具有与外部光纤物理接触的玻璃部件的光学分组件的制作方法

专利名称：具有与外部光纤物理接触的玻璃部件的光学分组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学分组件。
背景技术：
己公开的日本专利申请JP-H10-332988A已经披露了一种光学插 座，该光学插座接纳在中心部分具有光纤的插芯。该插芯插入光学插 座的套管中以便与保持在套管的另一侧的柱脚物理接触。柱脚在其中 心部分设置连接光纤。这样，外部光纤可以通过连接光纤与光学器件 光学连接。已公开的另一件日本专利申请JP-2006-276374己经披露了另一 种类型的光学插座，其中，该光学插座设置有柱脚和柱脚保持器。柱 脚在其中心部分设置透光介质。透光介质与光纤的末端物理接触以使 光学器件与外部光纤连接。在光学插座中，透光介质的直径比外部光纤的直径大。本申请的发明人中的一个己经在美国专利USP 7,198,415中披 露了一种光学插座，其中，该光学插座包括套管、柱脚、衬套和壳体。 柱脚沿着光轴设置带有两个开口的内腔，该内腔用由透光的石英玻璃 制成的填料物质填充。开口中面向外部插芯的一个的直径基本上与外 部光纤的直径相等，而另一个开口向光学器件大大地敞开。在上述光学插座中，可以通过使外部插芯与连接光纤或透光介 质的顶部物理接触来进行外部插芯和光学器件之间的光学连接，也就 是说，可以通过设置三个光学部件来实现光学连接插芯、连接光纤 或透光介质和光学器件沿着光轴串联设置。然而，这些部件之间的光 学连接特性有时在插芯重复插入光学插座中或从光学插座中抽出之 后会有极大的变化。或者，当插芯插入光学插座中并被光学插座刚性 固定并且与插芯连接的外部光纤扭摆或者插芯被压向与光轴垂直的方向时，插芯和光学器件之间的光学连接特性会退化。可以认为光学 连接的退化的原因是外部光纤和连接光纤之间的光学连接的容差较 小。此外，当常规光学插座设置有在中心具有连接光纤的柱脚时， 富余长度的连接光纤对于实现对插芯的插入/抽出的成功执行是必要 的。然而，更长的连接光纤会限制光学插座的小型化。当柱脚的外壳 紧紧地保持设置在柱脚的中心的连接光纤或透光介质并且柱脚压力 配合在套管或衬套的端部中以刚性保持柱脚时，由压力配合产生的应 力实际上会影响连接光纤或透光介质。发明内容本发明的一个方面涉及一种与在端部设置有插芯的外部光纤光学连接的光学分组件。所述光学分组件包括光学插座和光学器件。所 述光学器件至少安装通过所述光学插座与所述外部光纤光学连接的半导体光学器件。本发明的特征在于所述光学插座包括玻璃部件、 保持器、套管和壳体。所述玻璃部件具有基本上均匀的折射率分布并 且具有基本上与所述外部光纤的直径相等的直径。所述玻璃部件与所述外部光纤物理接触。所述保持器具有第一内腔和与所述第一内腔连 接的第二内腔。所述第一内腔具有稍微比所述玻璃部件的直径大的直 径。所述套管在其一侧接纳所述插芯并且在其另一侧接纳所述保持 器，以使所述插芯与所述保持器在所述套管中物理接触。所述壳体包 括支撑部分和接合部分，并且所述壳体将所述玻璃部件和所述套管以及所述保持器保持在所述壳体的所述支撑部分中；而所述壳体其所述接合部分中接纳所述光学器件。在根据本发明的光学分组件中，所述 保持器的所述第二内腔具有比所述第一内腔的直径大的直径，以便在 所述玻璃部件和所述第二内腔的内壁之间形成间隙。保持器可以设置有保持玻璃部件的第一部分和第二部分，该第 二部分压力配合在形成于壳体的支撑部分中的第一内腔中，以便保持 器的第一部分从该支撑部分的第一内腔伸出。这样，第一部分可以压 力配合在套管的另一侧中。由于只有保持器的第二部分压力配合在支配合而产生的应力影响 玻璃部件。支撑部分还可以设置有第二内腔，该第二内腔与第一内腔连接以便在第一内腔和第二内腔之间形成台阶。保持器的第二部分中可以压力配合在第一内腔中，以便使保持器的面向光学器件的端部抵靠在该台阶上，这可以沿着光学插座的光轴光学对准保持器。本发明的保持器还可以设置有与第二内腔连接的第三内腔。第 三内腔具有比保持器的第二内腔的直径大的直径。玻璃部件的面向光学器件的端部可以位于保持器的第三内腔内。