采用三维光电路的直插式混洗模块的制作方法

专利名称：采用三维光电路的直插式混洗模块的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及三维光电路，更具体地说，本发明涉及包括光导管的光混洗模块及其制造方法。
相关技术在现代电信系统、高速路由器、计算机系统以及用于管理大量数据的其他系统中，光纤网络越来越常用。光纤网络通常包括大量经过较长距离的光纤，以便相对于传统电信号的传播过程，提高传输速度和效率。通常需要在建立“光电路”的整个系统内的各单独连接点之间，确定各光纤的路线。当前使用的一种更常见光电路称为“光混洗(optical shuffle)”。仅作为例子，可以利用8条其内分别包含8条单独光纤的光缆实现简单光混洗。在在此使用该例子的光纤、可以被称为“完全混洗”的光电路中，进入的8条光缆中每条光缆的光纤1可以路由到出去的单个第一光缆，而进入的8条光缆中每条光缆的第二光纤可以被路由到出去的单个第二光缆，等等。现在，参考图1，该简化示意图中示出该特定光混洗，其中Cm表示输入带状光缆或光缆，CmFn表示起始于光缆Cm的各光纤Fn，而Cm’是光混洗后面的输出带状光缆或光缆。显然，尽管该特定例子以只有64条光纤为特征，但是光电路通常包括必须确定其路线的大量光纤。因此，手工制造光混洗和其他光电路结构令人厌烦，而且非常容易出错。人们容易设想一套位于输入光缆与输出光缆之间的光路中的缠结光纤。
已经建议了几种解决方案来建立各种光路，而不是简单利用手工使光纤通过非常混乱的其他光纤从输入点到达输出点。一种解决方案是，使用半自动机械将各光纤编排成所需的光路排列。该解决方案通常需要在机械方面投入大量资金，而该机械在不是编排光纤的应用中几乎无用或根本无用。
关于建立光路的问题的另一种解决方案包括多次尝试在柔性聚合物基底上确定光纤的路线。仅作为例子，以Flex Foil出售一种通用形式的这种结构。授予Bonann等人的第5,204,925号美国专利对这种柔性光电路解决方案的一种方法进行了描述和说明。该参考文献描述了一种其中利用压敏粘合剂(PSA)喷涂诸如Mylar或Kapton的柔性聚合物基底，而且该柔性聚合物基底具有安装在其上的光纤的解决方案。在以适当排列，将大量光纤布置到该基底上后，可以将通常与基底是同一种材料的保护层接合到该光纤的上面。当然，可以利用粘合剂本身大致喷涂该保护层的裸露面，而且可以以叠层结构形式，建立光纤的附加层和覆盖材料。然而，光纤的层叠(lay-up)过程是劳动密集型工作，而且与光纤的编排过程非常类似，为了实现自动化，需要非常专用的设备。Bonanni等人进一步披露使用柔性侧接头或基底材料的薄型带，该薄型带从发生混洗的主体开始横向延伸，而且允许光纤弯曲90°角或以90°角回转，以便将光纤从水平位置重新定向到垂直位置。
授予Knasel的第6,005,991号美国专利对引入柔性光电路的另一种方法进行了描述。该特定参考文献公开了一种印刷电路板(PCB)组件，该印刷电路板组件包括其上安装了柔性光电路的内部部分。与Bonanni等人的参考文献非常类似，Knasel排列位于柔性板之间的大量光纤。在本技术领域内已知，这些柔性板通常由Mylar等成型，而且使光纤保持在适当位置，然后，将它与采用压敏粘合剂的另一个柔性板接合在一起。在该参考文献中，通过在光纤的相应第一端安装多光纤连接器，而在光纤的第二端使用单光纤连接器，沿印刷电路板的边缘保留空间，这样更容易使用该空间，例如印刷电路板的较少填充的内部部分。
还应该注意，通常以具有预定路线光纤网络的大柔性板或具有安装在其上的柔性光电路部分的印刷电路板的形式，实现这两种柔性电路方法。在这两种情况下，这些电路在光电路的输入端和输出端通常具有联接板(splice)，从而有助于在安装过程中，连接到输入光缆和输出光缆。通常，为了克服从柔性电路的主体伸出的接头的长度限制，需要使用联接板。此外，联接板可以用于将专用连接器安装到该电路的输入端和输出端，用于连接坚固的光缆。位于混洗或光学电路的输入端和输出端的联接板导致光信号损耗(loss)，在该光信号损耗施加在整个光网络上时，对于用户来说，该光信号损耗显著而且不可接受。此外，机械和熔融(fusion)联接板通常需要大量空间，因为需要利用机械方法，增强或加强该联接板。此外，在此描述的柔性光电路方法通常不允许使用引到柔性电路的、保护屏蔽的或“坚固的”光纤带，而且在一层聚合物薄膜提供的弱保护之外，它们不对该电路或混洗内的光纤提供强保护。不仅如此，柔性光电路设计不隔离和保护各光纤，因为在电路内的各交叉点，许多这些光纤互相直接接触。
因此，需要无需昂贵编排机械就可以建立的，而且更容易在不同混洗排列中确定它们的路线的三维光电路。需要与建立聚合物薄膜、各种粘合剂以及光纤的多层叠层结构相比劳动密集程度低的、一次多股光纤的光电路排列。还需要允许坚固带状光缆布置到该电路，并从该电路伸出，而且在混洗期间对光纤本身提供坚固保护环境的光电路。需要具有较少光纤联接板和减少的光信号损耗的三维光电路。此外，需要通过更有效层叠该混洗以完全利用垂直方向上的空间(z轴)、适于具有有限表面积(x-y轴)的环境的三维光电路。

发明内容
以下描述的三维光电路设备和方法可以满足上述所有需要，而且还具有大量附加好处。在一个实施例中，本发明是利用快速成型(prototyping process)方法，例如但并不局限于立体印刷(“SLA”)、熔化沉积成型方法(“FDM”)、选择性激光烧结方法(“SLS”)等构造的刚性、整体的、三维光导管。请注意，关于本发明，术语“快速成型”和“快速制造”是可互换的，其在于不仅可以用于建立模型，而且可以实际制造。
