专利名称：用于保持光学元件的组合式箱盒的制作方法
要求优先权本申请根据35美国法典§120特要求1999年1月14提交的美国临时专利申请60/116182号的优先权，在此援引其整个内容作为参考。
1.发明的领域本发明总的涉及光学元件领域中的改进，尤其涉及用于使光学元件在装置中保持在适当位置的系统和方法。
2.技术背景目前已制造和开发了多种使用在光纤网络中的装置和系统。这些装置和系统包括用于直接放大光纤信号、而无须将光信号转换成电信号的光学放大器。这些光学装置和系统通常包括多个光学元件，这些光学元件的光纤引线必须被连接在一起。这种光纤引线是极易被损坏的。已开发出了用于将光学元件安装到光纤装置中、以及用于以无损害方式来装载已连接的引线的多种结构。
目前所使用的光学元件安装结构的一个缺点在于，它们需要占用光纤装置中大量的空间。在光纤装置朝着小包装方向发展的今天，这个问题日益严重。因而就需要一种用于将光学元件安装在光纤装置中的系统，它能在保护光学元件的同时，还能有效地利用可用的空间。
发明概述本发明即针对现有技术中的这个和其它缺点。本发明的第一实施例提供了一种用于保持光学元件的箱盒，该箱盒包括具有一用于容纳多个光学元件的表面的基座，该底座可连接到光纤装置中。夹紧条可连接到基座、位于光学元件之上，这样这些光学元件就能籍由夹紧条与基座之间的摩擦力而保持在适当位置，其中来自光学元件的光纤引线延伸到箱盒的相对端之外，以便进行连接。本发明的另一个实施例提供了一种用于将光学元件保持在光纤装置中的方法。该方法包括下列步骤，即将光学元件下放到具有一用于容纳光学元件的表面的底座上，并将夹紧条连接于光学元件层之上，这样光学元件就能籍由夹紧条与基座之间的摩擦力保持在适当位置，其中来自光学元件的光纤引线延伸到基座的相对端之外，以便进行连接。
本发明的其它特点和优点将罗列在随后的详细描述中，其中部分的特点和优点可由本技术领域中的那些熟练技术人员从描述中易于一目了然，或者通过实施下列描述和权利要求、以及附图中所述的被发明而被意识到。
要理解的是，以上概述和下列详述都只是示范本发明用的，它只是提供了一个总的看法或框架，以便理解正如它所要求的本发明的特点和特征。
所包含的附图便于进一步理解本发明，它们构成了说明书的一部分。这些图中示出了本发明的一个或多个实施例，并且连同描述一起用于介绍本发明的原理和操作。
附图简介
图1至4是使用在光纤装置中的典型的光学元件的立体图。
图5是一种光学元件保持件的立体图。
图6是包括光学元件和连接装置的、图5所示光学元件保持件的分解立体图。
图7是包括光学元件和连接装置的第二种光学元件保持件的分解立体图。
图8是一排四个光学元件隔架的立体图。
图9是两个光学元件隔架的俯视图。
图10是本发明组合式元件箱盒的第一实施例的俯视图。
图11是本发明组合式元件箱盒的第二实施例的前视图。
图12是本发明组合式元件箱盒的第二实施例的俯视图。
图13是本发明组合式元件箱盒的第二实施例的前视图。
图14是本发明底部共形元件保持垫的立体图。
图15是本发明顶部共形元件保持垫的立体图。
图16是包含有本发明组合式元件箱盒的光纤装置的立体图。
图17是本发明一种用于将光学元件保持在光纤装置中的方法的第一实施例的流程图。
详述现在将通过参阅附图来更为全面地描述本发明，在这些附图中示出了本发明目前的较佳实施例。然而，所述的本发明可以多种形式来具体表现，而不会受到本文中所罗列的诸示范性实施例的限制。相反，这些典型实施例将被详细地描述，以便该描述能彻底全面，并能将本发明的结构、操作、功能和潜在的适用范围全面地传达给本技术领域中的那些熟练技术人员。
