專利名稱：合成光波導光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及合成光波導光纖，特別是涉及具有不同熱膨脹系數(shù)的圓柱玻璃體的熔接接合。
背景技術(shù)：
光通信系統(tǒng)的技術(shù)進步導致了特種光波導光纖的開發(fā)，這種光纖可提供多種信號條件處理機制，如光信號放大、色散補償及增益平坦化。為了與光通信系統(tǒng)形成一整體，這些特種光纖必須與光纖辮連結(jié)或直接與光波導傳輸光纖連結(jié)。這些特種光纖通常具有可導致不同于傳輸光纖的熱膨脹特性的化學成分，如二氧化硅光波導光纖(如可從美國紐約州的康寧公司獲得的SMF-28TM單模光波導光纖)和用作辮光纖的光波導光纖。
通常，這些特種光纖在光通信系統(tǒng)中的部署要求特種光纖與傳輸光纖連結(jié)。光波導光纖的相互連結(jié)可方便地實現(xiàn)，其通過使用電弧熔接接合器而將光纖的末端熔接接合在一起。傳統(tǒng)知識認為在光纖具有同樣的外徑時可出現(xiàn)最有效的熔接接合。在特種光纖和傳輸光纖之間的熱膨脹特性的差異導致較弱的接合，這是因為在兩光纖具有同樣的直徑時殘余應力高，從而在高熱膨脹特種光纖和低熱膨脹傳輸光纖之間需要低殘余應力接合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面是光纖器件，其包括一具有第一熱膨脹系數(shù)、第一直徑及第一端的第一圓柱玻璃體。光纖器件還包括一光波導光纖。光波導光纖具有第二熱膨脹系數(shù)、第二直徑及熔接接合到第一端的第二端。第一直徑大于第二直徑，及第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)。圓柱玻璃體實質(zhì)上與光波導光纖的至少一縱向延伸端部部分同軸。
在另一實施例中，本發(fā)明包括一合成光波導光纖。合成光波導光纖包括一具有第一直徑和第一最外層的第一光波導光纖，第一最外層具有第一熱膨脹系數(shù)。合成光波導光纖還包括一與第一光波導光纖連結(jié)的第二光波導光纖。第二光波導光纖具有第二直徑和第二最外層，第二最外層具有第二熱膨脹系數(shù)。第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)，且第一直徑大于第二直徑。
在另一實施例中，本發(fā)明包括一應力減小的光波導光纖接頭。應力減小的光波導光纖接頭包括一具有第一外層、第一直徑、第一光導中心區(qū)及第一端的第一光波導光纖接頭。第一外層具有第一熱膨脹系數(shù)。應力減小的光波導光纖接頭還包括一具有第二外層、第二直徑、第二光導中心區(qū)及熔接接合到第一端的第二端的第二光波導光纖。第二外層具有第二熱膨脹系數(shù)。第一直徑大于第二直徑，且第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)。第一光導中心區(qū)與第二光導中心區(qū)實質(zhì)上相互成一行。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是其減小了由熔接接合的光波導光纖的熱膨脹系數(shù)的失配引起的殘余應力。
本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點將在下面的詳細描述中指出，根據(jù)那些描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言一部分將是顯而易見的或通過實施在此描述的發(fā)明而認識到，包括下面的詳細描述、權(quán)利要求及附圖。
前面的總的描述及下面的詳細描述應被理解為僅僅是本發(fā)明的實施例，其意為提供所要求保護的本發(fā)明的實質(zhì)和特征的概覽或框架。附圖也被包括進來以提供對本發(fā)明的進一步的理解，且附圖被組合并構(gòu)成本說明書的一部分。附解了本發(fā)明的不同實施例，其與這里的描述一起用于闡釋本發(fā)明的原理和工作。
附圖簡要說明

圖1為本發(fā)明的一實施例的側(cè)面正視圖；圖2為本發(fā)明另一實施例的側(cè)面正視圖；及圖3為對于二氧化硅光纖到特種光纖，作為光纖直徑比的函數(shù)的最大應力的曲線圖。
具體實施例方式
下面將詳細參考本發(fā)明的有效實施方式，其例子在附圖中進行圖解。只要可能，在整個附圖中將使用同樣的附圖標記來表示同樣的或類似的部分。本發(fā)明光纖器件的一個實施例在圖1中示出，并被總地指明為附圖標記10。
如在此表現(xiàn)及圖1所描述的，光纖器件10包括一光波導光纖12，如可從美國紐約的康寧公司獲得的SMF-28TM單模光波導光纖，及一圓柱玻璃體14。光波導光纖具有小于圓柱玻璃體14的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。光波導光纖12包括一端部16。端部16準備來用于通過使用玻璃體電弧熔接連結(jié)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)的傳統(tǒng)技術(shù)與圓柱玻璃體14的端部18熔接連結(jié)。類似地，圓柱玻璃體14的端部18準備來用于與光波導光纖12的端部16連結(jié)。玻璃體14的直徑大于光波導光纖12的直徑。光波導光纖12的端部16熔接連結(jié)到圓柱玻璃體14的端部18，其使用商業(yè)可用的電弧熔接接合器實現(xiàn)，如由Ericsson Network Technologies AB和Furukawa ElectricCo.，Ltd.生產(chǎn)的接合器。
