專利名稱：光纖面板的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于傳輸從光源或檢測器發出的信號或將信號傳送到光源或檢測器的光纖或波導面板。特別是本發明提供了和一組光源或檢測器配合使用的面板，光纖或波導和光源或檢測器能精確地對準。
光纖面板在圖象應用領域有著廣泛的應用。現在已知的面板采用盡可能小的光纖以提高樣本圖象的分辨率。在此之前的面板中使用的光纖只有3微米。超量采樣方法是這類面板的代表。所謂的超量采樣就是在光源或檢測器范圍內使用盡可能多的這些小光纖來傳輸光信號。

圖1為使用超量采樣方法的面板的示意圖，在該面板上，光纖7緊密地扎在一起，和光源或檢測器的象素8之間的接觸面是隨機排列的。實際上有效的光纖僅如圖中7′所示的中心無陰影的光纖。
超量采樣的方法使得光源或檢測器組可以自由排列。但是，這種方法有內在的缺點，即其需要額外的光源和檢測器象素。其最近被提議改為具有超過400個元素的二維光源和檢測器陣列。在某些應用場合下，節能以減少熱量產生的要求越來越高。如果采用超量采樣的方法，有超過30％的光信號會損失在環繞光纖的覆層中。并且，還需要提供帶有光纖的面板和系統的光纖相匹配。這預示著將來對帶有變折射率光纖和單模光纖的面板的需求。這些結構都不可能采用現在的超量采樣方法。
因此，希望能夠提供一種面板，面板上精確排列的光纖位于光源或檢測器象素區的位置上，以實現光學互連。
發明概述簡單地說，本發明是用于和光源或檢測器相匹配的光纖面板，光源或檢測器以二維陣列排列。每一個光源或檢測器有一個精確定位于預先設置好的X-Y坐標的象素區，相鄰象素區之間的距離相等。面板包括許多拉長的和熔斷的光纖以及空隙填充物。每一條光纖的位置都根據光源或檢測器的相應象素區的位置進行設置。通過拉長使光纖的外徑和預定好的X-Y坐標間隔距離相匹配。空隙填充物填充在光纖之間的空隙中，其外徑和光纖之間的間隔相等以保證光纖在被拉長時位置保持不變。
另外，本發明提供了用于光源或檢測器相匹配的光纖面板，光源或檢測器以二維陣列的形式排列。每一個獨立的光源或檢測器被精確地定位在預先定義好的位置，并和相鄰的光源或檢測器分開。面板包括許多拉長的和熔斷的光纖束。每一束光纖包含有許多光纖，其橫截面積大于光源或檢測器的象素區面積。光纖束的位置和相應的光源或檢測器的象素位置相對準，以保證象素與所對應的光纖束中至少一半的有效區域對準。填充物填充于相鄰的光纖束中間以保證光纖束在被拉長或熔斷時的位置不會發生變化。
另外，本發明提供了一種包含許多熔斷的和拉長的波導以及空隙填充物的波導面板。每個波導位于光源或檢測器的對應位置，波導的外徑和預先設定好的X-Y坐標之間的間隔相對應；空隙填充物填充于相鄰的四個波導的空隙間，其外徑與波導之間的間隔相對應，以保證波導在拉長和熔斷時其位置不會變化。
附圖簡要說明借助附圖，可以更好地理解前面所述內容和下面將要詳細說明的優選實施例。為了圖解本發明，在此示出的是目前的優選實施例的圖樣。然而，應該理解為本發明絕不限于所示的精確排列。
圖1所示為現有技術的光纖面板的放大的前視圖。
圖2所示為本發明第一個優選實施例的光纖面板放大后的前視圖。
圖3所示為本發明的第二個優選實施例的變折射率光纖面板的放大前視圖。
圖4所示為本發明的第三個優選實施例的單模光纖面板的放大前視圖。
