專利名稱：制造牢靠的光纖耦合器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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。
在本發(fā)明的制造光學(xué)纖維耦合器的方法里，首先形成一中間耦合件，其中至少有兩根光學(xué)纖維以并排的方式延伸著。該中間耦合件包括(a)一耦合區(qū)域，其中各光學(xué)纖維的一部分被熔融在一起，(b)與耦合區(qū)域離開一段距離的第一和第二分離纖維區(qū)域，以及(c)分別在耦合區(qū)域和第一及第二分離纖維區(qū)域之間的第一和第二過渡區(qū)域。在分離纖維區(qū)域內(nèi)，纖維未熔融在一起。隨著與耦合區(qū)域的距離的增加，任何兩根相鄰纖維之間熔融的接觸面積逐漸減少。
將一滴可通過能量固化的粘結(jié)劑加在第一分離區(qū)域和一基體上。使粘結(jié)劑向第一過渡區(qū)域流動(dòng)。安裝一粘結(jié)劑固化能量源，它所產(chǎn)生的射束將在第一過渡區(qū)和最初滴加粘結(jié)劑處之間的一個(gè)預(yù)定點(diǎn)處貫穿纖維，在這里，從粘結(jié)劑滴流向射束處的粘結(jié)劑被固化并停止流動(dòng)。而粘結(jié)劑的其余部分也被固化，從而使第一過渡區(qū)粘結(jié)在基體上。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例里，該中間耦合件是由若干光學(xué)纖維組成的，這些纖維以并排的方式延伸通過一耦合區(qū)域，并通過一位于縱向靠近耦合區(qū)域的管子的孔。在耦合區(qū)域纖維熔融在一起，并且在耦合區(qū)域內(nèi)的纖維的直徑小于它在管子內(nèi)的直徑。在與耦合區(qū)域相反的管子孔的一端有一滴粘結(jié)劑包裹著纖維。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，通過支撐若干并排著的光學(xué)纖維，加熱兩端中間的纖維的一部分區(qū)域，使它們?nèi)廴谠谝黄鸲纬芍虚g耦合件。而分離的纖維區(qū)域則粘接在相鄰的基體上。


圖1是插入光學(xué)纖維后的毛細(xì)管的縱剖視圖;
圖2是表示環(huán)繞著纖維的玻璃管收縮后形成一實(shí)體中心區(qū)的局部的縱剖視圖;
圖2a，2b和2c分別是沿圖2中的2a-2a線，2b-2b線和2c-2c線的橫剖視圖;
圖3是光學(xué)纖維耦合器被拉伸收縮后的局部縱剖視圖;
圖4是圖3所示耦合器端部區(qū)域的縱剖視圖，粘結(jié)劑已被注入漏斗形承口內(nèi);
圖5是沿圖4中的5-5線的局部的橫剖視圖，粘結(jié)劑已滲入光學(xué)纖維;
圖6是收縮毛細(xì)管的裝置的示意圖，拉伸它的中心區(qū)，并可在加粘結(jié)劑的過程中支撐它;
圖7是耦合器端部的剖視圖，圖中示出了一種不同的加粘結(jié)劑的方法;
圖8是沿圖7中的8-8線的局部的橫剖視圖;
圖9是固定在一保護(hù)件上的、成雙錐形的錐形耦合器的平面圖;
圖10，11和12分別是沿圖9中的10-10線，11-11線和12-12線的橫剖視圖。
附圖中的零件未按比例關(guān)系畫出。
美國專利5，011，251公布了一種形成外包覆光學(xué)纖維的耦合器的方法，援引在此以供參考之用。本發(fā)明所述的1×2耦合器被認(rèn)為在M×N耦合器中是具有代表性的，其中M≥1，N≥2。保護(hù)性的包覆材料21和22從包覆的光學(xué)纖維17和18的適當(dāng)部位處剝下(圖1)，該光纖被插入毛細(xì)管10的縱向孔11內(nèi)，使無包覆的纖維部份19和20延伸通過中心區(qū)27。毛細(xì)管10最好是由攙入B2O3(還可攙入氟F)的硅石制成。通過加入GeO2等摻雜物可使它變得較軟些，而再多加些B2O3可調(diào)整它的折射率。漏斗狀承口12和13在端面14和15處形成孔11的進(jìn)口。
