專利名稱：用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光通信器件領域，具體涉及一種用于光開關氣密性封裝的多芯光 纖插芯體，以適應大室封裝方案。
背景技術：
光纖通信在實現(xiàn)了高速、大容量點對點的傳輸后，上世紀末已進入了光纖網(wǎng)絡時 代。密集波分復用(DWDM)能充分利用光纖的巨大帶寬，可以預見，建立一個光因特網(wǎng)的目 標并不遙遠。由于復用的波長信道數(shù)急劇增加，光纖的傳輸容量以指數(shù)形式增長。相應地， 光傳送網(wǎng)的路由和交換則成了整個網(wǎng)絡的瓶頸。傳輸容量通過DWDM技術相對較容易擴展，而交換/路由則仍多采用光_電-光 (OEO)方式，兩者之間的矛盾越來越突出。解決這個問題的途徑是建立一個具有強大功 能的光層，具有全光交換功能如光交叉連接(OXC)和光分插復用(Optical Add/Drop Multiplexing, 0ADM)等，能進行透明傳輸并具有靈活的可擴展能力。因此，全光交換設備 是光傳送網(wǎng)絡的核心設備。MEMS技術在光纖通信網(wǎng)絡中的一個重要應用就是利用微動微鏡制作光開關矩陣， 用來實現(xiàn)光路的導通和斷開功能，其結構緊湊、重量輕，易于擴展。比機械式光開關和波導 型光開關(例如PLCS平面光波導分路器)具有更好的性能，如低插損、小串音、高消光比、 重復性好、響應速度適中，和波長、偏振、速率及調(diào)制方式無關，壽命長、可靠性高，并可擴展 成大規(guī)模光交叉連接開關矩陣。MEMS光開關有2D(二維)數(shù)字和3D(三維)模擬兩種結構。2D結構的好處是控 制簡單，缺點是由于受光程和微鏡面積的限制，交換端口數(shù)不能做得非常大。本實用新型用在模擬型3D結構中，3D結構的優(yōu)點是交換端口數(shù)能做得非常大，可 實現(xiàn)上千端口數(shù)的交換能力。盡管3D MEMS光開關有很多優(yōu)點，是實現(xiàn)全光網(wǎng)的核心器件。全球有數(shù)十家公司從 事MEMS光開關的研發(fā)，前景非?？春谩５捎?D NxN光開關要求的精度非常高，且內(nèi)部有 MEMS器件和各種透鏡陣列，特別是用半導體工藝制造的MEMS，由于結構復合了電子控制和 機械運動系統(tǒng)，所以其對工作環(huán)境要求很高，細微的灰塵可能會使微鏡的轉動受阻而失效， MEMS微鏡的機械運動依賴靜電作用，而濕氣會使靜電失效，外部的腐蝕性氣體也會腐蝕微 鏡表面，使反射率降低，這一系列的問題使得光開關的封裝顯得特別的重要，傳統(tǒng)的封裝采 用黏膠接合，會隨著時間推移和復雜的工作環(huán)境變化而老化，從而使光開關內(nèi)部零件(例 如MEMS)直接暴露在外部環(huán)境中而逐漸失效。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的是提供一種有效提高密封效果、降低封 裝成本、提高密封可靠性的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案為[0010]一種用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其包括多個光纖插芯；光纖插芯 為管狀，多個光纖插芯徑向緊密排列，光纖插芯的軸線之間相互平行；相鄰的光纖插芯之間 用玻璃封接以實現(xiàn)固定連接和密封。本實用新型光纖插芯的材料可為金屬、陶瓷或適應熔 點在300°C以上的玻璃封裝的其他材料等，由于光纖插芯的熔點高，密封用玻璃的熔點較 低，因此在用玻璃進行連接和密封的時候，不會破壞光纖插芯的結構，能實現(xiàn)良好的固定和 密封。傳統(tǒng)的封裝采用黏膠接合，會隨著時間推移和復雜的工作環(huán)境變化而老化，從而發(fā)生 漏氣或者移動，使光開關內(nèi)部其它部件直接暴露在空氣中或使光纖位置發(fā)生相對移動，引 發(fā)密封或光路故障。而本實用新型采用玻璃進行連接和密封，相比于黏膠，其可靠性大大提 高，從而使光開關的可靠性及使用壽命大大提高。光纖插芯的材料優(yōu)選陶瓷，陶瓷插芯已廣 泛應用于光纖通信系統(tǒng)中，其耐腐蝕、耐氧化、致密性好，且成本低，而性能尤為可靠。進一步的，光纖插芯體的徑向外圍設有框架，框架與相鄰的光纖插芯之間用玻璃 封接以實現(xiàn)固定和密封。用本實用新型的光纖插芯體裝配在光開關上時，為了便于與光開 關的密封外殼相連，可以在光纖插芯體的徑向外圍設便于與密封外殼相連的框架。