專利名稱：光纖中的微型彎曲接頭及其形成方法
本申請依據(jù)美國的35 U.S.C.§119(e)要求1999年8月11日提交的臨時申請No.60/148，375的在先權(quán)利，該申請所公開的內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。
永久性連接光通信纖維的普通方法是應(yīng)用熔接接頭(fusion splice)，由此形成連續(xù)的玻璃絲。通過仔細地除去在將要連接的端部附近包裹著光纖的保護性聚合物隔離層而形成接頭。將裸露的光纖端頭分開并進行清潔。使光纖的端表面相接觸，并應(yīng)用噴燈或電弧加熱使光纖熔接在一起。這種類型的接頭使得所連接的光纖段之間的傳輸損耗很低。在接頭區(qū)中，將光纖再次涂敷，以保護裸露的玻璃絲，或者將它包裹在環(huán)繞著的保護性殼體中。
然而，這種類型的接頭有幾個缺點。保護性接頭殼體一般很長。有些接頭殼體長達2.375英寸。此外，光纖從接頭殼體的兩端露出。因為光纖的較佳彎曲半徑大約為1英寸，所以有必要使接頭殼體的每端盡可能留出額外的長度，以使光纖能夠彎曲到另一方向。
長的接頭殼體、較大的光纖彎曲半徑以及光纖從殼體的兩端露出的組合使得很難緊湊地包裝接頭。例如，如果希望將從兩個光纖分離器中引出的引出端連接在一起(每個光纖分離器都放置在超過兩英寸長的外殼中)，則接頭將使總長度附加地增加三或四英寸，以能夠彎曲并從部件中抽出引出端。所連接的兩個分離器的端部與端部之間的長度很容易達到10英寸或更長(參見圖5)。為容納這種不方便的較長長度，經(jīng)常將光纖盤繞在一個箱子中，如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)使得總長度變短，但是總面積增大。
如上所述，光纖中的轉(zhuǎn)向或彎曲一般要求2cm或更大的彎曲半徑，以避免光損失，并保持未經(jīng)處理的彎曲光纖的使用壽命。人們還知道，應(yīng)用微型彎頭能夠?qū)⑦@種半徑降低至大約為50μ。為形成這種微型彎頭，可通過例如拉制、蝕刻或這些方法的結(jié)合，將沿著裸露的光纖長度上的直徑減小到1μ。在直徑減小了的區(qū)域中，通過至少部分由于在光纖和周圍環(huán)境(一般為空氣)之間的界面處的折射率的差異引起的內(nèi)部反射，光纖可以傳導光。因此，在該區(qū)域中，可以將光纖彎曲，而基本上不造成光損失。這一點可參見美國專利US 5，138，676和US 5，452，393，在此以引用的方式將這兩篇專利所公開的內(nèi)容結(jié)合在本申請中。
本發(fā)明提供了一種纖維光學裝置，這種裝置具有用于在緊湊的空間中沿著纖維光學路徑改變方向的微型彎曲接頭。
更具體地說，該裝置包括具有第一端部的第一光纖和具有第二端部的第二光纖。該第一端部和第二端部在熔接接合區(qū)中的熔接接頭處連接。在熔接接合區(qū)的至少一部分中形成一微型彎頭，該部分的直徑被減小到小于第一光纖和第二光纖的直徑，并且能夠使由彎曲引起的光損失基本上比直徑未減小的光纖部分的光損失更小地傳輸光。優(yōu)選的是，接頭和彎頭都裝在合適的支撐結(jié)構(gòu)或殼體中。以這種方式，彎頭能夠提供在緊湊空間中的第一光纖和第二光纖之間的方向改變。
在野外的光纖鋪設(shè)中，熔接接頭和微型彎曲纖維光學裝置尤其有用。通常，鋪設(shè)新光纖或修補已有光纖的技術(shù)人員必需確定或調(diào)整合適的和有效的野外鋪設(shè)線路，并且根據(jù)需要彎曲光纖，以實現(xiàn)這種線路。本發(fā)明允許技術(shù)人員將兩個光纖連接起來，然后將接合區(qū)彎曲到所需的角度，以使光纖對著所需的方向。該裝置與必須連接在一起的兩個光纖分離器結(jié)合使用尤其有用。相結(jié)合的兩個分離器和微型彎曲接頭可以放置在非常緊湊的外殼中。