圖5所示為本發明的第四個優選實施例的面板放大前視圖。
圖6所示為本發明的第五個優選實施例的面板放大前視圖。
圖7所示為本發明的第六個優選實施例的波導面板的放大前視圖。
圖8所示為帶吸光玻璃覆層纜芯的面板的放大前視圖。
優選實施例的詳細介紹在以下所用的術語僅為介紹方便，而無任何限制的含義。在附圖中，依據設定好的參考點，通過詞語“右”、“左”、“下”和“上”指定方向。術語包括以上提及的詞語，這些詞語的派生詞以及類似的外來詞。另外，除非特別說明，術語“一”定義為包括一個或多個引用的項目。
圖2表示的是本發明第一個優選實施例中用于和光源或檢測器相匹配的光纖面板10。光源或檢測器以二維陣列的形式排列。每一個光源或檢測器具有一準確定位于預定好的X-Y坐標的象素區，代表性的定位方法是相鄰的象素區間隔相等。利用照相平版印刷的工藝可以將光源或檢測器制成IC芯片的一部分，這樣可以使得每一個光源或檢測器的X-Y坐標在極小的公差范圍內(幾微米或更小)得以精確的保持。在圖2中，每一個光源或檢測器的象素區12以正方形排列，如果希望的話，那些熟練的技術人員可以從本公布專利中推出其他可以使用的形狀。
光纖精確排列的面板10由許多精確定位在光源或檢測器象素區12位置上的拉長的和熔斷的光纖14構成。光纖14通過精確拉長工藝使其具有不變的外徑。將這些高精度的光纖14按和光源或檢測器的象素區12相應的位置以預定形狀堆疊在一起，然后拉長使其外徑和預定的X-Y坐標位置之間的間隔相對應。能夠在光纖14之間的空隙中填入空隙填充物16更好。空隙填充物16的外徑和光纖14之間的間隔相應，以保證光纖被拉長時其位置不會發生變化。在優選實施例中，制造光纖14的玻璃和空隙填充物16的粘度在拉長溫度下要相匹配，比如可以為108泊。粘度的匹配可以保證光纖在拉長時的位置始終如一。空隙填充物16的外形可以變化以配合光纖間隙的形狀。作為選擇，空隙填充物16的橫截面可以按照拉長時光纖14之間的間隙制成圓形的。如果不采用空隙填充物16，光纖14的定位精度可達到15微米，如果使用了空隙填充物并且光纖的尺寸合適，則排列精度可以提高20～40％甚至更高。
在圖2所示的第一優選實施例面板10中，光纖14的纜芯15的尺寸和光源或檢測器的象素區12基本相當。這可以通過精確控制的堆垛和拉伸工藝實現。和圖1中所示的超量采樣工藝相比，這種工藝可以大大減少熱量的生成和因包圍光纖的覆層而造成的能量損失。
如圖2所示，光纖14最好排列呈正方形，空隙填充物16填充在每一組相鄰的四根光纖14之間的空隙中。
圖3所示為本發明第二個優選實施例光纖面板20。在光纖面板20中采用了精確排列的變折射率光纖24，這種光纖的折射率從光纖中心向外隨距離的增加而遞減。在光纖24的空隙間最好填充空隙填充物26。另外，圖中表示出了光源或檢測器的象素區12和為了得到精密的光纖面板而將變折射率光纖24精確定位在光源或檢測器的X-Y坐標上。空隙填充物16、26可以是任意一種材料，而使用由光吸收材料制成的空隙填充物16、26以降低鄰近的光纖的串擾也是可行的。
圖4所示為第三個實施例的光纖面板30。光纖面板30上有單模光纖陣列，陣列中的每一條單模光纖34精確定位于每一個象素12中心的X-Y坐標上。空隙填充物36填充在單模光纖34之間。另外，單模光纖34和空隙填充物36的粘度在拉伸溫度下是相匹配的。空隙填充物36可以做成任意需要的形狀，但最好在結構預制初期利用原棒成型以保證光纖34的精確定位。