尽管用于实现SLA方法和其他快速成型技术的设备是比较昂贵的机器，但是这些系统是通用的，而且容易使用。可以容易地对SLA机器和其他所述快速成型机器进行编程，以实际制造通过计算机辅助设计(“CAD”)系统设计的三维物体。因此，可以以任何数量的配置或排列，布置用于确定大量光纤的路线的三维光导管的设计，配置或排列的数量仅取决于CAD系统的能力或设计者的想象力。此外，还可以对这些系统进行编程，以制造用于确定光纤的路线的通路或沟槽，以便提供适当弯曲半径，并将光信号损耗降低到最小，及隔离并保护通过光电路的各条光纤。此外，可以制造利用传统成型或形成技术不容易制造的光电路。
根据本发明的光纤光导管可以具有任意数量的可能实施例，该可能实施例包括具有多个将输入点与输出点连接在一起的空腔通路或大量也具有大量输入点和输出点的刚性空腔管的固体块。仅作为例子，可以以具有同等数量的行和列的矩阵的形式排列这些输入口。对于分别具有8条光纤的8条光纤光缆，需要具有64个输入口、64个输出口以及连接在它们之间的64条通路的光导管。如果正确标记光导管的输入端和输出端，则用户应该可以较容易地确定将哪条光纤插入正确口中，并从光导管另一端的正确口中出来。此外，由于仅有一条通路将特定输入端与特定输出端连接在一起，所以无需担心光纤会互相缠结在一起，或使人们混乱引导它们通过光导管。
在又一个实施例中，本发明是用于制造三维光电路的方法，该方法包括步骤提供刚性、整体光导管，该光导管具有输入端和输入端；排列多条引导到光导管的输入端的光缆，并排列从光导管的输出端引出的光缆；分出每条输入光缆的各条光纤，并将每条光纤引导到光导管的各输入口，收集从光导管的输出口伸出的各条光纤，将它们组合为光缆束。通常，可以仅从输入光缆中剥离或分离光纤，并将它们输送到光导管的输入口内，使它们通过光导管，然后，在仅在输出端终接获得的光缆组，而且在混洗本身内可以没有光纤接头。因此，完全消除因为包括混洗的各光电路内的接头产生的光信号损耗是切实可行的。如果要倍增整个光网络的吞吐量，这样减少光信号的损耗可能非常显著。
在进一步实施例中，本发明是被配置用作直插式混洗模块的三维光电路。尽管光混洗模块可以采取多种不同形式，但是一种特定有用的实施例是直插式混洗，配置该直插式混洗以放置在所构建的实用管道、电子设备外壳等内通常对光纤束分配的空间内。混洗模块的一种形式可以是直径约为1英寸的圆柱形，在每端分别对它装配大量坚固光缆附件。该特定直插式混洗在输入端接收坚固光纤束，通过使它们穿过特别小的光导管混洗各光纤以及在输出端使光纤再组合成坚固光纤束，所有均在通常容许干线光缆的空间内。此外，如果在安装过程中，将直插式混洗模块设置光缆内，则可以实现这种整体混洗，而无需拆分光纤。


通过结合附图参考以下所做的详细说明，可以更全面地理解本发明的方法和设备，附图中相同的参考编号表示相同的部分，附图包括图1是理想的8×8光混洗中的大量光缆和光纤的简化示意图；图2是根据本发明一个实施例构造的、以用于确保光导管的输入端和输出端的各行与列之间具有适当间隔和结构刚性的交叉支撑部件为特征的光导管的透视图；图3是根据本发明另一个实施例构造的、以交错并排输入和叠层输出为特征的光导管的透视图；图4是根据图3所示实施例、以用于在光导管的一端接收坚固光缆的坚固光缆附件为特征的光导管的透视图；图5是示出与图4所示光导管对准的间隔工具的详细透视图。
图6是根据图3所示实施例、以位于光导管的输入端和输出端的坚固光缆附件为特征的光导管的透视图；图7是根据本发明又一个实施例、进一步插入输入端板、输出端板以及安装支架的光导管的透视图；图8是根据图7所示实施例、清楚地示出位于光导管的角部附件的4个安装孔的光导管的底视图；图9是根据图7所示实施例、以位于输入端和输出端的集成端板为特征的光导管的侧视图；图10是根据图7所示实施例、以输入端板和带状以及光纤编号系统为特征的光导管的详细透视图；图11是根据图7所示实施例、以输出端板和带状以及光纤编号系统为特征的光导管的详细透视图；图12是根据本发明通过叠层一系列具有刻槽或沟槽的板构造的光导管的分解透视图；图13是通过叠层一系列具有刻槽或沟槽的板、构造的图12所示光导管的可替换的实施例光导管的分解透视图；图14是根据本发明通过叠层一系列具有多个固定在表面上以形成槽或沟槽的光纤引导件的板，构造的光导管的分解透视图；图15是通过叠层一系列具有多个固定在表面上以形成槽或沟槽的光纤引导件的板，构造的图14所示光导管的可替换的实施例光导管的分解透视图；图16是根据本发明构造的、其中光导管密封在保护外壳内并安装在插件卡上的三维光电路的透视图；图17是根据本发明构造的、其中坚固光缆被连接到光导管的坚固光缆附件上的三维光电路的分解透视图；图18是示出具有套圈弹簧、按压引脚连接器的混洗连接器，根据本发明构造的三维光电路的分解透视图；图19是示出在图18的三维光电路的组装透视图、并示出具有套圈弹簧、按压引脚连接点的混洗连接器；以及图20是示出具有坚固光纤输入、穿板(bulkhead)连接器输出以及适于机架装配的外壳的集成混洗模块、根据本发明构造的三维光电路的透视图；图21是引入用于确定光纤的路线的解决方案或方式、类似于图7所示实施例的混洗光导管，但是物理配置完全不同的64条光纤紧凑混洗光导管的透视图；图22是示出典型尺寸为30mm最小弯曲半径光纤的、图21所示紧凑混洗光导管的端视图；图23是示出典型尺寸为30mm最小弯曲半径光纤的、图21所示紧凑混洗光导管的俯视图；图24是示出典型尺寸为10mm最小弯曲半径光纤的、图21所示紧凑混洗光导管的俯视图；图25是设置图21所示小型混洗光导管的外壳的简单管混洗模块的透视图；图26是图25所示简单管混洗模块的分解透视图；图27是设置图21所示紧凑混洗光导管的外壳的坚固圆柱形混洗模块的透视图；图28是图27所示坚固圆柱形混洗模块的分解透视图；图29是设置图21所示紧凑混洗光导管的外壳的铰接坚固圆柱形混洗模块的透视图；图30是图29所示铰接坚固圆柱形混洗模块的分解透视图；图31是具有被剖开详细示出其内部的铰接部分的图29所示铰接的、坚固圆柱形混洗模块的端视图；图32是设置图21所示紧凑混洗光导管的外壳的一侧坚固的混洗模块的透视图；以及图33是具有被去除顶盖以详细示出其内部的图32所示一侧坚固的混洗模块的部分分解透视图。
