专利名称：光纤面板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于传输从光源或检测器发出的信号或将信号传送到光源或检测器的光纤或波导面板。特别是本发明提供了和一组光源或检测器配合使用的面板，光纤或波导和光源或检测器能精确地对准。
光纤面板在图象应用领域有着广泛的应用。现在已知的面板采用尽可能小的光纤以提高样本图象的分辨率。在此之前的面板中使用的光纤只有3微米。超量采样方法是这类面板的代表。所谓的超量采样就是在光源或检测器范围内使用尽可能多的这些小光纤来传输光信号。
图1为使用超量采样方法的面板的示意图，在该面板上，光纤7紧密地扎在一起，和光源或检测器的象素8之间的接触面是随机排列的。实际上有效的光纤仅如图中7′所示的中心无阴影的光纤。
超量采样的方法使得光源或检测器组可以自由排列。但是，这种方法有内在的缺点，即其需要额外的光源和检测器象素。其最近被提议改为具有超过400个元素的二维光源和检测器阵列。在某些应用场合下，节能以减少热量产生的要求越来越高。如果采用超量采样的方法，有超过30％的光信号会损失在环绕光纤的覆层中。并且，还需要提供带有光纤的面板和系统的光纤相匹配。这预示着将来对带有变折射率光纤和单模光纤的面板的需求。这些结构都不可能采用现在的超量采样方法。
因此，希望能够提供一种面板，面板上精确排列的光纤位于光源或检测器象素区的位置上，以实现光学互连。
发明概述简单地说，本发明是用于和光源或检测器相匹配的光纤面板，光源或检测器以二维阵列排列。每一个光源或检测器有一个精确定位于预先设置好的X-Y坐标的象素区，相邻象素区之间的距离相等。面板包括许多拉长的和熔断的光纤以及空隙填充物。每一条光纤的位置都根据光源或检测器的相应象素区的位置进行设置。通过拉长使光纤的外径和预定好的X-Y坐标间隔距离相匹配。空隙填充物填充在光纤之间的空隙中，其外径和光纤之间的间隔相等以保证光纤在被拉长时位置保持不变。
另外，本发明提供了用于光源或检测器相匹配的光纤面板，光源或检测器以二维阵列的形式排列。每一个独立的光源或检测器被精确地定位在预先定义好的位置，并和相邻的光源或检测器分开。面板包括许多拉长的和熔断的光纤束。每一束光纤包含有许多光纤，其横截面积大于光源或检测器的象素区面积。光纤束的位置和相应的光源或检测器的象素位置相对准，以保证象素与所对应的光纤束中至少一半的有效区域对准。填充物填充于相邻的光纤束中间以保证光纤束在被拉长或熔断时的位置不会发生变化。
另外，本发明提供了一种包含许多熔断的和拉长的波导以及空隙填充物的波导面板。每个波导位于光源或检测器的对应位置，波导的外径和预先设定好的X-Y坐标之间的间隔相对应；空隙填充物填充于相邻的四个波导的空隙间，其外径与波导之间的间隔相对应，以保证波导在拉长和熔断时其位置不会变化。
附图简要说明借助附图，可以更好地理解前面所述内容和下面将要详细说明的优选实施例。为了图解本发明，在此示出的是目前的优选实施例的图样。然而，应该理解为本发明绝不限于所示的精确排列。
图1所示为现有技术的光纤面板的放大的前视图。
图2所示为本发明第一个优选实施例的光纤面板放大后的前视图。
图3所示为本发明的第二个优选实施例的变折射率光纤面板的放大前视图。
图4所示为本发明的第三个优选实施例的单模光纤面板的放大前视图。
图5所示为本发明的第四个优选实施例的面板放大前视图。
图6所示为本发明的第五个优选实施例的面板放大前视图。
图7所示为本发明的第六个优选实施例的波导面板的放大前视图。
图8所示为带吸光玻璃覆层缆芯的面板的放大前视图。
优选实施例的详细介绍在以下所用的术语仅为介绍方便，而无任何限制的含义。在附图中，依据设定好的参考点，通过词语“右”、“左”、“下”和“上”指定方向。术语包括以上提及的词语，这些词语的派生词以及类似的外来词。另外，除非特别说明，术语“一”定义为包括一个或多个引用的项目。
图2表示的是本发明第一个优选实施例中用于和光源或检测器相匹配的光纤面板10。光源或检测器以二维阵列的形式排列。每一个光源或检测器具有一准确定位于预定好的X-Y坐标的象素区，代表性的定位方法是相邻的象素区间隔相等。利用照相平版印刷的工艺可以将光源或检测器制成IC芯片的一部分，这样可以使得每一个光源或检测器的X-Y坐标在极小的公差范围内(几微米或更小)得以精确的保持。在图2中，每一个光源或检测器的象素区12以正方形排列，如果希望的话，那些熟练的技术人员可以从本公布专利中推出其他可以使用的形状。
