專利名稱：能夠防止光波導(dǎo)元件偏心的光波導(dǎo)配件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求在先申請(qǐng)JP2002-15684的優(yōu)先權(quán)，這里將該在先申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用包括進(jìn)來。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用作光通信系統(tǒng)中的光纖抽頭(stub)或光衰減器抽頭的光波導(dǎo)配件，以及該光波導(dǎo)配件的制造方法。
在光通信系統(tǒng)中，光發(fā)射模塊用于將光線從光源耦合到光纖，光接收模塊用于檢測來自光纖的光信號(hào)，光衰減器用于調(diào)節(jié)通過光纖傳播的光功率，它們都是重要的器件。這些器件中，光發(fā)射模塊或光接收模塊設(shè)有稱為光纖抽頭的光波導(dǎo)配件。光纖抽頭被連接到光連接器。另一方面，光衰減器設(shè)有稱為光衰減器抽頭的光波導(dǎo)配件。光衰減器抽頭也被連接到光連接器。
光連接器包括稱為箍環(huán)的毛細(xì)管，具有高的尺寸精度。光波導(dǎo)元件被插入箍環(huán)中并固定于其上。從而，光波導(dǎo)元件被精確定位。因此，要被連接到光連接器的光纖抽頭或光衰減器抽頭也要具有與箍環(huán)相當(dāng)?shù)某叽缇?。作為光波?dǎo)元件，一個(gè)普通或平常的光纖和光衰減器被用于光纖抽頭和光衰減器抽頭。
例如，日本未審查的專利公開No.200-47036披露了一種具有用作定位元件的箍環(huán)和用作插入箍環(huán)并利用粘接劑固定到箍環(huán)的光波導(dǎo)元件的光衰減器光纖的光衰減器抽頭。所述光衰減器抽頭的箍環(huán)具有比光衰減器光纖的直徑約大1μm的孔徑，使得所述光衰減器光纖容易插入。
但上述光衰減器抽頭具有如下缺點(diǎn)。當(dāng)光衰減器光纖被插入箍環(huán)時(shí)，在光衰減器光纖和箍環(huán)之間會(huì)留有1μm的間隙。因而，光衰減器光纖相對(duì)該箍環(huán)可有最大約0.5μm的偏心。這種情況下，當(dāng)光衰減器光纖被連接到光連接器時(shí)會(huì)產(chǎn)生光軸偏差。這會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的連接損失的增加。而且，光束在芯部外傳播(即所謂的包層模式)會(huì)增加，從而影響信號(hào)束。由于上述偏心而導(dǎo)致的連接損失的增加在廣衰減器抽頭和光纖抽頭中都是嚴(yán)重的問題。
當(dāng)溫度升高時(shí)，光衰減器光纖會(huì)由于箍環(huán)與光衰減器光纖之間的膨脹系數(shù)不同而相對(duì)于箍環(huán)收縮。這也導(dǎo)致連接損失的增加。如果溫度進(jìn)一步升高到高于粘接劑的玻態(tài)轉(zhuǎn)變點(diǎn)，粘接劑會(huì)變形或損壞。在這種情況下，光纖不能被固定到預(yù)定位置。因而，連接損失增加，并且在更壞的情況下，無法進(jìn)行物理接觸(PC)連接，從而光束根本不能被引導(dǎo)或傳播。
日本未審查的專利公開No.H09-152524披露了一種制造光纖抽頭的方法。所述方法包括下述步驟預(yù)燒制作為定位元件的箍環(huán)，將作為光波導(dǎo)元件的光纖插入到預(yù)燒制的箍環(huán)中，完全燒制所述箍環(huán)以使箍環(huán)熱收縮或縮小，從而將光纖固定到箍環(huán)。根據(jù)該方法，可以不用粘接劑而將光纖固定。在這方面，所述生產(chǎn)方法可以被簡化。另外，由于光纖以與箍環(huán)緊密接觸的方式被固定到箍環(huán)，可以防止因存在間隙造成光纖偏心。
然而，該方法需要大量的謹(jǐn)慎而精細(xì)地將光纖插入到箍環(huán)中的操作，即使毛細(xì)管一個(gè)接著一個(gè)。另外，該方法需要將箍環(huán)預(yù)燒制和完全燒制的復(fù)雜的過程。因此很難得到低價(jià)的產(chǎn)品。而且，因?yàn)樵诟鳠撇襟E中箍環(huán)的收縮率是不同的，所以光纖的位置會(huì)與箍環(huán)的中心軸出現(xiàn)偏離。另外，由于很難得到箍環(huán)外徑的高度環(huán)形，因而需要進(jìn)行一拋光步驟，其中將箍環(huán)的外周邊相對(duì)于光纖進(jìn)行拋光。這導(dǎo)致了成本的增加。
