专利名称：光耦合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光耦合装置，用于耦合两个光波导体端面间的光，其中，一个光波导体端面，如光导纤维，相对于另一光波导体端面，如光学构件的带状导体的几何位置，可以借助于长度可变元件改变，该元件通过一个支撑装置支撑两个光波导体之一，并通过至少一个支撑块与包含另一个光波导体的结构相连或固定于其上。
例如由WO 98/13718已知一种光耦合装置。这种光耦合装置被用于根据相控阵原理的光学滤波器中，该光学滤波器有一个光照在其上特定的几何位置上的耦合端面，其中，所述几何位置影响滤波器的输出波长。根据相控阵原理的光学滤波器特别是在光学波分复用器(WDM)中用作多路调制器或多路解调器，因为它们具有较小的插入衰减，以及较高的串音抑制。
在德国专利申请DE 44 22 651.9中描述到，一个相控阵滤波器的中心波长可以通过耦合-光波-导体的位置确定，该耦合-光波-导体将光导入光波导体。以这种方式，通过对耦合-光波导体或耦合光纤几何定位，可以准确调整滤波器的中心波长。
光耦合装置在窄带波分复用器(DWDM)的情况下，也可用于光波导体传播技术。这种构件使其成为可能，即在发送方将不同于激光波长的信号无损失地一起传给唯一的玻璃纤维，以及在接收方将波长有选择地分配给相应数量的接收者。
窄带波分复用器与常规波分复用器相比，其优点尤其在于其窄带性。由此可以获得很小的通道间距，以致在玻璃纤维的最小衰减值内，即在1550nm左右的波长范围内，可以有多个传输通道，例如三十二个传输通道。一个DWDM由一个基片构成，在其上可以构建具有所需几何形状的光波导体结构。在接收方，基片的输入是具有多路调制器信号的纤维，也称为馈入纤维。在导出端有相应数目的纤维，它们将信号传给接收方。
在用DWDM的光波导体传输技术中的问题是，所述基片的特性随着运行温度的变化会发生很大的变化。温度的变化会导致折射率的变化以及基片几何特性的变化。由此会产生波长偏移，即在DWDM与激光器之间的通道分支的偏移，或更确切地说，发送方与接收方之间的通道分支的偏移。由于这个原因，必须避免中心波长的偏移。
为了避免所述温度效应，已有一种被动温度补偿方法。中心波长的温度依赖性可以通过将馈入纤维依据温度相对于DWDM基片作纵向移动得以补偿。这种移动通过一个长度可变的构件实现，它相对于基片的基材具有更高的热膨胀系数，例如铝制的长度可变元件。在如上所述的长度可变部件上固定光导纤维，以使该光导纤维的端面与光导基片的端面相互平行地移动，由此使温度对中心波长的影响得到补偿。
对于这种耦合装置的实际的实现，一方面是支撑块和基片之间的连接点，另一方面是支撑块和长度可变元件之间的连接点，均通过粘合技术实现。其中支撑块和基片之间的连接点在馈入纤维在光学上相对靠近基片定位后被固化。
这种技术的问题是，粘合处随温度变化而变化。由于不同的粘合缝隙宽度，粘合剂的不均匀性和气泡(Ausgasung)，使缝隙上出现机械应力。这在对具有不同温度膨胀系数的材料，如铝和玻璃或玻璃陶瓷进行粘和连接时，尤其严重。由热引起的应力所造成的结果是，温度的变化不仅引起光导元件端面间所期望的运动，还附加地引起垂直方向的运动，即垂直向着基片平面或垂直离开基片平面的运动。这种运动是所不期望的，因为它们导致在耦合位置衰减的增加。这种不期望的运动通过长度可变元件活动端的定位至少可以部分得以避免，然而这种固定的实施必须使所期望的随温度变化的运动能够实现。
已有一种建议，在另一支撑块上提供可移动导轨。但这种固定方式对构件要求很小的加工公差，需要高精度精密机械。尽管如此还会由于导轨中的摩擦和缝隙带来问题。
与此相对，本发明要解决的技术问题是，提供一种光耦合装置，在阻止光导纤维的端面沿着与该平面垂直方向作运动时，允许其端面彼此平行地作所期望的运动。尤其是要提供一种光耦合装置，它与已有的制造及粘合方法相兼容，并能在粘合前对耦合位置进行调整。
