本發(fā)明涉及光纖熔接，特別的，涉及一種采用硬材料的圓柱形套筒的熔接保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

在光通信系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展中，要求器件比如光放大器要適合越來越小的外殼尺寸(比如普通封裝可插拔的CFP, CFP2, CFP4收發(fā)器等)。而殼子內(nèi)的光學(xué)件和機(jī)械件的空間很有限。因此需要盡可能的減少這些內(nèi)部器件的尺寸。

作為示例性的，一個CFP殼體內(nèi)需要裝一個光纖光放大器，該放大器使用繞卷軸的摻鉺光纖作為增益介質(zhì)。除了增益光纖繞卷軸外，還有一種典型的摻鉺光纖放大器(EDFA)。EDFA包含各種輸入和輸出光纖(作為輸入信號和泵浦信號)，以及光泵浦源、隔離器等其他光纖耦合器件。光纖直徑僅250um，需要在殼體內(nèi)熔接到另外一根光纖以實現(xiàn)光信號傳輸。通常使用熔接的方式來將兩個器件的光纖連接。通過熔接，兩根光纖的端面受熱并熔合到一起。而需要保護(hù)熔接接頭以保證它的機(jī)械強(qiáng)度和環(huán)境完整性。熔接保護(hù)裝置使熔接接頭避免了彎曲和受力，而這些會導(dǎo)致信號損耗和最終熔接受損。

傳統(tǒng)的熔接保護(hù)裝置是用有彈性、可熱收縮的塑料制成，在塑料內(nèi)含有一個小的金屬棒，以在熔接接頭周圍產(chǎn)生一個剛性區(qū)域。這些傳統(tǒng)的熔接保護(hù)裝置直徑太大且長度過長，不能匹配現(xiàn)有的CFP殼體，以及未來可能更加小的殼體尺寸。

還有一個方法是用聚合物覆蓋住熔接的部分達(dá)到保護(hù)作用。然而，聚合物涂敷層并不一定能提供足夠的機(jī)械保護(hù)和高度的可靠性，特別是如CFP殼體存在小彎曲的情況。

上述的方案，特別是傳統(tǒng)的熔接保護(hù)裝置，在通信行業(yè)已使用多年，但是對于不斷進(jìn)展的應(yīng)用已經(jīng)不夠用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種尺寸僅比光纖稍大的圓柱形套筒式熔接保護(hù)裝置。

依照本發(fā)明的一個實施例，一個微型熔接保護(hù)裝置包括一個硬材料(例如不銹鋼或熔石英)的圓柱型套筒，該套筒覆蓋住熔接接頭以及部分超出熔接處的光纖。使用環(huán)氧膠來填充滿套筒里熔接光纖和套筒內(nèi)表面的空隙。如果圓柱形套筒的內(nèi)徑僅比光纖直徑稍大就更好，從而形成一個具有和光纖基本上相同的輪廓的同軸的微型熔接保護(hù)裝置。

在本發(fā)明的一個實施例中，使用環(huán)氧膠來覆蓋住圓柱形套筒的尾端，以在光纖的外包層和套筒之間形成一個平滑過渡(例如保形輪廓)。這些環(huán)氧膠涂層還給微型熔接保護(hù)裝置提供了額外的應(yīng)力消除特性。該可用于應(yīng)力消除的環(huán)氧膠可以與微型套筒保護(hù)裝置內(nèi)粘接熔接接頭的環(huán)氧膠一樣，也可以是其他不同的環(huán)氧化合物。

微型熔接保護(hù)裝置套筒可以使用不同種類的金屬、陶瓷、金屬基復(fù)合材料(MMCs)等，要求材料重量輕、機(jī)械強(qiáng)度大。除了不銹鋼，熔石英也是一個很好的選擇。在熔接前，套筒被放置于光纖上，熔接后沿著光纖方向移動套筒。因此套筒的內(nèi)表面和兩端面最好拋光，或者盡可能地光滑以減少對光纖的損壞。