本发明的另一个方面涉及一种光学插座，所述光学插座将固定 在插入所述光学插座的插芯的中心的光纤和与所述光学插座组装在 一起的光学器件光学连接。本发明的所述光学插座包括玻璃部件、保 持器、套管和支撑部件。所述玻璃部件具有基本上均匀的折射率分布 并且具有基本上与所述光纤的直径相等的直径。所述玻璃部件与所述 光纤在所述套管中物理接触。所述保持器具有第一内腔和与所述第一 内腔连接的第二内腔。所述第一内腔用树脂保持所述玻璃部件。所述 套管在其一侧接纳所述插芯并且在其另一侧接纳所述保持器。所述支 撑部件通过将所述套管的所述另一侧压力配合在设置于所述支撑部 件中的所述内腔中来保持所述套管。根据本发明的所述光学插座的特 征在于所述保持器的所述第二内腔具有比所述保持器的所述第一内 腔的直径大的直径，以便在所述玻璃部件和所述第二内腔的内壁之间 形成间隙。


根据参照附图对本发明的优选实施例进行的如下详细说明，可 以更好地理解上述目的、方面和优点以及其他目的、方面和优点，在 附图中图1是根据本发明实施例的光学插座的透视图，该光学插座的 一部分被剖开以便看到其内部；图2示出了组装在图1所示光学插座内的支撑件和玻璃部件；图4是设置有图1所示光学插座和光学器件的光学分组件的透视图；图5示出了图4所示光学器件，管帽的一部分被剖开以便看到 其内部；图6示出了根据本发明另一个实施例的光学插座；图7示出了设置在图6所示光学插座中的套管部件、支撑件和玻璃部件；图8是图6所示光学插座的分解视图；图9示出了设置有图6所示光学插座的光学分组件；图IOA示意性示出了根据本发明光学分组件的光学结构，图10B示意性示出了常规光学分组件中的光学结构，图IOC将在本发明的光学分组件中获得的光学连接损耗与在常规光学分组件中的连接损耗作比较；图ll示出了在常规光学插座中获得的光学连接效率的波动的实 验结果；以及图12示出了在根据本发明的光学插座中获得的光学连接效率的 波动的实验结果。
具体实施方式
接下来，将参照附图对根据本发明的几个优选实施例进行说明。 在对附图的描述中，相同的符号或相同的标记表示相同的部件而不作 重复的说明。图1是与光学器件39组装在一起的光学插座11的局部剖切透 视图。图2是保持器27和设置在保持器27的中心部分的玻璃部件 13的放大视图。图3是光学插座11的分解视图。光学插座11包括柱状的玻璃部件13、保持器27、套管17和壳 体29。套管17在其一个端部中设置保持器27，而在另一个端部中接 纳外部插芯23。外部插芯23安装在外部光纤25的末端，外部光纤 25通过光学插座11与图4所示的光学器件39光学连接。也就是说，作为圆筒状部件的套管17包括端部17a，插芯23从端部17a插入； 另一个端部17b，其接纳保持器27的一部分；以及壁部17c，其沿着 光轴Ax从端部17a延伸到另一个端部17b而形成内腔。插芯23的 末端与玻璃部件13的末端在该内腔内接触。套管17可以是精密套管 (有时称为刚性套管)或者是拼合套管(称为弹性套管)。套管17 可以由例如氧化锆等陶瓷、例如磷青铜和不锈钢等金属以及塑料等材 料制成。玻璃部件13沿着方向Ax透射光。当光学插座11与发送方光学 器件组装时，从发送方光学器件发出的光在玻璃部件13内传播；而 当光学插座11与接收方光学器件组装时，在玻璃部件13中传播的光 进入接收方光学器件。如图2所示，玻璃部件13沿着方向Ax包括 第一柱状部分13a和第二柱状部分13b以及彼此相反的两个端部13c 和13d。端部13c与插芯23的端部物理接触；而另一个端部13d与 光学器件39光学连接。如图2所示，保持器27设置有沿着方向Ax 延伸的内腔21，玻璃部件B插入并固定在内腔21中。玻璃部件13没有为了限制在该玻璃部件13中传播的光而设置 折射率的实质分布。通常可以在普通光纤中观察到这样的分布。也就 是说，玻璃部件13没有沿着轴向设置具有较大折射率的核心区域和 具有较小折射率的包覆区域。因此，在插芯23和玻璃部件13之间产 生的不对准不会强烈地影响插芯23和玻璃部件13之间的光学连接效 率。根据本实施例的玻璃部件13的结构可以增大插芯23和玻璃部件 13之间的光学连接容差。