CN1030670C - 一种加强光纤耦合器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种加强一个多光纤耦合器的方法包括下列步骤：去除多光纤耦合单元的纵向光纤涂层的一部分以暴露上述光纤的玻璃部分；熔化玻璃部分的一部分以使光纤光学耦合；将熔化部分拉伸到预定状态；将暴露玻璃部分的未拉伸部分用第一粘合物质固定到第一加强基底上；将第一加强基底用第二粘合物质固定第二基底上。由上述方式制成的该多光纤耦合器即使在温度变化和高湿度条件下传输性能基本不发生变化。

Description

本发明涉及一种对通过熔化，然后拉长多根光纤所制造的光纤耦合器进行加强的方法。这些光纤通过粘合固定到一块基底上。
常规的光纤耦合器由于它们具有带有外径为几微米的细直径部分，使其特性易于变化或者易于被外力或温度变化而损坏。为了保护常规光纤耦合器免受外力损坏，从面保证稳定的性能，已将常规的光纤耦合器固定到一个其线膨胀系数基本等于石英的线膨胀系数的加强基底上。一个盘形部件用于作为加强基底，如日本未审查的实用新型公开号昭60-4038所公开的。另外如另一个加强基底的例子，在一个未审查的日本专利公开号昭-64-63907中所公开的一个管形部件。另外，作为常规耦合器固定粘合物质已使用环氧类、尿烷丙烯酸酯类(urethane acrylate group)或者氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)类的热固型粘合物质或紫外线固化粘合物质。
最近，随着光通讯线路的发展光纤耦合器的使用大大增加了。然而在这方面仍存在某种缺陷，即，常规耦合器所占面积大，同时由于每一种常规耦合器均由一对光导纤维构成，容纳过长的光导纤维的方法亦变得更加复杂。
日本来审查专利公开号平-1-295211公开了一种将由两根光导纤维构成的光导纤维耦合器固定在一个加强部件上的方法。多个这样的加强部件置于一个盒内，在该盒之外的光导纤维形成带状的多光纤单元，另外，日本未审查专利公开号为昭-63-254406，公开了一种在一个梳齿状固定部件的多个槽口的每一个槽口内，设置由两根光导纤维构成的一个光导纤维耦合器的方法。
然而，上述日本未审查的专利，公开号为平-1-295211和昭-63-254406，所公开的每一种方法中，都存在一个问题，即，由于每一个都由两根光纤构成的光纤耦合器密集分布，从而需要很多时间通过上述方法制做光纤单元耦合器。虽然已经从多光纤单元试制成功一个多光纤单元耦合器，但是仍存在一个问题，即，当多光纤耦合器固定在加强基底上时，传输特性将随温度变化及在高温度条件下大大改变。
本发明的一个目的是提供一种生产多光纤单元耦合器的加强结构，从而传输特性不随温度变化及在高温度条件下而大幅度改变的方法。
根据本发明的原则，该目的可以通过提供加强型多光纤单元耦合器的方法来达到，其中要部分地除去多光纤单元的纵向涂层，从而暴露涂层光纤的玻璃部分。该玻璃部分首先被熔化，然后拉伸。该方法使得只有未拉伸的暴露的玻璃部分，用一种粘合物质固定到第一加强基底上，而第一加强基底再用一种软粘合物质固定到第二加强基底上。
图1为一示意图，表示根据本发明方法生产的一个光纤耦合器加强结构；
图2为一示意图，表示本发明的一个实施例；
图3A和3B是根据本发明原则提供的一种带涂层的光纤的端视图；
图4是根据本发明原则提供的一种多涂层光纤的端视图。
参照图3A，示出了一种根据本发明的涂层光纤10。该光纤10包括具有内芯和包层部分的石英玻璃1的外周部分上形成的树脂层2。该树脂层2最好是尿烷丙烯酸酯类硅树脂类环氧类，或其类似类型的热固化树脂或紫外线固化树脂。图3B所示的涂层光纤10具有由两个涂层，涂层2a和一个第二涂层2b构成的涂层2。另外，图4示出本发明原则提供的一种多光纤单元11。该多光纤单元11具有大约置于多个涂层光纤10外围的树脂层3。涂层光纤10平行设置并且被树脂层3集中地涂敷。树脂层3最好是尿烷丙烯酸酯类、硅树脂类、或环氧树脂类的热固化或紫外线固化型树脂。然而，也可使用其它类似的涂层。