將管子10穿過環(huán)形燃燒器34(圖6)，并由安裝在電動(dòng)機(jī)控制的臺(tái)架45和46上的拉伸夾具32和33夾住。將包覆的纖維17穿過孔11，直到它的無包覆部分處于管子的端面15以下為止。包覆纖維18的無包覆部分置于包覆纖維17的無包覆部分的附近，把它們一起向管子端面14移動(dòng)，直到包覆端面區(qū)域位于漏斗形承口13內(nèi)，而無包覆纖維部分位于端面14和15的中間為止。纖維18的端頭位于管子10的中心區(qū)27和端面14之間。這些纖維通過真空裝置41和41′，該真空裝置41和41′與預(yù)型件31的端部密封連接。典型的真空裝置公布在美國專利5，017，206里，該專利援引在此以供參考。通過管道42提供真空。一段薄橡膠管43的一端連接在真空裝置41的、與預(yù)型件31相對(duì)的一端上;而橡膠管的另一端在管子夾緊裝置(未畫出)里延伸。上部的真空裝置41′同樣地與管道42′，橡膠管43′和管子夾緊裝置相連。纖維的包覆部分從管道43和43′伸出。當(dāng)夾緊裝置內(nèi)建立起空氣壓力，并如箭頭44和44′所示壓向橡膠管43和43′，從而使橡膠管緊抵著在里面延伸的纖維時(shí)，孔11通過管道42和42′被抽空。
在預(yù)型件31被抽真空的同時(shí)，環(huán)形燃燒器34加熱管子10，使中心區(qū)27緊貼在光學(xué)纖維上(圖2)。然后，至少中心區(qū)27的中心部分被加熱，而臺(tái)架45和46向相反方向移動(dòng)以拉長預(yù)型件31，形成一具有收縮區(qū)域24(圖3)的中間耦合件25。在中間耦合件25的兩端有由漏斗形承口和孔11的未收縮端部所組成的空腔23。
通常在各漏斗形承口里滴一滴粘結(jié)劑，以增強(qiáng)從耦合器端部處伸出的光學(xué)纖維引出端的抗拉強(qiáng)度。如果管子沒有漏斗形承口，粘結(jié)劑就滴在管子的端部。由于空腔23的孔11部分的直徑較小，粘結(jié)劑流入時(shí)不會(huì)超過漏斗形承口13的底部16。因此，人們提出了種種粘結(jié)劑流入孔內(nèi)的方法。
圖4和5所示是本發(fā)明加粘結(jié)劑的一種方法，粘結(jié)劑是沿著靠近光學(xué)纖維的孔的壁“滲入”的。其方法是先在一注射器里裝滿粘結(jié)劑，而它的注射針48伸入漏斗形承口13之中。將足夠的粘結(jié)劑注入漏斗形承口內(nèi)以蓋住在漏斗形承口里的纖維的裸露區(qū)域。粘結(jié)劑最好進(jìn)入漏斗形承口的底部16。
如果粘結(jié)劑在注入漏斗形承口后不是馬上固化，它將會(huì)沿著漏斗形承口的壁和靠近光學(xué)纖維的孔“滲入”。這里所謂的“滲入”是指粘結(jié)劑通過毛細(xì)管作用在各纖維和孔的相鄰表面之間的流動(dòng)，由此形成將纖維粘結(jié)在形成孔11的管壁上的細(xì)長的小珠53(圖5)。粘結(jié)劑小珠53將纖維內(nèi)部和外部產(chǎn)生的負(fù)載傳送給管子。粘結(jié)劑應(yīng)從漏斗形承口底部16進(jìn)入孔11′至少3mm;這個(gè)距離足以將纖維上的大部分拉力傳送給管孔的壁。滲入過程還可在相鄰的纖維之間形成粘結(jié)劑的流動(dòng)，從而形成小珠54。滲入所需時(shí)間取決于這些參數(shù)耦合器管子的溫度，粘結(jié)劑的粘性和未收縮的孔的深度。
留足夠的時(shí)間以使粘結(jié)劑通過毛細(xì)管作用沿著孔流過一段所需的最短距離。在滲入所需預(yù)定時(shí)間結(jié)束時(shí)，通過紫外線、加熱或其他類似的方法使粘結(jié)劑固化，然后，將耦合器從夾具取下。