圖2示出了本發(fā)明合成光波導光纖的一個實施例，并由附圖標記20所指明。如在此表現(xiàn)及圖2所描述的，合成光波導光纖20包括一第一光波導光纖22。第一光波導光纖22由玻璃制成并包括一由最外玻璃層26包圍的第一光導中心區(qū)24。第一光波導光纖22還包括一第一端部28。最外玻璃層26具有第一熱膨脹系數(shù)。第一光波導光纖22可以是，例如，具有最外玻璃層26的光波導光纖，最外玻璃層26選自包括下述各種玻璃的玻璃家族硅酸矽(alkalide silicates)；硅酸銻(antimony silicates)；鍺酸銻(antimony germanates)；基于氧化鉍的玻璃(bismuth oxide based glasses)；硼硅酸鹽(borosilicates)；鋁酸鈣(calcium aluminates)；包括氟鋯酸鹽(fluorozircanates)、氟鋁酸(fluoroaluminates)、含鎵氟化物(fluorogallates)及氟化銦(fluoroindates)的氟化物玻璃(fluoride glasses)；摻磷硅酸鹽(phosphorous doped silicates)；硫化玻璃(sulfide glasses)包括基于鎵的硫化玻璃(gallium basedsulfide glasses)、基于砷的硫化玻璃(arsenic based sulfideglasses)、及基于鍺的硫化玻璃(germania based sulfide glasses)；及亞碲酸鹽(tellurites)。另外，第一光纖22的最外層可以是透明微晶玻璃材料。
硅酸銻玻璃的一個例子具有化學成分(摩爾百分比)77％ SiO2、2％ Al2F6、21％ Sb2O3，及約66×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。鋁酸鈣玻璃的一個例子具有化學成分(摩爾百分比)40％ Al2O3、60％ CaO，及約90×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。亞碲酸鹽玻璃的一個例子具有化學成分(摩爾百分比)75％ TeO2、20％ ZnO、5％ NaO，及約180×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。
合成光波導光纖20還包括一第二光波導光纖30。第二光波導光纖30由玻璃制成并包括一由第二最外玻璃層34包圍的第二光導中心區(qū)32。第二光波導光纖30還包括一第二端部36。第二光波導光纖30具有第二熱膨脹系數(shù)。第二熱膨脹系數(shù)小于第一熱膨脹系數(shù)。第二光波導光纖30的最外層可以是，例如，一層二氧化硅(SiO2)玻璃。
第一和第二端部28、36根據(jù)傳統(tǒng)接合準備程序準備，例如剝?nèi)ト魏伪Ｗo性覆層并劈開。第一和第二光波導光纖22、30相互成一行，從而使得第一和第二光導中心24、32相互成一行，以允許光信號跨過第一和第二光導區(qū)24、32的接口38傳播。
第一和第二光導光纖22、30使用電弧熔接接合器而相互熔接接合在一起，電弧熔接接合器如可從美國田納西州布倫特伍德的Amherst FiberOptics獲得的Ericsson FSU 995。接合器的設(shè)置將取決于第一和第二光波導光纖22、30的直徑和成分，這可由光纖電弧熔接接合領(lǐng)域的一般技術(shù)人員確定。
圖3為對于特種光纖和二氧化硅光纖，闡明光纖直徑比和接合中的最大應力之間的關(guān)系的曲線圖，其中特種光纖具有45.6MPa的楊氏模量、0.182的泊松比、及70×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)，二氧化硅光纖具有72.59MPa的楊氏模量、0.158的泊松比、及6.4×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，特種光纖具有較大的直徑，例如在二氧化硅光纖直徑為125μm、特種光纖直徑為約178.6μm時，具有0.7的直徑比。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，對本發(fā)明的各種修改和變化將是顯而易見的。從而本發(fā)明覆蓋所有在所附權(quán)利要求及其等價物的范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種光纖器件，包括一圓柱玻璃體，具有一第一熱膨脹系數(shù)；一第一直徑；及一第一端；一光波導光纖，具有一第二熱膨脹系數(shù)；一第二直徑；及一熔接接合到所述第一端的第二端；其中所述第一直徑大于所述第二直徑；其中所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二熱膨脹系數(shù)；及其中所述圓柱玻璃體實質(zhì)上與所述光波導光纖的至少一縱向延伸的端部部分同軸。