图1至4是目前使用在诸如光学放大器之类的光纤装置的结构中的许多光学元件10a-d的立体图。这些光学元件通常包括一本体或包装体12a-d和延伸到本体之外的诸光纤引线14a-d。诸如图1和2所示的某些光学元件制造有矩形包装体12a-b。这些包装体的典型尺寸通常约为几毫米或几十毫米。例如，这些图中所描绘的示范性包装体的尺寸可约为5.6mm×5.6mm×38mm和6.4mm×6.4mm×38mm。如图1和2所示，这些矩形光学元件具有自元件本体向外伸出的矩形翼片16a和16b。这些翼片16a和16b具有用于接纳可将元件安装到印刷电路板或其它支承结构上的塑料圆头铆钉的孔17。
诸如图3和4所示的其它的光学元件具有圆柱形包装体12c和12d。被广泛使用的圆柱形包装体的典型尺寸其直径约为几毫米，而其长度则约为几十毫米。图示的例子可具有典型的3.5mm和5.5mm的直径，以及30mm和53-54mm的长度。通常将光学元件10a-d的本体12a-d安装到印刷电路板或其它支承结构上，然后按需将光纤引线与其它的光纤引线14a-d相连接。图5示出了用于将一对圆柱形光学元件10c和10d安装到一装置中的元件保持件18的立体图。该元件保持件18通常由玻璃填充聚合物、或者其它适当的材料所制成。一种示范性的玻璃填充聚合物是由通用电气股份有限公司(General Electric Corp.)制造的Ultem 2300，采用该玻璃填充聚合物是由于其热膨胀系数接近于光纤的热膨胀系数，并且可被模制、可机械加工且坚硬，而且还具有其它有用的特性。
如图5所示，元件保持件18包括其形状适于容纳圆柱形光学元件10c和10d的上部V形沟槽20a和下部V形沟槽20b。该上部沟槽20a的形状适于容纳直径较小的圆柱形光学元件10c，而下部沟槽20b的形状则适于容纳直径较大的圆柱形光学元件10d。元件保持件18还包括具有一对孔24的平基座22，该对孔24用于接纳圆头铆钉，以便将元件保持件18安装到印刷电路板或其它支承结构上。另外，该元件保持件18具有用于容纳缆绳28或弹簧夹(未图示)的槽26。
图6示出了图5所示的元件保持件18的立体图，其中已将光学元件10c和10d设置到上部V形沟槽20a和下部V形沟槽20b之中。将缆绳28环绕着元件保持件18和光学元件10c和10d扎紧。然后，利用塑料圆头铆钉30将装载的元件保持件18安装到印刷电路板76或其它支承结构上。
图7示出了用于将矩形光学元件10a安装到印刷电路板76或其它支承结构上的结构的立体图。利用塑料圆头铆钉32将光学元件10a安装到矩形元件保持件34上。位于矩形元件保持件34的基座的翼片36供将元件保持件34安装到母板(未图示)上之用。这些翼片36设有用于接纳塑料圆头铆钉38的孔37。
光纤引线的使用是有问题的。连接光纤引线是一项精密作业，有时需要尝试几次。因此，光学元件通常设有相对较长的引线。这样就允许发生连接失败，并重新修剪引线，直到成功连接为止。光纤引线还容易被损坏；因此，已开发出了用于保护在光纤引线的连接之后可能形成的较长的光纤环的结构。
图8示出了四个光学元件“隔架”40的立体图。每一个隔架40包括一对弧形光纤引导件42和置于光纤引导件42之间的至少一个元件保持件18。如上所述，通过使光学元件10容纳在上部和下部V形沟槽20a和20b中、并利用缆绳将它们固定到适当位置，可将这些光学元件10连接在元件保持件18上。
光学元件保持件18和光纤引导件42排列成可使离开光学元件10的光纤引线14与光纤引导件42相切。这些光纤引导件42用于将光纤引线14安全地引向中心线圈件(未图示)，在那儿，光纤引线14与来自其它元件的光纤引线14相连接。
