CN102630306A - 制备光纤与将光纤安置到盲孔中的方法以及相关总成和制造总成的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示制备光纤(12)与将光纤(12)安置到盲孔(15)中的方法，以及相关总成(10)和制造总成(10)的方法。在一个实施例中，提供一种加工光纤的方法。所述方法包括用激光器(50)加工光纤的末端部分(20)的步骤。光纤的末端部分安置于盲孔中。盲孔可安置于固持结构(16)中。光纤附接到固持结构。本发明也揭示一种夹具(40)，且夹具(40)可用于在制备光纤和/或将光纤安置于盲孔中期间将光纤保持于通道(42)中，通道(42)安置于夹具中。本发明也揭示一种根据本文提供的方法制备的总成(10)。在一个实施例中，总成可包括用于光纤阵列(14)的固持结构。

Description

制备光纤与将光纤安置到盲孔中的方法以及相关总成和制造总成的方法

优先权申请案

本申请案要求2009年11月24日申请的且题为“制备光纤与将光纤安置到盲孔中的方法以及相关总成和制造总成的方法”的美国临时申请案第61/264,117号的权利，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的领域涉及光纤和/或光纤阵列的制备与光纤和/或光纤阵列到盲孔中的安置，以及相关总成和制造总成的方法。

背景技术

光纤的益处包括极宽的带宽和低噪音操作。因为这些优点，所以正日益将光纤用于多种应用，包括(但不限于)宽带语音、视频和数据传输。利用光纤的光纤网络正不断发展且用来通过私人网络和公共网络传送语音、视频和资料传输到用户。这些光纤网络常常包括分离的连接点，连接点链接光纤以从一个连接点向另一个连接点提供“活光纤”。就这点来说，光纤装备位于数据分配中心或中央局以支持光纤互连。

光纤可用光纤连接器拼接或连接化以形成与其它光纤的光学连接。光纤连接器允许光纤的容易配合与解除配合。如果在光纤缆线的制造或组装期间将光纤连接器安装于光纤上，那么此光纤被称为预连接化光纤。在这些情况中的任一情况下，重要的是，光学连接的光纤的端面精确地对准并拉近在一起以避免耦合损耗或减少耦合损耗。举例来说，使用光纤连接器，通过箍圈安置光纤，箍圈关于光纤连接器外壳精确地定位光纤。当光纤连接器连接到另一个光纤连接器以提供光学连接时，通过光纤连接器中的相应箍圈安置的光纤彼此纵向对准。光纤连接器的几何形状为高效光传递做准备。

即使在光学连接的光纤精确对准的情况下，也可能归因于其它原因而出现耦合损耗。举例来说，可能归因于安置于光纤的端面上或位于极接近光纤的端面处的灰尘和污垢(大体上被称为“残渣”)对光的阻碍而出现耦合损耗。举例来说，光纤缆线中使用的凝胶常常在光纤连接器的拼接点处或安置点处吸引灰尘和污垢，光纤连接器处于提供于光纤缆线中的光纤上。就这点来说，正提供对残渣不敏感的配合应用和解除配合应用以避免或减少归因于残渣产生的耦合损耗。

发明内容

本文所揭示的实施例包括光纤和/或光纤阵列的合适制备与光纤和/或光纤阵列到盲孔中的合适安置，以及相关总成和制造总成的方法。可利用将光纤安置于盲孔中来为光纤提供对残渣不敏感的连接应用，从而通过减少残渣或防止残渣到达光纤的端面来避免耦合损耗或减少耦合损耗。就这点来说，在一个实施例中，提供一种加工光纤的方法。所述方法包括用激光器加工至少一个光纤的末端部分的步骤。可使用激光器将非平面端面安置于末端部分上。至少一个光纤的末端部分安置于至少一个盲孔中，所述至少一个盲孔安置于固持结构中。至少一个光纤附接到固持结构。揭示其它方法，所述方法可包括加工形成光纤阵列的多个光纤的步骤。也可提供一种夹具以将光纤放置到通道中或将多个光纤放置到安置于夹具中的多个通道中。可提供一种根据本文所提供的方法制备的总成。在一个实施例中，总成可包括用于光纤阵列的固持结构总成。固持结构总成可包含多个光纤和由多个盲孔组成的固持结构，其中用激光器加工多个光纤的末端部分，所述多个光纤安置于所述多个盲孔中。

将在随后的实施方式中阐述额外的特征和优点，且对于所属领域技术人员，额外的特征和优点将部分地从描述中显而易见或通过实践如本文中所描述的内容(包括随后的实施方式、权利要求书和附图)而认识到。

应理解，前述一般描述和以下实施方式两者呈现实施例，所述实施例意欲提供用于理解权利要求书的性质与特征的概述或框架。包括附随图式以提供对本发明的进一步理解，而且附随图式并入本说明书中并构成本说明书的一部分。图式图示各种实施例并与描述一起用来解释原理和操作。