具体实施例方式
现在，将参考附图，特别是参考图2至6，说明根据本发明构造的、用于提供可以插入诸如混洗的三维光电路的光导管的大量实施例和变换例。在此，术语“光导管”应该指提供大量通路的三维光电路的部件，该通路用于将一组输入口连接到一组输出口，并用于在入口以第一有序排列接收大量光纤，而在出口以第二有序排列输出大量光纤。在涉及光导管的输入口和输出口使用的术语“有序排列”不是指一个孔相对于另一个孔的实际空间关系或位置，而是指输入口对输出口的关系。
仅作为例子，参考如图1描述的、用于实现完全混洗的光导管可以具有第一有序关系，在第一有序关系中，行1的各孔对应于光缆1的光纤1-8，行2的各孔对应于光缆2的光纤1-8，等等。关于该特定混洗，位于光导管输出端的孔可以具有第二有序关系，在第二有序关系中，行1的各孔对应于光缆1-8的光纤1，行2的各孔对应于光缆1-8的光纤2，等等。因此，即使位于光导管两端的各孔均布置为8×8阵列，位于输入端的一个孔与另一个孔的有序关系仍可以与位于输出端的该有序关系具有相当大的差别。换句话说，通过仅位移通过光导管的至少两条光纤的相对位置，位于光导管的输入端和输出端的各孔的有序关系就一定不同。
可以从光缆中分出各光纤，引导通过光导管，然后，可以将各光纤与另一个光纤、光连接器、光波导管或附近的任何其他光学器件接合在一起。应该进一步注意，尽管对于总共64条单独光纤，在此所示和所说明的例子分别包括使用8条其每条分别含有8条光纤的光缆，但是这些光电路可以包括更多条或更少条光缆和光纤，这仅取决于设计者的想象力、CAD系统的限制以及立体印刷或其他快速模型机的物理限制。当然，最通常情况是，光纤被捆扎成4条的束，以生产例如分别具有8条、12条、16条或24条光纤的光缆。还应该注意，尽管在在此所示的例子中，由各种UV固化光聚合物构造光纤导管，本技术领域内对此已知，还可以利用各种陶瓷和金属化合物，采用快速模型机技术。
一种非常普通的光电路是完全混洗的光电路，通过输入对应于行1、列1-8的各光纤并将它们的路线确定到列1、行1-8，输入行2、列1-8的光纤并将它们的路线确定到列2、行1-8等等，可以实现该混洗。当然，如图7-11所示，还可以利用不完全混洗排列来排列各光纤，在不完全混洗排列中，从光导管的输入端到输出端，在行N的各光纤前面有N-1个列。例如，在行1中，对应于输入端的列1的光纤从列1出来。在输入列8的光纤从输出列8出来情况下，对应于输入端的列2的光纤从列2出来，等等。在输入列8的光纤从输出列1出来情况下，在行2，输入列1的光纤将从输出列2出来，输入列2的光纤将从列3出来，等等。此外，显然，可以对这些不完全混洗设置任何数量的通路(例如，N+1、N-2等)，这仅取决于所使用的CAD系统和快速模型机。在此描述的快速成型技术的一种优选形式是立体印刷，而且尽管这不是本发明的焦点问题，但是值得仔细注意，通常如何利用立体印刷生产它。
快速成型是对通常直接根据CAD数据源制造三维物体的相关技术的主机给予的名称。这些方法的互相类似之处通常在于，它们通常通过以逐层方式制造材料来产生三维物体。还将快速成型称为自由形式制造(free form fabrication)(“FFF”)、分层生产、自动化制造以及这些术语的变换说法。立体印刷(“SLA”)是最常用的快速成型技术。通过在液体光聚合物上扫描或扫射激光束，该技术一次可以产生一层的三维塑料部分或物体。每当激光束照射液体表面时，该专用聚合物材料就迅速固化。一旦完成扫描该物体的一层，就将该物体一级上一层的厚度往下放到充满光聚合物材料的容器中，然后，在第一层的上面，利用激光扫描第二层。该光聚合物实际上是自粘合剂，而且在建立各层以形成三维物体时，各层趋向于互相接合在一起。在产生三维部分后，可以将它从铅版印刷设备上取下，并放置到紫外线(“UV”)后固化、干燥箱式设备，以实现更完全固化并提高尺寸稳定性。
在某种程度上，选择性激光烧结技术与立体印刷类似，它们的类似之处在于，利用扫描表面上的图形的激光，一次一层地建立物体。然而，聚合物或其他材料通常是粉状的，并利用激光将它们加热、熔融在一起，在该激光在扫描系统的引导下照射粉末时，粉末融化。与所使用的快速成型技术无关，在固化之后，获得的三维物体是单个整体集成部分，而且为了生产制成品，即使需要，所需的进一步加工也非常少。对于本发明的各种实施例，可以将这些三维部分称为光导管，而且可以以任何数量的几何形状和排列布置它们，但是它们以大量用于从光导管的一个输入口到一个输出口分别确定各光纤的路线的空腔通路、管道或沟槽为特征。该光导管具有附加好处，它非常坚固而且足够坚韧，可以防止光纤免受可能遇到的各种环境条件和危害。
现在，参考图2，图2示出叠层8×8混洗光导管200的透视图。如图所示，在以具有设置在其间的支承件230的叠层配置，分别排列输入端的各列和输出端的各行的情况下，以8×8矩阵形式，排列输入口210和输出口220。支承件230用于确保各列和各行的适当间隔，而且还用于对制成零配件提高附加的强度和刚性。在充入光纤(未示出)时，该特定实施例生产完全混洗，在该完全混洗中，来自列1-8的行1的各光纤被纳入输出端的行1-8的列1。列1-8的输入行2的各光纤将排列在输出端的行1-8的列2，等等，列1-8的行8的各光纤被混洗到光导管的输出端的行1-8的列8。请注意，对CAD系统进行编程以确保不迫使所有光纤承受比临界弯曲半径更急的弯曲，从而将光信号损耗降低到最少，并将通过光导管的各光纤的机械寿命延长到最长。
现在参考图3，图3示出根据本发明构造的光导管300的另一个实施例。在该特定设计中，光导管300的输入口310和输出口320也是互相并排一个叠层在另一个的上面或互相并行，但是去除了设置在它们之间的支承件。此外，在光导管300的输入端，并排交错排列列1-8以在每组输入口310之间提供附加间隔。
