CN1062980A - 制造光纤耦合器的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造光纤维耦合器的方法，其中将多根光纤 的玻璃部分加热，以使其相互熔粘在一起，然后再加 热，以便进行拉伸。所述方法改进之处包括：采用一 种气体喷灯作为加热用的热源，该喷灯沿着光轴的轴 向配列有多个气体喷嘴，在对光纤的玻璃部分进行加 热期间，上述热源处于固定的位置。

Description

本发明涉及用于光通信，测量等领域的光纤耦合器，更确切地说，是涉及一种制造光纤耦合器的方法，在该方法中，多根光纤的玻璃部分互相熔融粘接在一起而被拉伸。

在建立光通信系统或光学数据线路网络时，光学定向耦合器是实现将光源发出的光信号按所需比率进行分配的重要组件。光学定向耦合器的一个实例是一种光纤耦合器。通常，这种光纤耦合器是按以下方法产生的。即将多根光纤绞合或平行地排列起来，然后用诸如乙炔气喷灯这类的热源对光纤的玻璃部分加热，以使光纤彼此熔融粘接在一起。随后进一步对合在一起的玻璃部分加热，并在一恒定拉力之下拉伸使其变细。

在已知的方法中，例如公开在日本专利公开号为64-21405的方法中，当那些被一对夹持器夹紧的多根光纤的玻璃部分被一个作为热源的气体喷灯加热以便它们互相熔融粘合并被拉伸的时候，如图3所示的只有一个气体喷嘴7的喷灯6沿平行于光纤轴向的方向往复的移动。这是因为，要获得性能优良的光纤耦合器，必须使光纤的玻璃部分在大约5mm的长度范围均匀受热来将其互相熔融粘接并拉伸。但是，这种已知的方法存在着以下的缺点（1）和（2）。

（1）由于气体喷灯6的往复运动在玻璃部分的一端要停下来，然后开始移动向玻璃部分的另一端，因此玻璃部分相对的末端的加热周期相对较长，那么玻璃部分的两端加热温度很可能比玻璃部分的其余处要高。所以，在熔融粘接过程中，光纤玻璃部分的粘合程度只在玻璃部分的两端提高了。同时，在拉伸过程中，只是玻璃部分的两端被充分拉伸了。于是，拉伸后的玻璃部分沿光纤的轴向呈现不均匀的形状。其结果是，性能优良的光纤耦合器就不能以高重复率地生产。

（2）在拉伸过程中，玻璃部分在一恒定拉力下被加热，以便进行拉伸。但是，如果在拉伸过程中发生这样一种现象，即由于火焰的摆动等而导致拉力的变化和加热温度的变化，则拉伸速度只在玻璃部分的某一位置上相对于玻璃部分的其它位置发生变化，这个位置是变化发生时被气体喷灯6加热的那个位置。所以，拉伸了的玻璃部分很可能沿光纤轴向呈现不均匀的形状。其结果是，性能优良的光纤耦合器不可能以高重复率被生产出来。

为此，本发明的主要目的在于消除上述已知方法的不便之外，提供一种制造光纤耦合器的方法，在该方法中，取消了加热期间气体喷灯的移动，由气体喷灯移动所产生的问题得到了解决，加热可以稳定地进行，因而能够以高的重复率生产出良好性能的光纤耦合器来。

为了实现本发明的上述目的，在本发明的一个实施例中提供了一种制造光纤耦合器的方法，其中，多根光纤的玻璃部分被加热以便相互熔融粘接，然后再加热以便将其拉伸，改进之处包括：作为热源的气体喷灯，它有多个沿光纤的轴向方向排列的气体喷嘴，以使它在对玻璃部分的加热过程中位置固定不动。

丙烷，氧气与乙炔的混合气体，氧与氢的混合物，氧气等等，可以作为燃烧气体而添加于气体喷灯。

在图3所示的已知的气体喷灯6中，由于只装有一个气体喷嘴7，它的加热区域是窄的。那么，如果用气体喷灯6来加热光纤的玻璃部分而不来回移动气体喷灯6，则粘合在一起要被拉伸的玻璃部分的长度将不能满足要求，因而就不能得到性能优良的光纤耦合器。

相反，在本发明的方法中，由于采用了沿光纤轴向排列有多个气体喷嘴的气体喷灯，玻璃部分的整个区域就可以被固定不动的气体喷灯均匀地加热到同一温度。

本发明的这个目的和特征，将参照附图，结合以下最佳实施例而能得到更好的理解，其中：

图1是按照本发明第一个实施例的一种光纤耦合器制造方法中所采用的气体喷灯的透视图;