附图说明

图1为示范性总成的透视图，示范性总成由呈光纤阵列的光纤组成，光纤安置到安置于示范性固持结构中的相应盲孔中；

图2A为在将光纤的末端部分彼此分离之前的图1中的光纤阵列的透视图；

图2B为在将光纤的末端部分彼此分离并“成扇形散开”之后的图1中的光纤阵列的透视图；

图3为光纤的示范性末端部分的透视和侧视图，示范性末端部分具有平面末端剖面，示范性末端部分安置于具有非平面剖面的盲孔中；

图4为图1中呈光纤阵列的光纤的透视图，光纤安置到夹具中的通道中；

图5A为盖子的透视图，盖子可安置于图4中的夹具上以将光纤固定于夹具的通道中；

图5B为图5A中安置于夹具上的盖子的透视图；

图6为从图1中的光纤阵列的光纤去除的外层涂层的透视图；

图7为光纤的末端部分的示范性激光切割与加工的俯视图，光纤从图5A与图5B中所图示的夹具延伸，示范性激光切割与加工用来将非平面端面安置于光纤的末端部分上；

图8为光纤的末端部分的透视和侧视图，其中末端部分已根据本文所揭示的示范性激光加工实施例用激光器加工并安置到图1的固持结构中的盲孔中；

图9为在示范性激光加工期间的示范性光纤与盲孔的示意图；

图10为示范性间歇正弦信号的图示，间歇正弦信号在光纤加工期间控制示范性激光器的路径；

图11为图示相对于示范性激光器路径的光纤位置的示意图；

图12为图示示范性激光器关于加工光纤的示范性方位的示意图；

图13为展示示范性激光成形光纤的端面相对于平面的角度的图，所述平面垂直于光纤的纵轴；

图14与图15分别示意性地表示正在激光成形的示范性光纤与示范性激光成形光纤的放大视图；

图16为正如本文所描述激光成形的光纤的图像；

图17为在放大情况下取得的图16的示范性激光成形光纤端面的图像；

图18与图19分别示意性地表示根据另一个实施例的正在激光成形的光纤与激光成形光纤的放大视图；

图20为具有聚合物包层的光纤的末端部分的示范性激光切割与加工的侧视图，光纤可安置于图5A和图5B中所图示的夹具中并从夹具延伸，示范性切割与加工用来将非平面端面安置于光纤的末端部分上；

图21为在图20中通过激光器切割并加工之后的图20的光纤末端部分的侧视图；

图22为从图5A与图5B中所图示的夹具延伸的光纤的透视图，透视图图示在末端部分已根据本文所揭示的示范性激光加工实施例用激光器加工之后安置于光纤的末端部分上的非平面端面；

图23A为在将图8中具有非平面端面的光纤末端部分安置到盲孔中之前的固持结构的透视图，盲孔安置于固持结构中；

图23B为安置于图23A中的固持结构的盲孔中的图23A的光纤末端部分和附接到固持结构的光纤的透视图；

图24为具有非平面端面的光纤的替代性布置的透视图，光纤安置于固持结构的盲孔中且附接到固持结构；

图25为在光纤的末端部分已安置于固持结构的盲孔中之后，从夹具去除的图23A与图23B中的盖子和附接到固持结构的光纤的透视图；

图26A为光纤外壳的顶部部分的透视图，顶部部分经配置以收纳保持光纤的夹具，光纤附接到图25的固持结构；

图26B为保持光纤的夹具的透视图，光纤附接到图25的固持结构，固持结构安置于图26A的光纤外壳的顶部部分中；

图27为安置于图26A的固持结构中的光纤从夹具中移置之后的透视图，夹具安置于图26B中的光纤外壳的顶部部分中；

图28A为光纤外壳的底部部分的透视图，底部部分经配置以附接到图26A与图26B的光纤外壳的顶部部分；和

图28B为图28A的光纤外壳的顶部部分与底部部分的透视图，顶部部分与底部部分附接到彼此，其中光纤安置于图25的固持结构中，固持结构安置于光纤外壳中以形成光纤连接器。

具体实施方式

现在，将详细参看本发明的某些实施例，实施例的实例在附随图式中图示，其中展示一些实施例但未展示全部实施例。实际上，可以许多不同形式体现概念且不应将概念解释为限于本文所阐述的实施例；更确切地说，提供这些实施例以便本发明满足可用的合法要求。本文所描述的实施例和方法适合于形成短距离光纤网络的光学连接。本发明的概念有利地允许光纤的简单、快速和经济的连接与断开。现在，将详细参看优选实施例，优选实施例的实例在附随图式中图示。将尽可能使用相似元件符号指代相似组件或零件。

本文所揭示的实施例包括光纤和/或光纤阵列的合适制备与光纤和/或光纤阵列到盲孔中的合适安置，以及相关总成和制造总成的方法。可利用将光纤安置于盲孔中来为光纤提供对残渣不敏感的连接应用，从而通过减少残渣或防止残渣到达光纤的端面来避免耦合损耗或减少耦合损耗。就这点来说，在一个实施例中，提供一种加工光纤的方法。所述方法包括用激光器加工至少一个光纤的末端部分的步骤。可使用激光器将非平面端面安置于末端部分上。至少一个光纤的末端部分安置于至少一个盲孔中，所述至少一个盲孔安置于固持结构中。至少一个光纤附接到固持结构。揭示其它方法，所述方法可包括加工形成光纤阵列的多个光纤的步骤。也可提供一种夹具以将光纤放置到通道中或将多个光纤放置到安置于夹具中的多个通道中。可提供一种根据本文所提供的方法制备的总成。在一个实施例中，总成可包括用于光纤阵列的固持结构总成。固持结构总成可包含多个光纤和由多个盲孔组成的固持结构，其中用激光器加工多个光纤的末端部分，所述多个光纤安置于所述多个盲孔中。

就这点来说，图1为示范性总成10的透视图，示范性总成10可根据本文所揭示的一个实施例利用。总成10可提供用于光纤的配合和解除配合的对残渣不敏感的应用。在此实施例中，总成10由呈光纤阵列14的示范性光纤12组成，光纤12安置于固持结构16中的相应盲孔(图3中的元件15)中。如将在下文更详细地图示和论述，盲孔为仅存在一个进入和退出点且可通过任何合适方式形成的孔。固持结构16可被视为(例如)箍圈型结构。此实施例中的固持结构16由聚合物形成，但可由任何其它所要的材料形成。固持结构16也可为部分或完全透明的。此外，固持结构可由一件以上零件形成而非单片结构。举例来说，固持结构可具有例如主体和端盖的两件式构造，端盖附接到主体的末端(分隔线不可见)上，由此形成盲孔。如果固持结构包括端盖，那么可在需要时去除端盖以用于加工、组装等。固持结构的再其它实施例可使用两件以上零件，以通过将相应组件插入到固持结构的相应通孔中而形成盲孔，由此形成相应盲孔。将光纤12安置于盲孔15(图3)中的操作可提供一种或一种以上对残渣不敏感的光纤配合和解除配合应用。如将在下文更详细论述，光纤12可安置于盲孔15中以便防止残渣进一步进入盲孔15中并附着或包围光纤12的端面(未展示)。附着到或包围光纤的端面的残渣可通过阻碍光传递而导致耦合损耗。