然而，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)有可能有一個(gè)或幾個(gè)粘結(jié)劑小珠偶爾進(jìn)入橋接區(qū)29和30(圖2b)，如果這種情況發(fā)生，將不利于耦合器的機(jī)械熱性能。因此，有些參數(shù)如粘結(jié)劑的粘性可以選擇得使粘結(jié)劑在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)滲入孔內(nèi)太遠(yuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，在靠近中間耦合件25(圖3)處安裝一個(gè)能量源，如紫外光源35。在圖4中，紫外光線的邊緣用虛線35′表示，而光線延伸到該虛線的右邊。在粘結(jié)劑小珠到達(dá)光線處時(shí)，固化過程開始，小珠在幾個(gè)毫米內(nèi)停止流動(dòng)，更具體的時(shí)間視工藝過程的情況，如粘性及固化能量強(qiáng)度而定。當(dāng)固化光線源被安裝在與支撐中間耦合件25的裝置對(duì)齊的支撐架上時(shí)，粘結(jié)劑能延伸進(jìn)入孔11′區(qū)域內(nèi)離中間耦合件25端部一個(gè)預(yù)定距離的地方。由于粘結(jié)劑的深度可以準(zhǔn)確地控制，因此耦合器制造過程的再現(xiàn)性增加了。然后，紫外線朝向管子10的端部，使粘結(jié)劑的其余部分固化。
然后，在管子的另一端重復(fù)上述粘結(jié)劑的施加過程。在耦合器從夾具32和33上取下后，可再次用紫外線對(duì)粘結(jié)區(qū)域進(jìn)行照射，以便使所有的粘結(jié)劑完全固化。
另外一個(gè)實(shí)施例如圖7和8所示，其中紫外光線的邊緣仍用虛線35′表示。一根中空的細(xì)絲56上帶有保護(hù)包覆層57，帶包覆層是為了比較容易操作。包覆的中空細(xì)絲通過插入抽真空的管道58的端部、并用粘結(jié)劑59密封接合處而連接到一真空源上。從細(xì)絲56的端部處剝?nèi)プ銐蜷L的包覆層57，以便讓細(xì)絲進(jìn)入空腔23′內(nèi)到所需的深度。細(xì)絲56的端部進(jìn)入紫外光線，但是它不應(yīng)進(jìn)入纖維的橋接區(qū)域，因?yàn)樵谠搮^(qū)域里與纖維接觸會(huì)使橋接區(qū)域裂開，從而削弱纖維。一種用來獲得適當(dāng)?shù)募?xì)絲插入距離的簡單技術(shù)如圖6所示。細(xì)絲57的端部安裝在某個(gè)預(yù)定點(diǎn)上，例如夾具33的頂部，而細(xì)絲遠(yuǎn)離該端的一段由夾持器49固定。當(dāng)細(xì)絲的端部插入孔11′后，它就會(huì)延伸到所需的深度。
當(dāng)一滴粘結(jié)劑52′置于漏斗形承口13′里時(shí)，由細(xì)絲56提供的低壓將粘結(jié)劑吸入空腔內(nèi)直至將被光線35′照射的深度，從而被固化。在空腔23′里的纖維19′和20′的那些部分完全浸入粘結(jié)劑里、光線所能達(dá)到處的預(yù)定深度。然后中空細(xì)絲56被折斷，而將一滴粘結(jié)劑置于它的露出端上。粘結(jié)劑的其余部分按如上所述被固化。
在又一個(gè)實(shí)施例里，通過圖7的孔抽真空技術(shù)，粘結(jié)劑被拉入孔內(nèi)但小于預(yù)定距離，并給予足夠的時(shí)間，以保證粘結(jié)劑滲入到紫外光線處。在滲入之前先部分地充滿孔是有利的，因?yàn)樵跐B入過程之前就在孔里加入粘結(jié)劑，從而可減少滲入時(shí)間并保證適當(dāng)?shù)臐B入作用的發(fā)生。中空細(xì)絲被折斷和粘結(jié)，而粘結(jié)劑的其余部分被固化。
