TW523617B - Device allowing the end of an optical fiber to be positioned and held in place inside a substrate - Google Patents

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523617 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明說明 技術領域 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明相關於微電子領域，且更明確地說相關於用來 對準光纖的系統。本發明尤其相關於使光纖的末端可置放 及固定在基底的裝置。本發明可應用於許多連接於光纖的 組件’例如開關及衰減器，或是更一般的任何微電子組件 〇 習知技術 如已知的’連接於光纖的光電子組件對於對準應力特 別敏感。這是因爲對準誤差在光學系統中爲非常重要的損 失因數’特別是在開關的情況中，其中不同的光纖必須被 精確地置放在彼此的光徑中。 因此’已認in到光纖的置放在基底的內部必須在最大 可能的精確'度下執行，特別是因爲傳統使用的光纖具有小 的直徑，其爲大約1 2 5微米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 已曾有數種解決方案被提出來確保光纖的精確置放， 但是這些解決方案均具有缺點。 因此，美國專利第5 ，2 7 6 ，7 6 2號敘述一種將 光纖置放在V形凹槽中的解決方案。一般稱爲V槽的這些 凹槽在沿著光纖的二母線接觸光纖之下收容光纖。此文獻 中所述的解決方案在於以由磁性材料製成的護套覆蓋光纖 的末端。磁場靠近光纖的末端施加，以產生將光纖的末端 壓抵於基底的力。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） -4 - 523617 A7 B7 五、發明説明（2) 此配置可使光纖被固定在凹槽中的定位，但是其的確 具有缺點。這是因爲光纖的末端由一額外的護套覆蓋，而 護套的厚度必須被校準且必翻$，歸產生光纖對準誤 差。 另外，此額外護套的存在增加對準裝置的尺寸及大小 。此尺寸也由於施加固定磁場所需的電磁電路的存在而增 加° 另外’爲確保光纖被永久地固定於定位，必須永久地 施加磁場。此消耗大量的電力。最後，用來形成額外護套 的磁性材料及固定磁場的存在可能在光學系統中造成擾動 ^^衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 美國專利第6 ，1 〇 1 ，3 0 6號 案，其將光纖的末端置放在一凹槽中， ，且最後裝配形歲蓋子的一上方結構。 毛細管作甩'減少黏著劑內部空氣氣泡的 纖的黏著。雖然此解決方案可使光纖被 ，但是其確實具有許多缺點。 這是因爲光纖在其對準結構中的置 此對準已經形成，就不可能在不損壞裝 改變光纖。另外，光纖沿著凹槽的對準 ，因爲光纖與凹槽之間的黏著劑的分佈 無論如何是未被控制的。因此，存在於 之間的間隙可能沿著黏結區域變化。此 ，或甚至是光纖的彎曲而造成能量損失。 提出另一種解決方 然後以黏著劑覆蓋 凹槽與蓋子之間的 形成，因而增進光 穩固地固定於定位 放是確定的 〇 - 曰 置下修正或甚至是 並未確實地被確保 可能是隨機的，或 光纖與凹槽的邊緣 可能造成對準誤差 l·丁 、! 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X29<7公釐） -5- 523617 Α7 Β7 五、發明説明（3) 另一也已知的解決方案爲使用u形凹槽，或更一般的 具有垂直於基底的主平面的二側壁的凹槽。此種凹槽的橫 向表面上設置有形成彈簧的數個小撓性葉片。這些葉片被 定向於光纖穿入基底的方向，當光纖被置放在凹槽中時， 小橫向葉片變形，並且由於其彈性而在光纖上施加一固定 力。然後’光纖被黏著劑黏結，以確保其確定地被固定於 /丄 疋位。 此解決方案具有若干缺點。首先，光纖被確定地固定 於定位，因爲其被黏結於凹槽的內部。第二，甚至是在黏 結之前，也非常難以修正光纖在凹槽內部的位置，因爲拉 動光纖會在光纖與傾向於對抗光纖的任何後退的傾斜葉片 接觸的區域中產生大的應力。 另外，光纖的定心以及其對準是由放置在光纖的任一 側的不同葉片的彳1目對勁度界定，使得這些葉片勁度的差異 必然會產生省準誤差。 另外，此種幾何形狀是針對一特別的光纖直徑而被決 定，因而不能適用於不同直徑的光纖。 Ε Ρ 0 4 2 9 8 7 7敘述一種使光纖可置放及固定於 基底的裝置。此裝置包含一基底部份，其形成提供彈簧作 用的一可變形葉片。此解決方案的大缺點在於某一壓力在 光纖正被裝配於基底內時作用在光纖上。