继续参看图1，此实施例中的光纤阵列14由十二(12)个光纤12组成。然而，任何数目的光纤12可以光纤阵列14形式提供，包括(但不限于)一个(1)、两个(2)、四个(4)、八个(8)、二十四个(24)或任何其它合适数目个光纤。在此实施例中，可将光纤阵列14提供为光纤带和/或带状缆线的部分，由此使光纤12在第一段18中结合在一起并使光纤12在光纤12的末端部分20处分离。以此方式，光纤12的末端部分20可安置于固持结构16中的盲孔中。保持结构22可在安置于固持结构16的盲孔15中之前安置于光纤12的末端部分20之上，从而将光纤阵列14套准于将在下文更详细论述的夹具中且/或从而防止第一段18中的光纤12分离或从而提供应变消除。举例来说，如下文将进一步详细论述，在包括向末端部分20施加力的工艺中涉及光纤12的末端部分20，例如在末端部分20(例如)安置于固持结构16中期间。可能需要提供保持结构22以使这些力向第一段18中的光纤12的平移最小化。

为了提供图1中的总成10，可利用各种方法。关于这方面的示范性方法的实例描述于本发明中。本申请案的剩余部分论述产生图1的总成10的示范性方法和其它示范性总成与制造总成的方法。就这点来说，图2A图示在光纤12的末端部分20彼此分离或“成扇形散开”以制备待安置于固持结构16中的末端部分20之前的图1中的光纤阵列14。光纤12的末端部分20的端面24与其它末端部分20的端面24对准以提供图2A中所展示的光学连接。如下文将更详细描述，这些端面24将最终安置于盲孔15(图3)中，盲孔15安置于图3的固持结构16中。

如图1中所图示及上文所论述，在此实施例中，光纤12的末端部分20在安置于固持结构16中之前分离。就这点来说，如图2B中所图示，末端部分20分离且成扇形散开以使得末端部分20可安置于相应盲孔15(图3)中，盲孔15安置于固持结构16中。然而，如图2B中所展示，当末端部分20成扇形散开时，端面24将并非共平面的，此情况意味着端面24未沿相同轴A1对准。因此，如图3中所图示，当光纤12安置于盲孔15中时，光纤12的端面24与盲孔15的底表面或底座26之间将存在不同间隙长度G，原因在于底座26为共平面的。安置于固持结构16中的光纤12的不同末端部分20的端面24之间的不同间隙长度G可造成光纤12之间的耦合损耗变化。间隙长度G越大，通常耦合损耗越大。此外，因为安置于盲孔15中的光纤12的末端部分20的端面24之间的非共平面性仅导致最长长度的末端部分20的端面24底部抵靠盲孔15的底座26(即，间隙长度G约等于零(0))，所以归因于并非所有端面24定位于底座26处或底座26附近，可能出现耦合损耗。因此，如下文将更详细论述，本文所揭示方法和总成可用来提供呈光纤阵列的光纤的端面之间(包括呈光纤阵列14的光纤12的末端部分20的端面24之间)的共平面性。

其它因素可导致末端部分20的端面24并未底部抵靠盲孔15的底座26，由此导致耦合损耗。举例来说，如图3中所图示，盲孔15的底座26可弯曲或具有圆形边缘28。盲孔15的圆形边缘28可由于工具或模具的磨损(归因于随着时间重复使用工具或模具)而产生，工具或模具用以在制造期间在固持结构16中形成盲孔15。因此，如图3中所图示，当光纤12的末端部分20的平面端面24安置于盲孔15中时，端面24将不会到达底座26。如图3中所图示，在端面24可到达盲孔15的底座26，由此造成间隙长度G存在于端面24与底座26之间之前，安置于末端部分20的包层32周围且从端面24向下的外层涂层38可干扰盲孔15的圆形边缘28，包层32安置于芯部34周围。因此，如下文将更详细论述，本文所揭示的方法和总成可用来提供光纤12的末端部分20上的非平面端面(与图3中所图示的平面端面24相对比)，以允许端面底部抵靠盲孔15的底座26或减少端面与底座26之间的间隙长度G。举例来说，光纤12的端面可制备成具有非平面形状和/或与盲孔15的底座26的形状相同或类似的形状。

如图3中进一步图示，光纤12可包括包围包层32的玻璃或聚合物外层涂层38，以提供(例如)全玻璃光纤或塑料包层硅石光纤，但也可能是其它合适的光纤构造。或者，包层32可由(例如)以塑料包层硅石形式提供的聚合物形成。在这些情况中的任一情况下，如果光纤12的端面24如图3中所图示是平面的，那么光纤12的端面24在安置(即，插入光纤)于盲孔15中时可能刮削或刮擦盲孔15，因而可能去除外层涂层38且损坏包层32并可能损坏芯部34，此情形将导致耦合损耗。因此，如下文将更详细论述，本文所揭示的方法和总成可用来消除或减少在安置于固持结构16的盲孔15中时由于光纤12引起的刮削。

在示范性实施例中，本文所揭示的方法和总成的一个方面涉及制备光纤12的末端部分20以使端面24为共平面的或具有共平面性。先前在上文描述了共平面性的益处。图4图示在这方面可利用的一个步骤。如图4中所图示，提供夹具40。夹具40为与图1中的总成10和光纤12分离的装置。夹具40提供安置于表面43中的多个通道42，通道42各自经配置以收纳并固定来自光纤阵列14的光纤12，以辅助将光纤12的端面24制备为具有共平面性。如图4中所图示，光纤12的第一段18以共同段44安置于夹具40中而不需要分离个别的光纤12。第一段18在夹具40的入口侧45上从夹具40和通道42退出。安置于夹具40中的共同段44随后分裂成个别通道42，通道42各自经配置以收纳光纤12的个别末端部分20。