现在，参考图4，通过附加大量引导到光导管400的输入口410的坚固光缆附件450，修改根据图3所示实施例的光导管400。该光导管400适于接收至多8条坚固光缆(未示出)。这些光缆中的每个具有可以连接到光缆附件450，然后通过光导管450确定其路线的揿钮配合件。术语“坚固”光缆通常指一种具有坚韧聚合物护套的光缆，利用Kevlar或其他内部受拉构件，可以进一步加强该坚韧聚合物护套。这样的光缆可以对光纤提供大量物理和机械保护，使它们免受外部环境的损坏。
现在，参考图5，图5详细示出多光纤间隔工具500。该工具用于接收具有带状空间或带状间隔的光纤100，以在进入光导管400之前，分出或展开每条光缆的各光纤。多光纤间隔工具500确保适当间隔而且使光纤对准光导管的输入口410。
当然，如图6所示，还可以在光导管的输出口使用这种相同形式的坚固光缆附件，以将各光纤纳入光缆束。现在，参考图6，图6示出图3所示实施例的又一个变换例。在该特定的光导管600中，在光导管600的输入端610和输出端620设置了坚固光缆附件650。
现在，参考图7-11，特别参考图7，图7示出以输入端板和输出端板以及用于螺丝或其他安装硬件的开口为特征的不完全混洗的透视图。请注意，在该特定光导管700实施例中，从下向上，输入行被编号为1-8，而从左向右，输入列被编号为1-8。如上所述，以步进式方式重新排列该不完全混洗的各光纤。该混洗的方案是，对于行N，移动光纤N-1列。因此，列1-8的行1上的光纤与列1-8的输出列1相关，而且没有任何移动。列1-8的输入行2的各光纤对应于具有一步混洗的各列的输出列2，在该一步混洗的各列中，在列8的输入对应于列1的输出的情况下，列1的输入对应于列2的输出，列2的输入对应于列3的输出等等。同样，在行3上，列1的输入对应于列3的输出，列2的输入对应于列4的输出等等，直到列8的输入对应于列2的输出。通过行8继续进行该过程，在行8上，在输入列8对应于输出列7的情况下，列1对应于输出列8，输入列2对应于输出列1等等。
现在，参考图8，图8示出图7所示光纤导管700的底视图。从该图可以观察到，如何排列64条光纤管，以确保各条光纤不低于最小弯曲半径，而且因为它们密封在各管内，所以可以非常致密地重叠各条光纤，而不担心它们缠结在一起。此外，该图还示出输入端板705、输出端板715以及通过物体的整个深度延伸用于穿过螺丝或其他安装硬件的孔730。应该注意，光纤导管700可以安装在任意数量的系统或配置中，而且可以安装在与本技术领域内已知的印刷电路板非常类似的可拆卸卡上。此外，尽管所示的光导管700在输入端710和输出端720没有任何类型的连接器或终端，但是，显然，可以在光导管700的输入端和输出端使用多光纤安装件或单光纤连接器或终端，与图4和图6所示非常类似。图8进一步示出大量设置在光导管的管或通路之间的自由空间或开口。此外，这些自由空间尤其可以用于机架装配应用中，该空间允许冷空气通过以使各部件产生的热完全通过该光导管。
现在，参考图9，图9示出图7所示光导管的侧视图。该图最佳示出构成光导管700的每层管、沟槽或通路的层叠垂直排列。利用所使用的快速成型技术，可以达到难以置信地压缩和有效设计，而不担心光纤缠结或严重光信号损耗。快速成型技术还允许相邻通路或管共享公共侧壁。因此，与组合在一起形成光导管的各预成型管的集合相比，根据本发明产生的光导管700被大大压缩。
现在，参考图10，图10示出图7所示光导管的放大透视图。在此，清楚地示出光导管700的输入端710，以在该输入端，对用户示出标记以识别从1到8的带状光缆号或光缆号，以及构成这些光缆的、从1到8的各条光纤。当然，可以以便于正确识别的任何方式，对光导管的各行和列做标号或色标。
现在，参考图11，图11示出图7所示光导管实施例的另一个放大透视图。该特定附图最佳示出也是以供用户使用、示出从8到1的带状光缆或光缆编号以及范围从1到8的光纤号的编号向导为特征的光导管700的输出端720。可以相信，本发明的一个唯一好处是，通过仅输送每条输入光缆中具有正确编号或色标的光纤，然后在光导管的另一端将各光纤集合到适当的输出光纤，有助于以几乎不出错的方式(nearly error proof)混洗任何数量的数学排列。总之，只要将合适的光纤输送到正确输入孔内，它们必然从光导管的适当的输出孔露出，并被集合为适当的多光纤光缆或多光纤束。
现在，参考图12，图12示出根据本发明构造的另一个替换实施例。通过建立一系列层叠板810，可以构造光导管800的主体。这些板810分别具有完全通过从板810的输入端830到输出端840的长度方向延伸的大量的沟道或沟槽820。由于对板810进行加标(index)以对准边缘，并层叠板810以形成光导管800，所以每块板810内的各沟槽820用作通路，该通路将光导管800的一端的输入口与光导管的另一端的输出口连接在一起。当然，可以利用大量不同技术，包括但并不局限于在固体板上铣切沟槽、在表面成型具有沟槽的板，或者在诸如以上描述的层附加处理过程的层附加处理过程中制造板，来制造这些板。
现在，参考图13，图13示出参考图12描述和说明的光导管的替换实施例。与在图12所示的实施例中相同，通过建立一系列层叠板910，可以构造光导管900的主体，这些板分别具有完全通过从板910的输入端930到输出端940的长度延伸的大量的沟道或沟槽920。然而，在该特定实施例中，在每块板上排列沟道或沟槽920以避免发生交叉。这样做可以防止各光纤互相直接接触，或者防止可能错误地进入错误的沟槽902，而从输入端930到达光导管900的输出端940。如图所示，以这种方式构造的光导管至少需要两倍数量的槽板910，以便有助于利用使沟槽交叉而使光纤接触的板构造同一个光电路。这样还产生在z方向比图12所示实施例高得多或者大得多的层叠板光导管。