所述框 架優(yōu)選金屬框架，為了便于與光開關的密封外殼相連，所述金屬框架表面還形成有一電鍍 鎳層。所述電鍍鎳層厚度優(yōu)選2-4 μ m。進一步的，光纖插芯的外徑可以為任意大小，特別是小于或等于0. 6mm。目前通用 的光纖插芯的內(nèi)徑為0. 125mm、0. 08mm ；外徑為2. 5mm。為了使光開關的微型化、集成化進一 步提高，可以使用外徑較小的光纖插芯，如0. 6mm、0. 5mm等，這樣就使光開關的光纖陣列的 集成度大大提高，整個光開關的集成度也大大提高。多個光纖插芯徑向排列后的徑向截面可以為正方形陣列、矩形陣列、圓形陣列、橢 圓形陣列、正三角形陣列或正六邊形陣列等任意形狀的陣列。正方形陣列為nXn陣列，η 為大于或等于2的整數(shù)，如4X4陣列、12Χ 12陣列、32X32陣列等。矩形陣列為mXn陣 列，m興n，m為大于或等于1的整數(shù)，η為大于或等于2的整數(shù)，如3X4陣列、10X20陣列 等。正方形陣列、矩形陣列都是行列式的陣列，即行與列之間是正交的。圓形陣列通常也是 指行列式的陣列，整體的外形接近于圓形。橢圓形陣列通常也是指行列式的陣列，整體的外 形接近于橢圓形。正三角形陣列與上述的行列式的陣列不同，如每邊包括3個光纖插芯的 正三角形陣列，其總共包括6個光纖插芯，可以看成是3層結構，第一層包括3個緊密排列 的光纖插芯，第二層包括2個光纖插芯，其堆積在第一層自然形成的兩個凹位上，第三層包 括1個光纖插芯，堆積在第二層自然形成的那個凹位上，在制作的時候，用自然堆積的方式 即可獲得很高的精度，且這種堆積方式的集成度最高，在同等的面積上可以集成最多的光 纖插芯。正六邊形陣列與正三角形陣列類似，相鄰的上下兩層正好錯位，從而獲得最高的集 成度。當然，根據(jù)需要，可以制作任意形狀的陣列。圓形陣列、橢圓形陣列的堆積方式也可 采用如上述正三角形陣列的堆積方式，整體的外形接近于圓形或橢圓形。進一步的，為了便于裝配光纖，光纖插芯的一端設有光纖導入孔；光纖導入孔與光 纖插芯的軸向內(nèi)孔相連；光纖導入孔由外至內(nèi)孔徑逐漸變小，直至等于光纖插芯的軸向內(nèi) 孔的孔徑。進一步的，為了便于玻璃封接，使熔化的液態(tài)玻璃更好地與光纖插芯進行固定連 接和密封，光纖插芯的一段的外表面開有環(huán)形槽或螺紋槽，在環(huán)形槽或螺紋槽上熔有玻璃 以實現(xiàn)固定連接和密封。作為一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，光纖插芯的一端的外表面設有環(huán)形臺階，環(huán)形臺階的外徑小于光纖插芯的外徑；在該環(huán)形臺階上熔有玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。 作為另外一種優(yōu)選實現(xiàn)方式，光纖插芯的一端的外表面呈錐面，錐面的外徑小于光纖插芯 的外徑；在該錐面上熔有玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點和有益效果1)傳統(tǒng)的有機黏膠作為密封材料不能達到永久密封主要是有機材料的性能決定 的，有機膠和金屬，光纖插芯之間只是通過物理粘合形成暫時的密封，在溫度，水汽，光照等 外部環(huán)境作用下，有機膠隨時間推移會逐步老化，導致界面硬化，從而導致密封失效或使光 纖位置發(fā)生相對移動。本實用新型采用較低熔點的玻璃材料完成光纖插芯陣列及其與金屬 框架之間的固定連接和密封，由于玻璃在一定溫度下和光纖插芯及金屬框架發(fā)生了界面的 反應，從而形成了牢固的物理和化學結合層，且玻璃是惰性的，故可以達成永久的固定和密 封。2)本實用新型的光纖插芯體可以實現(xiàn)上千端口的組合，且體積非常小，精度高，如 采用外徑0. 5mm的光纖插芯，制作32X32的光纖插芯陣列，其面積是1. 6X 1. 6cm2，加上一 個金屬外框，其尺寸也可以控制在4cm2以內(nèi)，這么小的面積內(nèi)可高精度地裝配1024條光 纖。密封后每一光纖插芯中心距離之間的精度達到士0.005mm以內(nèi)。3)外框采用金屬材料便于和光開關的金屬密封外殼通過焊接的方式實現(xiàn)牢固且 密封的結合，從而形成具有密封腔體的光開關，從根本上保證了光開關長期可靠性工作的 需要。4)利用玻璃密封光纖插芯陣列，取代傳統(tǒng)的黏膠接合方式，使光纖定位更加精準 和牢固，避免了在高溫高濕試驗中因黏膠老化使光纖位置發(fā)生相對移動而導致光路故障， 從而可以確保光開關在惡劣環(huán)境下工作的可靠性。