专利名称：自由空间动态光耦合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自由空间光耦合装置，尤指一种光纤自动线上检测设备使用的自由空间动态光耦合装置。
Y.Shuto，H.Sato，S.Yanagi，M.Ohno，S.Tohno，在1999年IEEEJournal of Selected Topics in Quantum Electronics第5卷，第1418-1425页所发表的″Optical characteristics and reliability ofplastic split alignment sleeves for single-mode optical fiberconnectors″论文中，提出了以射出成型加热硬化树脂的技术，完成一种单模光纤连接器精确对位的套筒。利用SC型接头与精确对位套筒的结合，达到低耦合损失、耐振动及长短周期的运作，都能保持很好的可靠度。虽然它的光纤连接特性可掌握的很好，但它并未针对旋转光纤的连接加以探讨。
Hiroshi Toshiyoshi，Daisuke Miyauchi，Hiroyuki Fujita B.于1999年IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，第5卷，第10-17页的论文″Electromagnetic Torsion Mirrors forSelf-Aligned Fiber-Optic Cross Connectors by SiliconMicromachining″中提出以微机电扭转镜面的技术，完成了光的自由空间耦合、交叉连接及自我对准功能，功能非常好，足见此自由空间耦合具有实用性，但此论文所耦合的光纤为固定不动的，与本发明所提结构中的旋转耦合光纤是有所不同的。
Erdogan T，Stegall D，Heaney A，于1999年的OFC/IOOC’99.Technical Digest第4卷，第171-173页所发表的″Direct single-modefiber to free space coupling assisted by a cladding mode″论文中提出一种以单模光纤非传导模态的辅助，完成自由空间光传输的技术，借由长周期光纤光栅调整相位进而改变纤核区域，以达到更容易的自由空间光的耦合。该论文也证明自由空间耦合有其商业需要，并可与本发明的结构结合使用于动态对静态光纤的耦合上。
以上引述的先前技术论文中，我们发现整体而言，自由空间光耦合技术虽已发展多年，但尚无动态光纤对静态光纤耦合的技术，而各种不同的自由空间耦合技术，确实更加证明动态光纤耦合的技术，有其实用性。
William T.Plummer，Robert J.Boyea等，于1989年5月21口所发表专利编号为US4814188的″Method of molding a connector for opticalfibers″专利中，提出一种以模型铸造的技术完成的光纤连接器，通过圆管、透镜等，将发射与接收光于自由空间耦合的光限定于圆管内，辅助的透镜则是增加自由空间耦合的光信号能收敛于光纤的数值孔径内；由于模型铸造的技术使整个连接器的对位误差可控制到很小，而且连接器组件的重制性及一致性能维持在一定范围，适合大量制造，所以如何使连接器的构造简单且易于操作，始终是众所瞩目的，而我们所提出的光纤对光纤的耦合技术与装置，即具备此优点与实用性。
Ernest Eisenhardt Bergmann等，于1998年4月28日所发表专利编号为US5745240的″Optical coupling″专利中，提出多种自由空间光耦合的结构，它的主要功能是光于耦合传输时，避免与防止光辐射或泄漏至自由空间中，也就是以亡羊补牢的方法，在光泄漏至自由空间，将光传出去以接收器将其接收，以作为光耦合效率的判断或控制。此方法运用了复杂机械结构，且此专利并未采用动态光纤与固定光纤的结合。
John M.Haake，St.Charles等于2001年8月28日所发表专利编号US6280100B的″Fiber optic connector with microalignable sensingfiber and associated fabrication method″，一文中提出一种可以微调整光纤对位的连接器，它使用了一个连接盒，发射端与接收端光纤分别置放于连接盒的两边，连接盒内部放了扩大光纤对位范围的透镜，特别是具有微调反馈作用的感测光纤，提高了光纤对位的精度。此专利说明了大量光纤相互耦合的必要性及实用性，但此专利并非动态光纤对静态光纤耦合技术，所以与本发明所提的技术是有所不同的。