现在，参考图14和15，图14和15分别示出图12和13所示层叠板光导管的替换制造方法。再通过一个在另一个上面层叠板810’、910’并对它们加标形成光导管，来建立图14和15所示的光导管实施例800’、900’。然而，图14和15所示的实施例没有在板上铣切的、切割的或成型的沟槽或槽820’、920’，但是具有大量单独的引导片850’、950’，以某种方式将它们粘结、固定或安装到特定板810’、910’上以在其上形成图形。本技术领域内的熟练技术人员明白，特别是与通过铣切、注塑成型或其他生产技术成型板相比，生产大量引导片、将它们安装到其相应板上以及一个在另一个上面将它们层叠在一起形成光导管所需的劳动或制造步骤相当多。图14和15示出制造图12和13所示层叠板光导管的又一种方法。
现在，参考图16，图16示出被密封在保护外壳1010内并被安装在插件卡1020上的光导管的透视图。还将该实施例称为插件光混洗模块1000。如图所示，坚固、带状光缆50被引导到多光纤安装件1050，而无终端接头的光纤端被输入到根据本发明的光混洗。该光导管被密封在聚合物注塑成型的、嵌入环氧树脂等内的金属板成型的保护外壳1010内。混洗之后，再将各光纤组合为带状束60，并将它们引导到穿板配对的、插件式或其他光卡连接器1060。这些连接器1060用作适于在插件卡1020的边缘进行光纤连接而且适于在完全模块化快速连接设计中实现光混洗的终端。
现在，参考图17，图17示出具有安装在其上的一条坚固光缆50的分解详图的三维光电路1200。该三维光电路以类似于参考图4描述和说明的光导管400为特征。该光导管以位于输入端的8个坚固光缆附件为特征，该坚固光缆附件被设计用于接收揿钮配合件、压接倒钩1230，以便有助于通过压接倒钩1230将机械负载和应力从光缆50的坚固外套传递到其光导管400的主体。总之，采用本发明光导管的光电路的一个唯一令人惊奇的特征是，实际上，可以将机械负载或应力传递到其光导管的整个主体并由该光导管整个主体承载该机械负载或应力。这与柔性基底方法或编排光纤方法非常不同，其不同之处在于，光导管本身可以减少对通过其的光纤施加的应力。本发明人相信，现有技术中不存在任何一种既可以将光纤混洗或组织为光电路，同时又可以承载机械负载或提供对光纤本身施加的应力的设备。
如图所示，通过首先向后切割光缆50的坚固外套部分，将暴露的光纤100穿过应变消除套管1210、压接环1220以及压接倒钩1230，将压接环1220压接到光缆50的承载坚固外套上，将压接环1220装配到压接倒钩1230内以将机械应力从坚固光缆50传递到倒钩1230以及最后将倒钩1230连接到光导管400的坚固光缆附件450以将应力从光缆50传递到压接环1220到压接倒钩1230到光导管400本身，将含有大量光纤100的坚固光缆50通过光导管400。由于坚固光缆50的光纤100通过坚固附件450，所以可以利用间隔工具等展开它们，以确保正确对准光导管400。最后，引导光纤100并插入光导管400的正确的输入口410，以产生三维光电路。
现在，参考图18，图18示出所构造的用作具有套圈弹簧、按压引脚连接器1410的混洗连接器1400的三维光电路。如图所示，特别小的光混洗1450可以用于将光纤100排列到三维光电路中，并将光纤输出到混洗适配器1460，混洗适配器1460将各条光纤一起集合成束或带状形式。然后，可以将带状光纤束60终接在套圈弹簧、插件式连接器1410，该套圈弹簧、插件式连接器1410与盲配对卡连接器1420一起使用，如图所示。可以设想特别小的混洗连接器1400，例如适于各种环境的这种混洗连接器，各种环境包括作为一种光插件卡或模块的电子电路的外壳。这种小型、高效模块化设计与为了建立包括采用现有技术的基底技术的混洗和用于安装正确连接器的光纤接头所需的非常大量平面间隔非常不同。
最好参考图19，组装的混洗连接器1400具有非常紧凑的设计。该完全模块化的部件的长和宽均可以小于2.0英寸，而高小于1.0英寸。为了进行比较，被配置用于实现类似功能的柔性基底光电路在长度方向和宽带方向均需要12.0英寸或者更大，而z方向较薄，所以难以使这样大的表面积位于电子电路外壳的致密封装环境内。
现在，参考图20，图20是示出具有坚固光纤输入1510、穿板连接器输出1520以及适于机架装配的外壳1550的集成混洗模块1500的三维光电路的透视图。在此所示的模块化设计以适于机架装配在电子电路外壳内的可固化外壳1550为特征。该特定三维光电路以参考图7-11描述和说明的实施例的光导管700为特征。它进一步包括光纤路线确定装置或鳍状板(fin)1530，它们用于在外壳1550内，通过安全弯曲半径将光纤引导到设置在模块1500的输出端的光终端或穿板连接器1520。还应该注意，在该模块1500的输入端设置适于接收坚固光缆50中几乎任意长度的光纤的坚固光缆附件1510，该坚固光缆附件1510将机械负载和应力从坚固光缆50有效传递到其外壳的主体，从而再降低对光纤施加的应力。尽管该模块化设计以一种特定形式的光导管为特征，但是本技术领域内的熟练技术人员明白，实际上可以根据本发明的单一主体、快速成型光导管实施例制造任何光导管，特别是这种光导管。
现在，参考图21-24，特别是参考图21，图21示出其设计与图7所示设计类似的64光纤不完全混洗光导管1600的透视图。与图7所示实施例相同，该混洗的方式是，对于行N，移动光纤N-1列，因此以逐步方式重新排列光纤。请注意，在该特定光导管1600中，消除图7所示实施例中的自由空间并消除可能的承载端帽，获得高紧凑配置。因此，该紧凑混洗光导管1600被设计用于在输入端接收疏松的非坚固的光纤，使它们通过一系列管或通路，以实现混洗，然后该非坚固光纤从出口出来。该紧凑设计的主要好处是，显著减小建立光电路和实现混洗所需的空间。
仅作为例子，图22和23分别示出具有附图规定的典型尺寸、供最小弯曲半径约为30mm的光纤使用的图21所示小型混洗光导管1600的端视图和俯视图。尽管利用传统光纤可以获得接近25mm的最小弯曲半径，但是根据30mm最小弯曲半径配置的图21-23所示的典型光导管1600适于空间小的大多数应用，而且它应该还许可确保光纤具有足够机械寿命的特定安全系数。较小的弯曲半径趋向于减小光纤内的较大机械张力，而且还会缩短光纤的机械寿命。
