CN106526750A - 一种微型熔接保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用硬材料的圆柱形套筒的熔接保护装置，用于一对光纤之间熔融连接的微型熔接保护装置是一个圆柱形套筒，套筒的尺寸和熔接接头相似，而套筒内用环氧胶包裹住熔接接头。套筒的内径仅比光纤外径稍大，而套筒长度仅比要熔接到一起的该对光纤剥皮部分的长度稍长。圆柱形套筒采用刚性、重量轻的材料，比如不锈钢和熔石英。环氧胶被注入套筒内以填充熔融连接和套筒内表面之间的空隙。从而得到适用于极小的光器件封装的、尺寸非常小的熔接保护装置。

Description

一种微型熔接保护装置

技术领域

本发明涉及光纤熔接，特别的，涉及一种采用硬材料的圆柱形套筒的熔接保护装置。

背景技术

在光通信系统持续发展中，要求器件比如光放大器要适合越来越小的外壳尺寸(比如普通封装可插拔的CFP, CFP2, CFP4收发器等)。而壳子内的光学件和机械件的空间很有限。因此需要尽可能的减少这些内部器件的尺寸。

作为示例性的，一个CFP壳体内需要装一个光纤光放大器，该放大器使用绕卷轴的掺铒光纤作为增益介质。除了增益光纤绕卷轴外，还有一种典型的掺铒光纤放大器(EDFA)。EDFA包含各种输入和输出光纤(作为输入信号和泵浦信号)，以及光泵浦源、隔离器等其他光纤耦合器件。光纤直径仅250um，需要在壳体内熔接到另外一根光纤以实现光信号传输。通常使用熔接的方式来将两个器件的光纤连接。通过熔接，两根光纤的端面受热并熔合到一起。而需要保护熔接接头以保证它的机械强度和环境完整性。熔接保护装置使熔接接头避免了弯曲和受力，而这些会导致信号损耗和最终熔接受损。

传统的熔接保护装置是用有弹性、可热收缩的塑料制成，在塑料内含有一个小的金属棒，以在熔接接头周围产生一个刚性区域。这些传统的熔接保护装置直径太大且长度过长，不能匹配现有的CFP壳体，以及未来可能更加小的壳体尺寸。

还有一个方法是用聚合物覆盖住熔接的部分达到保护作用。然而，聚合物涂敷层并不一定能提供足够的机械保护和高度的可靠性，特别是如CFP壳体存在小弯曲的情况。

上述的方案，特别是传统的熔接保护装置，在通信行业已使用多年，但是对于不断进展的应用已经不够用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种尺寸仅比光纤稍大的圆柱形套筒式熔接保护装置。

依照本发明的一个实施例，一个微型熔接保护装置包括一个硬材料(例如不锈钢或熔石英)的圆柱型套筒，该套筒覆盖住熔接接头以及部分超出熔接处的光纤。使用环氧胶来填充满套筒里熔接光纤和套筒内表面的空隙。如果圆柱形套筒的内径仅比光纤直径稍大就更好，从而形成一个具有和光纤基本上相同的轮廓的同轴的微型熔接保护装置。

在本发明的一个实施例中，使用环氧胶来覆盖住圆柱形套筒的尾端，以在光纤的外包层和套筒之间形成一个平滑过渡(例如保形轮廓)。这些环氧胶涂层还给微型熔接保护装置提供了额外的应力消除特性。该可用于应力消除的环氧胶可以与微型套筒保护装置内粘接熔接接头的环氧胶一样，也可以是其他不同的环氧化合物。

微型熔接保护装置套筒可以使用不同种类的金属、陶瓷、金属基复合材料(MMCs)等，要求材料重量轻、机械强度大。除了不锈钢，熔石英也是一个很好的选择。在熔接前，套筒被放置于光纤上，熔接后沿着光纤方向移动套筒。因此套筒的内表面和两端面最好抛光，或者尽可能地光滑以减少对光纤的损坏。

在本发明的一个特殊例子中，微型熔接保护装置包住一对光纤的熔接接头，该熔接保护装置包括一个包围熔接接头的硬材料的圆柱形套筒，套筒的内径仅比这一对光纤的外径稍大，套筒的长度超过了该对光纤剥皮部分的长度；圆柱形套筒内的环氧胶，环氧胶将该对光纤的剥皮部分和熔接接头包裹住，填充满套筒内的空隙。

本发明的有益效果为尺寸小，易于使用，可与现有的基于CFP外壳尺寸匹配。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明;

图1是本发明微型熔接保护装置放置于熔接接头的剖面侧视图;

图2是本发明微型熔接保护装置一个实施例的圆柱形套筒组件的等轴侧视图;

图3是图2圆柱形套筒组件的侧视图;

图4是本发明另一实施例的剖面侧视图，该实施例中在套筒组件的两端覆盖有额外的消除应力的环氧胶;

图5阐述了本发明一个示例方法的第一步，包括微型套筒保护装置和熔接接头;

图6阐述了第二步，进行一对光纤之间的熔接;