另一方面，来自光学器件39的光与玻璃部 件的另一个端部13d连接，而不与插芯23中的光纤25直接连接。由 于玻璃部件13没有为了限制光而设置折射率的分布，所以可以进一 步增大光学器件39和玻璃部件13之间的连接容差。此外，不具有折 射率的任何分布的玻璃部件13使形成在保持器27中的内腔21的位 置无关紧要，这也可以增大相对于插芯23和光学器件39的连接容差。光纤通常为在其中传播的光生成许多种透射模式，例如包覆模 式和核心模式。在常规光学插座(该光学插座设置柱脚中的连接光纤 而不设置玻璃部件13)中，当光学插芯23插入套管17中或者从套管17中抽出时，包覆模式下的光暂时侵入核心区域，这可以被认为 是改变光学连接效率的原因(通常称为扭摆失效)。由于根据本实施 例的玻璃部件13具有基本上均匀的折射率分布而没有形成任何核心 区域和包覆区域，所以对光传播既不生成包覆模式也不生成核心模式，这可以抑制在插入/抽出插芯23时光功率的波动。此外，保持器27利用沿着轴线Ax延伸的内腔21仅仅保持玻璃 部件13的第一柱状部分13a。这种结构使得即使在延长保持器27以 提高插入/抽出插芯23的可靠性时，玻璃部件13也可以与保持器27 的伸长无关。具体来说，柱脚和连接光纤的常规结构(其中连接光纤 有必要从柱脚的一个端部延伸到柱脚的另一个端部)不可避免地将柱 脚的长度设定为至少约3 mm以保证与插芯的连接效率，这使得难以 减小光学插座的尺寸。另一方面，根据本实施例的玻璃部件13可以 不受保持器27的长度的影响，这可以减小光学插座11的尺寸。保持器27的端面27c面向插芯23的端部；而另一个端部27b 设置内腔41的开口，玻璃部件13的端部13d位于内腔41内。保持 器27可以配合在壳体29的内腔29a中。该内腔29a不仅引导保持器 27而且具有沿着方向Ax对准保持器27的功能。在将保持器27插入壳体29的内腔29a中时，保持器27的内腔 21 41可以自动地相对于轴线Ax对准。根据本实施例的光学插座 11的结构将壳体29与保持器27区别开来，因此，只有壳体29有必 要提供将插芯23与光学器件39机械连接的功能；而只有保持器27 有必要提供保持和固定玻璃部件13的功能。也就是说，只有保持器 27必须提供保持玻璃部件13的机械精确性。由于保持器27具有中心与轴线Ax重合的圆筒状外形，壳体29 的其中配合保持器27的内腔29a和保持器27的其中插入玻璃部件 13的内腔21也具有与轴线Ax重合的中心，并且这些部件在其外周 没有棱角，所以可以容易地保证物理尺寸特别是这些部件之间的相对 容差。这种结构不仅可以提高保持器27中内腔21的位置精度而且可 以提高相对于壳体29的精度。
如上所述，玻璃部件13可以具有直径恒定的柱状形状。具体来说，玻璃部件13可以是直径范围从80pm 126^im的玻璃丝。优选 的是玻璃部件13的直径基本上与光纤的直径相等， 一般为带有约 lpm容差的125nm;也就是说，玻璃部件13的直径优选是124pm 126)Lun。可以通过对光纤的一般处理容易地制造出这样的玻璃部件 13。玻璃部件13的长度优选比保持器27的长度短但是比内腔21的 长度长。玻璃部件可以具有约500pm的长度，而内腔21的长度可以 是约300拜。
用于组装常规光学插座(该光学插座设置柱脚中的连接光纤而 不设置玻璃部件13)的各种设备也可以适用于组装根据本实施例的 光学插座11。玻璃部件13优选表现出基本上与石英玻璃的折射率相 等的折射率(即约1.46)，以减少在固定在插芯23中的外部光纤25 和玻璃部件13之间的界面处的反射。具体来说，玻璃部件13的折射 率可以是1.462±0.045以表现出低于0.1%的菲涅耳反射。如上所述， 玻璃部件13可以由石英玻璃制成，而保持器27可以由例如氧化锆或 氧化铝等陶瓷或者金属制成。保持器27的端面27c优选连同玻璃部 件13的端部通过抛光成形为凸形，以便与外部光纤25的端部可靠地 物理接触。对于符合FC标准或SC标准的光学连接器来说，保持器 27的直径可以是2.5 mm，而对于符合LC标准或MU标准的连接器 来说，保持器27的直径可以是1.25 mm。凸形表面27c的曲率半径 可以是20mm 25mm，该凸形表面基本上不会表现出透镜功能。更 具体来说，插芯23的光轴Ax和凸形表面27c的顶部之间的偏差可 以是小于50pm，并且玻璃部件13的顶部和保持器27的凸形表面27c 的顶部之间的偏差可以是一0.05pm + 0.1pm。