圖5所示為本發明第四優選實施例的光纖面板40。面板40采用的是偽精確定位光纖陣列，光纖束44精確地定位于光源或檢測器的象素12的X-Y坐標確定的中心。在面板上的每一個特定點都采用了超量采樣方法，以保證面板40和光源或檢測器象素12之間可有一個較大的校正誤差。如圖5所示，光纖束44最好由七條六邊形的光纖48構成。如圖5所示，盡管光纖束44的準確中心位置并不總是和象素12的位置對應，但大多數象素區和光纖束還是對應的。這種方法降低了要求的精度，但同時大大減少了面板40中所用的光纖的數量。因為消除了如圖1所示的采用以前工藝的面板中那些不必要的光纖從而使得成本大大降低。填充材料46填充于光纖束44之間。光纖束最好在第一次拉長中形成以保證光纖束44可以一起熔斷。接下來，將光纖束44堆疊在一起，為了保證光纖束44的定位，最好使用空隙填充物46(可以含有可在拉長過程中熔斷的大量棒狀填充料)。將光纖束拉長至需要的尺寸，然后切割、打磨以制造面板40。光纖束44也可以采用在拉長前將單根的光纖48置于管中(未畫出)的方法，這時管子起到了和填充物一樣的固定作用。
圖6所示為本發明的第五個實施例的面板50。面板50采用的是和圖5所示的面板40一樣的偽精確定位光纖陣列。但是，光纖束54包括一根比其他光纖58有較大開口面積比的中心光纖57。這意味著和普通方式相比，最終結構的開口面積可以更大。面板50的成型方法和面板40相同，因此在此不再詳細的介紹。和標準的光纖面板相比，由于每一個光纖束中的中心光纖57有著較大的開口面積，因此可以保證更好的信號傳輸和更小的信號損耗。
圖7所示為本發明的第六個實施例的一個面板陣列60。面板陣列60是一個波導面板，其中包含有大量的垂直于面板60的表明、用于傳送光能量的波導。波導可以采用熔融石英或多成分玻璃。波導62最好采用和本發明前述實施例中同樣的方式與光纖對準。
圖8所示為本發明第七個實施例的面板70。除了在光纖74的纜芯75周圍覆蓋了一層吸收玻璃覆層71外，面板70和本發明第一個實施例的面板10完全相同。最好在光纖74之間填充空隙填充物76以保證光纖的正方形排列。
盡管在本發明的優選實施例中介紹的都是正方形打包形式，那些熟練的技術工人仍可以找出其他可用的排列形式，并且光纖14的橫斷面的形狀也是可以改變的。比如，采用四邊形、五邊形和六邊形的光纖，光纖也可以按要求以正方形排列或偏移堆疊的形式精確定位。
在本發明所有的優選實施例中，光纖14、48和58最好在精確控制下拉長，以使光纖在以預定形狀堆疊和拉長以形成面板前，保持準確的和統一的尺寸。這可以通過具有連接到反饋控制系統的直徑傳感器的拉長設備實現，通過增加或降低拉伸速度保證光纖的尺寸精確。這些光纖可以用來制作面板組，或在中間過程中制作有著精確光纖尺寸和光纖排列的光纖束，比如本發明中的第四和第五實施例中的面板40、50。
精密和偽精密的光纖陣列的使用，可以減少光纖或波導的使用而大幅度的降低生產成本。同時由于較少的能量損失在加熱光纖的環繞覆層過程中，面板對能量的要求也隨之降低。盡管在優選實施例中都表示出了空隙填充物，而實際上填充物根據所使用的排列方法是可以省掉的。對于正方形的包裝設計，空隙填充物必須精確拉長以使光纖保持需要的X-Y坐標從而保證光纖的精確排列。