發(fā)明簡述因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種光波導(dǎo)配件，其中可以防止光波導(dǎo)元件相對(duì)于定位元件的偏心。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種光波導(dǎo)配件，其中即使溫度升高，也可以防止光波導(dǎo)元件相對(duì)于定位元件縮回或突出。
本發(fā)明的再一目的是提供一種光波導(dǎo)配件，其具有高耐熱性，并可以低成本生產(chǎn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造光波導(dǎo)配件的方法，其中可以防止光波導(dǎo)元件相對(duì)于定位元件偏心。
本發(fā)明的再一目的是提供一種制造光波導(dǎo)配件的方法，其中即使溫度升高，也能防止光波導(dǎo)元件相對(duì)于定位元件縮回或突出。
而本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種制造光波導(dǎo)配件的方法，所述光波導(dǎo)配件具有高的耐熱性并可以低成本生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光波導(dǎo)配件，該配件包括定位元件和光波導(dǎo)元件，定位元件經(jīng)過加熱并被沿一預(yù)定方向拉長，而且它具有沿所述預(yù)定方向延伸的孔；光波導(dǎo)元件設(shè)在所述孔內(nèi)并被熔接和固定到定位元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造光波導(dǎo)配件的方法，所述光波導(dǎo)配件制作包括下述步驟制備管狀元件；將光波導(dǎo)元件插入該管狀元件；加熱和拉長所述管狀元件以將管狀元件熔接到光波導(dǎo)元件，從而可獲得一形成體；將所述形成體切割成預(yù)定的長度。
附圖簡介

圖1是用于描述制造根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光波導(dǎo)配件的方法的示意圖；圖2是由圖1所示方法制造的光波導(dǎo)配件的放大透視圖，該配件的中間部分被省略。
優(yōu)選實(shí)施方式的說明參見圖1和圖2，下面將說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光波導(dǎo)配件及其制造方法。
首先參見圖1，一作為管狀元件的預(yù)制件1具有孔1a。一由硅玻璃制成的單模光纖2被插入到孔1a中。預(yù)制件1的孔1a較大，使得光纖2可容易地插入孔1a中。
在這種情況下，預(yù)制件1通過環(huán)形電爐的上部開口被連續(xù)地饋送到環(huán)形電爐3中。預(yù)制件1被環(huán)形電爐3加熱至變軟。預(yù)制件1被沿預(yù)定方向拉長，即沿向下的方向并且直徑變小，從而變形成為變形體1’。
變形體1’的下端被夾在一對(duì)輥?zhàn)?之間并在預(yù)定溫度下經(jīng)過所謂拉絲以獲得具有預(yù)定外徑的形成體1”。與拉絲配合或者同步地，光纖2被連續(xù)輸送給預(yù)制件1，即輸送到預(yù)制件1的孔1a內(nèi)。隨后，形成體1”被切割成預(yù)定的長度。在切割步驟之后，形成體1”的相對(duì)端要用與MU(小型單元連接)型光連接器相同的方式進(jìn)行拋光。因而可制成圖2所示的光波導(dǎo)配件5。
所獲得的光波導(dǎo)配件5包括定位元件6和光波導(dǎo)元件7，定位元件6經(jīng)過加熱并被沿一預(yù)定方向拉長，而且具有沿所示預(yù)定方向沿其中心線延伸的孔6a；光波導(dǎo)元件7設(shè)置在所述定位元件6的孔6a內(nèi)，并被熔接和固定到定位元件6。