不均勻地施加在 光纖的一部份上的此應力可能損害裝配操作的品質。 另外，此裝置並不容許光纖被隨意地重新置放，因爲 光纖是由於有一覆蓋部份而被鎖定於定位，以防止形成彈 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 冬 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 523617 A7 B7 五、發明説明（4) 簧的撓性部份變形。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) EP 〇 5 1 5 7 8 4中也敘述一種用來將光纖鎖定在 基底內部的裝置。此裝置是藉著將光纖鎖定於形成可移動 楔件的部件而操作。更明確地說，光纖被置放在二部件之 間.，其一末端形成一斜角，並且可在形成一互補斜角的一 部件內部滑動。此種裝置具有數個缺點，特別是光纖被確 定地定位，因爲當二斜角部份裝配在一起時，不可能移動 二者以及因此以不同方式來重新置放光纖。 另外，橫向置放光纖的精確度並非最佳，因爲其取決 於不同斜角部件的勁度及可變形度的差異。換句話說，位 在光纖任一側的斜角形狀的些微差異可能造成光纖的橫向 偏移，並且因而造成對準誤差。 因此，本發明所要解決的一問題爲確保光纖的末端被 穩固地固定於定位，而同時保持在最初裝配之後的調整置 放位置的可能性。 本發明所要解決的另一問題爲確保光纖相對於基底的 一固定參考區域被完美地對準。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明槪說 因此，本發明相關於一種使光纖之末端可置放及固定 在基底內部之定位的裝置。 此裝置的特徵在於： 基底具有可收容光纖的末端的一凹槽，該凹槽具有垂 直於基底的主平面的至少一平面壁； 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 523617 A7

凹槽包含〜可移動部份，其位在相反於平面壁的表面 上’且可在以下二位置之間朝向該平面壁移動； 一退回位置，其中光纖的末端可自由地穿入凹槽 內；及 一鎖定位置，其中可移動部份與光纖接觸，以將 光纖壓抵於該平面壁；且 該裝置包含容許一力施加在可移動部份上以使其相對 於平面壁移動的機構。 換句話說，形成於基底的凹槽具有構成用來置放光纖 的參考壁的壁。光纖的最佳對準位置藉著此參考壁相對於 基底的構造而非常精確地被定位。根據本發明，凹槽的可 移動部份可移動，以容許光纖穿入凹槽內，或在將光纖壓

抵於參考壁之下防止光纖從凹槽退出，因而確保最佳的對 準。 I 此可移'動部份的移動可如所想要的被控制，使得可移 動部份可退回以裝配光纖，或是在想要使光纖被固定於定 位時，可移動部份可移動靠近形成參考壁的壁。 因此5光纖不會承受任何不必要的機械應力。光纖可 在任何時刻被重新置放，因而容許以最佳方式來調整對準 〇 根據本發明的另一特徵，裝置也可包含回動機構，其 可對抗在特性力的作用下的可移動部份的任何移動。 換句話說，可移動部份可由於受控制的力的作用而於 一方向移動，並且在此力消失時而只有回動機構作動下於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、\一" 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 523617 A7 B7 五、發明説明（6) 相反方向移動。 根據不同的實施例，容許特性力施加在可移動部份上 的機構容許可移動部份從退回位置移動至鎖定位置，或從 鎖定位置移動至退回位置。 換句話說，特性力的施加可造成凹槽打開或加寬以及 光纖被釋放，或是相反的，在光纖已經處於凹槽中的定位 時，使光纖被夾緊。 在實務上，回動機構可有利地由製成於基底的二樑件 形成，樑件將可移動部份連接於基底的其餘部份，且此二 樑件被定向成爲大致平行於凹槽的主軸線。因此，樑件承 受彎曲應力或翹曲應力。在某些實施例中，回動機構可由 彈簧式結構構成。 施加在可移動部份上的特性力的本質可有非常巨幅的 變化。較佳地，貪爲具有靜電本質，但是其也可具有電熱 ，壓電，靜恤，或只是機械的本質。 如此，在本發明的靜電態樣中，施加特性力在可移動 部份上的機構可包含形成二交叉梳件的二葉片陣列，二梳 件中的一梳件與可移動部份成整體，並且另一梳件與基底 的其餘部份成整體。 施加在二梳件之間的電壓使二者移動成較爲靠近在一 起，因此使可移動部份相對於基底的其餘部份移動。 根據已經提及的實施例，電壓的施加可造成可移動部 份從退回位置通過至鎖定位置，而此電壓的移除容許回動 機構使可移動部份回至退回位置。