下面，結(jié)合附圖并通過下文的詳細描述能夠更充分地理解本發(fā)明，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的180°微型彎頭和接頭的橫截面視圖；圖2為90°微型彎頭和接頭的平面視圖；圖3為45°微型彎頭和接頭的平面視圖；圖4為與兩個分離器相結(jié)合的180°微型彎頭和接頭的橫截面視圖；圖5為連接有兩個2×2的分離器和接頭的現(xiàn)有技術(shù)；和圖6為以盤繞的結(jié)構(gòu)形式包裝的、連接有兩個1×2的分離器和接頭的已有技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的纖維光學裝置10具有熔接接頭和微型彎頭，如圖1所示。裝置1O由兩個光纖12，14形成，它們具有端部16，18，在該端部16，18中已經(jīng)除去了聚合物隔離層或外殼20，22。光纖在接合區(qū)24中通過熔接接頭連接。在具有減少了的直徑的接合區(qū)中的至少一部分上形成有微型彎頭26。
應(yīng)用公知的熔接設(shè)備并采用常規(guī)的熔接技術(shù)，可形成兩光纖12，14之間的接頭。因此，可以將光纖端部分開并加以清潔。將光纖端部對齊并使它們的端面相接觸。然后通過加熱熔化區(qū)(例如應(yīng)用噴燈或電弧加熱)將光纖連接起來。
接著，將熔接接合區(qū)24內(nèi)的直徑減小到一適當?shù)闹睆?，以實現(xiàn)一種具有最小光損耗的微型彎頭。優(yōu)選的是，通過加熱熔接接合區(qū)和拉制的方法來減小其直徑，以得到所需的直徑。可以通過熔接接合設(shè)備進行拉制?？梢詫⒗茀?shù)(比如電弧電流和持續(xù)時間)調(diào)節(jié)到所需的值，以實現(xiàn)所需的拉制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠很容易地確定這些參數(shù)。拉制過程一般包括上升到所需電流、在拉制過程中保持穩(wěn)定的狀態(tài)、以及當直徑降低時降低電流以防止光纖熔化等過程。一般地，拉制能夠?qū)⒐饫w的直徑從例如125μ減小到足以使彎頭中的光能損失最小的直徑(優(yōu)選為大約15μ)?？梢栽诠饫w還是熱的時候并在熔接接頭形成之后立即進行拉制，或者在進行拉制之前允許光纖冷卻下來。如果需要的話，還可以通過蝕刻或拉制和蝕刻的組合來減小直徑。優(yōu)選的是，直的錐形過渡區(qū)28、30留在熔接接合區(qū)之間的每一側(cè)上。
可以按照本領(lǐng)域中公知的任何適宜方式在直徑減小了的區(qū)域中形成彎頭26?？商鎿Q的是，熔接接合設(shè)備可以包括適宜的可移動裝置，以將一根光纖彎曲到適宜的角度。如在本領(lǐng)域中所公知的那樣，在彎曲之后，在較低的溫度下對彎頭進行退火，以消除彎曲區(qū)域中的應(yīng)力。例如，在保持彎頭的同時，在較低的電流下運行熔接接合設(shè)備。
對于特定的應(yīng)用，可以根據(jù)需要選擇具體的彎曲角度。在圖1中，熔接的光纖的方向相反，從而一根光纖基本上以180°的彎曲角度折回在另一根光纖上。因此，兩根光纖平行或基本平行，并沿著平行或基本平行的軸線彼此靠近地延伸。然而也可以提供其他的彎曲角度，例如圖2所示的90°的彎曲角度和圖3所示的45°的彎曲角度。
最好是，通過合適的支撐結(jié)構(gòu)或殼體32支撐接頭和彎頭，比如支撐在形成于基底36中的通道34中。應(yīng)用在本領(lǐng)域中公知的合適的粘合劑38，將兩根光纖保持在該通道中。優(yōu)選的是，彎頭被支撐，以使它不與基底的側(cè)面相接觸，因為這種接觸將可能降低光學性能。
如圖4所示，彎曲接頭10可由從分離器44，46中引出的引出端40，42形成。兩個分離器可以保持在一單一殼體48中。如果需要的話，可以將相結(jié)合的兩個分離器和彎曲的接頭進一步放在剛性的保護性屏蔽罩(未示出)中。可以看出，兩個分離器和彎曲接頭的整個殼體占據(jù)更小的面積，并基本上比圖5和6中所示的公知的現(xiàn)有技術(shù)中的分離器／接頭/分離器的組合更短。
在野外的光纖鋪設(shè)中，熔接接頭和微型彎曲纖維光學裝置尤其有用。通常，鋪設(shè)新光纖或修補已有光纖的技術(shù)人員必需確定或調(diào)節(jié)合適的和有效的野外鋪設(shè)線路，并且必須根據(jù)需要彎曲光纖，以實現(xiàn)這種線路。本發(fā)明允許技術(shù)人員將兩個光纖連接起來，然后將該接合區(qū)彎曲到所需的角度，以使光纖對著所需的方向。