本發(fā)明的方法也可用于美國專利5，013，117所述的熔融雙錐形的錐形耦合器。如圖9所示，位于它們兩端中間的包覆層75和76分別從包覆的光學(xué)纖維77和78上剝?nèi)?，使纖維的剝?nèi)グ矊拥牟糠?3和74互相接觸，加熱接觸部分使它們同時(shí)熔化，并沿著光軸拉伸纖維。通過粘結(jié)劑施加器針頭82將一滴粘結(jié)劑81送入耦合器的兩端，將耦合器71粘結(jié)在基體80上。粘結(jié)劑81覆蓋纖維73和74(圖10)，以及至少一部分包覆層75和76。隨首時(shí)間的過去，粘結(jié)劑小珠84、85和86能在纖維和基體之間滲透(圖11)。如果粘結(jié)劑滲入纖維被橋接區(qū)域88連接的錐形區(qū)域(圖12)，或滲入靠近橋接區(qū)域的錐形區(qū)域，它會(huì)改變耦合比例，可能增加損失，從而產(chǎn)生斷裂問題。為了防止粘結(jié)劑沿著纖維向熔融區(qū)域79過分滲入，紫外光線84射向纖維，以如上所述固化滲入的粘結(jié)劑。這樣，粘結(jié)劑只能進(jìn)入由光線84的邊緣所決定的預(yù)定區(qū)域。
曾按照本發(fā)明以如下的方式制造了一根1×2光學(xué)纖維耦合器。玻璃管10的尺寸是長度是3.8cm，外徑是2.6mm，而孔徑是265μm。各漏斗形承口12和13是使氣相蝕刻劑NF3流過管子、并同時(shí)均勻地加熱管子的端部而形成的。漏斗形承口12和13深約1.71mm，而它們的最大直徑約是1.81mm。包覆纖維17和18由分別具有250μm直徑的氨基甲酸乙酯丙烯酸酯(Urethaneacrylate)包覆層21和22的125μm直徑的單模式光學(xué)纖維19和20組成的。一段6cm長的包覆層從一根1.5米長的包覆纖維18的一端剝?nèi)?。通過在纖維剝皮區(qū)域的中央點(diǎn)火燃燒，且同時(shí)拉動(dòng)纖維的端部并將它們割斷以形成錐形端，從而在纖維18的端部形成一抗反射的終端。用燃燒器火焰加熱纖維20的頂端，使玻璃收縮而形成一圓的端面。由此而制成的剝皮端部區(qū)域約長3.2cm。從3米長的包覆纖維17的中間區(qū)域大約剝?nèi)?.2cm的包覆層。
將管子10插入圖6所示的裝置里，而纖維如上所述被插入管子10里。真空裝置41和41′安裝在預(yù)型件31的端部，7-12英寸(18-56cm)汞的真空被連在真空裝置上。點(diǎn)燃環(huán)形燃燒器34，用它的火焰加熱管子10，使管子中心區(qū)27收縮而緊貼著纖維。在管子冷卻后，再點(diǎn)燃燃燒器以加熱收縮區(qū)域的中心。關(guān)掉火焰，開動(dòng)臺(tái)架45和46以形成縮頸區(qū)域24(圖3)。在耦合器冷卻后，取下真空管道。在將粘結(jié)劑加到空腔23期間耦合器仍留在夾具上。
夾緊裝置44和44′和真空軟管43和43′脫開，并提供氮給軟管42和42′。由于氮流過軟管43和43′而產(chǎn)生的擾動(dòng)有助于使纖維脫離這些管子。當(dāng)?shù)逑赐瓿珊螅∠抡婵昭b置41和41′。
提供約30厘米長的80μm中空硅石細(xì)絲56。該細(xì)絲有200μm外徑的氨基甲酸乙酯丙烯酸酯包覆層。包覆的細(xì)絲的一端粘結(jié)在管子58的一端內(nèi)，管子的另一端與一真空源連通。約2.5cm的包覆層從中空細(xì)絲的另一端處剝?nèi)ァ⒓?xì)絲56插入孔11′內(nèi)，直至伸進(jìn)端面15內(nèi)7-8mm為止。
在注射器里充滿由康涅狄格州新米爾福德的電子材料有限公司制造的電解質(zhì)紫外固化環(huán)氧樹脂，代號(hào)為2500UV。將粘結(jié)劑施加器針頭插入耦合器預(yù)型件的下部漏斗形承口13內(nèi)，并仔細(xì)操作使針頭進(jìn)入漏斗形承口的底部區(qū)域。將足夠數(shù)量的環(huán)氧樹脂注入漏斗形承口以填滿它和復(fù)蓋裸露的纖維。小心翼翼地使擴(kuò)散到漏斗外部的粘結(jié)劑的數(shù)量降低到最低程度。