用于保持光学元件的隔架方法的一个好处在于它具有通用性。可在典型的隔架中保持光学元件的多种组合。虽然有众多方面的优点，但隔架的使用还需要相对较大的空间。需要该相对低效的空间，以供保持件之用、允许用于连接至基座上的工具进出、以及用于调节光学元件等。
该空间需求如图9所示，图中示出了两个相邻隔架的俯视图。所描绘的系统须要每一对光纤引导件42彼此隔开由双箭头44所示的一段距离。这段距离通常约为80.86mm。而且，相邻的隔架必须彼此隔开由双箭头46所示的一段距离，这段距离通常约为11.43mm。于是，图9所示类型的各个隔架在印刷电路板或其它支承结构上需要大约924mm2的“底面积”。该底面积量根据模块的高度可容纳一至四个光学元件10。例如，一种目前所使用的模块的高度约为12mm，它带有两层元件。另一种目前所使用的模块的高度约为25mm，它可操纵四层元件。
因此，在其高度为19mm的模块中，为了保持十个光学元件将需要四个隔架，并且要在印刷电路板或其它支承结构上占用将近3，697mm2的底面积。在某些更新的模块中，该面积将用去总的可用面积的大约三分之一。
由于光学装置的日益复杂性和空间限制等原因，因而须要将越来越多的光学元件装入到一定容积的光学装置中。为了更有效地利用可用空间，已开发出了一种“组合式”布局。
图10和11分别示出了本发明组合式元件箱盒48的第一实施例的俯视图和前视图。所描绘的元件箱盒48保持有两层圆柱形光学元件10，其中底层50的七个光学元件10的直径分别为5.5mm，而顶层的六个光学元件的直径则分别为3.5mm。要意识到的是，在不脱离本发明精神实质的前提下，元件10的数量、大小和形状、以及层数均能发生变化。
在本实施例中，箱盒48包括利用螺钉56紧固在印刷电路板76或其它支承结构上的基座54，当然，也可根据需要采用其它的紧固技术。该基座包含有多条槽58，这些槽的深度和宽度被选择成当将圆柱形元件10装入到槽58中时，这些槽58可将诸元件10彼此接近且大致平行地保持到适当位置。一旦将底层50的元件10放入到槽58中，就将一分隔件60设置在底层50的元件10的顶上，以备于设置顶层58的元件10。当然，在只具有一层光学元件10的本发明的一实施例中，该分隔件60并不是必需的。
分隔件60在其顶表面和底表面上包含有多个槽形支座(cradle)62，这些槽形支座的形状与保持到适当位置的圆柱形光学元件10的轮廓精密地一致。该分隔件60可由金属加工而成，或者可由诸如泡沫材料或硅树脂之类的适应性材料所制成。在已将底层元件50装入到适当位置于元件箱盒48的基座中的槽58之中后，接着将分隔件60放置到底层元件50的顶上，以使槽形支座62装配到底层元件50上。然后，将顶层元件52装入到适当位置于分隔件60的顶表面上的槽形支座62之中。
在元件设置完毕后，接着将一夹紧条64设置到顶层光学元件52之上，并籍由位于任一端上的螺钉66连接到基座54上。在另一个实施例中，可利用铰接结构将夹紧条64的一侧连接到基座54上。如图10和11所示，夹紧条64的宽度较窄，它仅仅覆盖两层光学元件50、52的一端。已确定的是，该较窄的夹紧条64既提供了可以接受的可靠夹紧，同时还使各光学元件的绝大部分保持暴露。这种暴露是很有用的；例如，它可使印制在各元件的侧面上的信息保持可视。在本实施例中，分隔件60的宽度可使其整个地装配在夹紧条64之下。在本实施例中，夹紧条64包含有连接至其下侧、用作为顶层光学元件52的衬垫的一泡沫材料薄层68。来自顶层光学元件50和底层光学元件52的光纤引线延伸到元件48的任一端之外，以作连接之用。图18中示出了可结合图10和11所示的元件箱盒使用的一种可能的连接布局，这将在下文中予以描述。