5)采用本實用新型作為光開關可靠性封裝的陣列式光輸入輸出端口，可以輕松實 現(xiàn)大室密封方案，從而實現(xiàn)光開關內(nèi)置各種功能模塊和部件的自由調(diào)整，以獲得最佳的光 耦合效果，從而實現(xiàn)光開關低損耗，低串擾，高可靠性。采用大室密封方案，內(nèi)部光路中的 MEMS、透鏡等零件可以不用密封(MEMS密封難度大，其密封成本占整個器件的40%以上)而 可以自由的調(diào)整，直至光路耦合好以后，才將本實用新型的光纖陣列體固定，最后封蓋，完 成大室密封。不會出現(xiàn)零件報廢的情況，且內(nèi)部光路自由調(diào)整，容易對準，使總體的封裝成 本得到控制。而現(xiàn)有技術封裝總成本高主要是由于采用小室密封時，MEMS和透鏡難以實現(xiàn) 密封，光路對準非常困難，且一旦密封后檢測到位置有偏差，將使昂貴的MEMS部件報廢。

圖1為用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體的剖面結構示意圖；圖2為包括外框的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體的剖面結構示意圖；圖3為一種光纖插芯結構示意圖；圖4為一種光纖插芯結構示意圖；圖5為一種光纖插芯結構示意圖；圖6為一種光纖插芯結構示意圖；圖7為一種光纖插芯結構示意圖；圖8為一種光纖插芯結構示意圖；[0030]圖9為一種光纖插芯結構示意圖；圖10為一種光纖插芯結構示意圖；圖11為一種正方形陣列示意圖；圖12為一種正六邊形陣列示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。如圖1所示，一種用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，包括13X13個光纖 插芯1 ；光纖插芯為管狀，光纖插芯徑向緊密排列成正方形陣列，光纖插芯的軸線之間相互 平行；相鄰的光纖插芯之間用玻璃2封接以實現(xiàn)固定連接和密封。光纖插芯體的徑向外圍 還可設有金屬框架3，金屬框架3與相鄰的光纖插芯1之間用玻璃2封接以實現(xiàn)固定連接和 密封，如圖2所示。金屬框架3的外部形狀可以是矩形、圓形、橢圓形或菱形等幾乎所有的 幾何形狀。金屬框架的材質(zhì)可以選用不銹鋼，如SS446合金。如圖3所示，光纖插芯1包括插芯本體4及軸向內(nèi)孔5，其一端設有光纖導入孔6 ； 光纖導入孔6與光纖插芯的軸向內(nèi)孔5相連；光纖導入孔6由外至內(nèi)孔徑逐漸變小，直至 等于光纖插芯的軸向內(nèi)孔5的孔徑。光纖插芯1的長度L優(yōu)選5-10mm，光纖插芯1的外徑 Φ D為0. 6mm或以下，如0. 5mm也可以。光纖插芯的軸向內(nèi)孔的直徑Φ d通常為0. 125mm或 0.08mm，其尺寸需要與光纖的直徑相匹配。光纖插芯1的長度、外徑、內(nèi)徑等可以根據(jù)不同 的要求作調(diào)整。如圖4所示，光纖插芯1的設有光纖導入孔6的那一端的外表面呈錐面7，錐面7 的外徑小于光纖插芯1的外徑；在該錐面7可方便地熔上玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。如圖5所示，光纖插芯1的一端設有光纖導入孔6，另一端的外表面呈錐面8，錐面 8的外徑小于光纖插芯1的外徑；在該錐面8可方便地熔上玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。如圖6所示，光纖插芯1的設有光纖導入孔6的那一端的外表面設有環(huán)形臺階9， 環(huán)形臺階9的外徑小于光纖插芯1的外徑；在該環(huán)形臺階9上可方便地熔上玻璃以實現(xiàn)固 定連接和密封。如圖7所示，光纖插芯1的一端設有光纖導入孔6，另一端的外表面設有環(huán)形臺階 10，環(huán)形臺階10的外徑小于光纖插芯1的外徑；在該環(huán)形臺階10上可方便地熔上玻璃以實 現(xiàn)固定連接和密封。如圖8所示，光纖插芯1的外表面開有環(huán)形槽11，在環(huán)形槽11上可方便地熔上玻 璃以實現(xiàn)固定連接和密封。如圖9所示，光纖插芯1的一段的外表面開有螺紋槽12，在螺紋槽12上可方便地 熔上玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。