DymaxPC3紫外光線源的圓柱形輸出頭35置于圖6所示裝置的夾具33上的環(huán)形凹進(jìn)部分47里。當(dāng)光線打開時(shí)，它射在預(yù)型件31上，并距端面15的6-8mm處延伸。中空細(xì)絲56延伸進(jìn)入紫外光線內(nèi)約1-2mm。
然后空腔23′通過中空細(xì)絲被抽空，由此將環(huán)氧樹脂吸入孔11′內(nèi)。當(dāng)環(huán)氧樹脂到達(dá)紫外光線處時(shí)即被固化并停止流動(dòng)。折斷細(xì)絲56，將一滴環(huán)氧樹脂置在它的裸露端上。從凹進(jìn)部分47處取出紫外光源，將紫外光線對(duì)準(zhǔn)夾具33和真空裝置41之間的預(yù)型件31上，以進(jìn)一步固化環(huán)氧樹脂。
將輸出頭35移到夾具32的凹進(jìn)部分47′，在預(yù)型件31的上端部重復(fù)進(jìn)行環(huán)氧樹脂的施加和固化工序。最后將耦合器從夾具上取下。為了保證環(huán)氧樹脂的完全固化，將耦合器放在白色的背景上，并暴露在BondwandUV固化頭的紫外光線下至少15分鐘。
由于上述1×2耦合器在長期使用中有可能因應(yīng)力的存在而發(fā)生斷裂的情況，決定將環(huán)氧樹脂延伸到離預(yù)型件31端面約3-8mm的區(qū)域。在用這種方法制造的光學(xué)纖維耦合器里，97%的粘結(jié)劑的端部都沒有超過這個(gè)范圍的0.1mm。這種耦合器顯示了優(yōu)秀的機(jī)械熱性能，這種耦合器的纖維引出端也顯示了高的抗拉強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種制造光學(xué)纖維耦合器的方法，它包括以下步驟形成一中間耦合件，其中至少兩根光學(xué)纖維以并排方式延伸，所述中間耦合件包括一耦合區(qū)域，其中各所述光學(xué)纖維的一部分被熔融在一起；與所述耦合區(qū)域離開一段距離的第一和第二分離纖維區(qū)域，所述纖維在所述分離纖維區(qū)域內(nèi)未被熔融；以及分別在所述耦合區(qū)域和所述第一及第二分離纖維區(qū)域之間的第一和第二過渡區(qū)域；隨著離所述耦合區(qū)域的距離的增加，在所述過渡區(qū)域內(nèi)的任何兩根相鄰纖維之間熔融的接觸面積都逐步減少，通過將能量可固化的一滴粘結(jié)劑施加在所述的第一分離纖維區(qū)域和一基體上，使所述的粘結(jié)劑流向所述的第一過渡區(qū)域，安裝一能量源，使它產(chǎn)生的光線在所述的第一過渡區(qū)域和最初施加粘結(jié)劑點(diǎn)之間的一個(gè)預(yù)定點(diǎn)處貫穿所述纖維，由此從所述一滴粘結(jié)劑處流向所述光線的粘結(jié)劑被固化而停止流動(dòng)，以及固化所述粘結(jié)劑的其余部分，由此所述的第一過渡區(qū)被粘結(jié)在所述基體上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于，形成(中間耦合件)的步驟包括形成一由多根鄰接延伸的光學(xué)纖維組成的中間耦合件，所述纖維延伸通過一耦合區(qū)域，并通過一位于縱向靠近所述耦合區(qū)域的一管子的孔，所述纖維在所述耦合區(qū)域內(nèi)被熔融在一起，在所述耦合區(qū)域內(nèi)的所述纖維的直徑小于它在所述管子內(nèi)的直徑。