玻璃部件13的另一个端部13d可以相对于轴线Ax倾斜约6° 的角度，以便防止被该端面Bd反射的光再次进入光学器件39。该 倾斜角度可以是4。 10° 。由于保持器27支撑玻璃部件13的一 部分，所以玻璃部件13的另一个端部13d与保持器27无关。因此， 只有玻璃部件13在其端部13d处倾斜，而不会使保持器27的端部倾 斜。特别地，为了制造光学插座11，组装玻璃部件13与保持器27 的方法包括首先在玻璃部件13的相对于轴线Ax倾斜上述角度的
13表面处劈开玻璃部件13;其次将劈开的玻璃部件13插入保持器27 的内腔21中，以便将倾斜表面定位在内腔41内；以及最后将顶面
27c与所插入的玻璃部件13抛光成凸形，于是组装完成光学插座11。 玻璃部件13的直径基本上与外部光纤25的直径相等的结构带
来了各种优点可以通过基本上与对光纤的处理相同的处理来形成玻 璃部件13;可以形成保持器27以便应用普通光纤；可以进行对保持
器27的端面27c与玻璃部件13进行抛光，以便对插芯23的端部进 行抛光；可以通过通常应用于对光纤的处理的装置执行劈开玻璃部件 13以形成倾斜表面13d的操作。
此外，由于玻璃部件13沿着径向表现出基本上均匀的折射率分 布，所以光可以在玻璃部件13中均匀地传播而不会生成任何核心模 式和包覆模式。从而，可以放松对保持器27的内腔21的位置精度以 及玻璃部件13相对于保持器27的位置精度的要求，而保持器27和 玻璃部件13这两个部件可以形成为具有光纤的尺寸賴度。
下面进一步对保持器27进行具体说明。保持器27沿着轴线Ax 包括第一部分27d和第二部分27e。只有第二部分27e被壳体29支 撑，也就是说，只有第二部分27e配合在壳体29的内腔29a中；而 第一部分27d从壳体29的底部29d伸出以便将第一部分27d设置在 套管17中，这使得插芯23能够与保持器27的表面27c在套管17 内物理接触。第一部分27d包括内腔21，而第二部分27e设置有另 一个内腔41。内腔21的长度可以比第一部分27d的长度短。
玻璃部件13的向轴线Ax倾斜的端部13d包含在第二部分27e 中。除内腔21之外，保持器27还设置有沿着轴线Ax与前一个内腔 21连接的另一个内腔31。另一个内腔31的横截面比第一内腔21的 横截面大。第二柱状部分13b位于第二内腔31内并与内腔31的内壁 具有间隙。由于第二内腔31的内径比玻璃部件13的第二柱状部分 13b的外径大，所以从光学器件39进来的光不会被保持器27阻挡， 或者从玻璃部件13的端面13d出去的光不会被保持器27阻挡。
当保持器27用树脂或粘合剂将玻璃部件13设置在保持器27的 第一内腔21中时，会在保持器27和第二内腔31中的第二柱状部分13b之间累积多余的树脂或粘合剂。然而，由于第二柱状部分13b从 第一内腔21伸出，所以倾斜表面13d可以不受多余树脂的影响。树
脂可以是热固性环氧树脂的类型。
图2所示作为一个示例性实施例的保持器27还可以设置有沿着 轴线Ax与第二内腔31连接的第三内腔41。第三内腔41的直径比第 二内腔31的直径大。设定第三内腔41的直径，使得从光学器件39 进来到达玻璃部件13的端面13d的光或者从端面13d出去到达光学 器件39的光的行进轨迹不会被保持器27阻挡。内腔21 41的尺寸 的逐渐增大使保持器27能够具有较厚的侧壁。
壳体29设置有沿着轴线Ax彼此连接的第一内腔29a和第二内 腔29b。第一内腔29a的直径比第二内腔29b的直径大，并且这些内 腔29a和29b在其间形成台阶29c。第一内腔29a接纳保持器27，但 是保持器27的端面27b不与台阶29c直接接触。也就是说，保持器 27沿着轴线Ax与光学器件39光学对准，以便保持器27的端部27b 与台阶29c分开。保持器27可以压力配合在壳体29的第一内腔29a 中。由于保持器27仅仅在其第二部分27e压力配合在第一内腔29a 中但是第一部分27d没有进行压力配合，并且第一部分27d仅仅在内 腔21中支撑玻璃部件13，所以通过压力配合在第二部分27e中引入 的应力几乎不会到达玻璃部件13。
