专利名称：对温度效应敏感性低的小型化光加取多工器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光加取多工器，尤指一种小型化光加取多工器。
已知技术已对光加取多工器提出多种不同结构。举例而言，
图1显示了一种已知的光加取多工器的剖面图。如图1所示，该已知光加取多工器1包括一第一玻璃套圈(glass ferrule)2、一对光纤3a、3b、一第一折射率渐变透镜(GRIN lens)4、一滤波片5、一第二折射率渐变透镜6、一第二玻璃套圈7以及另一光纤3c。其中，第一玻璃套圈2具有一孔洞2a，且于此孔洞2a内设置一对光纤3a、3b。接着，借由一接合剂，例如紫外光固化环氧树脂8，将第一玻璃套圈2的端面2b的边缘与第一折射率渐变透镜4的端面4a的边缘粘接；同时，借由一接合剂，例如热固化环氧树脂9，将滤波片5与第一折射率渐变透镜4的另一端面4b粘接。接着，上述第二玻璃套圈7具有一孔洞7a，且于此孔洞7a内设置一光纤3c。接着，借由紫外光固化环氧树脂8将上述第二玻璃套圈7的端面7b的边缘与第二折射率渐变透镜6的端面6a的边缘粘接；以及借由热固化环氧树脂9将上述滤波片5与第二折射率渐变透镜6的另一端面6b粘接。
然而，上述已知的光加取多工器中，热固化环氧树脂在加热后会变成稀薄液态状进而渗入滤波片与折射率渐变透镜之间，使得热固化环氧树脂阻挡光路径，并降低信号强度。
为此，已知技术中提出了一种小型化光加取多工器以避免上述问题。请参见图2，以说明已知小型化光加取多工器的结构。该已知小型化光加取多工器100揭示于本发明同一申请人提出的申请案号第90125812号发明专利中，包括一第一玻璃套圈10、一第一折射率渐变透镜20、一第一垫片环31、一第二垫片环32、一滤波片40、一第二折射率渐变透镜25、一第二玻璃套圈15、一第三垫片环33以及一第四垫片环34。第一玻璃套圈10具有一孔洞11，并且于此孔洞11内设置一对光纤51、52。第二玻璃套圈15具有一孔洞16，并且于此孔洞16内设置一光纤53。
接着，借由一接合剂，例如热固化环氧树脂9，将第一垫片环31粘接于第一折射率渐变透镜20的一端面21。进一步，借由热固化环氧树脂9将第一玻璃套圈10粘接于第一垫片环31上。接着，借由热固化环氧树脂9将第二垫片环32粘接于第一折射率渐变透镜20的另一端面22上。进一步，借由热固化环氧树脂9将滤波片40粘接于第二垫片环32上。因此，第一玻璃套圈10与第一折射率渐变透镜20之间具有一既定距离的间隙70。
接着，借由热固化环氧树脂9将第三垫片环33粘接于第二折射率渐变透镜25的一端面26。进一步，借由热固化环氧树脂9将第二玻璃套圈15粘接于第三垫片环33上。接着，借由热固化环氧树脂9将第四垫片环34粘接于第二折射率渐变透镜25的另一端面27上。进一步，借由热固化环氧树脂9将滤波片40粘接于第四垫片环34上。因此，第二玻璃套圈15与第二折射率渐变透镜25之间具有另一既定距离的间隙71。上述的已知小型化光加取多工器在当玻璃套圈与折射率渐变透镜之间的热固化环氧树脂未固化前，必须将上述结构架设于一调整机构进行调整，以得到较佳的反射光束信号。