在本發(fā)明的一個特殊例子中，微型熔接保護(hù)裝置包住一對光纖的熔接接頭，該熔接保護(hù)裝置包括一個包圍熔接接頭的硬材料的圓柱形套筒，套筒的內(nèi)徑僅比這一對光纖的外徑稍大，套筒的長度超過了該對光纖剝皮部分的長度；圓柱形套筒內(nèi)的環(huán)氧膠，環(huán)氧膠將該對光纖的剝皮部分和熔接接頭包裹住，填充滿套筒內(nèi)的空隙。

本發(fā)明的有益效果為尺寸小，易于使用，可與現(xiàn)有的基于CFP外殼尺寸匹配。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明;

圖1是本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置放置于熔接接頭的剖面?zhèn)纫晥D;

圖2是本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置一個實施例的圓柱形套筒組件的等軸側(cè)視圖;

圖3是圖2圓柱形套筒組件的側(cè)視圖;

圖4是本發(fā)明另一實施例的剖面?zhèn)纫晥D，該實施例中在套筒組件的兩端覆蓋有額外的消除應(yīng)力的環(huán)氧膠;

圖5闡述了本發(fā)明一個示例方法的第一步，包括微型套筒保護(hù)裝置和熔接接頭;

圖6闡述了第二步，進(jìn)行一對光纖之間的熔接;

圖7闡述了在熔接接頭上滑動熔接保護(hù)裝置的圓柱形套筒部分的步驟;

圖8闡述了在圓柱形套筒和熔接接頭之間的空隙注入環(huán)氧膠的結(jié)果;

圖9是圖8結(jié)構(gòu)的剖視側(cè)面圖;

圖10是本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置一個實施例的照片，該保護(hù)裝置位于一對光纖之間;

圖11是本發(fā)明另一實施例的照片，包括與圓柱形套筒組件連在一起的釋放應(yīng)力的部件;

圖12描繪了不同情況下熔接插損的變化;

圖13圖示了本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置插入損耗隨環(huán)境溫度循環(huán)的變化;

圖14是本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置的偏振相關(guān)損耗PDL隨溫度的變化;

圖15給出了本發(fā)明不同實施例插損隨彎曲半徑的變化;

圖16描述了另一組不同的光纖的損耗;

圖17給出了用于光纖光放大器光泵浦源的光纖的插損隨彎曲半徑的變化;

圖18給出了不同光纖熔接時插損隨彎曲半徑的變化;

圖19給出了EDF和ZBL光纖之間熔接時插損隨彎曲半徑的變化。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置10放置于熔接接頭12的剖面?zhèn)纫晥D，光纖14和光纖16通過熔接結(jié)合。眾所周知，一對光纖端面熔接時光纖要被剝皮以去掉外護(hù)套和涂敷層，僅留下硅基纖芯和包層。電極或其他高能脈沖施加于兩根光纖相鄰的端面，以熔化硅材料使得兩根光纖相連接。當(dāng)兩根光纖熔接耦合時，剝掉光纖的外層皮(給光纖提供機(jī)械強(qiáng)度)使得熔接區(qū)域容易受損。在各種早前的結(jié)構(gòu)中使用一層或多層保護(hù)性材料來覆蓋熔接區(qū)域；而對于現(xiàn)今的小型化設(shè)計，這些結(jié)構(gòu)的尺寸太大。更進(jìn)一步的，微型熔接保護(hù)裝置010包括一個包住熔接接頭12的套筒20，而環(huán)氧膠30被注入熔接光纖14，16和套筒20的內(nèi)表面22之間的空隙。在環(huán)氧膠30固化后，微型熔接保護(hù)裝置10就完全起到保護(hù)作用，能避免熔接接頭12受損且尺寸小。

圖2是本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置10一個實施例的圓柱形套筒20的等軸側(cè)視圖。圓柱形套筒20最好是剛性、重量輕的材料，比如不銹鋼。而除了不銹鋼，各種其他硬材料，比如某些金屬、陶瓷、金屬基復(fù)合材料(MMCs)等也是可選材料，特別是一種熔石英陶瓷材料。圖3是圓柱形套筒20的側(cè)視圖，清楚展示了套筒是圓柱形的，并包含一個長度方向的鉆孔18。