图10和11所示的元件箱盒占用2377.79mm2的面积用于十三个元件。这与上述隔架布局相比，可节省大约1319mm2的面积。
图12和13分别示出了本发明组合式元件箱盒48的第二实施例的俯视图和前视图。在该实施例中，基座72和盖件74分别由铝和不锈钢加工而成。该基座72具有U形轮廓，其中一平底表面搁置在印刷电路板76上。
图12和13所示的元件箱盒48的使用类似于图10和11所示的箱盒。将第一层元件78装入到箱盒72的底部72中。倘若需要的话，在将第一层光学元件装入到适当位置之前，可先将一层“粘稠”的聚氨基甲酸乙酯粘附于箱盒72的底部。这层聚氨基甲酸乙酯有利于在通过夹紧条74将顶层元件和泡沫材料条夹紧到适当位置之前，防止底层元件不适宜地移动。然后，利用例如可为泡沫材料和弹性体的共形(conformal)材料80将诸层光学元件彼此分开。该共形材料80可按需采用多种形式。在一种实施例中采用泡沫带状材料。这些带状材料被模制成包含有诸槽形支座#，这些槽形支座的形状适于容纳光学元件10，类似于示出在图11所示的分隔件60中的槽形支座。当已将所有的光学元件层和泡沫带状材料装入到适当位置时，利用螺钉84或其它紧固件来连接夹紧条74。
泡沫材料具有多个理想的特点。它可使光学元件10周围的材料被充分压缩，以便进行保持。另一个好处在于，适当的泡沫材料提供一定量的摩擦力，以便协助保持元件。泡沫材料的主要好处在于，它允许仅仅通过调整泡沫材料的数量，即可增加或减少元件。图12和13所示的元件箱盒所需的面积为1869mm2，要比上述隔架布局节省1828mm2的面积。
图14和15示出了共形元件保持垫86、88的立体图，在本发明的另一个实施例中，该保持垫用于分隔元件箱盒48中的光学元件层。在本实施例中，共形元件保持垫86、88是由硅树脂或其它任何具有高压缩已知值的适当的适应性材料所制成。第一垫86具有搁置在元件箱盒48的底面上的平底表面90。该保持垫的顶表面92包含有其形状适于容纳光学元件10的多个一体成形的槽形支座94、96。其中两个槽形支座94的形状适于容纳直径较小(3.5mm)的圆柱形元件，例如图3所示的元件，而另三个槽形支座96的形状则适于容纳直径较大(5.5mm)的圆柱形元件10d。第二垫#在其底表面98和顶表面100上具有槽形支座#。第二垫88的底表面98上的槽形支座与第一垫86的顶表面92上的槽形支座位置对应。
在使用过程中，将第一保持垫86放置到元件箱盒48的基座上。然后，将光学元件10装入到容纳槽形支座中，并将第二保持垫88放置在第一层元件50的顶上。将第二层元件52放置到第二保持垫88的顶上。接着，将盖板或夹紧条64放置到第二层元件52的顶上，并螺合到适当位置。在该实施例中，将一层硅树脂或其它适应性材料粘附于夹紧条的下侧，用以保护光学元件，以确保这些光学元件被牢牢地保持到适当位置。同样隶属于本发明精神实质的是，提供第三共形元件保持垫(未图示)，以便在安装夹紧条64之前盖住顶层元件52。
图14示出了包含有本发明组合式元件箱盒48的光学放大器模块102的立体图。所有的光学元件被一起存放在箱盒48中，其中它们的光纤引线14延伸到任一端之外。接着，这些引线被测量、修剪和连接在一起，然后通过将光纤引线环绕装置内部的一“跑道”部分108进行卷绕来装载所形成的光纤环。