为解决上述问题，本发明提供一种自由空间动态光耦合装置，用于一光纤自动线上检测设备的光信号耦合使用，将来自静态固定光纤的镭射光信号，耦合至旋转移动中的光纤，其包含一静态固定组件，用以接收一光输入；一静态固定飞若(Ferrule)接头，用以穿置该静态固定组件于其中；一旋转移动动态组件，用以产生一光输出；一动态旋转飞若接头，用以穿置该旋转移动动态组件于其中，且于该静态固定飞若接头与该动态旋转飞若接头之间形成一自由空间；一飞若接头连接器，用以连接该静态固定飞若接头与该动态旋转飞若接头；一架体，用以置放该飞若接头连接器于其中，且该架体包含一连结部，其具有一穿置空间，用以穿置该飞若接头连接器于其中；多个弹性组件，各该弹性组件的一端连接于该架体，而另一端连接于该连结部，借由该架体吸震，以达到防止制程中旋转光纤所造成的振动，且其能于三维空间中自由调整。
根据上述构想，其中该静态固定组件为一静态固定光纤。
根据上述构想，其中该旋转移动动态组件为一旋转移动动态光纤。
根据上述构想，其中该飞若接头连接器可降低因侧向偏位及角度偏位所导致的损失与自由空间光耦合距离所导致的损失。
根据上述构想，其中该飞若接头连接器可将该静态固定组件与该旋转移动动态组件于连接器内作光耦合，并通过该静态固定飞若接头与该动态旋转飞若接头，完成静态光纤与动态光纤在自由空间内光信号的耦合。
根据上述构想，其中该连结部为一连结板。
根据上述构想，其中该多个弹性组件为弹簧，可将因旋转运动所导致的偏心不平衡运转的振荡降至最小。
根据上述构想，其中该架体更包含一上下调整控制钮，该上下调整控制钮可因应不同耦合状态而动态自行调整。
根据上述构想，其中该架体更包含一底盘水平调整控制钮，该底盘水平调整控制钮可因应不同场合将该自由空间动态光耦合装置修正至最佳位置。
根据上述构想，其中该架体更包含一磁性底座，该磁性底座作为底盘固定之用。
根据上述构想，其中于光耦合的自由空间中加入折射率匹配膏可增加光耦合效率。
由上可知，本发明通过简单的组件组合，能最小化光耦合损失变因，且其使用的组件装置简单，价格低廉，随手可得，操作容易，并可应用于自由空间动态光耦合的系统。
下面将结合附图和实施例对本发明做一更深入的说明。
图2为本发明一较佳实施例的正视图。
图3为本发明一较佳实施例的侧视图。
图4为本发明折射率匹配膏对于本发明纵向偏位损失的计算结果与实验结果比较图。
图1a及图1b所示为本发明的控制参数示意图。主要系统构成组件及控制参数分别包括静态固定飞若接头11、静态固定光纤12、光耦合侧向偏移量13、飞若接头连接器14、旋转移动动态光纤15、光纤纤壳直径16、动态旋转飞若接头17、光耦合纵向偏移量18、折射率匹配膏19、以及光耦合角度偏移量110。由于使用了静态固定飞若接头11及动态旋转飞若接头17，因而能改善的控制参数包括光耦合侧向偏移量13、光耦合纵向偏移量18、以及光耦合角度偏移量110。
图2及图3为本发明的一较佳实施例正视图和侧视图。其包含了静态固定飞若接头11、静态固定光纤12、飞若接头连接器14、旋转移动中动态光纤15、动态旋转飞若接头17、连结板21、弹簧22、上下调整控制钮23、底盘水平调整控制钮25、架体26、以及具固定作用的磁性底座24。其中该弹簧22共有四只，可将光纤因旋转运动所导致的偏心不平衡运转的振荡降至最小。该上下调整控制钮23可因应不同耦合状态而动态自行调整。该底盘水平调整控制钮25可因应不同场合将该自由空间动态光耦合装置修正至最佳位置。而该磁性底座24可作为底盘固定之用。
为验证本发明实践与理论的契合性与应用上的可靠度，采用了仪器进行测量与资料收集，分析其在不同参数调变组合下，产生的光耦合纵向偏位与光耦合损失的关系曲线。
首先，以图1a及图1b的控制参数光耦合侧向偏移量13、光耦合纵向偏移量18、以及光耦合角度偏移量110当作自由空间动态光耦合装置的变因控制，以图2的结构来完成自由空间动态光耦合装置的校准。由于飞若接头连接器14已降低光耦合侧向偏移量13及光耦合角度偏移量110对于光耦合损失的影响，故以飞若接头连接器14(内含静态固定飞若接头11、静态固定光纤12、旋转移动中动态光纤15、光纤纤壳直径16、以及动态旋转飞若接头17)，从静态光纤端加入光源，经过旋转活动光纤，再由另一组自由空间动态光耦合装置，同样的由静态端将光信号截取，便可获得如图4的实验与计算结果，由图可知加入匹配膏后的数值会更接近真实数值。同时经由本发明确实完成了自由空间动态光耦合的目的，其中光耦合纵向偏移量18的调整、折射率匹配膏19的加于光耦合的自由空间与否，对于光耦合损失有相当关键的影响。
本发明的特征在于通过简单的组件组合，最小化光耦合损失变因纵向对位偏移、侧向对位偏移、角度对位偏移等，使之对于光耦合损失的影响降至最小。使用的组件装置简单，价格低廉，随手可得，操作容易，且可应用于自由空间动态光耦合的系统，例如光纤/光缆生产自动化设备、光通信主/被动组件光耦合对位及自动化生产线的应用。