图4中所图示的夹具40图示安置于通道42中的光纤12的十二(12)个末端部分20中的每一者。如图1中所图示，当末端部分20在夹具40的出口侧47上从通道42退出时，通道42形成待提供于总成10中的成扇形散开的图案48(图5A)。为了固定光纤12的末端部分18以用于制备端面24，将盖子46(如图5A中所图示)安置于夹具40上，如图5B中所图示，以将光纤12的末端部分20固定于通道42中。举例来说，如下文更详细论述，当光纤12保持于通道42中时，可在加工末端部分20期间，使夹具40旋转或翻转。盖子46可在此加工期间固定光纤12。举例来说，光纤12可安置于夹具40的通道42中，以使得长度介于0.5毫米(mm)与1.0毫米(mm)之间的末端部分20从夹具40的出口侧47延伸，但这些长度并非所需的且并非限制。保持结构22可安置于光纤阵列14上以为使末端部分20从夹具40的出口侧47延伸所要长度作准备。

接着，如图6中通过实例所图示，在将光纤12固定于夹具40中时，从光纤12的末端部分20的一部分去除外层涂层38。因此，也如图6中所图示，暴露末端部分20的包层32与芯部34。将外层涂层38的部分去除的操作允许将芯部34与包层32暴露于端面上，以允许在末端部分20上制备非平面端面，如下文将更详细论述。

接着，示范性工艺包含如图6中所图示切割光纤12的末端部分20的步骤，其中外层涂层38已去除，且示范性工艺包含在光纤12的末端部分20上制备端面，端面彼此共平面或具有非共平面性。因为从夹具40延伸的末端部分20以“成扇形散开”图案48(如图5A中所展示)安置于通道42中，所以激光器50可用来如图7中所图示引导激光束52跨越轴A₂而切割末端部分20并制备具有共平面性的端面54，轴A₂与从夹具40暴露的光纤12的末端部分20的纵轴A_L1到A_L12正交。尽管图7图示引导激光束52跨越多个末端部分20的激光器50，但应理解，激光器50与激光束52未必导向在图7中所提供的方位上。举例来说，每一个末端部分20可能需要特定地面向激光束52(或反之亦然)，以将待激光加工的末端部分20带到用于端面54的所要加工与制备的激光束52的正确焦点中。先前已论述光纤12的端面的共平面性的益处。或者，末端部分20可以机械方式劈开以供切割(而非通过激光器切割)并暴露包层32与芯部34，其中随后利用激光加工或激光劈开来制备端面54。用激光加工或激光劈开来制备末端部分20的端面54的结果也可为在端面54上留下抛光光洁度或相似抛光的光洁度，以便在激光加工后不再需要进一步抛光端面54或制备端面54。

在激光切割或机械劈开末端部分20中的任一种情况下，在此实施例中，利用激光加工来制备非平面端面54。图8中通过实例图示此操作。如图8中所图示，光纤12的末端部分20含有非平面端面54。在此实施例中，端面54含有包层32的圆周区域周围由于激光加工产生的圆形边缘56。因此，当末端部分20安置于盲孔15中时，非平面端面54底部抵靠盲孔15的底座26。如先前所论述，在光纤12的末端部分20上提供非平面端面的操作可消除或减少端面54与盲孔15的底座26之间的间隙长度G(图3)以避免或减少耦合损耗。在此实施例中，激光加工也可提供外层涂层38的圆周区域周围的圆形边缘57以提供非平面剖面。在邻近末端部分20的端面54而安置的外层涂层38上提供非平面剖面可辅助防止在非平面剖面插入并安置于盲孔15中时由光纤12的末端部分20的外层涂层38、包层32和/或芯部34引起的连根拔除或刮削。此外，当非平面剖面插入并安置于盲孔中时，外层涂层上的非平面剖面可为气泡和/或残渣提供容器。

此外，如下文更详细论述，在末端部分20上提供非平面端面54也可在盲孔15中为安置于盲孔15中的过量粘合剂或环氧树脂留下额外的空间，和/或为归因于将末端部分20插入盲孔15中产生的截留气体或空气或气泡留下额外的空间。注意，即使端面54为平面的，如下文更详细描述，如图8中所图示，归因于在端面54的切割和制备期间由激光器50产生的热量，通过激光器50提供的激光加工也具有从端面54收回包层34(如果是聚合物)的益处。如果一直向下安置到端面54的包层32如图3中所图示干扰盲孔15的底座26的圆形边缘28，那么此情况允许将末端部分20插入盲孔15中以使端面54可更容易地底部抵靠底座26。

下文关于图9到图21更详细描述关于以下内容的细节：可怎样利用激光器50切割光纤12的末端部分20以实现端面54的共平面性，将端面54制备成非平面的，和/或收回包层32。

此时通过夹具40固定光纤12的末端部分20以用于进一步加工和制备。可执行的一个加工步骤为切割并制备末端部分20的端面54以制备待安置于固持结构16的盲孔15中的末端部分20。就这点来说，可根据以下专利中所描述的激光加工实施例与方法加工光纤12的末端部分20和制备端面54：2003年10月31日申请的美国专利第7,216,512 B2号，和2009年5月29日申请的题为“LASER-SHAPED OPTICAL FIBERS ALONG WITH OPTICAL ASSEMBLIESAND METHODS THEREFOR”的美国专利申请案第12/474,923号，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中。如下文更详细论述，可在夹具40和末端部分20静止时或在夹具40和末端部分20相对于引向末端部分20的激光束旋转时，加工光纤12的末端部分20。又，当激光器产生脉冲时，激光器也可保持静止。此外，可在激光加工期间翻转夹具40以依次改变末端部分20相对于激光束的方位。