此第一實施例可例如被 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T f- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9- 523617 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 用來確保光纖就在其被插入之後被暫時鎖定於定位。如此 ，可藉著合適的黏著劑黏結而確定地置放光纖，然後移除 施加在梳件之間的電壓，使得可移動部份移動離開光纖而 回至退回位置。 在第二實施例中，電壓的施加可造成可移動部份從鎖 定位置通過至退回位置，而此電壓的移除容許回動機構使 可移動部份回至鎖定位置。 換句話說，可移動部份由於回動機構的作用而藉著不 作動而位於鎖定位置。當裝配光纖時，施加電壓使可移動 部份移動離開凹槽的中心，並且因而容許光纖被裝配。當 光纖已經被合適堆置放時，取消二梳件之間的電壓取消靜 電力。然後，回動機構使可移動部份回至鎖定位置，使得 光纖在凹槽中被壓抵於參考壁。 此解決方案：fc有只有在裝配光纖的操作期間才消耗電 力的有利點'，而在已經達成對準時，消耗爲零，因爲光纖 是被由回動機構所施加的力固定於定位。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 圖式簡要敘述 從以下由圖式支持的實施例的敘述可使實現本發明的 方式及其有利點淸楚地顯明。 圖1爲包含根據本發明的凹槽及可移動部份的基底的 區域的頂視圖，其中顯示可移動部份位於鎖定位置。 圖2爲於圖1的平面I I 一 I I ’的剖面圖。 圖3爲類似於圖1的剖面圖，其中顯示可移動部份位 本紙張尺度適用中關家標率（CNS )八4胁（21GX297公釐) ~ 一 -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 523617 A7 B7 五、發明説明（8) 於退回位置。 圖4爲於圖3的平面I V - I V ’的剖面圖。 元件對照表 1八基底 2 :直線式凹槽 3 :光纖 4 :末端 5 :可移動部份 6 :縱向軸線 8 :側壁，平面壁 9 :主平面 1〇：平坦底部 1 2 ’·側壁 1 1 3 :收容部份 1 5 :縱向板 1 7 :樑件 1 8 :樑件 1 9 :部段 2〇：部段 2 1 :等位梳件 2 2 :葉片 2 3 ’·葉片 2 4 :互補梳件 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（21〇Χ29>7公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-11 ~ 523617 A7 B7 五、發明説明（9) 實現本發明的方式 如已經提及的，本發明相關於將光纖固定在基底的內 部的定位的裝置，其可形成尺寸廣泛地不同的微組件的一 部.份，例如開關，衰減器，或任何光電子微組件。 此種裝置的一非限制性例子顯示在圖1中。一般而言 ’基底1包含一直線式凹槽2 ，而光纖3的末端4可收容 在凹槽內部。根據本發明，凹槽設置有可移動部份5 ，其 可垂直於凹槽的縱向軸線6移動。 更明確地說，凹槽2的幾何形狀成爲使得其可使光纖 被精確地置放及完美地對準。因此，凹槽2具有垂直於基 底的主平面9的側壁8。此側壁8構成置放參考部份，而 光纖3必須相對於此置放參考部份被置放，以獲得最佳的 對準。凹槽2也真有平坦底部1 〇，而光纖3可置靠在此 底部上。凹·槽2也具有另一側壁1 2，其形狀並非關鍵， 但是可有利地爲平面狀。 側壁1 2在有可移動部份5的區域中斷。更明確地說 ，側壁1 2界定一收容部份1 3，而可移動部份5可被置 放在收容部份1 3的內部，並且容許一力施加在可移動部 份5上的機構位於收容部份1 3處。更明確地說，如圖1 所不，可移動部份5具有一縱向板1 5 ，其具有大致平行 六面體的幾何形狀。此板1 5的主表面平行於凹槽的側壁 8 ，1 2。此板1 5經由垂直於板1 5的主平面的二部段 19，20而連接於二樑件17，18。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公董） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印紫 -12- 523617 A7 B7 五、發明説明（10) 更明確地說，樑件1 7，1 8形成當可移動部份5位 於如圖1所示的鎖定位置時大致平行於凹槽的縱向軸線6 的小撓性葉片。 在將樑件1 7 ，1 8連接於板1 5的部段1 9 ，2〇 之間，可移動部份5具有多個均勻地間隔分開的葉片2 2 ’其垂直於板1 5且指向凹槽2的外部。這些葉片2 2〜 起形成一等位梳件2 1。 面對由葉片2 2形成的梳件2 1的收容部份1 3具有 —互補梳件2 4 ，其包含均勻地間隔分開的葉片2 3。