3.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，施加粘結(jié)劑的步驟包括在與所述耦合區(qū)域相對(duì)的管子孔的一端上用一滴粘結(jié)劑圍繞(包裹)所述纖維，所述孔的直徑較小，所述粘結(jié)劑不能流入所述孔內(nèi)，而是通過毛細(xì)管作用使所述粘結(jié)劑在至少一根所述的纖維和所述孔的相鄰壁之間流動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的中間耦合件還包括在與所述耦合區(qū)域相對(duì)管孔的那一端上的一漏斗形承口，用粘結(jié)劑圍繞(包裹)所述纖維的步驟包括將粘結(jié)劑施加到所述漏斗形承口中。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的方法還包括在向漏斗形承口施加粘結(jié)劑之前，將一中空細(xì)絲插入所述漏斗形承口并進(jìn)入所述未收縮孔部分的步驟，所述方法還包括抽空所述細(xì)絲以將所述粘結(jié)劑吸入所述未收縮孔部分的步驟，并留有足夠的時(shí)間使所述粘結(jié)劑通過毛細(xì)管作用較深地流入所述孔部分，直至到達(dá)所述光線的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在施加粘結(jié)劑給所述的漏斗形承口這一步驟之前，所述的方法還包括以下步驟將一中空細(xì)絲插入所述漏斗形承口并進(jìn)入所述未收縮孔部分，所述細(xì)絲延伸進(jìn)入所述光束，并抽真空所述細(xì)絲以將所述粘結(jié)劑吸入所述未收縮孔部分，直至它到達(dá)所述光線所在的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的中間耦合件還包括在與所述耦合區(qū)域相反的管孔的那一端上有一漏斗形承口，用粘結(jié)劑圍繞(包裹)所述纖維的步驟包括施加粘結(jié)劑給所述漏斗形承口。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成的步驟包括形成一由多根鄰接延伸的光學(xué)纖維組成的中間耦合件，所述纖維延伸通過一耦合區(qū)域，并通過一位于縱向靠近耦合區(qū)域的管子的孔部分，所述纖維在所述耦合區(qū)域被熔融在一起，在所述耦合區(qū)域內(nèi)的所述纖維的直徑小于它在所述管內(nèi)的直徑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的形成的步驟包括形成一由一具有第一和第二端面的基體玻璃細(xì)長體組成的中間耦合件，該耦合件還有一中心區(qū)和分別從所述中心區(qū)向所述第一和第二端面延伸的、彼此相對(duì)的第一和第二端部區(qū)域，諸光學(xué)纖維延伸通過所述的中心區(qū)，所述纖維沿著所述中心區(qū)被熔融在一起，所述中心區(qū)的中心部位的直徑和在所述中心部位里的所述纖維的直徑小于在所述端部區(qū)域的它們的直徑，未收縮的縱向孔的第一和第二部分，它們分別從所述中心區(qū)縱向伸入所述第一和第二端部區(qū)域，第一和第二漏斗形承口分別使所述第一和第二孔部分與所述第一和第二端面連接，至少一根所述纖維從所述第一端面延伸通過所述第一孔部分和所述第一漏斗形承口，至少另一根所述纖維從所述第二端面延伸通過所述第二孔部分和所述第二漏斗形承口，而所述施加粘結(jié)劑的步驟包括把粘結(jié)劑加到所述第一漏斗形承口中。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成步驟包括提供一玻璃管，它具有第一和第二端面，一中心區(qū)，以及從中心區(qū)分別向所述第一和第二端面延伸的、兩相對(duì)的第一和第二端部區(qū)域，一縱向孔在所述管子內(nèi)延伸，第一和第二漏斗形承口分別從所述孔向所述第一和第二端面延伸，在所述縱向孔里至少放置兩根光學(xué)纖維，各有一芯子和包覆層，所述纖維各有一部分延伸通過所述中心區(qū)，各所述纖維至少有一部分從所述管子的至少一端處伸出，從所述管子伸出的所述纖維的這些部分具有保護(hù)層，加熱所述管子，使所述管子中心區(qū)收縮而緊貼所述纖維，未收縮孔的第一和第二部分分別從所述中心區(qū)縱向延伸通過所述第一和第二端部區(qū)域，并分別到達(dá)所述的第一和第二漏斗形承口，拉伸所述中心區(qū)的至少一部分，使所述中心區(qū)的中心部位的直徑和在所述中心部位的所述光學(xué)纖維的直徑小于它們?cè)谒龆瞬繀^(qū)域的直徑，而其中施加粘結(jié)劑的步驟包括把粘結(jié)劑加到所述的第一漏斗形承口中。