图1示出根据本发明的方法生产的多光纤耦合器11的加强结构。图2示出生产该耦合器的方法的一个例子。
图1示出一个多光纤单元11，一个去除了其涂层的涂层光纤的玻璃部分12，以及一个通过将玻璃部分12熔化并牵拉而伸长的部分13。在拉伸部分13相对一侧的未拉伸的玻璃部分12，用粘合物质14固定在第一加强基底15上。另外，还提供一个第二加强基底16。第一加强基底15通过软粘合物质17固定在第二加固基底上。各个多光纤单元11的涂层部分也都类似地用软粘合物质17固定到第二加强基底16的相对端面。
第一加强基底15最好用诸如石英、LCP(liquid crystal polymers)(液晶聚合物)或其类似物等材料制做，这些材料的线膨胀系数基本上等于光纤10的线膨胀系数。由于膨胀系数基本上相同，从而防止了因由于环境温度变化造成基底热膨胀/收缩而对耦合器的光耦合部件产生的压力。
粘合物质14可以是，如，尿烷丙烯酸酯类、环氧树脂类或氰基丙烯酸酯类的热固化或紫外线固化粘合物质，最好使用与光纤基本相同的线性膨胀系数以及相同的抗震性的材料作为第二加强基底16。由于第一和第二加强基底15和16是通过软粘合物质17而相互固定，因此，其线性膨胀系数并不总是与光纤的系数基本相同。因此，加强基底16最好使用诸如LCP、镍铁合金或类似材料。另外，基底16的形状最好为盒状或柱形从而确保密封，以保护耦合器的小直径部分并防止尘埃进行耦合器。
另外，根据本发明，软粘合物质17用于减轻在光纤耦合器的光耦合部件因涂层光纤10的树脂涂层2的膨胀或收缩而产生的应力。因此软粘合物质量好是由室温下硬化的硅橡胶制做。另外，较为理想的是软粘合物质17即使在低温下也比较柔软，特别可取的是，杨氏模量在-40℃时不大于0.1kg/mm2。
图2表示拉长级21，光纤夹紧装置22，一个微焊灯23，一个光源24和功率表25。在制造如上所述的一个光纤耦合器中，首先，多光纤单元11的涂层的一部分剥除并将暴露的玻璃部分12通过使用光纤夹紧装置22固定。然后，玻璃部分12由微焊灯23进行热熔化。微焊灯23使用氧气和氢气、氧气和丙烷或氧气和乙炔气中的一种混合气体，然而，该混合气体并不仅限于上面所列出的，作为微焊灯23的替代，一个热源，例如电阻炉，一个陶瓷加热器一个红外加热器等都可以使用。
在熔化后将光纤夹紧装置22拆除并且熔化后的部分由通过向熔化的光纤施加张力面进行热拉伸处理，此时，通过光源24和功率表25监测耦合器的分叉状态来进行热拉伸处理。当达到预定的分叉状态时，拉伸处理停止，接着，将第一加强基底15放置在预定位置，且只有暴露的玻璃部分12的未拉伸部分用粘合物质14固定到第一加强基底15上。接着，通过使用软粘合物质17将第一加强基底15固定到第二加强基底16上。此时，第二加强基底16的端部最好用软粘合物质17密封，从而防止外界灰尘进入。
总的来说，当一个多光纤单元耦合器固定到一个加强基底上时，未拉伸部分12和带涂层部分都固定到基底上。如果在这种固定之后，出现温度变化或高温度，涂层光纤的树脂层2和树脂层3收缩。在一个普通光纤耦合器的情况下，树脂层所占面积是如此小以致于即使收缩产生，也没有应力在光耦合部分产生，因为涂层剥离的未拉伸部分12用粘合物质固定。然而，在一个多光纤单元耦合器中，树脂层所占面积是如此之大，以致于收缩力超过了普通粘合物质的粘合力从而使粘合物质变形或使粘合物质和加涂层光纤之间分离。因此，在常规多光纤单元耦合器中，在光耦合部分中产生应力，引起传输性能变化。
这个问题可由根据本发明方法生产的加强结构所消除。由于第一加强基底15和未拉伸部分12相互固定，由外力作用或是由温度变化不能在光耦合部分产生应力。另外，光耦合部分不受树脂层的收缩所影响。另一方面，树脂层的收缩所造成的影响由将第一和第二加强基底15，16相互固定的软粘性物质17所消除。