图2是图1气体喷灯的一种变型气体喷灯的透视图;

图3是已有技术中（已论及的）气体喷灯的透视图;

图4表示用图2的气体喷灯所得的光纤玻璃部分拉伸后的锥度曲线图;

图5表示用已有技术的图3气体喷灯所得的光纤玻璃部分拉伸后的锥度曲线图;

图6为本发明第二个实施例的制造方法中所采用的气体喷灯的透视图;

图7为图6气体喷灯的一种变型的气体喷灯的透视图;

图8为本发明第三实施例制造方法中采用的气体喷灯的透视图;

图9a至9c分别是图8气体喷灯第一至第三种变型的气体喷灯透视图;

图10表示用图8气体喷灯得到的拉伸后的整个光纤玻璃部分锥度的曲线图;

图11是用于本发明的第四实施例制造方法中气体喷灯的透视图;

图12a至12c分别是图11气体喷灯的第一至第三种变型气体喷灯的透视图;

图13是与图11相似的一种图，专门说明本发明的第五个实施例的;而

图14a至14c分别是图13气体喷灯的第一至第三种变型的气体喷灯的透视图。

在开始对本发明作出说明之前，要提醒注意的是，贯穿附图中几幅图的相同标号表示相同部件。

现在参见附图，图1表示按照本发明第一个实施例，在一种光纤耦合器的生产方法中所采用的气体喷灯10。图1中，气体喷灯10有多个气体喷嘴3a、3b、3c、3d和3e，作为一个加热装置用来对相互平行延伸的光纤1和2的玻璃部分1a和2a加热。气体喷灯不仅被用来加热玻璃部分1a和2a以便玻璃部分1a和2a熔融粘合，而且被用来加热玻璃部分1a和2a以便拉伸玻璃部分1a和2a。玻璃部分1a和2a通过从光纤1和2上部分地剥去包层1b和2b来分别获得。气体喷嘴3a到3e沿着一条平行于光纤1和2轴线方向延伸的线段排列。于是，玻璃部分1a和2a的一段长的距离可以用固定不动的气体喷灯10来加热。此时，燃烧气体如丙烷，氧和乙炔的混合气体，氧和氢的混合气体，氧气等等可以用于气体喷灯10。

图2表示一个气体喷灯10′，它是气体喷灯10的一种变型。气体喷灯10′有两排喷嘴5a-5g和5h-5n。在气体喷灯10′的一个实例中，气体喷灯10′全长为10mm，气体喷嘴5a-5n各有0.5mm的直径，并且在气体喷嘴5a-5n的每一排中，气体喷嘴5a-5g或5h-5n都以1.0mm的间隔配置。

以下，描述了用气体喷灯10′制作光纤耦合器的实验。两根单模光纤作为光纤1与2。将每根光纤剥去超过约为30mm的长度的包层而得到每根光纤的玻璃部分。然后，将玻璃部分互相平行地夹紧。而后，用气体喷灯10′对玻璃部分加热2分钟，以便使其互相熔融粘合在一起。此时，将氧气和丙烷气体分别以110毫升/分和55毫升/分的流速用作燃烧气体。在接下来的拉伸步骤中，在光纤的相对部分，即插在一起的玻璃部分，分别施以3克的张力的同时，将粘在一起的玻璃部分再用气体喷灯10′进行加热以便将其位伸。然后，将来自光源的光导入到两根光纤的一端头中。用具有1.3μm波长的激光二极管做为光源。在对从两根光纤的另一端头射出的光进行监测的同时，对粘合在一起的玻璃部分进行拉伸。这样，当从光纤一头出射的光强度与光纤另一头的强度相等时，粘合在一起的玻璃部分的拉伸就完成了。

用上述的制造方法，生产出了50个光纤耦合器。所得的每个光纤耦合器都具有50±1%的耦合比率和0.2dB或更小的额外损耗。通过对每个光纤耦合器拉伸后的粘合在一起的玻璃部分的形状进行测量，得到了如图4所示的有很高重复率的，没有不均匀部分的平滑锥度。

作为对比，用图3的已知气体喷灯，以10mm为行程作往复运动的方法制出50个光纤耦合器。所得的光纤耦合器有50±5%的耦合比率，但它们的额外损耗从1.0到0.8dB有很大的波动。而且通过对每个光纤耦合器的拉伸后粘合成一体的玻璃部分的形状进行测量，得到了如图5所示的不均匀的锥度。

从上文描述中清楚看到，按照本发明第一实施例的制造方法，两光纤的玻璃部分被均匀完整地熔融粘合在一起，而且拉伸后的整个光纤玻璃部分有重复率很高的优良形状。因此，按照本发明第一实施例，可以稳定地生产出具有优良性能的光纤耦合器来。