由上可知，通过特殊的设计与线上系统的配合，经由一些简单零组件的架设，即可完成本发明的自由空间动态光耦合装置，无需复杂、昂贵光学组件的辅助，完成了光的耦合。通过吸震支架与平台的辅助，克服了光纤旋转其相对于静态光纤位置动态改变的差异，对于线上生产设备及其它同一振动频率的机械振动干扰源，更是一一克服。活动式光纤接头使联机操作能实时性的完成光纤与接头的组合，而完成自由空间动态光耦合装置。除了对于自由空间动态旋转光纤的耦合，由于本发明系统是建构在光学、机械、几何位置的基础上，所以本发明同样可应用于光主动/被动组件动态光耦合及线上测量、主动/被动自动对位系统中。所以本发明对于光主动/被动组件生产自动化、主动/被动对位的封装系统，将会有很大的助益，且对于动态光耦合技术的提升，跨出了建设性的一大步。
综上所述，本发明能有效改善已知技术的缺失，因此具有产业价值，能解决本发明要解决的技术问题。
对本发明所做的等同变换及诸般修饰，都应在本发明的专利保护范围之内。
权利要求
1.一种自由空间动态光耦合装置，用于在一光纤自动线上检测设备的光信号耦合，将来自静态固定光纤的镭射光信号，耦合至旋转移动中的光纤，其特征在于包含一静态固定组件，用以接收一光输入；一静态固定飞若接头，用以穿置该静态固定组件于其中；一旋转移动动态组件，用以产生一光输出；一动态旋转飞若接头，用以穿置该旋转移动动态组件于其中，且于该静态固定飞若接头与该动态旋转飞若接头之间形成一自由空间；一飞若接头连接器，用以连接该静态固定飞若接头与该动态旋转飞若接头；一架体，用以置放该飞若接头连接器于其中，且该架体包含一连结部及多个弹性组件，该连接部具有一穿置空间，用以穿置该飞若接头连接器于其中，该多个弹性组件的一端连接于该架体，而另一端连接于该连结部，借由该架体吸震，以达到防止制程中旋转光纤所造成的振动，且其能于三维空间中自由调整。
2.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的静态固定组件为一静态固定光纤。
3.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的旋转移动动态组件为一旋转移动动态光纤。
4.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的飞若接头连接器可降低因侧向偏位及角度偏位所导致的损失与自由空间光耦合距离所导致的损失。
5.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的飞若接头连接器可将该静态固定组件与该旋转移动动态组件于连接器内作光耦合，并通过该静态固定飞若接头与该动态旋转飞若接头，完成静态光纤与动态光纤于自由空间内光信号的耦合。
6.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的连结部为一连结板。
7.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的多个弹性组件为弹簧，可将因旋转运动所导致的偏心不平衡运转的振荡降至最小。
8.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的架体还包含一上下调整控制钮，该上下调整控制钮可因应不同耦合状态而动态自行调整。
9.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的架体还包含一底盘水平调整控制钮，该底盘水平调整控制钮可因应不同场合将该自由空间动态光耦合装置修正至最佳位置。
10.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于所述的架体还包含一磁性底座，该磁性底座作为底盘固定之用。
11.如权利要求1所述的自由空间动态光耦合装置，其特征在于在光耦合的自由空间中加入折射率匹配膏，以增加光耦合效率。
全文摘要
一种自由空间动态光耦合装置，用于一光纤自动线上检测设备的光信号耦合，将来自静态固定光纤的镭射光信号，耦合至旋转移动中的光纤，其包含一静态固定组件，一静态固定飞若(Ferrule)接头，一旋转移动动态组件，一动态旋转飞若接头，一飞若接头连接器及一架体，该架体用以置放该飞若接头连接器于其中，且包含一连结部和多个弹性组件；本发明通过简单的组件组合，能最小化光耦合损失变因，且其使用的组件装置简单，价格低廉，操作方便。
文档编号G02B6/24GK1439902SQ0210524
公开日2003年9月3日 申请日期2002年2月21日 优先权日2002年2月21日
发明者曹士林, 郑文铭, 林炳君, 吕锦任 申请人:华新丽华股份有限公司