根据本发明，为了有效地进行前面所述的操作，有必要使第一加强基底15和粘合物质14相互充分粘固，因此，当四根涂层光纤用作多光纤单元11，粘合物质14的涂层长度最好不小于5mm。另外；为了使软粘性物质14的涂层长度不小于5mm，另外，为了使软粘合物质14吸收树脂层收缩的影响，最好使第一加强基底15和未拉伸部分12之间固定部分到第二加强基底16的端部的距离长，例如，当四根光纤用作多光纤单元时，最好选择距离不小于5mm，
下面，将描述本发明的一个实例，根据上面所述的方法，采用一个多光纤单元，其中四根光纤相互平行排列，来试制一个在1.3μm下具有50％分叉率的耦合器，每根光纤包括一个1.3μm单模光纤，该单模光纤在芯子和包层之间的折射率之比为0.3％，其中芯子直径为8μm，包层直径为125μm。使用石英为第一加强基底15，镍铁合金作为第二加强基底16，尿烷丙烯酸酯类紫外线固化粘合物质用于作为粘合物质14，以及在室温下硬化的硅橡胶作为软粘合物质17，软粘合物质在温度为25℃和-40℃时的杨氏模量均为0.07kg/mm2。
该耦合器还要在-40℃-+85℃下进行热循环试验。在试验期间，使用具有波长为1.3μm的LED来测量插入损耗(insertion loss)增减，其结果，可获得一个良好的特性(增减不大于0.2分贝)。另外，将耦合器放在温度为60℃，温度为95％RH的环境下达3个月以后，测量耦合器的传输特性的结果，证实该耦合器能保持一个稳定的特性(增减不大于0.2分贝)。
如上面所述，根据本发明的光纤耦合器，其有一个不受树脂层等收缩影响的结构。因此，有可能制造一种光纤耦合器，它具有稳定的特性并且能够按光传输等的要求以高密度安装。
因此，可以看出本发明的目的可以完全有效地实现。然而，前面最佳实施例的展示和描述是为了描述本发明的结构性和功能性原理，并且在不背离该原理的基础上可以改变。因此，本发明包括在下面所述权利要求精神下的所有变动。

Claims (11)

1.一种加强多光纤耦合单元的方法包括下列步骤：
去除光纤耦合单元的光纤纵向涂层的一部分以暴露上述光纤的玻璃部分；
熔化上述暴露玻璃部分的一部分从而光学耦合上述光纤；
将熔化部分拉伸至一预定状态；
用第一粘合物质将上述暴露玻璃部分的未拉伸部分固定到第一加强基底上；以及
用第二粘合物质将第一加强基底固定到第二加强基底上。
2.根据权利要求1的方法，其中上述第二粘合物质是一种其杨氏模量在-40℃时不大干0.1kg/mm2的软粘合物质。
3.根据权利要求1的方法，其中上述第一粘合物质是热固性和紫外光线固化的粘合物质之一。
4.一种多光纤耦合器单元包括：
多个光纤由熔化多个光纤端头使其光学耦合；
一个第一基底，它通过第一粘合物质在上述熔化端附近粘到上述光纤上；以加强光纤耦合；以及
一个第二基底，它通过第二粘合物质粘合到第一基底上。
5.根据权利要求4所述的多光纤耦合单元，其中上述第一基底由线膨胀系数基本上等于上述光纤的线膨胀系数的石英和液晶聚合物之一制成。
6.根据权利要求4所述的多光纤耦合单元，其中上述第二基底由液晶聚合物和镍铁合金之一制成。
7.根据权利要求4所述的多光纤耦合单元，其中上述第二基底具有圆柱形构形。
8.根据权利要求4所述的多光纤耦合单元，其中上述第二基底具有盒式构形。
9.根据权利要求4所述的多光纤耦合单元，其中第一粘合物质是热固性和紫外线固化粘合物质之一。
10.根据权利要求4所述的多光纤耦合单元，其中，第二粘合物质是柔性硅橡胶粘合物质。
11.根据权利要求4所述多光纤耦合单元，其中，上述第二粘合物质的杨氏模量在-40℃下不大于0.1kg/mm2。
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