上述的已知小型化光加取多工器由于使用中空的垫片环31～34，可确保热固化环氧树脂加热后不会渗入折射率渐变透镜与滤波片之间的间隙，且使光加取多工器体积明显小型化。然而，滤片型光加取多工器之所以能让不同带宽的带通中心波长穿透，取决于滤波片的薄膜设计。借由不同高低折射率的膜层堆栈，而允许不同的波长穿透。当WDM技术来到更窄带频宽(ultra-narrow bandpass)，如频带间距(Channel Spacing)为50GHz的光加取多工器，此时外部环境温度对带通中心波长所造成的影响即决定光加取多工器的稳定性。上述的已知小型化光加取多工器中，由于所使用的中空垫片环31～34的材质与所粘接的滤波片40以及第一与第二玻璃套圈10、15均不相同，因此在环境温度变化时，很容易受到影响。
请参见图3，以小型化光加取多工器中的垫片环30与滤波片40为例，说明因温度改变而产生的温度效应。滤波片40本身为一薄膜结构(如图3所示的标号41)。薄膜应力可分成两种，一种是薄膜本身的结构造成，称为内应力；另一种是热应力，即由温度改变时因热膨胀系数不同而产生不同收缩所造成的应力。如图3所示，若一垫片环30以一接合剂，例如热固化环氧树脂9粘接于滤波片40上时，由于垫片环30与滤波片40的热膨胀系数不同，因此可能产生如图3的箭头所示的压应力60，或是相反的张应力。当热应力发生时，即会对光加取多工器的带通中心波长造成影响，产生所谓的温度飘移效应。
滤波片的带通中心波长因温度变化产生的漂移效应，主要来自几项因素。其一是滤波片上周期性薄膜层的厚度及膜层折射率随温度变化所造成的带通中心波长飘移，尤其是周期性薄膜层厚度的改变影响比较明显。其二是滤波片上承载周期性薄膜层的玻璃基板，与薄膜层因材料热膨胀系数差异所形成的横向热应力，因温度变化造成的热应力使得玻璃基板与薄膜层间有不同的压缩或外张的力量，造成周期性薄膜层厚度改变，也连带改变滤波片的带通中心波长。其三，贴在滤波片正面的中空垫片环与薄膜层因材料热膨胀系数差异所形成的横向热应力，也同样改变滤片的带通中心波长。其中第一项及第二项是滤波片制造时将面临的问题，对于使用者来说，第三项因素则是可以由封装制程来达到改善的目的。因此，借由适当选择中空垫片环的热膨胀系数，可补偿周期性薄膜层所受的热应力，进而降低光加取多工器的带通中心波长随温度变化而改变的现象。
为了解决以上技术问题，本发明揭示一种小型化光加取多工器，包含一第一玻璃套圈，具有一第一孔洞以及设置于该第一孔洞内的一对光纤；一第一折射率渐变透镜，具有一第一端面与一第二端面，该第一端面与该第一玻璃套圈接合，其中该第一玻璃套圈与该第一折射率渐变透镜之间形成一既定距离的间隙；一第二玻璃套圈，具有一第二孔洞以及设置于该第二孔洞内的一光纤；一第二折射率渐变透镜，具有一第三端面与一第四端面，该第三端面与该第二玻璃套圈接合，其中该第二玻璃套圈与该第二折射率渐变透镜之间形成另一既定距离的间隙；一滤波片，设置于该第一折射率渐变透镜与该第二折射率渐变透镜之间，分别与该第二端面及该第四端面接合；一第一垫片环，设置于该第一折射率渐变透镜与该滤波片之间，该第一垫片环借由一接合剂粘接于该滤波片以及该第一折射率渐变透镜的该第二端面；一第二垫片环，设置于该第二折射率渐变透镜与该滤波片之间，该第二垫片环借由该接合剂粘接于该滤波片以及该第二折射率渐变透镜的该第四端面；一第三垫片环，设置于该第一折射率渐变透镜与该第一玻璃套圈之间，该第三垫片环借由该接合剂粘接于该第一玻璃套圈以及该第一折射率渐变透镜的该第一端面；以及一第四垫片环，设置于该第二折射率渐变透镜与该第二玻璃套圈之间，该第四垫片环借由该接合剂粘接于该第二玻璃套圈以及该第二折射率渐变透镜的该第三端面。
其中，第一、第二、第三与第四垫片环的热膨胀系数为3.0～25.0ppm/℃之间较佳。更具体而言，热膨胀系数在9.0～12.0ppm/℃之间，可得到最佳的效果。又，上述小型化光加取多工器中，接合剂可使用热固化环氧树脂或紫外光固化环氧树脂。