2.一種合成光波導光纖，包括一第一光波導光纖，其具有第一直徑和第一最外層，第一最外層具有第一熱膨脹系數(shù)；及一與所述第一光波導光纖連結(jié)的第二光波導光纖，所述第二光波導光纖具有第二直徑和第二最外層，所述第二最外層具有第二熱膨脹系數(shù)；及其中，所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二熱膨脹系數(shù)；及其中，所述第一直徑大于所述第二直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導光纖，其中所述第二直徑與第一直徑的比小于0.95。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導光纖，其中所述第二直徑與第一直徑的比小于0.90。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導光纖，其中所述第二直徑與第一直徑的比小于0.80。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導光纖，其中所述第二最外層包括一層SiO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成光波導光纖，其中所述第一最外層包括一層透明微晶玻璃(glass-ceramic)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成光波導光纖，其中所述第一最外層包含一層選自玻璃家族的玻璃，該玻璃家族包括硅酸矽；硅酸銻；鍺酸銻；基于氧化鉍的玻璃；硼硅酸鹽；鋁酸鈣；包括氟鋯酸鹽、氟鋁酸、含鎵氟化物及氟化銦的氟化物玻璃；摻磷硅酸鹽；硫化玻璃基于鎵的硫化玻璃、基于砷的硫化玻璃及基于鍺的硫化玻璃；及亞碲酸鹽。
10.一種應力減少的光波導光纖接頭，包括一第一光波導光纖，具有一第一外層，所述第一外層具有第一熱膨脹系數(shù)；一第一直徑；一第一光導中心區(qū)；及一第一端；一第二光波導光纖，具有一第二外層，所述第二外層具有第二熱膨脹系數(shù)；一第二直徑；一第二光導中心區(qū)；及一與所述第一端熔接接合的第二端；其中所述第一直徑大于所述第二直徑；其中所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二熱膨脹系數(shù)；及其中所述第一光導中心區(qū)和所述第二光導中心區(qū)實質(zhì)上相互成一行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第一熱膨脹系數(shù)大于60×10-7/℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第二熱膨脹系數(shù)小于10×10-7/℃。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)的比大于6。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)的比小于30。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第二直徑與所述第一直徑的比大于0.60。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第二直徑與所述第一直徑的比小于0.99。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中所述第二直徑與所述第一直徑的比小于0.90。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應力小于118MPa。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應力小于110MPa。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應力小于100MPa。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應力小于90MPa。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應力小于80MPa。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應力小于70MPa。
24.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應力減少的光波導光纖接頭，其中，所述第一熱膨脹系數(shù)為約70×10-7/℃；其中所述第二熱膨脹系數(shù)為約6.4×10-7/℃；及其中所述第二直徑與所述第一直徑的比小于0.90。
全文摘要
本發(fā)明包括一合成光波導光纖(12)。該合成光波導光纖包括一第一光波導光纖(12)。第一光波導光纖(12)具有一第一直徑和一第一最外層，第一最外層具有第一熱膨脹系數(shù)。合成光波導光纖還包括一與第一光波導光纖(12)連結(jié)的第二光波導光纖(14)。第二光波導光纖(14)具有一第二直徑和一第二最外層，第二最外層具有第二熱膨脹系數(shù)。其中第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)，及其中第一直徑大于第二直徑。
文檔編號G02B6/02GK1561459SQ02819247
公開日2005年1月5日 申請日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者道格拉斯·C.·艾倫 申請人:康寧公司