图6表示用于本发明第二个实施例制造方法中的气体喷灯20。气体喷灯20有一个平行于光纤1和2的轴向而纵向延伸的狭缝状气体喷嘴15。在对光纤1和2的玻璃部分1a和2a加热期间，气体喷灯20位置固定不动。

在图7所示的变型的气体喷灯20′中装有多个，例如三个气体喷嘴15。

在一个具体的实例中，光纤耦合器用图6的气体喷灯来制作，在该喷灯中，喷嘴宽为0.2mm，长为10mm。两根单模光纤作为光纤1和2。每根光纤有超过大约为30mm长度的包层被剥去而得到每根光纤的玻璃部分。然后，将玻璃部分互相平行地夹紧。随后，用气体喷灯20对玻璃部分加热1分钟，以使它们互相熔融粘合在一起。此时，氧气和丙烷气体分别以130毫升/分和65毫升/分的流速做为燃烧气体供给。接着，在光纤的相对部分，即插在一起的玻璃部分分别被施以3克张力的同时，用气体喷灯20再次加热在一起的玻璃部分，以便将其拉伸。然后，将激光二极管发出的光导入到两光纤的一端，在对两光纤另一端射出的光作监测同时，对粘合在一起的玻璃部分进行拉伸。于是，当光纤一端出射的光强与光纤另一端的光强相同的时候，粘合在一起的玻璃部分的拉伸就算完成了。

用上述制造方法，生产出了100个光纤耦合器。对光纤耦合器的性能进行测定表明每个光纤耦合器都具有耦合比率50±1%和0.2dB或更小的额外损耗的优良性能。

通过对每个光纤耦合器粘合在一起的玻璃部分拉伸后的形状进行测量，得到了如图4所示的重复率很高的均匀平滑的锥度。

从前面的叙述中可以看到，本发明第二个实施例的制造方法中，两光纤的玻璃部分均匀完整地熔融粘接在一起，且拉伸后的光纤的粘合成一体的玻璃部分有重复率很高的优良形状。于是，按照本发明的第二个实施例，可以稳定地生产出性能优良的光纤耦合器来。

图8表示本发明第三个实施例的制造方法中所采用的一个大致呈U形的气体喷灯30。气体喷灯30有多个气体喷嘴25排列在平行于光纤1和2轴线方向延伸的一条线上，在气体喷灯30相对的两端部分成一对向上的平面30A，而在气体喷灯30的中部有一个下凹的上平面30B夹在两个上平面30A之间。下凹的上平面30B相对于玻璃部分1a和2a位于平面30A下方。气体喷嘴25包括气嘴25a和25b，它们分别处在上平面30A和下凹的上平面30B上。所以，下凹的上平面30B上的气嘴25b比上平面30A上的气嘴25a与玻璃部分1a和1b相距更远。由于气体喷灯30有多个气体喷嘴25，所以在对玻璃部分1a和1b加热时，气体喷灯30位置可固定不动。

图9a，9b和9c分别表示作为气体喷灯30的第一，第二和第三种变型的气体喷灯30′，30″和30

。在图9a的气体喷灯30′中，喷灯30的一对上平面30A由一对朝下凹进的平面30B倾斜的上平面所代替。图9b的气体喷灯30″有一个凹下的弓形上表面30D。在图9C的气体喷灯30

，多排，例如两排的气体喷嘴25形成在上平面30A和下凹的上平面30B上。

在一个具体实例中，用气体喷灯30来制造光纤耦合器。气体喷灯30全长18mm，每个气体喷嘴25直径为0.3mm并且以1.5mm的间隔设置。由于相对的上平面30A上气体喷嘴25a的数目是6，而中间下凹的上平面的气体喷嘴25b的数目是5，所以总共装有11个喷嘴25。在保持与本发明第二实施例中图6的具体实例一样条件生产的基础上，制造100个光纤耦合器。光纤耦合器性能测定的结果表明，每个光纤耦合器都具有耦合比率50±1%和额外损耗0.1dB或更小的优良的性能。

同时，通过对每个光纤耦合器拉伸后的粘合成一体的玻璃部分的形状进行测量，可以得到如图10所示的，重复率很高的没有锥度的均匀部分。由于气体喷灯30大致呈U形，气体喷灯30的温度比图1和图6气体喷灯10和20的更为均匀，因此气体喷灯30比气体喷灯10和20有更优良的性能。因此，用气体喷灯30得到的拉伸后成一体的玻璃部分的锥度（图10）比起用气体喷灯10和20所得的（图4）更为平缓。其结果是，用气体喷灯30得到的光纤耦合器的光损耗比用气体喷灯10和20所得到的更小。