由上可知，本发明的小型化光加取多工器，由于已知小型化光加取多工器的光学品质较佳的优点，同时通过将各垫片环的热膨胀系数控制于一特定范围，减低环境温度的变化对于带通中心波长飘移的影响，因此可得到对温度效应敏感性低，且稳定性极佳的小型化光加取多工器。
为使本发明的上述及其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式做详细说明。
图2是已知小型化光加取多工器的剖面图。
图3是已知小型化光加取多工器的垫片环与滤波片因温度改变而产生热应力的示意图。
图4是本发明的小型化光加取多工器使用的垫片环的示意图。
第5A～5D图是本发明的不同热膨胀系数的垫片环影响滤波片的带通中心波长的示意图。
第一玻璃套圈10具有一孔洞11，并且于此孔洞11内设置一对光纤51、52。第二玻璃套圈15具有一孔洞16，并且于此孔洞16内设置一光纤53。接着，借由一接合剂，例如图2所示的热固化环氧树脂9，或是紫外光固化环氧树脂，将第一垫片环31粘接于第一折射率渐变透镜20的一端面21。进一步，借由热固化环氧树脂9将第一玻璃套圈10粘接于第一垫片环31上。接着，借由热固化环氧树脂9将第二垫片环32粘接于第一折射率渐变透镜20的另一端面22上。进一步，借由热固化环氧树脂9将滤波片40粘接于第二垫片环32上。因此，第一玻璃套圈10与第一折射率渐变透镜20之间具有一既定距离的间隙70。
接着，借由热固化环氧树脂9将第三垫片环33粘接于第二折射率渐变透镜25的一端面26。进一步，借由热固化环氧树脂9将第二玻璃套圈15粘接于第三垫片环33上。接着，借由热固化环氧树脂9将第四垫片环34粘接于第二折射率渐变透镜25的另一端面27上。进一步，借由热固化环氧树脂9将滤波片40粘接于第四垫片环34上。因此，第二玻璃套圈15与第二折射率渐变透镜25之间具有另一既定距离的间隙71。
本发明的小型化光加取多工器，其特征在于垫片环的设计。如图4所示，本实施例的垫片环30具有一外径D，一内径d以及厚度t，为环状的一中空垫片环，但其形状也可设置成其它中空的形状，不受本实施例的限制。该垫片环30具有一特定范围的热膨胀系数，以下即对垫片环30的热膨胀系数范围加以说明。
图5A～图5D显示本发明的小型化光加取多工器使用不同热膨胀系数的垫片环时，影响滤波片的带通中心波长的实验结果。本实验的架构是将滤波片的带通中心波长(λ)对温度(T)区分成A、B、C、D区，并分别以图5A、图5B、图5C以及图5D显示其结果。
图5A显示当中空垫片环30的热膨胀系数较大时，例如略超过25.0ppm/℃的实验结果。由图5A中可看出，当温度上升时，带通中心波长将迅速往短波长飘移。图5B则是显示当中空垫片环30的热膨胀系数约在g.0～12.0ppm/℃之间的范围时的实验结果。由图5B中可看出，在温度变化范围内，室温时有最小的带通中心波长，在使用范围内温度上升及温度降低时，带通中心波长则微微上升，不过变化量在0.0003nm/℃以下。
又，为加以比较，图5C是将滤波片不用中空垫片环串接，而直接以接合剂，例如热固化环氧树脂或紫外光固化环氧树脂，将滤波片与折射率渐变透镜接合时的实验结果。此时，当温度上升时，带通中心波长将往长波长飘移，飘移量约为0.003到0.01nm/℃。图5D为当中空垫片的热膨胀系数太小，约低于3.0ppm/℃时的实验结果。当温度上升时，带通中心波长将迅速往长波长飘移，而且飘移量相当大。