如上所述，本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置10是一個小尺寸裝置，其直徑僅比熔接的光纖外徑稍大。如圖3所示本發(fā)明的一個實施例中，套筒20的內(nèi)徑約300um，外徑約500um(當(dāng)用于保護(hù)250um外徑的光纖時)。其他適合的尺寸也可以，這取決于熔接光纖的尺寸。作為示例，一個微型熔接保護(hù)裝置10的尺寸和材料可以和注射針相當(dāng)。微型熔接保護(hù)裝置10的長度”L”要足夠長，以確保光纖和熔接保護(hù)裝置之間粘接及提供機(jī)械保護(hù)。對某些結(jié)構(gòu)，適合的L約為8mm。

根據(jù)本發(fā)明，微型熔接保護(hù)裝置10要包裹住熔接接頭12，避免熔接區(qū)域受損(包括彎曲)。假定微型熔接保護(hù)裝置10的尺寸如圖1和圖2，常規(guī)光纖250um的外徑很容易與微型熔接保護(hù)裝置10內(nèi)的長度方向鉆孔18匹配。

圖4是本發(fā)明另一實施例的剖面?zhèn)纫晥D，該微型熔接保護(hù)裝置10’增加了釋放應(yīng)力的部件。圖4 的微型熔接保護(hù)裝置10’和圖1的微型熔接保護(hù)裝置10比起來，唯一的差別是在套筒12的兩端12-1和12-2分別增加了環(huán)氧膠涂層32和34。如圖所示，環(huán)氧膠涂層32和34分別覆蓋了光纖14和16的一部分，以及外端12-1和12-2，形成一個保形涂層，根本上消除了微型熔接保護(hù)裝置10’附近外觀上的突變。

實際上，微型熔接保護(hù)裝置10’兩端和光纖14、16未剝皮部分涂敷的環(huán)氧膠涂層32和34起到了釋放應(yīng)力的作用。這種作為釋放應(yīng)力元件32、34的環(huán)氧膠材料可以不同于將熔接接頭12粘接到熔接套筒20內(nèi)表面21的環(huán)氧膠。

圖5至圖10闡述了本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置10作用于熔接接頭12的典型步驟。開始時，在熔接步驟前，圓柱形套筒20套到一根光纖上。圖5的剖面?zhèn)纫晥D顯示了圓柱形套筒20套到光纖14的尾部。需要注意的，微型熔接保護(hù)裝置10的端面20-E要預(yù)先處理好，要是光滑的和/或者半球形的，這樣在光纖14穿進(jìn)套筒20時才不會劃傷。

為便于說明，套筒20內(nèi)表面21和光纖14之間的空隙被放大。亦如以上圖3的說明，套筒20的內(nèi)徑可能僅比光纖14，16的外徑大50um。如圖5步驟，一開始，套筒20和光纖14 還沒粘接到一起，可沿著光纖長度方向前后移動。同樣，光纖14和16此時未準(zhǔn)備好，還不能進(jìn)行熔接。光纖14的一端14-S被剝掉外護(hù)套和涂敷層，只剩纖芯和包層。光纖16也一樣的處理得到剝皮的一端16-S。

在圓柱形套筒20套到光纖14上并滑動到離開剝皮的終端16-S的位置后，實施熔接步驟，將兩個終端14-S和16-S熔合到一起。圖6顯示了這種常規(guī)熔接步驟。顯而易見的，圓柱形套筒20與熔接位置12有些距離。

完成熔接后，圓柱形套筒20沿著光纖14滑動，如圖7箭頭指示，直至覆蓋了熔接的區(qū)域。如圖7結(jié)構(gòu)，圓柱形套筒20的長度L范圍內(nèi)，熔接部分12基本上居中。圓柱形套筒20的內(nèi)表面21最好拋光，避免光纖14和16的外表面在滑動過程中被劃傷或者受其他損害。