如圖10所示，光纖插芯1的一段的外表面開有鋸齒狀槽13，在鋸齒狀槽13上可方 便地熔上玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。圖11為4X4正方形陣列的示意圖，緊密排列，行列對齊。圖12為邊長為3的正六邊形陣列，共包括19個光纖插芯。其相鄰的上下兩層正 好錯位，從而獲得最高的集成度。在本實用新型的13X13的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體的每一光纖插芯固定密封一條光纖，即得13X13光纖陣列成品，所述光纖插芯的材質(zhì)為陶瓷，其外徑 為0. 5mm，軸向內(nèi)孔的孔徑為0. 125mm，長度為5mm。運用本實用新型制作的13X 13光纖陣列成品的測試和性能如下表所示
權利要求一種用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于包括多個光纖插芯；光纖插芯為管狀，多個光纖插芯徑向緊密排列，光纖插芯的軸線之間相互平行；相鄰的光纖插芯之間用玻璃封接以實現(xiàn)固定連接和密封。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于光 纖插芯的材料為金屬、陶瓷或適應熔點在300°C以上的玻璃封裝的其他材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于光 纖插芯體的徑向外圍設有框架，框架與相鄰的光纖插芯之間用玻璃封接以實現(xiàn)固定和密 封。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于所 述框架為金屬框架。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于所 述金屬框架表面還形成有一電鍍鎳層。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于，所 述電鍍鎳層厚度為2-4um。
7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特 征在于光纖插芯的外徑小于或等于0. 6mm。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于多 個光纖插芯徑向排列后的徑向截面為正方形陣列、矩形陣列、圓形陣列、橢圓形陣列、正三 角形陣列或正六邊形陣列。
9.根據(jù)權利要求8所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于光 纖插芯的一端設有光纖導入孔；光纖導入孔與光纖插芯的軸向內(nèi)孔相連；光纖導入孔由外 至內(nèi)孔徑逐漸變小，直至等于光纖插芯的軸向內(nèi)孔的孔徑。
10.根據(jù)權利要求9所述的用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，其特征在于光 纖插芯的一段的外表面開有環(huán)形槽或螺紋槽，在環(huán)形槽或螺紋槽上熔有玻璃以實現(xiàn)固定連 接和密封；或者光纖插芯的一端的外表面設有環(huán)形臺階，環(huán)形臺階的外徑小于光纖插芯的 外徑，在該環(huán)形臺階上熔有玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封；或者光纖插芯的一端的外表面呈 錐面，錐面的外徑小于光纖插芯的外徑，在該錐面上熔有玻璃以實現(xiàn)固定連接和密封。
專利摘要本實用新型涉及一種用于光開關氣密性封裝的多芯光纖插芯體，包括多個光纖插芯；光纖插芯為管狀，多個光纖插芯徑向緊密排列，光纖插芯的軸線之間相互平行；相鄰的光纖插芯之間用玻璃封接以實現(xiàn)固定連接和密封。本實用新型能有效提高密封效果、降低封裝成本；本實用新型為MEMS光開關的封裝提供一種全新的大室密封解決方案，實現(xiàn)內(nèi)部光路耦合可調(diào)，外部光輸入輸出端口可在最后的封裝中實現(xiàn)光開關的全密封，從而提高光開光長時間運行可靠性。
文檔編號G02B6/38GK201681180SQ201020203849
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者溫演聲, 謝燦生 申請人:潮州三環(huán)(集團)股份有限公司