如图22和23所示，在此所示的紧凑混洗光导管1600设计的最大宽度为18.2mm、高度为11.8mm，以及从输入端到输出端的总长度为83.4mm。因此，可以配置在此所示的实施例以在外壳的范围内，而其他外壳的直径小于1英寸或25.4mm。在直插式混洗应用中，这特别有用，在直插式混洗应用中，最好接收输入光纤、实现混洗以及在仅大于光纤束本身所需空间的空间内输出光纤。通常在电子设备的外壳内，或者在用于使光缆穿过建筑等的套管内，至少提供直径1英寸的区域，以确定光纤或其他光缆的路线。
此外，从图24可以最好地看到，可以设计供小弯曲半径光纤使用的更小的紧凑混洗光导管1700。在光纤行业内存在制造其弯曲半径比当前可能的弯曲半径更急的光纤的潜在驱动力。尽管为了实现该目的已经探索了许多方法，但是在用于小弯曲半径的应用中时，正在开发这种类型的光纤以提供低的光损耗和高的机械寿命。在市售例如其安全最小弯曲半径为10mm的光纤时，可以将紧凑混洗光导管1700的总长度减小到仅有52.3mm。正如图21-23所示的实施例，该光导管1700还非常适合用于许多不同的直插式应用中，而且可以特别非常适合用于电路板式或卡式安装应用中，其中它可以位于诸如电子设备的外壳的拥挤环境内。
现在，参考图25，图25示出设置图21所示紧凑混洗光导管的外壳的简单管式混洗模块的透视图。正如在此所看到的那样，这是一个非常易懂的实施例，它将紧凑混洗光导管设置在圆柱形外壳1810内，该圆柱形外壳1810由金属、结构聚合物等成型并被位于输入端和输出端的端帽1820密封。
从图26可以最好地看到，可以对紧凑混洗光导管1800进一步设置沿其长度方向的圆柱形肋1840和端部法兰1830以协助在简单管外壳内定位光导管。正如该分解图所示，外部管1810可以滑动到光导管1850的一端，并利用用于将端帽1820安装在输入端和输出端的螺丝1825、垫圈或其他适当紧固装置来固定在适当位置的端帽1820之上的位置。
通过对管1810和端帽1820选择适当材料，可以对混洗光导管1850制造极耐久的外壳。例如，不锈钢管外壳1810可以对各内部部件提供大量物理保护，而且其附加好处是，在与UL-94V0标准条件类似的条件下，提供高度耐火性。
一种低成本的替换例，其利用由特殊聚合物成型的管1810和端帽1820实现不锈钢或金属外壳，该特殊聚合物被进行处理以达到适当耐热、耐火程度。在这种实施例中，管1810可以与各部件配合，端帽1820被设置在适当位置，而且可以热收缩管1810，或者使它紧密配合光导管1850。在这种情况下，沿光导管1850长度方向的圆柱形肋1840还有助于在管1810与光导管1850本身之间保持小的空气间隙，从而提供有限数量的附加隔热。还可以注意到，尽管图25和26所示的简单管式混洗模块1800不对引入模块1800和从模块1800引出的各光纤提供坚固环境，但是可以设计端帽1820以接受各种可以与引入模块1800或从模块1800引出的坚固光缆一起兼容使用的硬件。
现在，参考图27和28，图27和28示出供坚固光缆使用的直插式圆柱形混洗模块1900的一个实施例。可以对诸如图27所示直插式混洗模块的直插式混洗模块1900进行配置以插入图21所示紧凑混洗光导管1950，而且该直插式混洗模块1900具有长度约为153mm，而外径约为25.4的总尺寸。直插式混洗模块1900的这种特定实施例适合在输入端和输出端供坚固光缆使用，而且容易被设置在直径仅约为1英寸的空间或进入通道(access way)内。
现在，参考图28，图28示出坚固圆柱形混洗模块1900的分解图。如这里所示，与参考图21-23描述和说明的光导管类似的64条光纤的光导管1950位于模块1900的中心。该紧凑光导管1950被设置在混洗支架1920内，以将光导管1950固定到坚固圆柱形模块1900的下半个管1910上。倒钩保持器1940位于管的输入端和输出端。对倒钩保持器1940分别设置十字形弹簧1945，并被设计用于接受8个六角压接倒钩1960。每个倒钩保持器1940上的十字形弹簧1945有助于确保六角压接倒钩1960牢固保持在适当位置。如图所示，六角压接倒钩1960是具有六角头的压接倒钩，该六角头在一端安装了螺栓而且它向着另一端的大致环形开口逐渐成锥形。当然，还可以使用其他形式的压接倒钩，例如以上描述的压接倒钩。在安装并插入(threading)光纤后，可以将上半个管覆盖部分1930安装到混洗支架1920和倒钩保持器1940上，从而完成模块外壳。
仍参考图28，以下将说明这种坚固圆柱形模块1900的建议组装过程。制造适当长度的光缆跳线器，测试它，并将对半切割它。然后，将热收缩和压接管放置到每个跳线器半体(jumper half)上。从该跳线器半体上去除适当数量的坚固外套后，分割该外套端以容纳压接倒钩1960的直径。将安装倒钩1965压接到外套的端部上。然后，重复这4个步骤，直到制造了要建立的光电路所需的足够数量的跳线器半体。对于8×8混洗的情况，应该有被测试的4个双长度跳线器和制备的8个跳线器半体。然后，操作员将制备的安装倒钩1960之一设置到模块1900的输入端，并将所有光纤插入被排序的光缆号的光导管1950的合适的输入孔中。然后，重复该步骤，直到所有8个输入跳线器半体被处理。然后，操作员将现在从紧凑混洗光导管1950出来的适当光纤聚集在一起，然后，将它们组合到输出倒钩中，在该输出倒钩，对裸路光纤重新装外套以完成输出跳线器半体。然后，重复该步骤，直到完成全部8个输出跳线器半体。这些步骤之后，操作员安装管的上半盖板1930，以完成外壳和端环1970，其可以利用螺丝1975或其他紧固件紧固端环1970以制备跳线器半体，从而确保接线跳线器保持牢固连接在该模块的输入倒钩和输出倒钩上。然后，操作员可以完成输出具有适于最终使用该模块的光纤终端的光缆。以这种方式，利用包含在坚固圆柱形外壳内的光导管，可以输入坚固光纤束光缆、混洗的单个光缆，并在另一端输出坚固的光纤束。