盡管對本發明的優選實施例都進行了詳細的介紹，本發明絕不僅限于以上描述的特定的幾個實施例，這些實施例僅應當被視為示例性的。對本發明的修正和擴展是可以的，而所有這些修正都應被視為在本發明的范圍之內。
權利要求
1.用于和光源或檢測器相匹配的光纖面板，光源或檢測器以二維陣列的形式排列，每一個光源或檢測器有一個準確定位于預先設置好的X-Y坐標的象素區，相鄰的象素區之間的間隔都是相等的；面板包括大量的拉長和熔斷的光纖和空隙填充物，每一條光纖位于光源或檢測器的象素區的對應位置，光纖通過拉長使其外徑和預先設計的X-Y坐標之間的間隔相對應；空隙填充物填充于光纖之間的空隙中，其外徑和光纖之間的間隔相匹配，以保證光纖在被拉長時其排列位置保持不變。
2.如權利要求1的光纖面板，其中的光纖和空隙填充物在拉伸溫度時具有幾乎相同的粘度。
3.如權利要求1的光纖面板，其中的光纖以正方形分組排列，空隙填充物填充于光纖組之間，每一組光纖由相鄰的四條光纖構成。
4.如權利要求1的光纖面板，其中光纖的外徑和象素區對應。
5.如權利要求1的光纖面板，其中的光纖為變折射率(GRIN)光纖。
6.如權利要求1的光纖面板，其中的光纖為單模光纖。
7.如權利要求1的光纖面板，其中的空隙填充物的原料為光吸收物質。
8.用于和光源或檢測器相匹配的光纖面板，光源或檢測器以二維陣列的形式排列，每一個光源或檢測器準確位于預先設置好的位置并與相鄰的光源或檢測器分開；面板包括許多拉長和熔斷的光纖束，每個光纖束包括大量的光纖，光纖束的橫截面積大于光源或檢測器的象素區面積；每個光纖束的排列位置和相應的光源或檢測器象素區的位置基本對應，以保證象素與光纖束中至少一半的有效面積對準，空隙填充物填充于光纖束之間以保證光纖束在拉長和熔斷時其位置不會變化。
9.如權利要求8的光纖面板，其中的光纖束包括一條基本位于中心的開口面積比比光纖束中其他光纖大的光纖。
10.如權利要求8的光纖面板，其中的空隙填充物的原料為光吸收玻璃。
11.如權利要求8的光纖面板，其中的光纖和空隙填充物在拉伸溫度時的粘度基本相等。
12.如權利要求8的光纖面板，其中的光纖為變折射率(GRIN)光纖。
13.如權利要求8的光纖面板，其中的光纖為單模光纖。
14.用于和光源或檢測器相匹配的波導面板，光源或檢測器以二維陣列的形式排列，每一個光源或檢測器準確位于預先設置好的位置并與相鄰的光源或檢測器分開；面板包括許多拉長和熔斷的波導和空隙填充物，每個波導位于光源或檢測器的對應位置，波導的外徑和預先設定好的X-Y坐標之間的間隔相對應；空隙填充物填充于相鄰的四個波導的空隙間，其外徑與波導之間的間隔相對應，以保證波導在拉長和熔斷時其位置不會變化。
全文摘要
用于和光源或檢測器相匹配的光纖面板。光源或檢測器以二維陣列的形式排列。每一個光源或檢測器準確地位于預定好的坐標上的象素區。面板包括大量拉長和熔斷的光纖。每一條光纖的位置和光源或檢測器的象素區相對應。空隙填充物填充于光纖之間的空隙中，其外徑和光纖之間的間隔相匹配以保證光纖在拉長時其排列位置不會發生變化。
文檔編號H01L33/00GK1717601SQ01818508
公開日2006年1月4日 申請日期2001年10月31日 優先權日2000年11月6日
發明者科爾姆·V.·克里恩, 理查德·斯特拉克 申請人:肖特通信技術公司