举例来说，参看图9，展示旋转总成60的示意图。旋转总成60包括具有一或多个光纤12的夹具40，光纤12如上文先前所述安置于夹具40中。为了提供夹具40的旋转且因而提供光线12的末端部分20绕光纤12的纵轴的旋转，将末端部分20保持在静止夹具固持器62与合适旋转机构64(例如伺服驱动轮)之间的适当位置中。静止夹具固持器62代表在旋转期间可操作以维持夹具40的位置的任何已知构件。旋转机构64代表可操作以使光纤12的末端部分20绕光纤12的纵轴旋转的任何已知构件。静止夹具固持器62应提供支撑而无不当摩擦。举例来说，在工艺的第一步骤期间，可使光纤12的末端部分20以任何合适的旋转速率(例如，约二(2)赫兹(Hz))旋转，但有可能是其它旋转速度。光纤/箍圈总成的旋转为了第二步骤而基本上停止。末端部分20的尖端65由第二静止固持器68支撑，第二静止固持器68包含用来使脱开(run-out)影响最小化的V槽。突出超出第二静止固持器68的末端部分20的量应足够长以准许使用激光器(例如图7中的激光器50)切割并成形末端部分20的端面54，且不应长到导致第一步骤期间正成形的端面54的旋转的可能偏心。尽管使用术语“第一步骤”和“第二步骤”，但是在本文所描述的第一步骤和第二步骤之前、期间、之间或之后可出现其它步骤。举例来说，可在加工以成形具有剖面或更像“铅笔尖”的端面的光纤期间，相对于光纤使激光器转位。

在激光加工光纤12的末端部分20的示范性方法中，在末端部分20旋转的同时，使激光束52(图7)跨越表面来回扫描。可将来自市售二氧化碳(CO₂)激光器(例如，可从华盛顿州Mukilteo的SYNRAD Inc.购买的一百五十(150)瓦特最大密封管CO₂激光器)的能量聚焦到约两百(200)微米(μm)直径的点。在一个实施例中，可将激光器50聚焦到稍大于末端部分20的直径的点。举例来说，可在(例如)约二十(20)千赫(kHz)的频率下和百分之五十(50％)的占空比下操作激光器50。其它操作频率和占空比是可能的。其它示范性操作频率包括(但不限于)五(5)kHz与十(10)kHz。参看图10，可通过间歇正弦信号驱动激光器50的振荡运动，间歇正弦信号在加工期间控制激光器的路径。然而，注意，也可能是其它信号波形，例如三角形波形和锯齿状波形。回到此实例，间歇正弦信号的频率可为约二十四(24)Hz，而突发频率可为约十二(12)Hz。由元件符号70(本文也称为“扫描路径70”)图示正弦信号的峰间幅值。由元件符号72图示突发频率周期(即，完成激光加工的一个完整循环所需的时间)。由元件符号74图示控制激光器50的扫描的正弦信号频率周期(即，完成激光扫描的一个完整循环所需的时间)。由元件符号78图示暂停频率周期(即，连续激光扫描之间的时间)。暂停频率周期也等于突发频率周期减去正弦信号频率周期。

图11为图示光纤12的末端部分20相对于激光器50的扫描路径70的位置的示意图。在一个实施例中，末端部分20可位于距离正弦激光器路径的最高峰向下约两个(2)到约两个半(2.5)光纤宽度处且距离激光器50的零(或暂停)位置78向上约八个(8)到约十个(10)光纤宽度处。此定位操作产生两次能量存储到光纤12的末端部分20上，接着为在应用下一次能量存储前的冷却周期。激光器的烧痕由元件符号76图示。激光扫描的峰间幅值也由图11中的元件符号70图示。

使用至少两步工艺实现本文所揭示的光纤12的末端部分20的端面54的激光成形。第一步骤为在末端部分20的端面54旋转的同时使端面54成形。第二步骤为在旋转基本停止后使末端部分20的端面54成形。如本文所使用，“基本停止”意味着末端部分20的旋转停止或减慢到(例如)小的旋转速度，从而使得激光束52可扫描穿过末端部分20以在光纤12(图8)的芯部34处产生端面。举例来说，两个步骤都将适量预定激光强度(呈高斯强度分布的形式)照射到待成形的末端部分20上。一旦与光纤12的末端部分20接触，CO₂激光器50的辐射就被吸附于末端部分20的表面处。将表面处的玻璃温度升高到高于玻璃的汽化温度，且在将热量传导到光纤12的材料中时，烧蚀玻璃。激光器50维持于表面处的时间越长，热量渗透的深度越大。因此，强烈的短脉冲可用来在底层材料最小限度地熔融的情况下烧蚀表面包层。预定并调整激光束52的脉冲持续时间与能量强度，以便在不重新沉积烧蚀材料或不扭曲剩余光纤几何结构的情况下逐步烧蚀光纤12材料。光纤加工方法准许精确成形光纤12的末端部分20的端面54。激光器50以振荡运动扫描跨越末端部分20，以实现光纤12的烧蚀并优选地使由于非烧蚀区域的能量引起的过热最小化。通过在使激光器50产生脉冲的同时使末端部分20旋转来实现具有极佳对称性的凸状或圆顶形端面54。在静止末端部分20的情况下，可产生具有细长对称性的圆顶形端面54。在任一种情况下，末端部分20的端面54最好包含具有稍微突出的光纤芯部34的圆顶形端面54。此外，在使末端部分20旋转时用激光器50使末端部分20成形也抑制光纤12的外表面附近归因于重力等而凹陷变形。

图12为图示激光器50关于光纤12的末端部分20的示范性方位的示意图。来自激光器50的激光束52可在末端部分20的方向上以所要角度θ(即，82)导向以便激光束52照射末端部分20的所要端面54，从垂直于末端部分20的纵轴的方向来说，所要角度θ为约十(10)度到约六十(60)度。在优选实施例中，从垂直于末端部分20的纵轴的方向来说，角度82的范围可为约十五(15)度到约四十五(45)度。在另一个实施例中，从垂直于末端部分20的纵轴的方向来说，角度82的范围可为约二十五(25)度到约三十五(35)度。需要角度82克服跨越激光束52的直径的近似高斯能量分布。可调整角度82以产生末端部分20的稍微呈圆顶形的端面54，端面54具有约二(2)μm到约三(3)μm的芯部34的突起。归因于加热与烧蚀作用，末端部分20的端面54可具有约五(5)μm到约十(10)μm的半径，此辅助将末端部分20插入机械拼接总成的对准功能部件(即，复合V槽)中。通过生产具有圆顶形端面54的末端部分20，光纤芯部34引导末端部分20(图8)的包层32。如图8中所图示，当末端部分20安置于固持结构16中的盲孔15中时，突出的光纤芯部34减小间隙长度G。