现在，参考图29-31，图29-31示出铰接的、坚固的圆柱形混洗模块2000。从图29可以最好地看到，铰接模块的形状和总尺寸与参考图27和28所描述和说明的非铰接的坚固的圆柱形模块1900的形状和总尺寸接近。从图30可以最好地看到，将紧凑混洗光导管2050密封在分别具有成型或机械安装在输入端和输出端内的铰接式凸块2005的上半主体部分2020与下半主体部分2010之间。如图所示，存在4个含有分别被设计用于接收4个倒钩2060的集成倒钩夹持器的铰接主体部分2040和安装在每个铰接主体部分2040上以将倒钩2060牢固锁定到适当位置的半圆柱形倒钩保持器2045。
现在，参考图31，图31示出组装的铰接的、坚固的圆柱形混洗模块2000，在模块2000的输入端和输出端均具有打开的铰接部分2040。将铰接的主体部分2040的适当位置钩在模块2000的上半主体部分和下半主体部分的铰接2005上，而露出光导管2050的输入端和输出端。
下面将说明所建议的这种类型的模块2000的组装技术。制造两倍要求长度的光缆跳线器，测试它，然后对半切割它。在去除适当数量的坚固外套后，将热收缩压接管设置在每个跳线器半体上，分割该外套以容纳压接倒钩2060的直径。然后，将安装倒钩压接在外套的端部上，重复这4个步骤，直到对要建立的光电路的输入端和输出端均制造了足够数量的外套跳线器半体。此外，操作员应该制造8个所需长度的跳线器半体。然后，以与参考图27和28描述的方式相同的方式，操作员对这8个输入跳线器半体进行排序并将各光纤插入该光导管的正确输入口内。然后，操作员将各条光纤组合在一起完成8个输出跳线器半体。在完成确定光纤的路线后，操作员可以闭合位于光导管2000的输入端和输出端的铰接部分，并利用端环(未示出)进一步固定坚固光缆。当然，尽管该特定实施例意在供坚固光缆使用，但是也可以供松散组合的各光纤使用，如果需要，之后，可以使各条光纤成带状或组合在一起。
现在，参考图32和33，图32和33示出直插式混洗模块2100的进一步实施例。该特定实施例以一般矩形主体部分和用于一端的坚固光缆附件的适当装配件2130以及用于输出端的松或带状光纤的开口2140为特征。从图33可以最好地看到，该模块以一般矩形底座部分2110和可以被成型或机械加工以适合紧凑混洗光导管2150的盖部分2120为特征。底座部分2110进一步设置有大量倒钩保持器，在模块2100的一端以并排方式定位该倒钩保持器。正如以上对其他直插式模块所述的那样，可以压接坚固的光缆，并将它连接到倒钩2160，并安装在倒钩保持器内。然后，将光纤引导到混洗光导管2150的正确输入口内，然后，它们从在需要时，可以将它们组合在一起或使它们成带状的、在光导管的输出端出来。该大致矩形箱形设计尤其好地适于安装，从而使随后设置在机架式系统内的卡保持扁平。与圆柱形模块相同，该箱形模块还可以高度保护进入光导管之前的光纤和混洗模块本身，使它们不受机械损伤和热或火的损伤。
尽管作为例子在以上说明中，对本发明的优选实施例进行了说明，但是，显然，本发明并不局限于所公开的实施例，在所附权利要求所述的本发明实质范围内，可以对各部分或单元进行大量重新排列和修改。因此，所附权利要求的精神和范围应该不限定于这里所包含的优选实施例的描述。
权利要求
1.一种三维光电路，该三维光电路包括多条光纤；光导管，该光导管包括单一主体，其具有输入端和输出端；所述输入端具有多个以第一有序排列的输入口；所述输出端具有多个以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的输出口；所述单一主体进一步包括多个集成成型的通路，每条所述通路分别将一个输入口与一个输出口连接在一起；以及其中每个所述多条光纤分别设置在光导管的所述通路之一内。
2.根据权利要求1所述的三维光电路，其中该单一主体由聚合物材料成型。
3.根据权利要求1所述的三维光电路，其中该单一主体由附加的制造过程成型。
4.根据权利要求1所述的三维光电路，其中该光纤在光导管的通路内自由滑动。
5.根据权利要求1所述的三维光电路，其中将光纤固定在光导管的通路内的位置上。
6.根据权利要求5所述的三维光电路，其中光导管的通路已经被粘合剂树脂填充。
7.根据权利要求6所述的三维光电路，其中利用比粘合剂树脂明显可溶的材料成型光导管。
8.根据权利要求5所述的三维光电路，其中光导管的通路至少含有设置在光导管的输入端与输出端之间的一个横向开口。
9.根据权利要求1所述的三维光电路，其中该光导管被密封在保护外壳内。
10.根据权利要求10所述的三维光电路，其中至少将一个光连接器紧固到保护外壳上。
11.根据权利要求1所述的三维光电路，其中光导管被安装在插件卡上以形成光混洗模块。
12.一种三维光模块，该三维光模块包括外壳；至少一个坚固的光缆附件，其设置在所述外壳的外部；至少一个穿板连接器，其设置在所述外壳的外部；光导管，其设置在所述外壳的内部，所述光导管包括单一主体，其具有输入端和输出端；所述输入端具有多个以第一有序排列的输入口；所述输出端具有多个以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的输出口；所述单一主体进一步包括多个集成成型的通路，每条所述通路分别将一个输入口与一个输出口连接在一起；以及多条光纤，所述多条光纤通过至少一个坚固的光缆附件而进入外壳内、穿过该光导管、并终接在至少一个穿板连接器。
13.根据权利要求12所述的三维光模块，其中至少一个穿板连接器进一步包括多个套圈弹簧、按压引脚连接器。
14.根据权利要求12所述的三维光模块，其中将至少一个坚固的光缆附件和至少一个穿板连接器设置在外壳外部的单个表面上。
15.根据权利要求12所述的三维光模块，其中该外壳进一步包括便于机架装配的孔。