从前面的描述中应该看到，在本发明第三个实施例的制造方法中，两光纤的玻璃部分均匀完整地相互熔融粘合在一起。并且，拉伸后的光纤的粘合成一体的玻璃部分有重复性很高的优良形状。因此，按照本发明第三个实施例，可以稳定地生产出性能优良的耦合器来。

此外，图11表示出了用于本发明的第四个实施例方法中的，基本呈U形的气体喷灯40。而图12a到12c分别表示气体喷灯40的第一到第三种变型的气体喷灯40′，40″和40

。气体喷灯40和40′至40

分别与气体喷灯30（图8）和30′至30

（图9a至9c）类似，并且分别有与气体喷灯30和30′到30 相一致的喷灯体。在气体喷灯40和40′至40

中，图8的气体喷嘴25由狭缝状气体喷嘴15（图6）所代替。由于气体喷灯40和40′至40 的其它结构分别与气体喷灯30和30′到30

的相似，为了简便起见，对它们的描述被简略了。

按照本发明的第四个实施例，性能优良的光纤耦合器能够以与本发明第三个实施例中相同的方式稳定地制造出来。

另外，图13表示了本发明第五个实施例中所采用的基本呈U形的气体喷灯50，图14a到14c分别表示了气体喷灯50的第一到第三种变型的气体喷灯50′到50

。气体喷灯50和50′到50

分别与气体喷灯40和40′到40 相似，并且分别有与气体喷灯40和40′到40

相一致的喷灯体，如气体喷灯30和30′到30

的那种喷灯体。在气体喷灯50和50′到50

中，狭缝样的气体喷嘴15被分成一对相对的狭缝状气体喷嘴15a和一中间的狭缝状气体喷嘴15b。由于气体喷灯50和50′至50

的其它结构分别与气体喷灯40和40′至40 相似，为了简便起见，对它们的描述省略了。

按照本发明第五个实施例，性能优良的光纤耦合器能够以与本发明第三实施例相同的方式稳定地制造出来。

尽管已经参照附图用借助实例的方法对本发明作了充分地描述，但是在此应提起注意的是，各种变化和变型对本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此，除非其它的背高本发明范围的那些改变和变型，都应该视为被包括在本发明之中。

Claims (19)

1、一种制造光纤耦合器的方法，其中多根光纤(1，2)的玻璃部分(1a，2a)被加热以便使其互相熔融粘合在一起，然后再加热以便将其拉伸，改进之处包括：

一个作为热源的气体喷灯(10)具有沿光纤(1，2)轴向排列的多个气体喷嘴(3a-3e)，以便可在玻璃部分(1a，2a)的加热过程中位置固定不动。

2、如权利要求1所述的方法，其中气体喷灯（10′）有数排气体喷嘴（5a-5g;5h-5n），这些喷嘴形成的排沿光纤（1，2）的轴向延伸。

3、一种制造光纤耦合器的方法，其中多根光纤（1，2）互相平行地排列，对光纤（1，2）的玻璃部分（1a，2a）加热以便使其熔融粘合在一起，而后再对整个玻璃部分（1a，2a）加热以便将其拉伸，其改进之处包括：

作为加热装置的气体喷灯（20），有一沿平行于光纤（1，2）的轴向纵向延伸的狭缝状气体喷嘴（15），以便使玻璃部分（1a，2a）在加热过程中可使位置固定不动。

4、如权利要求3所述的方法，其中气体喷灯（20′）具有多排的气体喷嘴（15），使这些喷嘴排沿与光纤（1，2）的轴向平行延伸。

5、一种制造光纤耦合器的方法，其中多根光纤（1，2）彼此平行地排列，光纤（1，2）的玻璃部分（1a，2a）被加热以便使它们互相熔融粘合在一起，然后再对粘合成一体的玻璃部分（1a，2a）加热以便将其拉伸，改进之处包括：

一个气体喷灯（30），它作为加热装置而有多个与光纤（1，2）的轴向平行排列起来的喷嘴（25），以便在玻璃部分（1a，2a）的加热过程中可固定不动;

气体喷嘴（25）包括安排在气体喷灯（30）相对的两端部分上的第一气体喷嘴（25a）和安排在气体喷灯（30）中央部分的第二气体喷嘴（25b），以使第二气体喷嘴（25b）比起第一气体喷嘴（25a）更加远离开玻璃部分（1a，2a）。

6、如权利要求5所述方法，其中气体喷灯（30）的两个相对的端部分别有一对平的上表面（30A），而气体喷灯（30）的中央部分有一凹下的平的上表面（30b），以便将第一和第二气体喷嘴（25a，25b）分别装设在上平面（30A）和下凹的上平面（30b）上。

