[發(fā)明專利]制造牢靠的光纖耦合器的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 93114266.0
• 申請(qǐng)日: 1993-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN1034028C
• 公開（公告）日: 1997-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 威廉姆·詹姆斯·米勒;理查德·阿蘭·科因
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號(hào): G02B6/287
• 分類號(hào): G02B6/287;C03B37/15
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 吳明華

本發(fā)明涉及一種制造光學(xué)纖維耦合器的方法，這種耦合器能經(jīng)受相當(dāng)寬的溫度變化和經(jīng)受例如抽拉從其上伸出的光學(xué)纖維引出端等外力的影響。

有一種稱為“熔融纖維耦合器”的光學(xué)纖維耦合器，它是通過將多根纖維在適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度上互相并排置放、并將它們的包覆層熔融在一起以固定纖維和減少芯子之間的間隔而形成的。

將耦合區(qū)域封裝在玻璃體內(nèi)以形成一“外包覆耦合器”可改進(jìn)耦合器的種種性能。將被熔融的纖維部份插入具有低于纖維包覆層的折射率的玻璃管內(nèi)。該管子具有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)孔，其兩端各通過一便于纖維插入的漏斗形承口與管子的端面相連接。管子的中心區(qū)緊貼在纖維上；然后中心區(qū)的中心部分收縮到耦合所需要的直徑和耦合長(zhǎng)度。

在耦合器的中心區(qū)收縮后(見圖2)，在收縮區(qū)域的纖維被熔融在管子玻璃上。如圖2a所示，管子玻璃通常環(huán)繞著纖維流動(dòng)并完全包圍著纖維，當(dāng)然也有可能在某些用途中，人們希望在靠近耦合區(qū)域的纖維處保留狹長(zhǎng)的開口區(qū)域或空氣通道。從管孔的收縮的中心區(qū)到管孔的未收縮部分，通過預(yù)型件的橫截面可以發(fā)現(xiàn)在靠近纖維的點(diǎn)28處開始形成小的空氣通道。在離收縮中心區(qū)較遠(yuǎn)的地方，如圖2b所示，空氣通道增大，其中，纖維通過窄的橋接區(qū)域29與管子連接，而纖維與纖維之間則通過窄的橋接區(qū)域30互相連接。在離收縮中心區(qū)的某個(gè)距離處，如圖2c所示，纖維互相之間以及與管子之間相互分離。狹窄的橋接區(qū)域29和30的端部是潛在的纖維斷裂開始的部位。當(dāng)軸向的拉力作用在纖維上時(shí)，斷裂往往發(fā)生在耦合器的這個(gè)部位。這個(gè)部位(這里稱作纖維的“脆弱部位”)常常在距離d內(nèi)的某處，該距離d是指離收縮中心區(qū)端部m約5mm的地方。

耦合器被拉伸并冷卻后，在各漏斗形承口里加一滴粘結(jié)劑，以增加纖維引出端的抗拉強(qiáng)度。封閉在孔里的空氣傾向于使粘結(jié)劑停留在漏斗形承口里而不能進(jìn)入孔中。增加粘結(jié)劑進(jìn)入管子未收縮孔部分深度的技術(shù)請(qǐng)參見1992年7月16日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)S.N.07/913,622(貝克等人26-7)。在該申請(qǐng)的第一個(gè)實(shí)施例里，將粘結(jié)劑加入漏斗形承口處。在粘結(jié)劑固化前，留有足夠的時(shí)間讓粘結(jié)劑的小珠在毛細(xì)管作用下沿著纖維和與其靠近的孔壁之間流動(dòng)。粘結(jié)劑最好至少超過漏斗形承口底部進(jìn)入孔部分內(nèi)3mm。然后粘結(jié)劑被固化。在第二個(gè)實(shí)施例中，一根中空的細(xì)絲插入未收縮的孔部分內(nèi)，通過該細(xì)絲將孔抽成真空。由于孔被抽成真空，加入漏斗形承口的粘結(jié)劑就被吸入未收縮孔部分內(nèi)。

但是，在條件較惡劣的熱循環(huán)中，發(fā)現(xiàn)纖維的脆弱部位將會(huì)斷裂，這主要是因?yàn)檎辰Y(jié)劑和玻璃耦合器部件之間的熱膨脹系數(shù)不同。由于漏斗形承口壁與孔的軸之間存著一個(gè)角度，熱膨脹的失配會(huì)使漏斗形承口里的粘結(jié)劑縱向向外膨脹，拉動(dòng)埋在其中的纖維使其離開收縮中心區(qū)，從而使纖維受力。如果管孔的未收縮部分充滿著粘結(jié)劑，纖維會(huì)由于空隙的存在或其它方位的不均勻性的存在而受力。此外，即使沿著纖維滲入橋接區(qū)域的一粘結(jié)劑小珠也可能在熱循環(huán)期間使纖維變得脆弱。當(dāng)該粘結(jié)劑處于纖維和管壁之間的狹窄的橋接區(qū)域29中時(shí)，由于溫度增加而使它膨脹時(shí)，它可成為一個(gè)楔子。如果纖維從管壁斷開，即如果橋接區(qū)域斷裂，纖維的受損區(qū)域會(huì)變成一裂縫，如果纖維受到拉伸應(yīng)力，該裂縫就會(huì)擴(kuò)大。

因此，人們希望粘結(jié)劑流到漏斗形承口下面足夠的距離，以提供足夠的抗拉強(qiáng)度，但是要防止粘結(jié)劑流到橋接區(qū)域上。如果粘結(jié)劑能始終如一地流到管子端面下面的某個(gè)預(yù)定狹窄區(qū)域，則工藝過程的再現(xiàn)性可得到提高。例如，該區(qū)域可延伸到管孔里，離纖維開始與管子橋接處(即橋接區(qū)域29的端部)上方一給定距離的某一點(diǎn)。公布在上述貝克等人的專利申請(qǐng)中的技術(shù)不能始終如一地使粘結(jié)劑延伸進(jìn)入未收縮孔內(nèi)的一個(gè)預(yù)定的區(qū)域。

在制造如美國(guó)專利5,013,117所述的熔融雙錐形的錐形耦合器時(shí)，兩根或幾根纖維被熔融在一起并被拉伸而形成一耦合區(qū)域。由此產(chǎn)生的耦合器(它沒有外包覆管子作為支撐體)非常脆弱，必須附在支撐裝置上。例如，將耦合器的端部粘結(jié)在一基體上。有些粘結(jié)劑可在纖維之間向耦合區(qū)域滲透。如果粘結(jié)劑到達(dá)橋接區(qū)域(在那里，纖維開始熔融在一起)，由于上述的同樣原因，在熱循環(huán)期間就可能導(dǎo)致斷裂。如果粘結(jié)劑只延伸到離橋接區(qū)有足夠距離的區(qū)域，那么制造這種類型的耦合器的再現(xiàn)性就會(huì)增大。

因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造能承受外力和承受熱循環(huán)影響的結(jié)實(shí)的光學(xué)纖維耦合器的方法。