16.一种制造三维光电路的方法，该方法包括下列步骤成型光导管，其包括主体，其具有输入端和输出端；所述输入端具有多个以第一有序排列的输入口；所述输出端具有多个以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的输出口；所述主体包括多个集成成型的通路，每条所述通路分别将一个输入口与一个输出口连接在一起；提供多条光纤；以及将所述多条光纤分别插入光导管的输入口内，以便根据每条通路一条光纤的原则，将它们分别设置在光导管内。
17.根据权利要求16所述的方法，其中成型光导管的步骤进一步包括使用快速成型技术。
18.根据权利要求17所述的方法，其中该快速成型技术是立体印刷(SLA)。
19.根据权利要求16所述的方法，其中成型光导管的步骤进一步包括层叠多个槽板。
20.根据权利要求19所述的方法，其中利用铣切多个固体板来成型多个槽板。
21.根据权利要求19所述的方法，其中利用快速成型技术来成型多个槽板。
22.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在保护外壳内设置光导管的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，其中该保护外壳适于机架装配在电子电路的外壳内。
24.一种制造三维光电路的方法，该方法包括下列步骤成型光导管，其包括主体，具有输入端和输出端；所述输入端具有多个以第一有序排列的输入口；所述输出端具有多个以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的输出口；所述主体包括多个集成成型的通路，每条所述通路分别将一个输入口与一个输出口连接在一起；所述主体进一步包括至少一个坚固的光缆附件；提供至少一条具有多条封闭在保护外套内的光纤的坚固光缆；向后切割至少一条坚固光缆的部分保护外套；使裸露的多条光纤穿过应变消除套管、压接环以及压接倒钩；将压接环压接到至少一个坚固光缆的剩余外套上；将压接环设置在压接倒钩内将压接倒钩连接到光导管的至少一个坚固光缆附件上；以及将所述多条光纤分别插入光导管的输入口内，以便根据每条通路一条光纤的原则，将它们分别设置在光导管内。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括在执行将多条光纤插入输入口的步骤之前，利用间隔工具展开多条光纤的步骤。
26.根据权利要求24所述的方法，进一步包括在光导管的输出口收集多条光纤并使它们成带状的步骤。
27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括将带状光纤封闭在保护外套内的步骤。
28.一种直插式光混洗模块，该直插式混洗模块包括外壳；光导管，其设置在所述外壳内，所述光导管包括主体，具有输入端和输出端；所述输入端具有多个以第一有序排列的输入口；所述输出端具有多个以不同于所述第一有序排列的第二有序排列的输出口；以及所述主体进一步包括多个集成成型的通路，每条所述通路分别将一个输入口与一个输出口连接在一起；
29.根据权利要求28所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括具有端帽的大致圆柱形管状主体。
30.根据权利要求29所述的直插式光混洗模块，其中所述管状主体由金属成型。
31.根据权利要求29所述的直插式光混洗模块，其中所述管状主体由耐火聚合物成型。
32.根据权利要求28所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括至少一个半圆柱形底部和至少一个半圆柱形顶部。
33.根据权利要求28所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括至少一个半圆柱形底部、至少一个半圆柱形顶部以及混洗支架。
34.根据权利要求28所述的直插式光混洗模块，其中所述光导管是利用快速成型技术成型的单一部分。
35.根据权利要求34所述的直插式光混洗模块，其中所述光导管利用立体印刷成型。
36.根据权利要求28所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括至少一个可以绕轴回转的铰接主体部分，以提供到光导管的通道。
37.根据权利要求36所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括大致圆柱形主体部分，该主体部分具有靠近光导管的输入端和输出端的管脚，而且具有多个转动地安装在所述管脚上的铰接主体部分。
38.根据权利要求28所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括大致矩形的箱形主体。
39.根据权利要求38所述的直插式光混洗模块，其中所述外壳进一步包括用于一端的坚固光缆附件的装配件。
40.根据权利要求39所述的直插式光混洗模块，其中所述多个装配件进一步包括以并排方式定位的倒钩保持器。
41.一种三维光电路，其包括权利要求1的直插式混洗模块和多条光纤，其中以每条通路一条光纤的原则，将所述多条光纤的每条设置在光导管的通路内。
全文摘要
本发明公开了一种以光导管为特征的三维光电路(200)，该光导管用于组织、引导并保护各光纤。本发明的一个方面是三维光导管，其可以利用诸如立体印刷、熔化沉积成型方法、选择性激光烧结方法等的快速成型方法构造该三维光导管。该光导管在一端具有大量输入口(210)，该输入口(210)以第一有序排列，并通过通路连接到另一端的多个以第二有序排列的输出口(220)。可以将多条光纤插入光导管的通路以产生诸如混洗的三维光电路。该光导管可以与大量连接器或终端一起使用，以形成各种光模块。
文档编号G02B6/38GK1613024SQ02815630
公开日2005年5月4日 申请日期2002年7月11日 优先权日2001年8月10日
发明者L·西蒙斯 理查德, L·休梅克 柯蒂斯, L·科内尔 肯尼思, A·洛德 哈里, B·卢里 爱德华 申请人:3M创新有限公司