梳 件2 4的不同葉片2 3位在可移動部份5的梳件2 1的案 片2 2之間。 於圖1所示的位置，可移動部份5位於其相應於最_ 近凹槽2的側壁8的情況的鎖定位置。 在此情況中；梳件2 1 ，2 4的葉片2 2 ，2 3使其 長度的一部1分彼此重疊。如此，在可移動部份5與梳件 2 4之間施加D C電壓會使一電場存在於葉片2 2與2 3 的重疊區域之間。因此，可移動部份5的葉片2 2被固定 梳件2 4的葉片2 3吸引。 因此，可移動部份5如圖3所示地移動，其中可見到 梳件2 1的葉片2 2穿插在梳件2 4的葉片2 3之間，因 而使重覺區域最大。 板1 5的移動使防止板移向凹槽的外部的樑件1 7 ’ 1 8變形。平衡位置是在存在於梳件2 1與2 4之間的靜 電力等於朝向凹槽2定向的樑件1 7 ’ 1 8的機械反作用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ---------4|^衣—· {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 523617 A7 B7 五、發明説明（彳彳） 力時達到。 應ϊ主意此平衡位置可能根據施加在梳件2 1與2 4之 間的D C電壓而改變。 在圖3所示的實施例中，板1 5退回收容部份1 3的 內部’使得朝向凹槽定向的板1 5的表面的位置超過凹槽 的側壁1 2的位置。 屆時’凹槽2具有其最大的寬度，因而容許光纖的末 端4在無阻礙之下插入。 在實務上，光纖是以以下的方式被裝配。 首先’ D C電壓施加在二梳件2 1與2 4之間，以使 可移動部份5退回至基底的收容部份1 3的內部。光纖3 插入基底內的凹槽2中.。當插入基底的光纖的長度足夠時 ’去除梳件2 1與2 4之間的D C電壓。樑件1 · 7及1 8 恢復其靜置位置，在其移動中移送板1 5。因此，此板 1 5與光纖· 3接觸，如圖1及2所示，由板1 5施加在光 纖3上的力將光纖3壓抵於凹槽2的側壁8。當光纖3與 側壁8接觸時，光纖3相對於此側壁8構成的置放參考部 份被非常精確地置放。 另外，由樑件1 7，1 8經由板1 5而施加在光纖3 上的壓力成爲使得可確保光纖3被固定在凹槽2中的定位 0 舉例而言，施加在光纖上的壓力對於在2 · 4毫米的 長度上與板1 5接觸的直徑爲1 2 5微米的光纖在對於大 約5微米的接觸高度而言可高至大約一百萬帕（1 Μ P a 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 523617 A7 __ B7 五、發明説明（12) )0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 當然，此壓力可藉著樑件1 7，·· 1 8的機械性質及藉 著於凹槽的縱向測量的板1 5的長度而被改變。 應注意可在任何時刻藉著在梳件2 1與2 4之間施加 電壓來取消壓力。因此，可在沒有任何損壞的危險下調整 光纖的插入長度。 在所示的實施例中，可移動部份的靜置位置（亦即對 於梳件2 1與2 4之間的零電壓而言）相應於光纖被固定 在凹槽2的內部的定位的鎖定位置。 電壓只有在想要使可移動部份5退回時才施加，亦即 在光纖3的裝配階段期間。此解決方案對於裝置的功率消 耗而言很有利。 如已經敘述的，產生靜電力的成對梳件2 1 ，2 4可 由任何其他的容iV —力施加在垂直於凹槽2的軸線6的板 1 5上的具有不同本質的機構取代。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 例如，此可爲藉著電熱致動而操作的機構。此種致動 器可包含雙金屬帶材，其係根據結合在一起成爲相鄰層的 二材料的膨脹的差異的原理來操作。當電流流經雙金屬帶 材時，其散逸使其進行根據材料而不同的膨脹的功率。 在另一種態樣中，相同材料可被用於致動器的兩部份 ’而此二部份具有不同的幾何形狀。此誘發不同的加熱以 及因而造成的不同膨脹。 在實務上，裝置可有利地成爲使得電流的流動造成可 移動部份退回，使得只有裝配光纖的短暫週期才消耗功率 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇X297公釐） -15- 523617 A7

五、發明説明（13) 可設計其他的態樣，其中可移動部份是藉著壓電效應 而移動，或是非常簡單地藉著機械作用而移動，例如以一 碰觸尖端。 雖然並非必要’但是光纖的扣持可藉著沈積黏著劑來 確保光纖被確定地緊固在凹槽2中而被補強。 一般而言’所用的基底可爲使用傳統技術來切削加工 的砂在絕緣體上（S〇I )的類型。 從以上很明顯根據本發明的裝置具有許多的有利點： 光纖可相對於一參考位置被最佳地對準； 可在不加應力於光纖下藉著移動可移動部份來以必要 的次數調整對準； 由於壓力施加在相當大的長度上，所以光纖的末端部 段可保持筆直；且1 電功率的消耗只侷限於光纖裝配階段。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16-