壳体29设置有支撑部分35和接合部分33，支撑部分35提供支 撑保持器27和套管17的机构，接合部分33与支撑部分35连接。支 撑部分35设置有引导并保护套管17的侧壁29e。在图l和图3所示 结构中，套管17接纳保持器27的第一部分27d。套管17可以将固 定在保持器27中的玻璃部件13与插芯23中的外部光纤25光学连接。
由于在套管17和支撑部分35的内壁29g之间设置有间隙，所 以即使将保持器27压力配合在套管17中时产生隆起部，套管17和 内壁29g之间的间隙也可以为这样的隆起部提供空间。可以通过将端 部17b抵靠在壳体29的台阶29d上来进行套管17的沿着轴线Ax的 对准。
如图3和图4所示，接合部分33接合光学插座11与光学器件39。接合部分33设置有由侧壁33c限定的内腔33a以接纳光学器件 39。内腔33a与内腔29a和29b连接，其中，前一个内腔29a接纳保 持器27，而后一个内腔29b使光通过；这样，内腔33a中的光学器 件39可以通过玻璃部件13与外部光纤25光学连接。光学器件39 可以在壁33b的内部表面上滑动，这可以沿着轴线Ax光学对准该光 学器件。
如上所述，光学器件39可以与光学插座11光学对准。如图5 所示，光学器件39在其中安装半导体光学器件45;这样，半导体光 学器件45可以通过玻璃部件13和设置在光学器件39中的窗口 53 与外部光纤25光学连接。在图1至图5所示实施例中，由于玻璃部 件13的位于第二柱状部分13b —侧的端面13d与各个内腔31和41 的内壁分开，也就是说，在玻璃部件13和保持器27之间存在间隙以 便围绕玻璃部件13，所以可以通过间隙的存在减少来自光学器件39 的光在玻璃部件13和保持器27的端面处的全反射。
图5示出了光学器件39的内部。光学器件39包括管座49和管 帽51。管帽51具有底部凸缘51a、顶板51b和侧面51c。顶板51b 支撑窗口 53 (通常是光学透镜)；而通过使侧面51c在内腔33a的 壁33b上滑动，可以将侧面51c用于沿着轴线Ax将该光学器件39 与光纤25对准。管帽51的底部凸缘51a通过例如电阻焊接固定到管 座49上。而盘形的管座49具有表面49a，在该表面49a上安装有半 导体光学器件45并固定有管帽51的底部凸缘51a。这样，管座49 和管帽51形成其中安装有半导体光学器件45的空腔。管座49还支 撑多个引脚55a 55c。也就是说，管座49设置沿着轴线Ax延伸的 多个孔49b，引脚55a 55c穿过上述多个孔，同时被密封玻璃保持 以密闭地密封该空腔。
在半导体光学器件45是半导体激光二极管(称为与光学插座11 组合的发送方光学分组件(TOSA))的类型的情况下，从该器件45 发出的光进入穿过管帽51的透镜53的玻璃部件13的端部13d。光 学器件39还可以安装光接收器件57以监测从光发射器件45发出的 光的光功率。另一方面，当光学器件45安装例如光电二极管等半导体光接收器件(称为与光学插座11组合的接收方光学分组件
(ROSA))时，光电二极管45通过玻璃部件13和透镜53接收由 外部光纤25提供的光。
图6示出了根据本发明另一个实施例的光学插座111的变型结 构。图7放大了保持器27保持玻璃部件13并且支撑部件135保持保 持器27的部分。图8是光学插座111的分解视图。图9示出了光学 分组件143，光学分组件143设置有与光学插座111组装在一起的光 学器件39。
光学插座111包括柱状的玻璃部件13、支撑部件135、接合部 件133和套管117。本实施例的光学插座111具有与前一实施例的光 学插座11的结构不同的结构接合部件133具有与支撑部件135无 关的主体，也就是说，壳体129只包括支撑部件135来保持套管117。 支撑部件135与支撑部分35对应，而接合部件133与前一实施例中 的接合部分对应。套管117设置有两个部分，其中一个部分具有较厚 的壁并接纳外部插芯23;而其中另一个具有较薄的壁并接纳保持器 27。
