CN103140784A - 光纤的熔接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤的熔接方法，该方法使光纤的端面的角部的变形减小，并能通过有效地使多孔光纤的端部中的孔透明化，使芯层居中。该光纤的熔接方法用于通过放电加热将多孔光纤（11或12）和另一光纤熔接在一起，多孔光纤的包层中具有沿轴线的大量孔，该方法包括：执行第一放电加热以使多孔光纤（11）的端面（11a）的后方区域的温度变得高于端面（11a）的温度，从而使多孔光纤（11）的端部区域（11c）透明化；执行芯层居中操作；然后，通过第二放电加热来执行熔接操作。所述第一放电加热在放电电极设置在多孔光纤的端面后方的状态下执行。优选地，用于所述第一放电加热的放电加热时间为200至400毫秒。

Description

光纤的熔接方法

技术领域

本发明涉及利用电弧放电加热法来对包括具有大量气孔的包层的光纤进行熔接的方法。

背景技术

多孔光纤是如下光纤：其包括围绕芯层的包层，并且包层具有沿着光纤的轴线规则地或随机地设置的大量微小气孔以减小包层的折射率，从而使包层具有与芯层的折射率不同的折射率。多孔光纤允许包层的折射率在没有添加杂质的情况下急剧地变化，并可获得多种形式，包括如下形式：包层具有同心地设置在包层的一部分中的大量气孔的形式，以及包层具有设置在包层的整个区域上的大量气孔的形式。图5示出多孔光纤的实例的横截面图。图5的区域（A）中的多孔光纤1包括芯层2和围绕芯层2的包层3；包层3从内侧开始依次同心地包括：内侧区域3a，其不具有气孔；中间区域3b，其具有大量微小气孔4；以及外侧区域3c，其不具有气孔。

图6是示出多孔光纤100a和100b的熔接的侧视图。利用设置成与光纤100a及100b的轴向垂直的一对放电电极104之间的电弧放电所产生的热量来熔化光纤的端面105a和105b，并使端面105a和105b对接，由此执行熔接操作。然而，如图7所示，当通过简单地照亮多孔光纤100的侧表面来光学地观察多孔光纤100时，由于大量微小气孔103的存在，所以不能检测到芯层101。这妨碍了利用芯层对准进行定位，并因此妨碍了精确的熔接操作。

日本未审查的专利申请公开（PCT申请的译文）No.2010-509641公开了一种熔接方法，该方法通过填充位于光纤末端的气孔而可以从光纤的侧方光学地检测到芯层。在这种方法中，在使光纤100a的端面105a和光纤100b的端面105b对接之前，利用电弧放电来加热多孔光纤100a和100b的彼此隔开一定距离的端面105a和端面105b，以填充位于光纤100a和100b末端的气孔103，从而可以光学地检测到芯层。然后，光学地识别芯层并执行芯层对准，由此将光纤100a和100b定位，并且使光纤的端面105a和105b对接并利用电弧放电加热法来进行熔接。

图8是概念图，示出在使光纤的末端对接之前，在电弧放电加热期间的光纤末端的温度分布。利用电弧放电来加热多孔光纤100a和100b的端面105a和105b，端面105a和105b在与Y轴交叉的方向上彼此隔开距离L，Y轴穿过一对放电电极104的中心。加热温度在Y轴所穿过的位置是最高的，并朝向光纤的后方降低。因此，光纤中的暴露在最高温度下的部分是端面105a和105b，端面的角部被修圆成具有较大曲率半径R的形状。当端面105a和105b的角部的曲率半径R变大时，利用熔接法而熔合的区域由于接合部分的对准不良和变窄而变小，这容易增加接合缺陷和接合损耗。相反地，如果为了使曲率半径R变小而减少由电弧放电产生的热量，则不能充分地填充光纤中的气孔，这妨碍了对芯层的位置的检测，并因此使芯层对准变得困难。