图15示出了本发明用于将光学元件保持在光纤装置中的方法110。在该方法中，在一系列生产阶段中将光学元件装入到一组合式构件中。在步骤112中，将基底安装在光纤装置中。在步骤114中，将第一共形元件保持垫装入到基底中。在步骤116中，将要装入到该第一制造阶段中的第一元件保持垫的顶表面上的任何光学元件装入到适当位置。在步骤118中，将第二共形元件保持垫放置在第一共形元件保持垫的顶上。在步骤120中，将要装入到该第一制造阶段中的第二元件保持垫的顶表面上的任何光学元件装入到适当位置。在步骤122中，将夹紧条连接到基底、位于共形元件保持垫和光学元件之上，以便将它们保持到适当位置。在步骤124中，将来自诸光学元件的光纤引线连接在一起。在步骤126中，将任何所形成的光纤环装载到光学装置内的跑道中。在步骤128中，通过重复与所需的生产阶段一样多的步骤116-126、直到已将光学元件全部装入到元件箱盒中为止，来实现将附加的光学元件添加到元件箱盒中的随后的生产阶段。
要意识到的是，可按需简单地改变上述方法，以便适应其它的基座、分隔件、光纤装置等。应当注意的是，光学元件层的数量、以及共形元件保持垫或分隔件的数量都是能改变的。当然，倘若需要的话，还可单步即将所有的光学元件装入到元件箱盒中。
本技术领域中的那些数量技术人员将一目了然的是，在不脱离本发明精神实质和范围的前提下，本发明可有多种变型和变化。因此，本发明涵盖了隶属于所附的权利要求的范围及其等效物之中的、本发明所有的变型和变化。
权利要求
1.一种用于保持光学元件的箱盒，包括具有用于容纳多个光学元件的顶表面的基座，所述基座可连接到光纤装置中；可连接到所述基座、位于所述多个光学元件之上的夹紧条，当所述夹紧条连接到所述基座上时，所述多个光学元件籍由摩擦力保持在适当位置，其中多个光学元件的光纤引线延伸到所述箱盒的相对侧之外。
2.如权利要求1所述的箱盒，其特征在于，所述基座的顶表面包含有其形状适于容纳所述多个光学元件的多条沟槽。
3.如权利要求2所述的箱盒，其特征在于，所述多条沟槽保持第一层光学元件，所述箱盒还包括具有其形状适于装配于所述多个光学元件之上的底表面和其形状适于容纳第二组多个光学元件的顶表面的分隔件，当所述夹紧条连接在所述基座上时，所述多个光学元件、所述分隔件和所述第二组多个光学元件籍由摩擦力保持在适当位置。
4.如权利要求3所述的箱盒，其特征在于，所述分隔件是由金属制成的。
5.如权利要求3所述的箱盒，其特征在于，所述分隔件是由弹性适应性材料所制成的。
6.如权利要求1所述的箱盒，其特征在于，所述夹紧条包含有用于与所述第二组多个光学元件相接触的一层弹性适应性材料。
7.如权利要求1所述的箱盒，其特征在于，还包括用于接纳连接在所述基座的顶表面上的光学元件的粘性层。
8.如权利要求1所述的箱盒，其特征在于，所述基座具有基本U形的轮廓，所述轮廓具有可连接到光纤装置上的底表面和包围所述多个光学元件的一对向上延伸的侧壁。
9.如权利要求1所述的箱盒，其特征在于，还包括包含有所述基座的顶表面的第一共形元件保持垫，所述第一共形元件保持垫的顶表面的形状适于容纳第一组多个光学元件；具有其形状适于装配于所述第一组多个光学元件之上的底表面的第二共形元件保持垫，所述第二共形元件保持垫具有其形状适于容纳第二组多个光学元件的顶表面，当所述夹紧条连接到所述基座、位于所述第二组多个光学元件之上时，所述第一共形元件保持垫、第一组多个光学元件、第二共形元件保持垫和第二组多个光学元件籍由摩擦力保持在适当位置。
10.如权利要求9所述的箱盒，其特征在于，所述夹紧条包含有一层弹性适应性材料，以便当所述夹紧条连接到所述基座上时，所述弹性适应性材料层与所述第二组多个光学元件相接触。