在此必须说明的是，本发明的小型化光加取多工器由于所使用的滤波片材质有所不同，所得到的实验结果也有所不同。然而，由实验结果可知，由于滤波片的热膨胀系数均在一定范围之内，因此当中空垫片环的热膨胀系数为9.0～12.0ppm/℃的范围时，可得到最佳的温度效应。又，中空垫片环的热膨胀系数为3.0～25.0ppm/℃的范围时，依不同的滤波片材质而有不同的表现，仍可得到一可接受的温度效应。
借由本发明的小型化光加取多工器，由于具有热固化环氧树脂或紫外光固化环氧树脂等接合剂在加热后不会渗入折射率渐变透镜与滤波片之间的间隙的特性，因此光学品质较佳，且可降低成本与使体积小型化。同时，由本发明特征的控制各垫片环的热膨胀系数于一定范围时，可使环境温度的变化对于带通中心波长飘移的影响减低，因此可得到对温度效应敏感性低，且稳定性极佳的小型化光加取多工器。
虽然本发明已以具体的较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作一些更动与修饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种小型化光加取多工器，其特征在于包含一第一玻璃套圈，具有一第一孔洞以及设置于该第一孔洞内的一对光纤；一第一折射率渐变透镜，具有一第一端面与一第二端面，该第一端面与该第一玻璃套圈接合，其中该第一玻璃套圈与该第一折射率渐变透镜之间形成一既定距离的间隙；一第二玻璃套圈，具有一第二孔洞以及设置于该第二孔洞内的一光纤；一第二折射率渐变透镜，具有一第三端面与一第四端面，该第三端面与该第二玻璃套圈接合，其中该第二玻璃套圈与该第二折射率渐变透镜之间形成另一既定距离的间隙；一滤波片，设置于该第一折射率渐变透镜与该第二折射率渐变透镜之间，分别与该第二端面及该第四端面接合；一第一垫片环，设置于该第一折射率渐变透镜与该滤波片之间，该第一垫片环借由一接合剂粘接于该滤波片以及该第一折射率渐变透镜的该第二端面；一第二垫片环，设置于该第二折射率渐变透镜与该滤波片之间，该第二垫片环借由该接合剂粘接于该滤波片以及该第二折射率渐变透镜的该第四端面；一第三垫片环，设置于该第一折射率渐变透镜与该第一玻璃套圈之间，该第三垫片环借由该接合剂粘接于该第一玻璃套圈以及该第一折射率渐变透镜的该第一端面；以及一第四垫片环，设置于该第二折射率渐变透镜与该第二玻璃套圈之间，该第四垫片环借由该接合剂粘接于该第二玻璃套圈以及该第二折射率渐变透镜的该第三端面。
2.如权利要求1所述的小型化光加取多工器，其特征在于该第一、第二、第三与第四垫片环的热膨胀系数为3.0～25.0ppm/℃之间。
3.如权利要求1所述的小型化光加取多工器，其特征在于该第一、第二、第三与第四垫片环的热膨胀系数为9.0～12.0ppm/℃之间。
4.如权利要求1所述的小型化光加取多工器，其特征在于该接合剂为热固化环氧树脂。
5.如权利要求1所述的小型化光加取多工器，其特征在于该接合剂为紫外光固化环氧树脂。
全文摘要
一种对温度效应敏感性低的小型化光加取多工器，使用中空垫片环连接于各光学元件之间，并借由热固化环氧树脂或紫外光固化环氧树脂等接合剂与各光学组件接合，借由控制中空垫片环的热膨胀系数于一特定范围内，以对滤波片因热应力而造成的带通中心波长温度漂移效应加以补偿，而得到性能稳定的小型化光加取多工器。
文档编号G02F1/01GK1462889SQ0212175
公开日2003年12月24日 申请日期2002年5月29日 优先权日2002年5月29日
发明者黄裕文, 黄智伟, 黄靖棠 申请人:波若威科技股份有限公司