如图13中所展示，激光成形末端部分20具有以角度α形成的成角度端面54。末端部分20的端面54的角度α相对于垂直于光纤12的纵轴LA的平面PP来说介于零(0)度与十(10)度之间。更具体来说，以光纤12的芯部34处的圆顶形表面的正切线与垂直于光纤12的纵轴LA的平面PP之间的角度来测量光纤12的非平面端面54。在优选实施例中，成角度端面介于四(4)度与八(8)度之间，但根据所揭示概念，也可能是其它合适角度。末端部分20的端面54将具有圆顶形表面，其中光纤12的边缘也为弯曲的(即，圆形的)以便抑制锐边。

图14与图15示意性地表示根据示范性实施例激光成形的末端部分20的放大视图。工艺的第一步骤为通过在使末端部分20如图11中所展示旋转的同时烧蚀末端部分20的一部分来使末端部分20“颈缩(neck)”。末端部分20的旋转烧蚀可延续到任何合适深度且甚至延续到芯部34中，但烧蚀不会切割或割断光纤12。在穿透或割断末端部分20前，末端部分20的激光烧蚀和旋转运动基本停止。如图14所展示，末端部分20的一部分由于第一工艺步骤的旋转运动期间的烧蚀而展现计时沙漏形状。可选地，可通过在加工期间向光纤12施加张力而拉长末端部分20的计时沙漏形状。

第二工艺步骤为在末端部分20基本停止时，恢复激光烧蚀，并以相对于垂直于光纤12的纵轴的平面的预定角度α割断末端部分20。图15示意性地描绘割断或穿透后的末端部分20。切割非平面端面54的位置大体上与通过第一工艺步骤产生的末端部分20的“颈缩”区域的一部分一致。在某些实施例中，使末端部分20的旋转运动停止以便使末端部分20静止，由此产生高品质非平面端面54。由所揭示方法加工的末端部分20优选地具有锥形或大边缘半径，锥形或大边缘半径允许在将末端部分20安置于盲孔15中时减少间隙长度G，如图8中所图示。

图16为光纤12的末端部分20的图像，光纤12在非平面部分形成于端面54上之前如本文所描述激光成形。换句话说，末端部分未完全穿透。如所展示，激光成形已形成锥形(即，“颈缩”)区域79，在锥形区域79中，激光器50剖面烧蚀末端部分20的一部分。激光器50烧蚀末端部分20的外环形部分，由此形成“颈缩”或计时沙漏区域79。形成“颈缩”或计时沙漏区域79，此是因为激光器50具有具伪高斯强度剖面(即，强度在靠近中心处较大且朝向激光束52的边缘转降，如图8中所描绘)的有限射束宽度，由此烧蚀最靠近激光束52的中心的末端部分20。

图17为在放大约六百倍(即，600X)的情况下取得的激光成形光纤端面54的图像。如所展示，末端部分20具有非平面的、圆形边缘和锥形的且非平面的端面54。使用六十(60)瓦特的CO₂激光器并以约二(2)Hz的频率使末端部分20旋转而使此末端部分20激光成形。个别正弦波频率为约四十(40)Hz，而间歇突发频率为约六(6)Hz。在百分之三十(30％)的占空比下操作激光器50(图7)。旋转步骤需要约一又二分之一(1.5)秒，且静止步骤需要约一(1)秒。当然，使用许多其它参数(例如，旋转速度、频率、功率级、入射角等)可能得到其它合适结果。

也可能使用其它方法激光成形末端部分20的端面54。举例来说，图18与图19分别描绘经形成而具有“铅笔尖”端面54’的光纤12的末端部分20的替代性非平面端面54’和光纤12的抛光末端部分20。“铅笔尖”意味着端面54’具有相对较长的锥形部分，相对较长的锥形部分导致具有芯部34的端面54’。铅笔尖端面54’可如上文所论述具有非平面端面。形成铅笔尖端面54’的方法类似于本文所描述的工艺的第一步骤，但进一步涉及使激光器50的激光束52移位或使末端部分20移位以便使激光束52的扫描出现在第二位置94处的步骤。换句话说，如图18中所展示，在使末端部分20旋转以形成“颈缩”区域的同时，在末端部分20的第一位置92处执行第一步骤。随后，使烧蚀朝向末端部分20的部分移位(即，移动激光束52和/或末端部分20)，此操作将穿透末端部分20的部分以产生较长锥形端面54’(即，铅笔尖形状)。

图18描绘从第一位置92到第二位置94的移位，如箭头所表示。举例来说，移位可为(例如)介于二(2)μm与三百(300)μm之间的合适距离，但可能是任何合适距离。此后，使激光器50的激光束52扫描穿过末端部分20以切割末端部分20。如图19中所展示，当末端部分20在第二位置94处旋转时，使激光器50的激光束52扫描穿过末端部分20而形成端面54’。换句话说，铅笔尖端面54’具有与垂直于末端部分20的纵轴的平面呈约零度的角度。或者，可通过在光纤12基本停止时(如上文所描述)使激光器50的激光束52扫描穿过光纤12而在末端部分20上形成非平面端面54’(例如，介于零(0)度与十二(12)度之间的角度)。

在替代性实施例中，加工末端部分20的替代性端面54’的另一种示范性方法包含固定激光束52的位置(即，无扫描运动)并使末端部分20旋转的步骤。激光器50可在约八(8)Hz到约十二(12)Hz的频率下以微秒范围内的短脉冲宽度产生脉冲。激光束与光纤12之间的所要角度82可在先前所描述的范围内。此实施例中的重要参数为末端部分20相对于激光束52的焦点的位置。位置关系应为准确的与可重复的。尽管此工艺可能产生与先前所描述的工艺类似的结果，但使此工艺自动化略微更加困难。