光纤精确排列的面板10由许多精确定位在光源或检测器象素区12位置上的拉长的和熔断的光纤14构成。光纤14通过精确拉长工艺使其具有不变的外径。将这些高精度的光纤14按和光源或检测器的象素区12相应的位置以预定形状堆叠在一起，然后拉长使其外径和预定的X-Y坐标位置之间的间隔相对应。能够在光纤14之间的空隙中填入空隙填充物16更好。空隙填充物16的外径和光纤14之间的间隔相应，以保证光纤被拉长时其位置不会发生变化。在优选实施例中，制造光纤14的玻璃和空隙填充物16的粘度在拉长温度下要相匹配，比如可以为108泊。粘度的匹配可以保证光纤在拉长时的位置始终如一。空隙填充物16的外形可以变化以配合光纤间隙的形状。作为选择，空隙填充物16的横截面可以按照拉长时光纤14之间的间隙制成圆形的。如果不采用空隙填充物16，光纤14的定位精度可达到15微米，如果使用了空隙填充物并且光纤的尺寸合适，则排列精度可以提高20～40％甚至更高。
在图2所示的第一优选实施例面板10中，光纤14的缆芯15的尺寸和光源或检测器的象素区12基本相当。这可以通过精确控制的堆垛和拉伸工艺实现。和图1中所示的超量采样工艺相比，这种工艺可以大大减少热量的生成和因包围光纤的覆层而造成的能量损失。
如图2所示，光纤14最好排列呈正方形，空隙填充物16填充在每一组相邻的四根光纤14之间的空隙中。
图3所示为本发明第二个优选实施例光纤面板20。在光纤面板20中采用了精确排列的变折射率光纤24，这种光纤的折射率从光纤中心向外随距离的增加而递减。在光纤24的空隙间最好填充空隙填充物26。另外，图中表示出了光源或检测器的象素区12和为了得到精密的光纤面板而将变折射率光纤24精确定位在光源或检测器的X-Y坐标上。空隙填充物16、26可以是任意一种材料，而使用由光吸收材料制成的空隙填充物16、26以降低邻近的光纤的串扰也是可行的。
图4所示为第三个实施例的光纤面板30。光纤面板30上有单模光纤阵列，阵列中的每一条单模光纤34精确定位于每一个象素12中心的X-Y坐标上。空隙填充物36填充在单模光纤34之间。另外，单模光纤34和空隙填充物36的粘度在拉伸温度下是相匹配的。空隙填充物36可以做成任意需要的形状，但最好在结构预制初期利用原棒成型以保证光纤34的精确定位。
图5所示为本发明第四优选实施例的光纤面板40。面板40采用的是伪精确定位光纤阵列，光纤束44精确地定位于光源或检测器的象素12的X-Y坐标确定的中心。在面板上的每一个特定点都采用了超量采样方法，以保证面板40和光源或检测器象素12之间可有一个较大的校正误差。如图5所示，光纤束44最好由七条六边形的光纤48构成。如图5所示，尽管光纤束44的准确中心位置并不总是和象素12的位置对应，但大多数象素区和光纤束还是对应的。这种方法降低了要求的精度，但同时大大减少了面板40中所用的光纤的数量。因为消除了如图1所示的采用以前工艺的面板中那些不必要的光纤从而使得成本大大降低。填充材料46填充于光纤束44之间。光纤束最好在第一次拉长中形成以保证光纤束44可以一起熔断。接下来，将光纤束44堆叠在一起，为了保证光纤束44的定位，最好使用空隙填充物46(可以含有可在拉长过程中熔断的大量棒状填充料)。将光纤束拉长至需要的尺寸，然后切割、打磨以制造面板40。光纤束44也可以采用在拉长前将单根的光纤48置于管中(未画出)的方法，这时管子起到了和填充物一样的固定作用。
图6所示为本发明的第五个实施例的面板50。面板50采用的是和图5所示的面板40一样的伪精确定位光纤阵列。但是，光纤束54包括一根比其他光纤58有较大开口面积比的中心光纤57。这意味着和普通方式相比，最终结构的开口面积可以更大。面板50的成型方法和面板40相同，因此在此不再详细的介绍。和标准的光纤面板相比，由于每一个光纤束中的中心光纤57有着较大的开口面积，因此可以保证更好的信号传输和更小的信号损耗。
图7所示为本发明的第六个实施例的一个面板阵列60。面板阵列60是一个波导面板，其中包含有大量的垂直于面板60的表明、用于传送光能量的波导。波导可以采用熔融石英或多成分玻璃。波导62最好采用和本发明前述实施例中同样的方式与光纤对准。
图8所示为本发明第七个实施例的面板70。除了在光纤74的缆芯75周围覆盖了一层吸收玻璃覆层71外，面板70和本发明第一个实施例的面板10完全相同。最好在光纤74之间填充空隙填充物76以保证光纤的正方形排列。