如图8所示，本实施例的支撑部件135可以设置有内腔129f和 底部129d以保持套管117，该内腔129f由沿着轴线Ax延伸的壁129e 形成。
支撑部件135还设置有与内腔129f连接的开口 129a。开口 129a 与轴线Ax平行地从底部129d延伸到支撑部件135的面向接合部件 133的外部表面。内腔129a接纳并支撑保持器27。如图8所示，支 撑部件135与接合部件133组装在一起，以便支撑部件135的端面安 装在接合部件133的端面133e上。保持器27在其第二部分27e压力 配合在内腔129a中，并且在如下范围内沿着轴线Ax光学对准保 持器27的端部27d与接合部件133的端面133e分开。
保持器27压力配合在内腔129a中并由支撑部件135可靠地保 持。插芯23与玻璃部件13的端部物理接触，这可以确定外部光纤 25的端部位置。
套管117可以在其壁较薄的部分覆盖保持器27，并且可以压力配合在支撑部件135的内腔129f中。也就是说，套管117压力配合 在内腔129f内，直到套管117的端部117b抵靠在底部129d上为止。 尽管套管117在支撑部件135中的压力配合有可能导致套管117中发 生一定程度的变形，然而套管117和保持器27之间的间隙会吸收这 种变形。
与本实施例中的支撑部件135无关的接合部件133提供组装和 光学对准光学器件39的机构。接合部件133设置有与支撑部件135 的内腔l'29a连接的内腔133d和沿着与轴线Ax垂直的方向延伸的端 面133e。除套管117之外还包括带有玻璃部件的保持器27的支撑部 件135通过使套管117和保持器27在表面133e上滑动来在与轴线 Ax垂直的XY平面内光学对准。由于内腔133d与内腔129a连接， 所以接纳在内腔133a中的光学器件39可以与保持在保持器27中的 玻璃部件13光学连接。
如图9所示，本实施例的光学分组件143设置有光学插座111 和光学器件39。与前一实施例的光学分组件43相似，本实施例的光 学分组件143具有玻璃部件13，玻璃部件13的位于第二柱状部分13b 中的侧面与各个内腔31和41的内壁分开；因此，可以在接近端部 13d的区域减少在玻璃部件13的侧面的反射。此外，即使在套管117 接纳插芯23时外部光纤25扭摆，也可以减少连接波动或连接损耗， 这是由于下述缘故玻璃部件13具有基本上与光纤25的直径相等的 直径，并且玻璃部件13具有基本上均匀的折射率分布，即玻璃部件 13不像应用于常规光学插座的普通光纤那样具有将核心区域与包覆 区域区别开来的边界。
图10C比较本发明的插芯23和玻璃部件13之间的不对准的容 差曲线。图10A示意性示出了根据本发明的部件的光学结构；而图 10B示意性示出了常规结构。在图10A所示根据本发明的结构中， 从光学器件39中的LD 44发出的光通过透镜53与玻璃部件13在玻 璃部件13的端面13d处光学连接。在这种结构中，透镜53的焦点F 位于玻璃部件13的端面13d前方距离Lo处，也就是说，来自LD44 的光散焦以便从玻璃部件13的端部获得预定的光功率。来自LD 44的光的散焦可以调节从玻璃部件13的另一个端部获得的最大光功 率。
常规光学分组件安装有在中心部分具有连接光纤14的柱脚12 而不安装本发明的玻璃部件13。从LD 44发出的光可以与柱脚12的 端面光学连接。图10C示出了两种光学分组件沿着方向X的连接容 差的两种特性CA和CB。特性Ca与根据本友明的TOSA对应，而特 性CB表示常规结构的结果。如图10C清楚地示出，根据本发明的 TOSA极大地提高了连接容差。在插入/抽出插芯时，不可避免地在 插芯23和连接光纤14或玻璃部件13之间产生最大为约2.0pm的不 对准量。对于图10B所示的常规结构，连接损耗超过1.0dB;而图 IOA所示本发明的插座表现出小于0.5dB的连接损耗。此外，在将插 芯23设置在套管中之后，即在具有插芯23的光学连接器与光学插座 装配之后，当我们将力施加在外部光纤上时，有可能会产生大于 2.5pm的不对准量，这被称为扭摆失效。即使对于这样的扭摆失效， 本发明的结构也仅仅表现出约0.5dB的连接损耗，而常规结构则超过 2.0dB。