11.如权利要求1所述的箱盒，其特征在于，在所述基底已连接到光纤装置中、且所述夹紧条已连接到所述基座、位于所述多个光学元件之上后，来自这些光学元件的光纤引线延伸到所述箱盒的相对侧之外而伸入到所述光纤装置中的跑道内。
12.如权利要求11所述的箱盒，其特征在于，所述光纤引线连接在一起而形成绕所述跑道卷绕的光纤环。
13.一种用于将光学元件保持在光纤装置中的方法，包括下列步骤(a)将多个光学元件设置到具有其结构用于容纳所述多个光学元件的顶表面的基座上；(b)将夹紧条连接到所述基座、位于所述多个光学元件之上，以便所述多个光学元件籍由所述夹紧条和基座的夹紧作用而保持在适当位置。
14.一种用于将光学元件保持在光纤装置中的方法，包括下列步骤(a)将第一组多个光学元件设置到具有用于容纳所述光学元件的顶表面的基座上；(b)在所述第一组多个光学元件的顶上放置分隔件，所述分隔件具有其形状适于装配于所述第一组多个光学元件之上的底表面和其形状适于容纳第二组多个光学元件的顶表面；(c)将所述第二组多个光学元件设置到所述分隔件的顶表面上；(d)将夹紧条连接到所述基座上，这样所述第一组多个光学元件、所述分隔件和所述第二组多个光学元件籍由夹紧作用保持在适当位置。
15.一种用于将光学元件保持在光纤装置中的方法，包括下列步骤(a)将第一共形元件保持垫设置在基座的顶表面上，所述第一共形元件保持垫具有用于容纳第一组多个光学元件的顶表面；(b)将所述第一组多个光学元件设置在所述第一共形元件保持垫的顶表面上；(c)在所述第一组多个光学元件的顶上放置第二共形元件保持垫，所述第二共形元件保持垫具有其形状适于装配于所述第一组多个光学元件之上的底表面和其结构用于容纳第二组多个光学元件的顶表面；(d)将第二组多个光学元件设置在所述第二共形元件保持垫的顶表面上；(e)将夹紧条连接到所述基座上，以便所述第一共形元件保持垫、所述第一组多个元件、所述第二元件保持垫和所述第二组多个元件籍由夹紧力保持在适当位置，其中光学元件的光纤引线延伸到所述箱盒的相对端之外，以便进行连接。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤(e)之后还执行步骤(f)和(g)(f)将自所述光学元件延伸的光纤引线进行连接；(g)装载所形成的光纤环。
17.一种用于将光学元件保持在光纤装置中的方法，包括下列步骤(a)设置装配在基座的顶表面上的一共形元件保持垫，所述共形元件保持垫具有用于容纳多个光学元件的顶表面；(b)将至少一个光学元件设置在所述共形元件保持垫的顶表面上，其中所述至少一个光学元件具有延伸到所述基座之外的光纤引线；(c)将夹紧条连接到所述基座上，以便所述共形元件保持垫和设置在所述共形元件保持垫上的所述至少一个光学元件被夹持在适当位置；(d)将所述光纤引线进行连接；(e)去除所述夹紧条；(f)重复上述步骤(b)至(e)，以便安装附加的光学元件。
全文摘要
一种用于保持光学元件(50)的箱盒(48)包括具有用于容纳一光学元件层(50)的基底(58),该基底(58)可连接到光纤装置(50)中。连接在基底(58)上的夹紧条(66)位于光学元件层(50)之上,以便将该光学元件层(50)保持到适当位置,其中光学元件(50)的光纤引线延伸到箱盒的相对两端之外,以便进行连接。
文档编号G02B6/00GK1333881SQ99815608
公开日2002年1月30日 申请日期1999年12月15日 优先权日1999年1月14日
发明者J·A·德梅里特, C·A·库比施萨, T·M·韦瑟里尔 申请人:康宁股份有限公司