11.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于，所述形成步驟包括形成一由一基體玻璃細(xì)長體組成的中間耦合件，該細(xì)長玻璃體有第一和第二端面，一中心區(qū)和分別從所述中心區(qū)向所述第一和第二端面延伸的、相對(duì)的第一和第二端部區(qū)域，諸光學(xué)纖維延伸通過所述的中心區(qū)，所述纖維沿著所述中心區(qū)被熔融在一起，所述中心區(qū)的中心部位的直徑和在所述中心部位的所述纖維的直徑小于它們?cè)谒龆瞬繀^(qū)域的直徑，未收縮縱向孔的第一和第二部分分別從所述中心區(qū)縱向伸入第一和第二端部區(qū)域，第一和第二漏斗形承口分別使所述第一和第二孔部分與所述第一和第二端面連接，從所述第一端面至少一根所述纖維延伸通過所述第一孔部分和所述第一漏斗形承口，至少另一根所述纖維從所述第二端面延伸通過所述第二孔部分和所述第二漏斗形承口，以及抽真空所述未收縮孔部分，而其中的粘結(jié)劑的施加步驟包括把粘結(jié)劑施加在所述第一漏斗形承口中。
12.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于，所述形成步驟包括使諸纖維并排地排列，加熱所述纖維的一個(gè)區(qū)域，使在它們端部中間的纖維熔融在一起。
13.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于，安裝步驟包括將所述能量源安裝在一被固定的托架上，由此使它發(fā)出的光線照射在所述中間耦合件的一預(yù)定區(qū)域上。
14.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于，所述形成步驟在一裝置里進(jìn)行，該裝置包括支撐所述中間耦合件的第一和第二夾具，所述夾具的形狀設(shè)計(jì)得可安裝所述能量源，使它發(fā)出的光線可以照射在所述中間耦合件的一預(yù)定區(qū)域上。
15.如權(quán)利要求4所述的一種方法，其特征在于，所述能量源是圓柱形的，而所述夾具具有接納所述能量源的環(huán)形凹進(jìn)部分。
全文摘要
在多根光學(xué)纖維被熔融在一起而成為一光學(xué)纖維耦合件后，它的端部被粘結(jié)在一基體上，從而使向外延伸的纖維具有足夠的抗拉強(qiáng)度。粘結(jié)劑有可能從施加處流向熔融區(qū)域，這會(huì)對(duì)耦合器產(chǎn)生不利影響。為了防止粘結(jié)劑過多地流向熔融區(qū)域但又要使粘結(jié)劑能足夠地流動(dòng)以加強(qiáng)纖維，一紫外光線在一預(yù)定處射向纖維，從而使粘結(jié)劑在該處停止流動(dòng)。粘結(jié)劑是因被光照固化而停止流動(dòng)的。此后，粘結(jié)劑的其余部分也被固化。
文檔編號(hào)G02B6/287GK1090648SQ9311426
公開日1994年8月10日 申請(qǐng)日期1993年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月5日
發(fā)明者威廉姆·詹姆斯·米勒, 理查德·阿蘭·科因 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司