图11示出了常规光学插座的光学连接特性的实验结果，图12 示出了根据本发明的光学插座的光学连接特性的实验结果。在图11 中，对12个光学插座进行了评价；而在图12中，对四个光学插座进 行了测试。这两幅图中的横轴与插入/抽出插芯的重复计数对应；而 纵轴表示从平均光功率测出的光功率的波动。在图ll中，光功率的
变化平均起来在ldB范围内，但是变化会突然超过2dB或更大。另 一方面，如图12清楚地示出，本发明的光学插座的结构表现出平均 起来小于0.2dB的变化并且变化不会突然增大。因而，设置在根据本 发明的光学插座中的玻璃部件13可以减少由于在插入/抽出插芯时 插芯和光学插座之间的不对准以及由于外部光纤的扭摆导致的光功 率的波动。
虽然已经对目前可以认为是本发明的示例性实施例的内容进行
了描述和说明，但是所属领域的技术人员可以理解在未背离本发明 的本质范围的情况下，可以做出各种其他变型，并且可以将等同内容进行替换。另外，在未背离在此所述的中心发明构思的情况下，可以 做出许多变型以使特定状况适应于本发明的教导。因此，其意图在于 本发明不限于所披露的特定实施例，而是本发明包括落入由所附权利 要求限定的保护范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种与外部光纤光学连接的光学分组件，所述外部光纤在其端部设置有插芯，所述光学分组件包括光学插座，包括玻璃部件，其具有基本上均匀的折射率分布并且具有基本上与所述外部光纤的直径相等的直径，所述玻璃部件与所述外部光纤物理接触；保持器，其具有第一内腔和与所述第一内腔连接的第二内腔，所述第一内腔具有稍微比所述玻璃部件的直径大的直径以保持所述玻璃部件；套管，其设置为在其一侧接纳所述插芯并且在其另一侧接纳所述保持器；以及壳体，其包括支撑部分和接合部分，所述支撑部分将所述保持器与所述玻璃部件和所述套管保持在一起；以及光学器件，其安装半导体光学器件，所述壳体的所述接合部分保持所述光学器件，其中，所述保持器的所述第二内腔具有比所述第一内腔的直径大的直径，以便在所述玻璃部件和所述第二内腔的内壁之间形成间隙。
2. 根据权利要求l所述的光学分组件，其中， 所述保持器设置有第一部分和第二部分，所述第一部分保持所述玻璃部件，并且所述壳体的所述支撑部分设置有第一内腔，当所述保持器的所 述第一部分从所述支撑部分的所述第一内腔伸出而压力配合在所述 套管中时，所述保持器的所述第二部分压力配合在所述支撑部分的所 述第一内腔中。
3. 根据权利要求2所述的光学分组件，其中，所述支撑部分还设置有第二内腔，所述第二内腔与所述支撑部 分的所述第一内腔连接，以便在所述支撑部分的所述第一内腔和所述 第二内腔之间形成台阶，并且所述保持器的所述第二部分压力配合在所述支撑部分的所述第 一内腔中，以便使所述保持器的面向所述光学器件的端部抵靠在所述 支撑部分的所述第一内腔和所述第二内腔之间的台阶上。
4. 根据权利要求1所述的光学分组件，其中，所述保持器还设置有第三内腔，所述第三内腔具有比所述保持 器的所述第二内腔的直径大的直径，并且所述玻璃部件具有端面，所述端面面向位于所述第三内腔内的 所述光学器件。
5. 根据权利要求1所述的光学分组件，其中， 所述保持器具有第一部分和第二部分，所述第一部分保持所述玻璃部件，并且所述壳体的所述支撑部分设置有第一内腔，当所述保持器的所 述第一部分从所述支撑部分的所述第一内腔伸出而压力配合在所述 套管中时，所述保持器的所述第二部分压力配合在所述支撑部分的所 述第一内腔中。
6. 根据权利要求5所述的光学分组件，其中， 所述壳体的所述支撑部分还设置有第二内腔，所述第二内腔与所述支撑部分的所述第一内腔连接，以便在所述支撑部分的所述第一 内腔和所述第二内腔之间形成台阶，并且 ，所述保持器的所述第二部分压力配合在所述支撑部分的所述第 一内腔中，以便使所述保持器的面向所述光学器件的端部抵靠在所述 支撑部分的所述第一内腔和所述第二内腔之间的台阶上。
