光导材料及连结制造技术

本发明专利技术涉及一种光导材料及由其制得的光导制品，尤其涉及一种用于两个光导器件之间的粘结剂，所述光导器件包括光纤和平面器件。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利
涉及光导材料(optically transmissive material)，以及适用于连结两个器件(例如光纤和/或平面构件)以形成一光网络(optical network)的方法。
技术介绍
制成平面形式的光波导构件可在光径中执行许多功能，包括各种配置的光耦合，诸如多通道星形阵列，以及通过移相器或光栅装置进行多路复用或信号分离。这类波导可望比由光纤和微型光学零件制成的、分立的光学器件的成本来得低。将来它们可能提供一个供混合式的光-电器件用的平台。对于每一个要处理的信号，必须将光波导连接于一根载有一输入信号的光纤上，同时还要连接到载有经处理后的信号的另一根光纤上。传统的做法是采用一些有机粘结剂，如甲基丙烯酸酯或环氧粘合剂来进行这种连结，通常也称之为“装上猪尾巴(pigtails)”。这类聚合物粘结剂使用方便，能提供良好的折射率匹配和粘结性能。然而，这类粘合剂遇水不够稳定。这就限制了它们在潮湿环境中的应用，例如在水中和高湿度条件下的应用。还有一些报告称许多这类粘合剂在极端的温度和压力的环境中，其稳定性有问题。这类粘合剂的光学性能哪怕是极轻微地变差都会严重地影响光信号通过光纤-波导网络的传输。因而，这种不稳定性会导致灾难性的后果，致使这种有机的或“软”的连结不适合许多应用。对一种稳定的光纤与平面波导连接的需求导致一种玻璃状密封的出现，它使用玻璃料之类，或再掺合以少量添加剂。所制成的接头对水十分稳定，而且相对牢固。然而，由于两个器件之间的热膨胀系数不同，会产生应力，而且，封接温度也较所期望的来得高。本专利技术针对性地克服了现有技术中的这些以及其它方面的缺点。专利技术综述本专利技术涉及一种无机-有机混合材料，包含一种含有硅和氧原子的拉伸的基体，在该拉伸的基体中至少有一部分硅原子与至少一个烃部分直接键合。本专利技术还涉及一种由所述材料生产一种制品的方法，包括制备一种材料前体，它包含至少一种选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷或芳基三烷氧基硅烷的硅烷，以及烃部分的供源。至少部分地使所述前体材料水解并凝固到一适于制品形成的粘度。在一个特定方面，本专利技术是一种光导制品，以及一种在两个光导器件之间作成一种连接的方法。该方法包括使用上述部分水解和固化的材料作为一种粘结剂组合物，将两器件对齐并略为隔开以形成一间隙，将所述粘结剂组合物填充入间隙中以在两器件之间形成一个连接，在能使一种无机-有机混合材料形成一种键合的有效条件下完成粘合剂组合物的水解和固化，所述混合材料包含一种含有硅和氧原子的拉伸的基体，其中至少一部分硅原子与至少一个烃部分直接键合，由此将两个光导器件连接到一起。本专利技术还涉及一种可水解并可固化的溶胶-凝胶组合物。该溶胶-凝胶组合物包含选自四烷氧基硅烷、烷基三烷氧基硅烷或芳基三烷氧基硅烷中的至少一种硅烷。本专利技术的方法和组合物已经开发出来用于联接光导网络中的器件，并获得推广。这类网络包括光纤和平面光波导，用无机-有机的“硬”的接头连接起来。这样作成的接头显示出对水的良好的稳定性，以及对温度、压力和湿度的极端情况的良好耐受力。通过对波导芯部提供很接近的折射率匹配，这种接头还能使背反射减至最小，从而不需要在光导材料上制作昂贵的、精密加工的小刻面。此外，制造这种接头用不着高温加热。这也就避免了在两个器件之间因热膨胀系数不同所产生的应力。然而，在这些新材料中所发现的优异的性能组合也期望能在批量产品中体现出其价值。这些产品包括如模制的光网络，它们可与基体、专门设计的器件和类似的光导制品进行任意层叠。附图的简要说明附图说明图1是在一光纤和一平面光波导之间的一种接头的剖视图，表示本专利技术的光导制品的一种形式。