发明内容

技术问题

本发明旨在提供一种光纤的熔接方法，利用该方法可以有效地填充多孔光纤中的气孔，从而允许在减小光纤的端面角部的变形的情况下进行芯层对准。

技术方案

为了实现上述目的，提供一种将多孔光纤熔接至另一光纤的熔接方法，所述多孔光纤包括具有大量气孔的包层。所述方法包括：（1）对于所述多孔光纤的末端部分执行第一电弧放电加热，以使所述多孔光纤的端面后方的位置的温度高于所述端面的温度，从而使所述末端部分透明化；（2）将所述多孔光纤的端面和所述另一光纤的端面设置成彼此对置，并在从侧方观察所述多孔光纤的芯层和所述另一光纤的芯层的同时，将所述多孔光纤和所述另一光纤对准，以使各芯层的中心轴线一致；以及（3）通过第二电弧放电加热将所述多孔光纤的端面和所述另一光纤的端面熔化，并使所述多孔光纤的端面和所述另一光纤的端面对接。这里使用的术语“透明化”是指：填充光纤中的气孔至可以从侧方光学地识别芯层的程度，而不是完全地填充气孔。

优选地，在放电电极之间执行所述第一电弧放电加热，所述放电电极位于所述多孔光纤的端面的后方。优选地，所述第一电弧放电加热的加热时间为200毫秒至400毫秒。

本发明的有益效果

根据本发明，可以在减小光纤的端面角部的变形的情况下使多孔光纤的末端部分透明化，以便在观察芯层的同时执行芯层对准，由此提供高质量、低损耗的熔接法。

附图说明

图1是示出本发明中使用的熔接器的实例的概念图。

图2是示出根据本发明的多孔光纤的熔接方法的流程图。

图3示出图2中的步骤S1至步骤S5以及步骤S10中的处理状态。

图4是示出图2中的步骤S3中的光纤末端的温度分布的概念图。

图5示出多孔光纤的实例的横截面图。

图6是示出现有技术中的多孔光纤的熔接的侧视图。

图7是现有技术中的多孔光纤的末端的侧视图。

图8是概念图，示出在使光纤的末端对接之前，在电弧放电加热期间的光纤末端的温度分布。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例。附图只是出于示例的目的，而不应被理解为限制本发明的范围。在附图中，相同的附图标记表示相似的部分，以避免重复的描述。附图不一定是按比例绘制的。

图5示出多孔光纤的实例的横截面图。图5的区域（A）中所示的实例是多孔光纤1，多孔光纤1包括具有微小气孔4的光纤包层3，微小气孔4同心地设置在包层3的一部分中。多孔光纤1具有位于中心的芯层2以及围绕芯层的包层3，包层3包括同心地设置的内侧区域3a、中间区域3b和外侧区域3c，内侧区域3a不具有气孔，中间区域3b具有大量微小气孔4并位于内侧区域3a外侧，外侧区域3c不具有气孔并位于中间区域3b外侧。图5的区域（B）中所示的实例是多孔光纤1’，且具有：芯层2，其位于多孔光纤1’的中心；以及包层3’，其围绕芯层并具有设置在包层3’整个区域上的大量微小气孔4。

多孔光纤1和1’是例如单模光纤。玻璃部分具有标准外径，即125μm；芯层2具有例如大约7μm至大约10μm的直径。与普通光纤相同，利用光纤涂层（未示出）保护玻璃部分的外表面，以提高机械强度。

图1是示出本发明中使用的熔接器的实例的概念图，该熔接器用于对上述多孔光纤进行熔接。将要彼此熔接起来的光纤11和12可以都是多孔光纤，或其中一者可以是不具有气孔的普通光纤。以下描述示出将要彼此熔接起来的光纤11和12都是多孔光纤的实例。