在另一个示范性实施例中，可将末端部分20固定于适当位置中(即，不旋转)，且可以先前所描述的方式使激光束52扫描跨越末端部分20。激光器50可以连续模式运行，且激光束52的扫描参数也可与先前所描述的扫描参数相同。在一个实例中，激光器50可放置于距离末端部分20高达约一米或更远处，以允许激光束52变得更有组织且激光束52的几何结构更可预测。对于实现可接受的结果来说，激光束52关于末端部分20的纵轴的角度82的准确度与可重复性很重要。角度82可取决于激光束52的特性，激光束52的特性包括激光束52的横截面能量剖面。惯用的检流计和外部驱动可用来在将末端部分20固持为静止的同时扫描激光束52。检流计通常用于激光打标头中，激光打标头用于以二(2)维扫描激光束52。检流计(未展示)可放置于结合红外线(IR)扫描(F-θ)透镜(未展示)的设置中以在水平方向上扫描激光束52。步进电机(未展示)还可用于在不旋转的情况下定位夹具40和末端部分20。此静止末端部分20和激光束52扫描法也可准许在末端部分20的端面54、54’上形成角度。带状光纤也可得益于此设置和激光加工。注意，或者，也可针对上文所提及实施例中的任何一个实施例使激光器50保持静止，且用脉冲输送激光束52以提供端面54、54’并使端面54、54’成形。

图20与图21图示激光加工光纤12’的替代性末端部分20’的另一种替代性方法与设备，与如上文先前所论述的提供于光纤12中的玻璃包层32相对比，光纤12’包括包围玻璃芯部34’的聚合物包层32’(例如，塑料包层硅石)。举例来说，芯部34’的直径可为一百(100)μm，且聚合物包层32’的直径可为一百二十五(125)μm。激光加工包括在末端部分20’上切割和制备非平面端面54”的步骤。有时需要使以下长度最小化(例如，最小化到二十五(25)μm或更小)：倘若聚合物包层32’的外径与盲孔15的内径之间的一定空隙是必要的，所述空隙准许在末端部分20’插入盲孔15中后“起皱(cocking)”，那么根据所述长度，在制备端面54”时，使聚合物包层32’缩回以便维持末端部分20插入盲孔15(见图8)中的最小可能插入角。也可能需要在盲孔15的底表面26处提供较长环形空间，以便(例如)在插入于包围玻璃芯部34’的区域中后，就通过增加长度为过量胶或折射率匹配材料提供容器，包层32’根据所述长度缩回。因此，能够调整此长度是有用的。一种方法是屏蔽来自导向光纤12’的末端部分20’的激光束52的激光能量。

就这点来说，在此实施例中，如图20中所图示，提供屏蔽罩100于激光束52的路径的一部分中，原因为：归因于玻璃芯部34’与聚合物包层32’之间的烧蚀率和热质量差异，激光束52可将末端部分20上的聚合物包层32’从端面54”缩回到比所要距离更远之处。屏蔽罩100如图20中所图示遮蔽导向端面54”的激光束52的一部分。换句话说，屏蔽罩100减小来自激光束52的照射聚合物包层34’的能量的量，由此控制聚合物包层32’的缩回。屏蔽罩100可由石墨、碳、陶瓷或可忍受激光束52的强度的任何其它材料制成。图21图示通过激光器50激光加工后的末端部分20’，激光器50呈图20中所图示的配置。在此实施例中，可利用其它激光加工步骤和激光器配置，包括在激光加工期间和/或当固定末端部分的夹具40在上文先前所论述的激光加工期间保持静止或翻转或旋转时提供静止或旋转末端部分。

另一种最小化长度(制备端面54”时，根据所述长度缩回聚合物包层32’)的技术可为将末端部分20’从激光束52的聚焦平面稍微移开(例如，一(1)到三(3)光纤直径)以提供较大、但受控的能量点，从而提供聚合物包层32’的缩回或烧蚀。可通过用激光器50增加通路数目来使聚合物包层32’的烧蚀长度变长，在所述通路中，末端部分20’在劈开操作期间接收激光束52。

图22图示光纤12的末端部分20的实例，光纤12在末端部分20已根据上文所描述实施例的任何一个实施例通过激光器50激光处理以提供非平面端面54后从夹具40延伸。此时，如图22中所图示，端面54为共平面的且安置于轴Ac中。举例来说，端面54中的每一者可安置于轴或平面中以使得端面54各自位于彼此和/或相对于轴Ac距离仅为300μm内。此外，为了方便，图22中仅图示光纤12的末端部分20，但应理解，末端部分20可为包括末端部分20’和光纤12’的任何替代性光纤，且端面54可为包括使用上文所描述激光加工技术制备的端面54’或54”的剖面的任何非平面剖面。

此时，已加工末端部分20且随时可将末端部分20安置于固持结构16的盲孔15中。就这点来说，图23A展示固持结构16，在安置于固持结构16的盲孔15中前，固持结构16与末端部分20和末端部分20的端面54对准。图23B展示安置于固持结构16的盲孔15中的末端部分20和末端部分20的端面54。可使用任何类型的固持材料(包括可能必须或不必固化的粘合剂或环氧树脂)将固持结构16固定到末端部分20。可在将末端部分20插入盲孔15中前将粘合剂或环氧树脂安置于固持结构16的盲孔15中和/或盲孔15外部且邻近于盲孔15处。固化可涉及紫外线(UV)或其它辐射，包括(但不限于)热应用的其它传导或对流方法。另外，可在将末端部分20安置于盲孔15中之前将折射率匹配材料(例如，折射率匹配凝胶)安置于盲孔15的底座26处、端面54上。此时，一旦在需要时将夹具40从光纤12去除，就完成总成10且总成10将实质上呈现为图1中所展示的状态。如下文将更详细论述，可将夹具40从总成10中的光纤12去除或可将夹具40与总成10一起保持。

图24图示图1中的总成10的替代性总成10’，替代性总成10’也可使用夹具40和上文所论述方法与步骤制备。在此实施例中，代替如图1中所图示的十二个(12)光纤(光纤阵列14)，提供四个(4)光纤的光纤阵列14’。提供于光纤阵列14’中的光纤12可为上文先前所描述的光纤中的任一者且可以与上文先前所描述的方式相同的方式制备。根据本文所包括的实施例，可提供并加工任何数目个光纤12，包括仅单一光纤。