为解决这些技术问题，上述光耦合装置的特征是，所述长度可变元件与一个长度可变平衡元件相连，该长度可变平衡元件的长度对温度的变化量与长度可变元件的相同，但方向相反，并且该长度可变平衡元件固定在第二支撑块上。
在本发明的实施方式中，所述长度可变元件，可以例如由铝制成，用一个由具有负膨胀系数的材料制成的平衡元件将其加长，以使其总热膨胀与基材的，如石英玻璃的一致。由此可以实现，尽管馈入纤维以所期望的形式移动，即馈入纤维的端面与基片的耦合端面平行运动，但在两个支撑块的固定点与基材，即与基片之间却没有相对运动，因为长度可变元件和长度可变平衡元件的总长不变。由此使得上述应力和移动都达到最小。
本发明的装置的另一种优选实施方式的特征是，所述长度可变平衡元件的长度基于对其膨胀系数的考虑是这样选择的，即所述长度可变平衡元件在长度变化上与所述长度可变元件的变化量相同，但方向相反。换言之，这只取决于平衡元件的长度和其膨胀系数的影响的组合，因此不要求膨胀系数精确协调一致。
为了解决上述技术问题，所述光耦合装置还具有如下特征所述支撑块具有一个U形部件，其材料的热膨胀系数与所述基片的相同；设置了一个T形部件，其材料的温度膨胀系数与所述基片的相同；所述长度可变元件具有正温度膨胀系数，其与T形部件的脚和U形部件的底相连；以及两个用与该长度可变元件相同的材料制成的、且与其长度相同的、具有正温度膨胀系数的长度可变元件固定在U形部件的腿上，它们的一侧固定在U形部件的腿上，另一侧固定在T形部件横梁的下侧。所述耦合装置借助于U形部件固定并粘合在基片上。通过由长度可变元件和U形部件及T形部件形成的三个柱体的相同的热膨胀可以实现，将各个部件固定粘合，而不必要求连接位置的温度膨胀性。由此可以以有利的方式实现，使馈入纤维按所期望的那样随温度变化运动。通过附加的部件，可使长度可变元件的上端如所期望的定位，从而使U形部件和长度可变元件之间的粘合部位随温度和时间的变化所带来的影响被降至最小。只有U形部件与基片相连或粘合，所有其他部件都可以自由活动，并因此可以在温度波动和具有正温度膨胀系数的长度可变元件相应膨胀时移动。
本发明的装置的另一优选实施方式的特征是，所述长度可变元件由铝构成，由于其材料特性优选用于解决本发明的技术问题。
最后，本发明的装置的另一优选实施方式的特征是，长度可变平衡元件的材料是具有负温度膨胀系数的玻璃陶瓷，优选基片的材料。由此可以使基片和支撑块间温度变化的影响达到最小。
下面将借助附图对本发明的实施方式加以描述，其中
图1为本发明第一种实施方式的耦合装置的侧视图；图2为沿图3所示箭头B方向看去的、本发明的第二种实施方式的耦合装置的视图；以及图3为本发明的第二种实施方式的耦合装置的侧视图。
在图1中示出了一个光导基片2，在其上通过两个支撑块4，6(例如为玻璃或玻璃陶瓷制成的)固定着铝制的长度可变元件8，由具有负热膨胀系数的材料制成的长度可变平衡元件10，以及套管12，光导纤维14通过套管12设置在光导基片2的馈入位置。套管12沿双箭头P的方向运动。
换言之，在本实施方式中，长度可变元件8通过长度可变平衡元件10被加长，使其总的热膨胀与光导基片基材，即石英玻璃的热膨胀相同。由此实现，在温度变化时，馈入纤维以所期望的方式移动，以对中心波长进行补偿，但在两个支撑块4，6的固定点与光导基片之间却没有相对运动。
可能的具有负温度膨胀系数的玻璃陶瓷材料有ROBAXCERODUR产品。由于这些材料的膨胀系数的数值与铝制的长度可变元件8的温度膨胀系数相比不同，因此平衡元件10的长度这样选择，使它们的总热膨胀与基材石英玻璃的相同。
在光导基片2上与馈入侧相对的一侧，是导出纤维16。
图2和图3所示为按照本发明的第二种实施方式的耦合装置的视图和侧视图，其中图2是图3中按箭头B方向看去的图。在本实施方式中，U形部件22作为该耦合装置的支撑块安装在光导基片20上。在该U形部件的底部24固定着长度可变元件26，长度可变元件26支撑套管28，光导纤维30被固定在该套管中。长度可变元件26的另一端固定在T形部件32的脚30上。另两个长度可变元件34，36固定在T形部件32的横梁40的下侧38上，而在另一侧固定在U形部件22的两腿40，42的端部。在本实施方式中，长度可变部件26，34，36由铝制成，具有正的热膨胀系数，而T形部件32和U形部件22由玻璃陶瓷制成，有利地与光导基片20的材料相同，并具有与之相同的热膨胀系数。