在光波導(dǎo)配件5中，定位元件6和光波導(dǎo)元件7之間不存在間隙。因此，可防止光波導(dǎo)元件7相對(duì)于定位元件6的孔6a偏心，使得光波導(dǎo)元件7設(shè)置在定位元件6的中心線上。此外，通過熔接定位元件6，來將定位元件6和光波導(dǎo)元件7固定起來。因此，即使溫度升高，定位元件6膨脹，光波導(dǎo)元件7也不會(huì)相對(duì)于定位元件6縮回或突出。因而光波導(dǎo)配件5具有高耐熱性。此外，不需要將單個(gè)光波導(dǎo)元件7插入每個(gè)定位元件6的孔6a中的步驟，以及在預(yù)燒制步驟之后進(jìn)行的完全燒制步驟，可以不斷接連地生產(chǎn)包含光波導(dǎo)元件7的光波導(dǎo)配件5。因此，可以很高的效率并以低成本生產(chǎn)光波導(dǎo)配件5。
對(duì)于定位元件6，可用的材料包括玻璃、塑料等，它們可以被加熱和拉長。對(duì)于玻璃來說，可以采用普通玻璃。但結(jié)晶玻璃是優(yōu)選的，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的環(huán)境抗耐性以及機(jī)械特性(例如斷裂強(qiáng)度和耐磨性)。另外，優(yōu)選硼硅玻璃，因?yàn)樗哂袃?yōu)良的環(huán)境抗耐性并具有很小的熱膨脹系數(shù)。
優(yōu)選地，定位元件6在30℃-380℃下具有-20×10-7/℃至70×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。如果熱膨脹系數(shù)小于-20×10-7/℃，很難獲得可被加熱和拉長的材料。另一方面，如果熱膨脹系數(shù)大于70×10-7/℃，由光波導(dǎo)元件7和定位元件6之間的熱膨脹差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力將會(huì)增加。這會(huì)導(dǎo)致光波導(dǎo)元件7和定位元件6之間的界面容易出現(xiàn)裂紋，并會(huì)造成光波導(dǎo)元件7和定位元件6之間容易分離。因而，最好不選擇超過上述范圍(-20×10-7/℃至70×10-7/℃)的熱膨脹系數(shù)。
上述預(yù)制件1可以由普通玻璃、可結(jié)晶玻璃和結(jié)晶玻璃中的任何一種制造。這里應(yīng)注意，可結(jié)晶玻璃是在被加熱和拉長之前不含有淀積于其中的晶體，但在被加熱和拉長時(shí)可以通過淀積晶體轉(zhuǎn)變成晶體玻璃的一種玻璃。晶體玻璃是在預(yù)制件1的狀態(tài)下就已淀積有晶體的一種玻璃。
普通光纖具有約1600-1700℃的軟化點(diǎn)(107.6dPa·S)。因此，預(yù)制件1優(yōu)選地在低于1300℃的溫度下被加熱和拉長。在這種情況下，可以不軟化光纖2而將預(yù)制件1加熱和拉長。因而光纖2的所述固有功能不會(huì)被破壞。
特別地，對(duì)于可結(jié)晶玻璃或結(jié)晶玻璃，可采用一種包含總共占質(zhì)量的至少45％，優(yōu)選地是至少65％的SiO2，Al2O3和Li2O。具有上述組成的玻璃可經(jīng)受拔絲。此外，能夠容易獲得具有小的熱膨脹系數(shù)的定位元件6，并且可以高精度和高效率形成定位元件6。
優(yōu)選地，結(jié)晶玻璃中淀積的晶體是β-鋰輝石固溶體，因?yàn)槟軌蛉菀撰@得具有優(yōu)良的機(jī)械特性、高精度、低熱膨脹以及優(yōu)異的環(huán)境抗耐性的定位元件。
下面，將詳細(xì)說明一種制造圖2所示的光波導(dǎo)配件5的方法。
首先，制備由玻璃、可結(jié)晶玻璃或結(jié)晶玻璃制成的圓柱形或方柱形材料并進(jìn)行鉆孔以形成通孔。因而獲得呈管狀的預(yù)制件。也可以選擇利用擠壓或鑄造來形成具有通孔的預(yù)制件。該預(yù)制件被用作具有維持或保持不變的相似截面形狀的定位元件。因而，所述預(yù)制件的外徑和所述孔的直徑必定要等于預(yù)定尺寸。
接下來，光波導(dǎo)元件被插入所述預(yù)制件的孔中。光波導(dǎo)元件可以是由硅玻璃制成的光纖或者是摻雜有過渡金屬(例如鈷、鐵、鎳)的光衰減器光纖。之后，該預(yù)制件被加熱和拉長以制造具有一定外徑和內(nèi)徑的定位元件，其尺寸精度與用于光連接器的箍環(huán)相當(dāng)。光波導(dǎo)元件被熔接和固定到獲得的定位元件的孔。最后，所述預(yù)制件被切割成預(yù)定長度，其端面被拋光成預(yù)定形狀。因而，可得到光波導(dǎo)配件，例如光纖抽頭和光衰減器抽頭。