如上文所论述，可能需要从总成10去除夹具40。例如，夹具40可再次用来制备其它光纤阵列14。就这点来说，图25图示总成10，其中如先前所描述将总成的光纤12安置于夹具40中，但去除夹具40的盖子46(见图5A和5B)。固持总成10的夹具40可如图26A所图示安置于光纤外壳101中。光纤外壳101可为(例如)光纤连接器或适配器外壳。光纤外壳101可提供支撑结构以如下文将更详细描述在有夹具40或无夹具40的情况下固持并固定总成10。就这点来说，图26B图示安置于光纤外壳101的顶部部分102的底表面104上的总成10。底表面104可包括套准件或突起(未展示)，套准件或突起允许将夹具40用作顶部部分102的底表面104中的套准装置。在此实施例中，如图28A中所图示，光纤外壳101的顶部部分102最终将固定到底部部分106。如图26B中所图示，顶部部分102可包含经配置以收纳固持结构16的狭槽108，以固定固持结构16并因而将安置于盲孔15中的光纤12的末端部分20的端面54(未展示)固定于相对于光纤外壳101的所要位置中。

在将总成10安置于光纤外壳101的顶部部分102中后，可从总成10去除夹具40，如图27中所图示。可通过从夹具40中的通道42(见图4)抽出光纤12而去除夹具40。此时，如图28A中所图示，总成10的固持结构16安置于光纤外壳101的狭槽108中。如图28B中所图示，光纤外壳101的底部部分106随后可固定到光纤外壳101的顶部部分102，从而将固持结构16和总成10固定于光纤外壳101内部。光纤外壳101随后可根据任何所要应用连接或安置以将固持结构16和光纤的末端部分20的端面54(例如，如图22中所展示)放置于所要位置中。或者，在需要时，夹具40可保持于光纤外壳101中以将固持结构16和光纤阵列14保持于光纤外壳101中。

本发明所属领域技术人员将想到得益于前述描述与相关联图式中所提出教义的许多修改和其它实施例。这些修改包括(但不限于)光纤数目、光纤类型、光纤总成类型、夹具、夹具中的通道数目、末端部分的切割类型、激光加工和末端部分的端面的形状。安置于固持结构中的光纤阵列可安置于光纤外壳中，包括(但不限于)光纤连接器和光纤连接器。夹具可保持或不保持于光纤外壳中。

此外，如本文所用，意欲术语“光纤缆线”和/或“光纤”包括所有类型的单模和多模光波导管，包括可涂覆、着色、缓冲、带状化和/或在线缆中具有其它组织化或保护性结构(例如，一或多个管、强度部件、外套等)的一或多个光纤。同样，其它类型的合适光纤包括对弯曲不敏感的光纤或用于传输光信号的任何其它权宜的介质。对弯曲不敏感的光纤的实例为可从Corning Incorporated购买的

光纤。

尽管已参考本发明的某些实施例和特定实例说明和描述本发明，但所属领域一般技术人员将显而易见，其它实施例和实例可执行类似功能和/或实现相似结果。应理解，本发明不限于所揭示的特定实施例，且意欲将修改和其它实施例包括于附加权利要求书的范围内。意欲本发明涵盖在附加权利要求书和权利要求书等效者的范围内的修改和变化。所有这些等效实施例和实例都在本发明的精神和范围内且意欲涵盖于附加权利要求书中。因此，意欲本发明涵盖本文所揭示的在附加权利要求书和权利要求书等效者的范围内的修改和变化。尽管本文利用了特定的术语，但所述术语仅用于一般和描述性意义，且不用于限制目的。

Claims (15)

1.一种加工光纤的方法，所述方法包含以下步骤：

用激光器加工至少一个光纤的末端部分以在所述末端部分上形成非平面端面；

将所述至少一个光纤的所述末端部分安置于盲孔中，所述盲孔安置于固持结构中；和

将所述至少一个光纤附接到所述固持结构。

2.如权利要求1所述的方法，其中安置所述末端部分的步骤包含使所述至少一个光纤的所述非平面端面底部位于安置于所述盲孔中的非平面底座中。

3.如权利要求1或2所述的方法，所述方法进一步包含在用所述激光器加工所述末端部分之前以机械方式将所述至少一个光纤的所述末端部分劈开的步骤。

4.如权利要求1到3所述的方法，其中加工所述至少一个光纤的所述末端部分的步骤进一步包含将所述至少一个光纤的聚合物包层收回。

5.如权利要求1到4所述的方法，所述方法进一步包含将附接到所述固持结构的所述至少一个光纤安置于光纤外壳中以形成光纤连接器的至少一部分的步骤。

6.如权利要求1到5所述的方法，所述方法进一步包含将所述至少一个光纤放置于夹具的至少一个通道中的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，所述方法进一步包含在将所述至少一个光纤保持于所述夹具的所述至少一个通道中的同时将所述夹具安置于光纤外壳中以形成光纤连接器的至少一部分的步骤。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中在所述使用所述激光器加工所述末端部分的步骤之后，所述多个光纤具有300微米或更小的共平面性。

9.如权利要求6到8所述的方法，所述方法进一步包含在将所述多个光纤的所述末端部分中的每一者安置于所述相应盲孔中之后将盖子安置于所述夹具上的步骤，所述相应盲孔安置于所述固持结构中。

10.一种如权利要求1到9所述的方法的总成。

11.一种用于光纤阵列的固持结构总成，所述固持结构总成包含：

多个光纤；和

固持结构，所述固持结构由多个盲孔组成，其中用激光器加工所述多个光纤的末端部分以在所述末端部分上形成非平面端面，所述多个光纤安置于所述多个盲孔中。

12.如权利要求11所述的固持结构总成，其中所述非平面端面底部位于相应非平面底座中，所述相应非平面底座安置于所述多个盲孔的每一者中。

13.如权利要求11或12所述的固持结构总成，其中所述固持结构安置于光纤外壳中以提供光纤连接器的至少一部分。

14.如权利要求11到13所述的固持结构总成，所述固持结构总成进一步包含由多个通道组成的夹具，所述多个通道各自保持所述多个光纤中的一个光纤。

15.如权利要求14所述的固持结构总成，其中所述夹具安置于光纤外壳中以提供光纤连接器的至少一部分。

Images