[發(fā)明專利]無環(huán)氧塑料光學纖維熔接設(shè)計和制造方法

有效

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• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110780399B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·G·寇世子;E·Y·陳;T·K·特若;K·Q·A·紐根
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: G02B6/44
• 分類號: G02B6/44;G02B6/255
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 魏延玲

本申請的發(fā)明名稱是無環(huán)氧塑料光學纖維熔接設(shè)計和制造方法。一種無環(huán)氧、高耐久性和低成本的塑料光學纖維熔接設(shè)計和制造方法，其符合商業(yè)飛機環(huán)境要求。熔接設(shè)計：(1)不需要使用環(huán)氧將兩個塑料光學纖維的端面連接起來；(2)合并雙卷曲環(huán)，以為連接起來的塑料光學纖維提供高度持久的拉力；(3)使用熔接校準套筒內(nèi)的小型擋塊解決塑料光學纖維端面的任何振動問題；及(4)合并使用精密模塑或三維印刷工藝批量生產(chǎn)的熔接校準套筒。

背景技術(shù)

本文公開的技術(shù)一般涉及將兩個光學纖維熔接起來，更具體地，涉及將兩個塑料光學纖維熔接起來的方法。如本文所用，術(shù)語“熔接(splicing)”是指光學結(jié)合兩個光學纖維的端面，使得由一個纖維發(fā)射的光被另一個纖維接收。

光學纖維是一種沿其軸傳輸光的圓柱形電介質(zhì)波導。纖維由透明包層(claddinglayer)(下文稱“包層(cladding)”)圍繞的透明芯組成，兩者均由電介質(zhì)材料制成。光線由于全內(nèi)反射現(xiàn)象而保持在芯中。為了將光學信號限制在芯中，芯的折射率大于包層的折射率。芯和包層之間的邊界可以是突變的，如在階躍折射率(step-index)纖維中，或者是漸變的，如在梯度折射率(graded-index)纖維中。

纖維光學通信的重要方面是連接兩個光纜，使得光學損失最小化。通過專門的光學纖維連接器進行臨時或半永久連接。通常需要將光學纖維與另一個光學纖維對齊。這可以涉及仔細地對齊纖維并使其與設(shè)備接觸，或者使用透鏡以允許光學結(jié)合。在某些情況下，纖維的末端被拋光成彎曲的形狀，使其充當透鏡。

塑料光學纖維(POF)是一種由聚合物材料制成的光學纖維。與玻璃光學纖維類似，POF通過纖維的芯傳輸光(用于照明或數(shù)據(jù))。與玻璃產(chǎn)品其他方面相同，它比玻璃產(chǎn)品的主要優(yōu)勢方面是其在彎曲和拉伸下的堅固性。通常，芯由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或聚苯乙烯制成，而包層由氟化聚合物制成。

在飛機數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)中，塑料光學纖維可替代重型和龐大的銅導體。然而，在復(fù)雜的飛機布線過程中，塑料光學纖維的破裂并不少見。熔接可在飛機布線過程中快速修復(fù)破裂的塑料光學纖維。

目前，沒有商業(yè)現(xiàn)貨的設(shè)計用于堅固的航空電子設(shè)備環(huán)境的航空電子級POF熔接。商業(yè)上可獲得的POF熔接技術(shù)使用環(huán)氧來連接兩個POF端面。將兩個端面與環(huán)氧連接起來并不是很持久，因為大部分環(huán)氧會在高溫下軟化，從而增加熔接中POF的光學損失。使用現(xiàn)有的商業(yè)POF熔接技術(shù)，熔接的拉伸強度將在高溫下降低。商業(yè)POF熔接不能解決由于高振動環(huán)境導致的端面損壞問題。此外，使用環(huán)氧需要紫外線或熱量來固化。這不是在商業(yè)飛機的布線安裝期間使用的優(yōu)選方法。

由于材料和纖維直徑的差異，在纖維端面使用高溫電弧的完善的玻璃光學纖維熔融熔接技術(shù)不適用于POF。當在POF端面施加電弧熱時，POF將立即熔化。

發(fā)明內(nèi)容

以下詳細公開的技術(shù)通過采用無環(huán)氧、高耐久性和低成本POF熔接設(shè)計和制造方法——其符合商業(yè)飛機環(huán)境要求——解決了熔接塑料光學纖維的問題。更具體地，以下公開的POF熔接設(shè)計能夠承受高振動(例如，10G)、高拉力(超過16磅)和極端溫度循環(huán)(從-40至+100℃)。所提出的熔接設(shè)計：(1)不需要使用環(huán)氧將兩個塑料光學纖維的端面連接起來；(2)合并雙卷曲環(huán)，以便為連接起來的塑料光學纖維提供高度持久的拉力；(3)使用熔接校準套筒內(nèi)的小型擋塊解決POF端面的任何振動問題；以及(4)合并可以使用精密模塑或三維印刷工藝批量生產(chǎn)的熔接校準套筒。

因為沒有使用環(huán)氧，所以本文公開的熔接制造方法快速且容易。通過在熔接校準套筒的兩端處卷曲金屬卷曲環(huán)，塑料光學纖維在熔接校準套筒內(nèi)光學結(jié)合。本文公開的POF熔接具有雙重卷曲環(huán)以將POF端面保持在最大光學結(jié)合的位置，這減少了POF熔接的插入損失。卷曲環(huán)的機械力將塑料光學纖維保持在POF熔接所經(jīng)受的極端溫度和振動條件下的該最佳位置。本文公開的POF熔接還在兩個POF端面界面處合并小型擋塊，以消除由于高振動環(huán)境引起的POF端面損壞(例如，刻痕和劃痕)。