除了由所附屬的權(quán)利要求限定的內(nèi)容外，本發(fā)明并不受具體的圖示和說明的限制。
權(quán)利要求
1．一種用于沿著纖維光學路徑改變方向的纖維光學裝置，包括具有第一端部的第一光纖和具有第二端部的第二光纖，該第一端部和第二端部在熔接接合區(qū)中的熔接接頭處相連接；和形成于熔接接合區(qū)中的彎頭，該熔接接合區(qū)包括有這樣一部分，該部分的直徑減小到小于第一光纖和第二光纖的直徑，并且能夠使由彎曲引起的光損失基本上比未減小直徑的光纖部分的光損失更小地傳輸光，該彎頭能夠提供第一光纖和第二光纖之間的方向改變。
2．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，所述方向改變的角度可達180°。
3．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，彎頭能夠在第一光纖和第二光纖之間提供相反的方向。
4．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，彎頭具有為使彎頭中的光能損失最小而選擇的曲率半徑。
5．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，進一步包括有覆蓋著與彎頭相間隔的第一光纖和第二光纖的隔離層。
6．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，通過蝕刻、拉制或蝕刻和拉制的結(jié)合來減小熔接接合區(qū)中所述部分的直徑。
7．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，熔接接合區(qū)中所述部分的直徑被充分減小，以使彎頭中的光能損失最小。
8．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，進一步包括一支撐結(jié)構(gòu)，所述彎頭容納在該支撐結(jié)構(gòu)中。
9．如權(quán)利要求1所述的纖維光學裝置，其特征在于，進一步包括兩個光纖分離器，其中第一光纖包括從一個光纖分離器中引出的引出端，第二光纖包括從另一個光纖分離器中引出的引出端。
10．如權(quán)利要求9所述的纖維光學裝置，其特征在于，所述方向改變的角度可達180°。
11．一種形成纖維光學裝置的方法，該纖維光學裝置可沿著纖維光學路徑改變方向，它包括提供具有第一端部的第一光纖和具有第二端部的第二光纖；將該第一端部和第二端部熔化，以在熔接接合區(qū)中形成一熔接接頭；將熔接接合區(qū)的至少一部分的直徑減小，以使之小于第一光纖和第二光纖的直徑，并能夠使由于彎曲引起的光損失基本上比未減小直徑的光纖部分的光損失更小地傳輸光；彎曲熔接接合區(qū)的所述部分，以形成一彎頭。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，減小直徑的步驟進一步包括對熔接接合區(qū)進行拉制、蝕刻或?qū)⒗坪臀g刻的結(jié)合。
13．如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包括將熔接接合區(qū)和彎頭支撐在一基底上。
全文摘要
提供一種用于沿著纖維光學路徑改變方向的纖維光學裝置。以熔接接頭將具有第一端部的第一光纖和具有第二端部的第二光纖相連接。在熔接接合區(qū)中形成一微型彎頭。該裝置對于在野外鋪設(shè)光纖很有用。本發(fā)明還提供了一種在兩光纖之間的熔接接合區(qū)中形成這種微型彎頭的方法。
文檔編號G02B6/00GK1285520SQ0012865
公開日2001年2月28日 申請日期2000年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月11日
發(fā)明者科爾姆·V·克里安, 弗雷德里克·J·吉勒姆, 格雷戈里·B·帕帕濟安, 戴維·W·斯托 申請人:托馬斯-貝茨國際公司