下面，將結(jié)合各種具體例子詳細(xì)地說明本發(fā)明。
表1示出本發(fā)明的具體例子1-4。表2示出比較例子5-7。
表1
表2
首先，具有圖1和圖2中所示的各組成的玻璃在電爐中1580℃下被保持10小時(shí)從而被熔化，然后被制造成具有100mm直徑的圓柱玻璃體。此后，圓柱玻璃體在1100℃下被加熱兩小時(shí)形成結(jié)晶。接著通過鉆孔在所述圓柱玻璃體的中心形成具有5mm直徑的通孔。因而，制成具體例子1和3以及比較例5每個(gè)中的由結(jié)晶玻璃制成的管狀預(yù)制件。另一方面，具有表1和2所示每種組成的玻璃在電爐中在1500℃下被保持10小時(shí)從而被熔化，接著被鑄造成具有100mm直徑的圓柱玻璃體。隨后，通過鉆孔在圓柱玻璃體的中心形成具有5mm直徑的通孔。因而制成具體例子2和4以及比較例6每個(gè)中的由硼硅玻璃制成的管狀預(yù)制件。
將由硅玻璃制成并具有125μm直徑的單模光纖插入所述預(yù)制件的孔中。該預(yù)制件通過環(huán)形電爐的上部開口被以1mm/分鐘的饋送速度連續(xù)地饋送到環(huán)形電爐內(nèi)。所述預(yù)制件被電爐加熱至軟化和變形。因而，所述預(yù)制件被向下拉長以形成變形體。該被軟化和拉長的變形體的下端被一對(duì)輥?zhàn)訆A壓，并在1180℃(在結(jié)晶玻璃的情況下)或900℃(在硼硅玻璃的情況下)下經(jīng)過拔絲。因而，可以6400mm/分鐘的速率生產(chǎn)所述變形體，使得該形成體具有1.25mm±0.5μm的外徑。與拔絲相配合或同步地，光纖2被連續(xù)地饋送到所述預(yù)制件，即饋送到該預(yù)制件的孔內(nèi)。
通過拔絲獲得所述形成體被切割成16.7mm的長度。此后，形成體的兩相對(duì)端被以與MU型光連接器相似的方式拋光，以制成光波導(dǎo)配件。
在比較例5或6中，除了下述內(nèi)容，光波導(dǎo)配件以與具體例子1和2中相似的方式被制造。光纖沒有被插入所述預(yù)制件的通孔。拔絲是在1180℃或900℃下進(jìn)行的，以制成箍環(huán)，其具有126μm內(nèi)徑的孔。之后，單模光纖被插入箍環(huán)并利用環(huán)氧樹脂粘接劑固定于其上。在比較例7中，以與比較例5和6相似的方式制造光波導(dǎo)配件，除了單模光纖被插入一可商業(yè)獲得的氧化鋯箍環(huán)。
熱膨脹系數(shù)是利用MAC Science Co.，Ltd制造的Dilatometer5000在30℃到380℃的溫度范圍內(nèi)測量的。光波導(dǎo)元件的孔中的光纖的偏心率可通過利用掃描電子顯微鏡(SEM)和評(píng)估SEM照片來觀測光波導(dǎo)配件的截面獲得。
傳播模式是以下述方法確定的。具有1.3μm波長的激光二極管被用作光源。由激光二極管發(fā)出的光束是通過單模光纖從光波導(dǎo)配件的一端入射到光波導(dǎo)配件的。在發(fā)射端，一端面圖像被一攝像機(jī)拾取以檢驗(yàn)光發(fā)射強(qiáng)度的分布。
光連接器損失是通過下述方式測量的。光波導(dǎo)配件的一端通過一MU型光連接器被連接到一單模光纖。光波導(dǎo)配件的另一端通過另一MU型光連接器被連接到光功率表(由Advantest Corporation制造的Q8221)。通過單模光纖，具有1.3μm波長的輸入光束入射到光波導(dǎo)配件。另一輸出光束由所述光功率表測量。通過將輸出光束與輸入光束進(jìn)行比較，來測量光連接器損失。
在加熱時(shí)光纖的縮回量可通過下述方式獲得。分別在室溫和100℃下，通過利用由Norland Products Inc.制造的ACCIS來測量光纖相對(duì)于定位元件的位置。這些位置之間的差可計(jì)算為縮回量。
由表1可見，具體例子1-4是通過拔絲制成的，從而光纖額度偏心率很小。因而光連接損失很小。當(dāng)被加熱到100℃時(shí)，沒有發(fā)生光纖的縮回。
另一方面，在比較例5中，可維持或保證單模傳播。然而，由于所述箍環(huán)的孔中光纖偏心率很大，光連接損失很大。當(dāng)被加熱到100℃時(shí)，光纖的縮回量很大。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)配件，包括定位元件，其被加熱并沿預(yù)定方向拉長，而且具有沿所述預(yù)定方向延伸的孔。光波導(dǎo)元件，其設(shè)于所述孔內(nèi)，并被熔接和固定到所述定位元件。