7、如权利要求5所述的方法，其中气体喷灯（30′）的中部有一平的上表面（30b），而气体喷灯（30′）相对的端部有一对分别朝向上平面（30B）倾斜的偏斜的上平面（30c），以便将第一和第二气体喷嘴（25a，25b）分别设在偏斜的上表面（30c）和平直的上表面（30b）上。

8、如权利要求5所述的方法，其中，气体喷灯（30″）有一凹下的弓形上表面（30D），将气体喷嘴（25）装设在弓形上表面（30D）上。

9、如权利要求6所述的方法，其中，气体喷灯（30

）有多排气体喷嘴（25），将喷嘴排沿着与光纤（1，2）的轴向平行延伸。

10、一种制造光纤耦合器的方法，其中将多根光纤（1，2）互相平行排列，对光纤（1，2）的玻璃部分（1a，2a）加热以便将它们互相熔融粘合在一起，而后对成整体的玻璃部分（1a，2a）加热以便将其拉伸，改进之处包括：

一个气体喷灯（40），它作为加热装置而有一与光纤（1，2）的轴向平行纵向延伸的狭缝状喷气嘴（15），使得在对玻璃部分（1a，2a）加热期间位置固定不动;

其中设置在气体喷灯（40）中部的气体喷嘴（15）比设置在气体喷灯（40）相对端部的气体喷嘴（15）与玻璃部分（1a，2a）隔开得更远。

11、如权利要求10所述的方法，其中气体喷灯（40）的相对端部有一对各自平直的上表面（40A），而气体喷灯（40）的中部有一凹下的平直上表面（40B），气体喷嘴（15）设在平直上表面（40A）和凹下的平直上表面（40B）上。

12、如权利要求10所述的方法，其中，气体喷灯（40′）的中心部分有一平直的上表面（40B），而气体喷灯（40′）的相反端部有一对分别朝向平直上表面（40B）倾斜的偏斜上表面（40c），气体喷嘴（15）就设置在偏斜上表面（40c）和平直上表面（40B）上。

13、如权利要求10所述的方法，其中气体喷灯（40″）有一凹下的弓形上表面（40D），气体喷嘴（15）就设在该凹下的弓形上表面（40D）上。

14、如权利要求11所述的方法，其中气体喷灯（40 ）有多排气体喷嘴（15），喷嘴排与光纤（1，2）的轴向平行延伸。

15、一种制造光纤耦合器的方法，其中，将多根光纤（1，2）互相平行地排列，对光纤（1，2）的玻璃部分（1a，2a）加热以便使它们互相熔融粘合在一起，然后对成一体的玻璃部分（1a，2a）加热，以便将其拉伸，改进之处包括：

一气体喷灯（50），它作为加热装置而具有一对与光纤（1，2）的轴向平行排列的第一狭缝状气体喷嘴（15a）和第二狭缝状的气体喷嘴（15b），以便在对玻璃部分（1a，2a）加热期间位置固定不动;

第一狭缝状气体喷嘴（15a）分别装在气体喷灯（50）的相对的端部，而第二狭缝状气体喷嘴（15b）装在气体喷灯（50）的中央部分，使得第二狭缝状喷嘴（15b）比第一狭缝状喷嘴（15a）距玻璃部分（1a，2a）更远。

16、如权利要求15所述的方法，其中气体喷灯（50）的相反端部有一对各自平直的上表面（50A），而气体喷灯（50）的中部有一凹下的平直上表面（50B），使第一狭缝状气体喷嘴（15a）和第二狭缝状气体喷嘴（15b）分别装在平直上表面（50A）和凹下的平直上表面（50B）上。

17、如权利要求15所述的方法，其中气体喷灯（50′）的中部有一平直上表面（50B），而气体喷灯（50′）的相对端部有一对分别朝平直上表面（50B）倾斜的偏斜上表面（50c），第一狭缝状气体喷嘴（15a）和第二狭缝状气体喷嘴（15b）分别装设在偏斜上表面（50c）和平直上表面（50B）上。

18、如权利要求15所述的方法，其中气体喷灯（50″）有一凹下的弓形上表面（50D），将第一狭缝状喷嘴（15a）和第二狭缝状喷嘴（15b）装设在凹下的弓形上表面（50D）上。

19、如权利要求16所述的方法，其中，气体喷灯（50

）有多排第一狭缝状喷嘴（15a）和第二狭缝状喷嘴（15b），将喷嘴排沿与光纤（1，2）的轴向平行延伸。

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