在执行熔接操作之前，分别从一对多孔光纤11和12的末端移除预定长度的光纤涂层11b和12b，以使多孔光纤11和12的玻璃部分露出。利用用于涂层部分的夹子15固定两根光纤的光纤涂层11b和12b的端部，并利用用于玻璃部分的V形槽14和夹子（未示出）保持并固定玻璃部分。与轴线垂直地切割或以预定角度地切割两根光纤的末端的端面11a和12a以防止信号光发生反射，并将端面11a和12a设置成彼此对置。另外，使用图像观察机构在两个方向上观察光纤的末端的位置以及端面11a和12a的状态，图像观察机构包括设置成彼此垂直的灯17x和17y以及摄像机16x和16y（未示出）。

将一对放电电极13设置成彼此对置，放电电极13之间的光纤的端面11a和12a垂直于将要彼此熔接起来的多孔光纤11和12的轴线。利用由放电电极13之间的电弧产生的热量来熔化左侧光纤的端面11a和右侧光纤的端面12a并使端面11a和12a对接，由此将光纤熔接起来；其中，在对光纤进行熔接操作之前，通常将待接合的末端执行清洁电弧加热（cleaning arc heating）（又称为溅射电弧加热）至不使光纤熔化的程度。这种清洁电弧加热把在光纤切断之后残留的例如水分、灰尘和碎屑等污染物从光纤末端的端面11a和12a及附近区域移除。

为了将不具有气孔的普通光纤熔接起来，将光纤的端面11a和12a设置成互相之间以预定间隙彼此对置并在放电电极13之间施加电弧，从而使电弧的中心穿过光纤的端面11a和12a之间的间隙的中心，由此执行清洁电弧加热。这样，同时地加热和清洁两根光纤11和12的末端。

在本发明中，如稍后所述，在清洁电弧加热（第一电弧放电加热）期间，通过加热来填充气孔，从而使将要彼此熔接起来的光纤11和12的末端透明化，以允许对光纤的芯层进行图像观察。另外，在本发明中，如稍后所述，通过放电加热来分别清洁左侧光纤11的末端和右侧光纤12的末端，以使电弧的中心穿过光纤的端面11a和12a后方的位置。

下面，描述根据本发明的多孔光纤的熔接方法。图2是示出根据本发明的多孔光纤的熔接方法的流程图。图3示出图2中的步骤S1至步骤S5以及步骤S10中的处理状态。

首先将一对光纤11和12设置在图1所示的熔接器上，同时使用灯17x和17y以及摄像机16x和16y来观察光纤的端面11a和12a的状态和位置（步骤S1）。然后，将右侧光纤12向后移动，并将左侧光纤11向前移动预定距离至如下位置，在该位置处端面11a位于放电电极13的中心右侧（步骤S2）。在这种状态下，利用放电电极13之间的电弧加热（第一电弧放电加热）来清洁左侧光纤11的末端（步骤S3）。这种加热法使左侧光纤11末端的气孔得到填充，从而使左侧光纤11的末端部分11c透明化。

然后，把用清洁电弧加热法处理过的左侧光纤11向后移动，并把右侧光纤12向前移动预定距离至如下位置，在该位置处端面12a位于放电电极13的中心左侧（步骤S4）。在这种状态下，利用放电电极13之间的电弧加热来清洁右侧光纤12（步骤S5）。这种加热使右侧光纤12末端的气孔得到填充，从而使右侧光纤12的末端部分12c透明化。

在步骤S2和步骤S4中，基于例如光纤的类型和气孔的数量，调整光纤的端面11a和12a设置在放电电极13的中心前方的长度。使将要向后移动的光纤向后移动至不影响清洁电弧加热的位置。此外，尽管如稍后所述地将温度设为不使光纤的端面11a和12a的角部显著地变形的水平，但步骤S3和步骤S5中的清洁电弧加热的电弧加热时间仍取决于光纤的类型以及气孔的数量和尺寸。

在完成熔接操作之前且在步骤S1至步骤S5中的清洁电弧加热之后，使光纤11和12返回到初始设置位置并粗略地对准（步骤S6）。在粗略对准中，通过移动V形槽14和用于涂层部分的夹子15，来基于光纤11和12的外径使用图1中的熔接器粗略地确定熔接位置。确认光纤的端面11a和12a的状态和位置（步骤S7），如果没有问题，则将光纤的端面11a和12a之间的距离调整至适于对光纤进行熔接的预定距离（步骤S8）。