Claims (1)

1. 7 1X 6 3 2 5 I以一昃> 8 8 88 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 -^ 附件一A:第901 31 390號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國91年11月18日修正 1 . 一種使光纖（3 )之末端（4 )可置放及固定在 基底（1)之裝置，其中：. 該基底（1 )具有可收容該光纖（3 )的該末端（4 )的一凹槽（2 )，該凹槽（2 )具有垂直於該基底（1 )的主平面（9 )的至少一平面壁（8 ); 該凹槽（2 )包含一可移動部份（5 )，其位在相反 於該平面壁（8 )的表面上，且可在以下二位置之間朝向 該平面壁（8 )移動； 一退回位置，其中該光纖（3 )的該末端可自由 地穿入該凹槽（2 )內；及 一鎖定位置，其中該可移動部份（5 )與該光纖 (3 )接觸，以將該光纖壓抵於該平面壁（8 );且 該裝置包含容許一力施加在該可移動部份（5 )上.以 使其相對於該平面壁（8 )移動的機構（2 1 ，2 4 )， 及包含回動機構（1 7，1 8 )，其可對抗在該力的作用 下的該可移動部份的任何移動。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該容許 一力施加在該可移動部份上的機構容許該可移動部份從該 退回位置移動至該鎖定位置。 · 3 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該容許 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ---------裝------、訂----ί線、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 523617 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 — -Λ m力a ft該可移動部份上的機構容許該可移動部份從該 鎖定位置移動至該退回位置。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 ·如申§靑專利範圍第1項所述的裝置，其中該回動 機構是由製成於該基.底的二樑件（1 7，1 8 )形成，該 樑件將該可移動部份（5 )連接於該基底（1 )的其餘部 份’且該樑件（1 7，1 .8 )被定向成爲大致平行於該凹 槽（2 )的主軸線（6 )。 5 _如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中施加在 該可移動部份上的該力的本質爲靜電。 6 ·如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中施加該 力在該可移動部份上的機構包含形成二交叉梳件（2 1 ， 2 4 )的二葉片（2 2，2 3 )陣列，二梳件中的一梳件 (2 1 )與該可移動部份成整體，並且另一梳件（2 4 ) 與該基底（1 )的其餘部份成整體，施加在該二梳件（ 2 1 ’ 2 4 )之間的電壓造成二者移動成較爲靠近在一起 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 .如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中電壓的 方也加is成S亥可移動邰份（5 )從該鎖定位置通過至該退回 位置’而該電壓的移除容許該回動機構使該可移動部份回 至該鎖定位置。 ‘ 8 ·如申請專利範圍第6項所述的裝置，其中電壓的 施加造成該可移動部份從該退回位置通過至該鎖定位置， 而該電壓的移除容許該回動機構使該可移動部份回至該退 回位置。 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 523617 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 9 .如申請專利範圍第1項所述的裝置 該可移動部份上的該力的本質爲電熱，壓電 械0 其中施加在 靜磁，或機 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） - 3-