通过这种构造产生了三根“柱子”，其中每一根均一半由铝一半由玻璃材料构成。由此，所有三根“柱子”的总温度膨胀是相同的。因此可以将各部件固定粘合，而不必要求连接部位的温度膨胀特性。通过附加的部件可以将长度可变元件26的上端按所期望的定位，从而使U形部件22和长度可变元件26之间的粘合位置的随温度和时间变化不再起作用。只有U形部件22与光导基片20相连或粘合在其上。所述耦合装置的所有其他部件均可以自由活动，并因此可以在温度波动和具有正温度膨胀系数的长度可变元件相应膨胀时移动。在光导基片20的导出侧是导出纤维46。
权利要求
1.一种光耦合装置，用于对两个光波导体端面之间的光进行耦合，其中，一个光波导体的端面、例如光导纤维，相对于另一光波导体的端面、例如光导基片的几何位置，可借助于一个长度可变元件改变，该长度可变元件通过一个支撑装置支撑所述两个光波导体之一，并通过至少一个支撑块固定在另一光波导体上，其特征在于，所述长度可变元件(8)与一个长度可变平衡元件(10)相连，该长度可变平衡元件(10)的长度随温度的变化与该长度可变元件(8)在量上相同，但方向相反，并且该长度可变平衡元件(10)固定在第二支撑块(6)上。
2.如权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于，所述长度可变平衡元件(10)的长度根据对其膨胀系数的考虑是这样选择的，即所述长度可变平衡元件(10)的长度随温度的变化与所述长度可变元件(8)的变化在量上相同，但方向相反。
3.一种光耦合装置，用于对两个光波导体端面之间的光进行耦合，其中，一个光波导体的端面，例如光导纤维，相对于另一光波导体的端面，例如光导基片的几何位置，可借助于一个长度可变元件改变，该长度可变元件通过一个支撑装置支撑所述两个光波导体之一，并通过至少一个支撑块固定在另一光波导体上，其特征在于，所述支撑块具有一个U形部件(22)，其材料具有与所述基片相同的热膨胀系数；设置了一个T形部件(32)，其材料具有与所述基片相同的热膨胀系数；所述长度可变元件(26)具有正温度膨胀系数，与该T形部件(32)的脚(30)以及该U形部件(22)的底相连；以及两个具有正温度膨胀系数的长度可变元件(34，36)，固定在该U形部件(22)的腿(40，42)上，其构成材料与所述长度可变元件(26)相同，并与其长度相同，并且它们的一侧固定在该U形部件(22)的腿(40，42)上，另一侧固定在该T形部件(32)的横梁(40)的下侧(38)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光耦合装置，其特征在于，所述长度可变元件由铝制成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的光耦合装置，其特征在于，所述长度可变平衡元件的材料是具有相同的温度膨胀系数的玻璃陶瓷，优选所述基片的材料。
全文摘要
一种光耦合装置,用于对两个光波导体端面之间的光进行耦合,其中,一个光波导体(14)端面相对于另一光波导体(2)端面的几何位置,可借助于一个长度可变元件(8)改变。该长度可变元件支撑所述两个光波导体之一,通过支撑块(4)固定在另一光波导体上。所述长度可变元件(8)与一个长度可变平衡元件(10)相连,该长度可变平衡元件(10)的长度随温度的变化与长度可变元件(8)的变化在量上相同,但方向相反。该长度可变平衡元件(10)固定在第二支撑块(6)上。
文档编号G02B6/12GK1375073SQ00813153
公开日2002年10月16日 申请日期2000年7月21日 优先权日1999年7月21日
发明者格温·鲁根伯格, 弗兰克·齐默 申请人:Scc特殊通讯电缆两合公司