这种对心操作过程中，最好优选通过位于 光纤片两端的各光纤或者通过各相应波导的光功率。通过测定可确 定，本方法使所有中间各对光纤/波导对有良好的对心。

光纤片(5)、(1i)、(13)的前端面与整体光学元件(15)沿相对于光 纤轴倾斜6到15度角的平面(P)相连，由此可将在连接各光纤和波导 的粘结剂两侧的光纤和波导端部处的杂光反射量减至最小程度。否 则，这些反射将引起光信号沿这些光纤和波导的轴的回反，而这就要 干扰要传输的有用信号，特别是在单模光纤和波导的情况下。

现在看到，本发明达到了预期的目的，即得到一种把多条光纤配 装成片形的方法，使这些光纤的剥离端被精确对准成直线以及精确 的间隔整体地连在一起，从而可将这些光纤连接成一个整体光学元 件。这些操作有助于它们自身的自动化，而无需光纤级别的精密控制， 因而是快速的。这种方法允许制成可包含多达如400条以上光纤的 大光纤片，而且只要需要，通过分割即可细分，从而可以得到比如像需 要用耦接器连接的包含4、8、16条光纤等的单独的分部组件，而 那是需要有相应数目耦接器的。

这种细分能够消除有起码一条光纤的分部组件的不合格的对 准。由于光纤(如图5中的光纤(12))与薄片(13)的平坦部分(13′)表面 之间存在外来的微粒，它可引起这种不合格的对准。在光纤(12)较相 邻各光纤被更深地放入它的槽内时，就要显现出不合格的对准。关于 这一点应当说明的是，光纤(12)的这类不合格对相邻各光纤的定位 无任何影响。所以，与如本说明书开头所述的所谓”超静稳定”的组装 方法所发生的情况相反，如果通过分割多个光纤而得到几个光纤的 分部组件，则只需剔除那种含有未对准光纤的分部组件。因此，按照 本发明方法的的生产能力明显地大于现有技术中各方法的生产能 力，因为被剔除的分部组件中的各光纤可以被收回，并且被用作1到 N耦接器的输入端。

当然，本发明并不限于这里所描述和说明的具体实施例，他们仅 供做为举例。于是，当为了将前缘支架从那两个位置之一移到另一个 而将组件安装在一个夹具上，以使转动的时候，该挠性的前缘支架(14) 可由封闭在柔性材料管内的金属细丝构成。而且，可选择除矿物质材 料以外的材料来制做基片(5)和薄片(13)。例如，可在诸如其热膨胀系 数接近玻璃的热膨胀系数的合成块材上用化学方法削制各槽(6i)。 另，可给所用的粘性物充以0.3微米的硅微粒，以提高它的粘性并降 低该粘性物的热膨胀系数，最好使其接近玻璃的热膨胀系数。此外， 本发明不限于将单模光纤组装成片形，当然还可用于组装多模光 纤。类似地，这些方法中，除了用光刻法外，还可用诸如离子束切割和 蚀刻，来形成基片(5)上的各槽。