图2是一剖示图，表示本专利技术的在一平面光波导和一旋光器件之间的一种变化了的接头。专利技术详述本专利技术的制品是一光网络，包含至少两个用一粘结物连接起来的光导器件。本专利技术源起于对将一光纤粘结到一平面波导构件的研究，这种操作俗称为“装猪尾巴”。因而也按此进行描述。然而很明显，它还可有更广泛的应用。前面已经介绍过“软的”有机连接和“硬的”玻璃连接的缺点。本专利技术的关键之处是一种连接光导器件的、改良的“硬的”连接。这样一种连接对于光导器件应当有良好的接近1.46的折射率匹配。总的信号损失应不超过0.2分贝。这种连接必须对水合作用不敏感(在85℃和相对湿度为85％时保持数千小时)，并且必须在-40℃至+85℃之间的热循环能保持稳定。“猪尾巴”(引出的光纤)最好具有足以支持1磅的张力负荷的强度。最后，这种连接(“猪尾巴”)必须适合于快速和多变的生产工艺。例如，可能会要求一个接一个地将大量光纤连接到一个多口平面构件上。在这一生产过程中，要求在两分钟内完成连接而保持其它性能不变。一种较佳形式的光网络包含光纤和平面构件，如放大器或耦合器。在这种实例中的连接强度可以通过在一些附加的位置上将光纤连接到波导上来增强。附图中的图1和图2分别以剖视图的形式示出本专利技术制品的两种形式。在图1中，光纤2的聚合物涂层4的一部分被剥除，露出一段镀层6。包在镀层6中的光芯8与一平面器件10对齐，后者系由平面波导12的基部14支承。按照本专利技术的方法，用粘结材料16将光芯8光学连接到平面器件10上。光纤2还用一块状物18固定到平面波导12上。块状物18与光纤2的镀层6相接触，并连结到光波导12的基部14上。块状物18可以是由溶胶-凝胶工艺形成的玻璃，或是熔烧过的玻璃料糊，也可以是一种光固化的聚合物。光纤2也被外涂层材料20固定于平面波导12上。外涂层材料20复盖、保护并粘结到光纤2的镀层6和聚合物材料4上，并且还粘结到光波导12的基部14上。这样就增强了光纤2对光波导12的固着。还有一种光网络可包含其中具有一刻槽的平面光波导，以及一插于该槽中的旋光器件。适当的旋光器件可以改变通过一波导的光的特性，诸如加上一个偏振移相、隔离或滤光。图2示出了一个平面波导与这样一附加的器件的典型的配置。在平面波导24中开出的槽22的深度足以穿过外涂层26和光芯层28，并且可按需要穿入到基部30中。槽22的宽度足以容纳旋光器件32。最好再有一附加的宽度以便使旋光器件32的位置达到最佳，以将传输损失减至最小。将一种水解的粘结剂组合物34填入槽22中，并润湿旋光器件32。将所述组合物填入槽22中。加热使之固化，以使旋光器件32固定在其最佳位置。最好是粘结剂34与光芯层28的折射率相匹配，以使背反射减至最小。此外，粘结剂34应该对热循环和潮湿的环境保持稳定。本专利技术的实践是从提供选自光纤、旋光器件和平面光波导中的两个光导器件开始的。本专利技术特别适用于诸如二氧化硅、硅酸铝或硼硅玻璃器件等无机器件。在器件之一是光纤的情况下，最好将围绕着光芯和镀层的所有材料(如聚合物包套)剥除。这可借助于常规的光纤剥皮工具来实现。本专利技术的方法还可用于将一平面波导与一“介入”式旋光器件相连接，如图2所示。这可以是一种非旋光的器件，诸如光束分离器或滤光器。这些器件通常插在平面波导表面上所开的槽中。这种介入式配置要求在介入器件和平面波导之间的连结处的背反射较低。这就需要介入器件(典型的是该介入器件的两个表面)与平面波导光连接。在这类应用中的对齐可以主动也可以被动地完成。例如，在两个器件相接触且粘结剂组合物最终固化期间，可以使一介入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机－有机混合材料，包含拉伸的基体，内含硅原子和氧原子，拉伸的基体中至少一部分硅原子直接与取代的或未取代的烃部分键合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SB道斯，AL萨德，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]