在圓柱形套筒20包住熔接接頭12后，在光纖14和16的外表面和圓柱形套筒20內(nèi)表面之間的空隙填充一種合適的環(huán)氧膠或粘合劑30。圖8展示了這一步驟，而圖9是圖8沿直線9-9剖面的側(cè)視圖。從圖9來看，環(huán)氧膠30包裹了熔接部分12，給其提供了機(jī)械連接和強(qiáng)度。固化的環(huán)氧膠30和圓柱形套筒20的結(jié)合形成了微型熔接保護(hù)裝置10。環(huán)氧膠30可以是熱固化的，具有足夠的粘接性和彈性以保護(hù)熔接光纖的光學(xué)性能。

圖10是實施例微型熔接保護(hù)裝置10的照片。照片中微型熔接保護(hù)裝置10覆蓋了實現(xiàn)光纖14和16之間耦合的熔接部分(未顯示)。顯然，采用小尺寸的圓柱形套筒20使得微型保護(hù)裝置10的直徑僅比光纖稍大。圖11是實施例微型熔接保護(hù)裝置10’的照片，增加了釋放應(yīng)力的環(huán)氧膠層32和34，使光纖14、16外表面到圓柱形套筒能平滑過渡。

圖12是本發(fā)明熔接損耗的條形圖。圖12中條狀A(yù)是圖7所示結(jié)構(gòu)的損耗。此結(jié)構(gòu)中，圓柱形套筒20放置到位，但還未用環(huán)氧膠30粘接熔接部分12。如圖所示，未施用環(huán)氧膠時，光纖14和16之間的耦合損耗只有約0.05dB。在施用環(huán)氧膠30并固化后，形成了如圖1所示的微型熔接保護(hù)裝置10的結(jié)構(gòu)，損耗降低至約0.01dB，如圖12的條狀B。在經(jīng)過幾次溫度循環(huán)后，光信號損耗保持在0.10dB(比如0.08dB)以下，如條狀C，符合大部分系統(tǒng)的要求。

圖13是熔接損耗隨溫度循環(huán)(-25~75°C)的變化曲線。圖14是熔接偏振相關(guān)損耗PDL隨溫度的變化曲線。圖12至圖14的數(shù)據(jù)說明采用本發(fā)明的微型熔接保護(hù)裝置時，插入損耗和偏振相關(guān)損耗PDL都很小，即使在溫度變化時。

圖15至圖19的測試數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實了本發(fā)明微型熔接保護(hù)裝置的機(jī)械和光學(xué)性能。圖15顯示了使用低彎損光纖時改變微型熔接保護(hù)裝置的彎曲半徑的結(jié)果。如圖所示，即使有彎損，也很小，甚至在光纖扭曲時也是。因此，可以將熔接部分彎曲至半徑7.5mm，而不會產(chǎn)生信號受損。

圖16測試內(nèi)容與圖15一樣，只是熔接的光纖是兩根標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。不管使用了套筒和/或者光纖被扭曲，測試結(jié)果也是一致的。

圖17也是同樣的測試內(nèi)容，進(jìn)行熔接的是一般用于光放大器泵浦源的光纖。測試結(jié)果與圖16 相似。圖18展示的是熔接摻鉺增益光纖和泵浦源光纖的測試結(jié)果，與熔接SMF 光纖的結(jié)果類似。圖19展示了熔接摻鉺增益光纖和低彎損光纖的測試結(jié)果，與圖15測試結(jié)果接近。

雖然上述討論都是基于使用了不銹鋼材質(zhì)的微型熔接保護(hù)裝置，但各種各樣具有所需剛性和其他特性的材料都可以使用。如上所述，各種其他金屬、陶瓷、MMCs等也可以用于微型熔接保護(hù)裝置。有需要時微型熔接保護(hù)裝置的實際長度和內(nèi)/外直徑可能會變，以更好匹配熔接光纖的性能。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。