2.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述定位元件是由玻璃制成的。
3.如權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述玻璃是具有淀積于其中的晶體的結(jié)晶玻璃。
4.如權(quán)利要求3所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述晶體是β鋰輝石固溶體。
5.如權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述玻璃包含總共占質(zhì)量的至少45％的SiO2、Al2O3和Li2O。
6.如權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述玻璃包含總共占質(zhì)量的至少65％的SiO2、Al2O3和Li2O。
7.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述定位元件是由塑料制成的。
8.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述定位元件在30℃-380℃下具有-20×10-7/℃至70×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)配件，其特征在于，所述定位元件具有低于所述光波導(dǎo)元件的軟化點(diǎn)。
10.一種制造光波導(dǎo)配件的方法，包括準(zhǔn)備管狀元件，將光波導(dǎo)元件插入所述管狀元件內(nèi)，將所述管狀元件加熱和拉長以將所述管狀元件熔接到所述光波導(dǎo)元件上，從而獲得一形成體。將所述形成體切割成預(yù)定的長度。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述管狀元件是由玻璃制成的。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，一種具有淀積于其中的晶體的結(jié)晶玻璃被用作所述玻璃。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述玻璃是可結(jié)晶玻璃，它不包含淀積于其中的晶體，而通過在它被加熱和拉長時(shí)淀積晶體可將其轉(zhuǎn)變成結(jié)晶玻璃。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述玻璃包含總共占質(zhì)量的至少45％的SiO2、Al2O3和Li2O。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述玻璃包含總共占質(zhì)量的至少65％的SiO2、Al2O3和Li2O。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述管狀元件是由塑料制成的。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述管狀元件在30℃-380℃下具有-20×10-7/℃至70×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述管狀元件具有低于所述光波導(dǎo)元件的軟化點(diǎn)。
全文摘要
一光波導(dǎo)元件被插入一管狀元件。所述管狀元件通過加熱被拉長，并且被熔接到所述光波導(dǎo)元件上，因而，可獲得一形成體。所述形成體被切割成預(yù)定長度，以獲得一光波導(dǎo)元件。至少在所述形成體的狀態(tài)下，管狀元件優(yōu)選地是由其中淀積有晶體的結(jié)晶玻璃制成的。
文檔編號(hào)G02B6/00GK1434315SQ0310310
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者坂本明彥, 淺野秀樹, 和田正紀(jì) 申請(qǐng)人:日本電氣硝子株式會(huì)社