然后，将左侧光纤和右侧光纤的芯层对准（步骤S9）。在芯层对准中，使用灯17x和17y以及摄像机16x和16y捕捉光纤11和12的光学透明末端的图像，并通过对光纤11和12的在光纤轴线上多个位置处的横截面中的亮度分布进行图像处理，来检测芯层的位置和倾斜度。然后，通过细微地调整例如V形槽14以及用于涂层部分的夹子15的位置，将光纤11和12的芯层对准，从而将芯层设置在直线上。

然后，通过用预定放电功率以预定放电时间进行熔化放电加热（第二电弧放电加热），来将光纤的端面11a和12a熔化，并通过将一个端面按压在另一个端面上而使光纤的端面11a和12a对接，从而形成熔接部（步骤S10）。然后，使用灯17x和17y以及摄像机16x和16y捕捉光纤的透明末端的图像和熔化状态，并执行对芯层的对准不良量的测量和整体观察（步骤S11）。然后，基于例如芯层的对准不良量来计算预估损耗并显示该预估损耗（步骤S12）。

图4是示出图2中的步骤S3中的光纤的末端的温度分布的概念图。在进行清洁电弧加热之前，使光纤11的端面11a位于线Y前方的距离D处，其中，线Y穿过放电电极13的中心。也就是说，在进行清洁电弧加热期间，在光纤11的端面11a的后方的位置施加电弧。结果，光纤11的端面11a的温度比电弧的中心所穿过的后方位置的温度低。光纤的端面11a的温度被设为可以将多孔光纤中的气孔填充的温度。因此，可以使端面11a的角部的变形最小化，以保持较小的曲率半径R。

可以光学地观察的光纤的末端部分，即，透明的末端部分11c优选地从光纤的端面开始延伸大约100μm至200μm。因此，为了形成上述观察部分，希望将距离D设置成上述长度的一半，即，大约50μm至100μm；在进行清洁电弧加热期间，光纤的端面11a位于放电电极13的中心前方的距离D处。

另外，希望设定清洁电弧加热的电弧加热时间，使得光纤的端面11a和12a的角部在变形之后的曲率半径R可以减小至15μm以下。因此，优选的是，将电弧加热时间设定为400毫秒以下。然而，由于过短的电弧加热时间将导致较少的气孔被填充并因此使透明度不足，所以优选的是，将电弧加热时间设定为200毫秒以上。根据图8中的现有技术的方法，所需的电弧加热时间为500毫秒至1250毫秒，曲率半径R为大约20μm至大约25μm。

引用文献列表

专利文献

PTL1：日本未审查的专利申请公开（PCT申请的译文）No.2010-509641。

Claims (3)

1.一种将多孔光纤熔接至另一光纤的熔接方法，所述多孔光纤包括具有大量气孔的包层，所述方法包括：

对所述多孔光纤的末端部分执行第一电弧放电加热，以使所述多孔光纤的端面后方的位置的温度高于所述端面的温度，从而使所述末端部分透明化；

将所述多孔光纤的端面和所述另一光纤的端面设置成彼此对置，并在从侧方观察所述多孔光纤的芯层和所述另一光纤的芯层的同时，将所述多孔光纤和所述另一光纤对准，以使各芯层的中心轴线一致；以及

利用第二电弧放电加热将所述多孔光纤的端面和所述另一光纤的端面熔化，并使所述多孔光纤的端面和所述另一光纤的端面对接。

2.根据权利要求1所述的光纤的熔接方法，其中，

在放电电极之间执行所述第一电弧放电加热，所述放电电极位于所述多孔光纤的端面的后方。

3.根据权利要求2所述的光纤的熔接方法，其中，

所述第一电弧放电加热的加热时间为200毫秒至400毫秒。

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