尽管在本发明的优选实施例中介绍的都是正方形打包形式，那些熟练的技术工人仍可以找出其他可用的排列形式，并且光纤14的横断面的形状也是可以改变的。比如，采用四边形、五边形和六边形的光纤，光纤也可以按要求以正方形排列或偏移堆叠的形式精确定位。
在本发明所有的优选实施例中，光纤14、48和58最好在精确控制下拉长，以使光纤在以预定形状堆叠和拉长以形成面板前，保持准确的和统一的尺寸。这可以通过具有连接到反馈控制系统的直径传感器的拉长设备实现，通过增加或降低拉伸速度保证光纤的尺寸精确。这些光纤可以用来制作面板组，或在中间过程中制作有着精确光纤尺寸和光纤排列的光纤束，比如本发明中的第四和第五实施例中的面板40、50。
精密和伪精密的光纤阵列的使用，可以减少光纤或波导的使用而大幅度的降低生产成本。同时由于较少的能量损失在加热光纤的环绕覆层过程中，面板对能量的要求也随之降低。尽管在优选实施例中都表示出了空隙填充物，而实际上填充物根据所使用的排列方法是可以省掉的。对于正方形的包装设计，空隙填充物必须精确拉长以使光纤保持需要的X-Y坐标从而保证光纤的精确排列。
尽管对本发明的优选实施例都进行了详细的介绍，本发明绝不仅限于以上描述的特定的几个实施例，这些实施例仅应当被视为示例性的。对本发明的修正和扩展是可以的，而所有这些修正都应被视为在本发明的范围之内。
权利要求
1.用于和光源或检测器相匹配的光纤面板，光源或检测器以二维阵列的形式排列，每一个光源或检测器有一个准确定位于预先设置好的X-Y坐标的象素区，相邻的象素区之间的间隔都是相等的；面板包括大量的拉长和熔断的光纤和空隙填充物，每一条光纤位于光源或检测器的象素区的对应位置，光纤通过拉长使其外径和预先设计的X-Y坐标之间的间隔相对应；空隙填充物填充于光纤之间的空隙中，其外径和光纤之间的间隔相匹配，以保证光纤在被拉长时其排列位置保持不变。
2.如权利要求1的光纤面板，其中的光纤和空隙填充物在拉伸温度时具有几乎相同的粘度。
3.如权利要求1的光纤面板，其中的光纤以正方形分组排列，空隙填充物填充于光纤组之间，每一组光纤由相邻的四条光纤构成。
4.如权利要求1的光纤面板，其中光纤的外径和象素区对应。
5.如权利要求1的光纤面板，其中的光纤为变折射率(GRIN)光纤。
6.如权利要求1的光纤面板，其中的光纤为单模光纤。
7.如权利要求1的光纤面板，其中的空隙填充物的原料为光吸收物质。
8.用于和光源或检测器相匹配的光纤面板，光源或检测器以二维阵列的形式排列，每一个光源或检测器准确位于预先设置好的位置并与相邻的光源或检测器分开；面板包括许多拉长和熔断的光纤束，每个光纤束包括大量的光纤，光纤束的横截面积大于光源或检测器的象素区面积；每个光纤束的排列位置和相应的光源或检测器象素区的位置基本对应，以保证象素与光纤束中至少一半的有效面积对准，空隙填充物填充于光纤束之间以保证光纤束在拉长和熔断时其位置不会变化。
9.如权利要求8的光纤面板，其中的光纤束包括一条基本位于中心的开口面积比比光纤束中其他光纤大的光纤。
10.如权利要求8的光纤面板，其中的空隙填充物的原料为光吸收玻璃。
11.如权利要求8的光纤面板，其中的光纤和空隙填充物在拉伸温度时的粘度基本相等。
12.如权利要求8的光纤面板，其中的光纤为变折射率(GRIN)光纤。
13.如权利要求8的光纤面板，其中的光纤为单模光纤。
14.用于和光源或检测器相匹配的波导面板，光源或检测器以二维阵列的形式排列，每一个光源或检测器准确位于预先设置好的位置并与相邻的光源或检测器分开；面板包括许多拉长和熔断的波导和空隙填充物，每个波导位于光源或检测器的对应位置，波导的外径和预先设定好的X-Y坐标之间的间隔相对应；空隙填充物填充于相邻的四个波导的空隙间，其外径与波导之间的间隔相对应，以保证波导在拉长和熔断时其位置不会变化。
全文摘要
用于和光源或检测器相匹配的光纤面板。光源或检测器以二维阵列的形式排列。每一个光源或检测器准确地位于预定好的坐标上的象素区。面板包括大量拉长和熔断的光纤。每一条光纤的位置和光源或检测器的象素区相对应。空隙填充物填充于光纤之间的空隙中，其外径和光纤之间的间隔相匹配以保证光纤在拉长时其排列位置不会发生变化。
文档编号H01L33/00GK1717601SQ01818508
公开日2006年1月4日 申请日期2001年10月31日 优先权日2000年11月6日
发明者科尔姆·V.·克里恩, 理查德·斯特拉克 申请人:肖特通信技术公司