7. 根据权利要求1所述的光学分组件，其中，所述保持器用树脂保持所述玻璃部件。
8. 根据权利要求1所述的光学分组件，其中， 所述玻璃部件由石英玻璃制成。
9. 根据权利要求1所述的光学分组件，其中， 所述保持器由陶瓷、金属和树脂中的一种制成。
10. —种光学插座，其设置为接纳在中心具有光纤的光学插芯 并将所述光纤和与所述光学插座组装在一起的光学器件连接，所述光 学插座包括玻璃部件，其具有基本上均匀的折射率分布并且具有基本上与 所述光纤的直径相等的直径，所述玻璃部件与所述光纤物理接触；一 保持器，其具有第一内腔和与所述第一内腔连接的第二内腔， 所述第一内腔具有稍微比所述玻璃部件的直径大的直径以保持所述 玻璃部件；套管，其设置为在其一侧接纳所述插芯并且在其另一侧接纳所 述保持器；以及支撑部件，其设置为保持所述套管和所述保持器并且设置有内 腔，所述套管的所述另一侧压力配合在所述内腔中，其中，所述保持器的所述第二内腔具有比所述第一内腔的直径 大的直径，以便在所述玻璃部件和所述第二内腔的内壁之间形成间 隙。
11. 根据权利要求IO所述的光学插座，其中， 所述保持器设置有第一部分和第二部分，所述第一部分保持所述玻璃部件，并且所述支撑部件设置有另一个内腔，当所述保持器的所述第一部 分从所述支撑部件的所述另一个内腔伸出而被所述套管的所述另一 侧接纳时，所述保持器的所述第二部分压力配合在所述另一个内腔中。
12. 根据权利要求ll所述的光学插座，还包括 接合部件，其与所述支撑部件组装在一起，所述接合部件设置与所述支撑部件的所述另一个内腔连接的开 口，所述开口具有比所述支撑部件的所述另一个内腔的直径小的直 径，以使所述接合部件的端面露出，并且所述保持器的所述第二部分压力配合在所述支撑部件的所述另 一个内腔中，以便使所述保持器的面向所述接合部件的端部抵靠在所 述接合部件的所述端面上。
13. 根据权利要求IO所述的光学插座，其中，所述保持器还设置第三内腔，所述第三内腔具有比所述保持器 的所述第二内腔的直径大的直径，并且所述玻璃部件具有端面，所述端面面向位于所述第三内腔内的 所述光学器件。
14. 根据权利要求IO所述的光学插座，其中， 所述保持器具有第一部分和第二部分，所述第一部分保持所述玻璃部件，并且所述支撑部件设置有另一个内腔，当所述保持器的所述第一部 分从所述支撑部件的所述另一个内腔伸出而被所述套管的所述另一 侧接纳时，所述保持器的所述第二部分压力配合在所述另一个内腔 中。
15. 根据权利要求14所述的光学插座，还包括接合部件，其与所述支撑部件组装在一起，所述接合部件设置有与所述支撑部件的所述另一个内腔连接的 开口，所述开口具有比所述支撑部件的所述另一个内腔的直径小的直 径，以使所述接合部件的端面露出，并且所述保持器的所述第二部分压力配合在所述支撑部件的所述另 一个内腔中，以便使所述保持器的面向所述接合部件的端部抵靠在所 述接合部件的所述端面上。
16. 根据权利要求IO所述的光学插座，其中， 所述套管的所述另一侧形成与所述保持器的间隙。
17. 根据权利要求IO所述的光学插座，其中，所述玻璃部件由石英玻璃制成。
18. 根据权利要求IO所述的光学插座，其中， 所述保持器由陶瓷、金属和树脂中的一种制成。
19.根据权利要求IO所述的光学插座，其中， 所述保持器用树脂保持所述玻璃部件。
全文摘要
本发明公开了一种增大光学连接容差的光学分组件和光学插座。本发明的光学插座设置具有基本上与外部光纤的直径相等的直径的玻璃部件而不设置安装在常规光学插座中的连接光纤。由支撑件保持的玻璃部件设置有抵靠在外部插芯的顶部上的凸形表面和相对于光轴倾斜的另一个表面，以防止在这些表面反射的光返回光学器件。玻璃部件具有基本上均匀的折射率分布；因此可以减少与外部插芯的光学连接的波动。
文档编号G02B6/42GK101661139SQ20091016655
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月26日 优先权日2008年8月26日
发明者中西裕美, 平山宪司, 道辻康宪 申请人:住友电气工业株式会社