图7阐述了在熔接接头上滑动熔接保护装置的圆柱形套筒部分的步骤;

图8阐述了在圆柱形套筒和熔接接头之间的空隙注入环氧胶的结果;

图9是图8结构的剖视侧面图;

图10是本发明微型熔接保护装置一个实施例的照片，该保护装置位于一对光纤之间;

图11是本发明另一实施例的照片，包括与圆柱形套筒组件连在一起的释放应力的部件;

图12描绘了不同情况下熔接插损的变化;

图13图示了本发明微型熔接保护装置插入损耗随环境温度循环的变化;

图14是本发明微型熔接保护装置的偏振相关损耗PDL随温度的变化;

图15给出了本发明不同实施例插损随弯曲半径的变化;

图16描述了另一组不同的光纤的损耗;

图17给出了用于光纤光放大器光泵浦源的光纤的插损随弯曲半径的变化;

图18给出了不同光纤熔接时插损随弯曲半径的变化;

图19给出了EDF和ZBL光纤之间熔接时插损随弯曲半径的变化。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

图1是本发明微型熔接保护装置10放置于熔接接头12的剖面侧视图，光纤14和光纤16通过熔接结合。众所周知，一对光纤端面熔接时光纤要被剥皮以去掉外护套和涂敷层，仅留下硅基纤芯和包层。电极或其他高能脉冲施加于两根光纤相邻的端面，以熔化硅材料使得两根光纤相连接。当两根光纤熔接耦合时，剥掉光纤的外层皮(给光纤提供机械强度)使得熔接区域容易受损。在各种早前的结构中使用一层或多层保护性材料来覆盖熔接区域；而对于现今的小型化设计，这些结构的尺寸太大。更进一步的，微型熔接保护装置010包括一个包住熔接接头12的套筒20，而环氧胶30被注入熔接光纤14，16和套筒20的内表面22之间的空隙。在环氧胶30固化后，微型熔接保护装置10就完全起到保护作用，能避免熔接接头12受损且尺寸小。

图2是本发明微型熔接保护装置10一个实施例的圆柱形套筒20的等轴侧视图。圆柱形套筒20最好是刚性、重量轻的材料，比如不锈钢。而除了不锈钢，各种其他硬材料，比如某些金属、陶瓷、金属基复合材料(MMCs)等也是可选材料，特别是一种熔石英陶瓷材料。图3是圆柱形套筒20的侧视图，清楚展示了套筒是圆柱形的，并包含一个长度方向的钻孔18。

如上所述，本发明微型熔接保护装置10是一个小尺寸装置，其直径仅比熔接的光纤外径稍大。如图3所示本发明的一个实施例中，套筒20的内径约300um，外径约500um(当用于保护250um外径的光纤时)。其他适合的尺寸也可以，这取决于熔接光纤的尺寸。作为示例，一个微型熔接保护装置10的尺寸和材料可以和注射针相当。微型熔接保护装置10的长度”L”要足够长，以确保光纤和熔接保护装置之间粘接及提供机械保护。对某些结构，适合的L约为8mm。

根据本发明，微型熔接保护装置10要包裹住熔接接头12，避免熔接区域受损(包括弯曲)。假定微型熔接保护装置10的尺寸如图1和图2，常规光纤250um的外径很容易与微型熔接保护装置10内的长度方向钻孔18匹配。

图4是本发明另一实施例的剖面侧视图，该微型熔接保护装置10’增加了释放应力的部件。图4 的微型熔接保护装置10’和图1的微型熔接保护装置10比起来，唯一的差别是在套筒12的两端12-1和12-2分别增加了环氧胶涂层32和34。如图所示，环氧胶涂层32和34分别覆盖了光纤14和16的一部分，以及外端12-1和12-2，形成一个保形涂层，根本上消除了微型熔接保护装置10’附近外观上的突变。

实际上，微型熔接保护装置10’两端和光纤14、16未剥皮部分涂敷的环氧胶涂层32和34起到了释放应力的作用。这种作为释放应力元件32、34的环氧胶材料可以不同于将熔接接头12粘接到熔接套筒20内表面21的环氧胶。

图5至图10阐述了本发明微型熔接保护装置10作用于熔接接头12的典型步骤。开始时，在熔接步骤前，圆柱形套筒20套到一根光纤上。图5的剖面侧视图显示了圆柱形套筒20套到光纤14的尾部。需要注意的，微型熔接保护装置10的端面20-E要预先处理好，要是光滑的和/或者半球形的，这样在光纤14穿进套筒20时才不会划伤。

为便于说明，套筒20内表面21和光纤14之间的空隙被放大。亦如以上图3的说明，套筒20的内径可能仅比光纤14，16的外径大50um。如图5步骤，一开始，套筒20和光纤14 还没粘接到一起，可沿着光纤长度方向前后移动。同样，光纤14和16此时未准备好，还不能进行熔接。光纤14的一端14-S被剥掉外护套和涂敷层，只剩纤芯和包层。光纤16也一样的处理得到剥皮的一端16-S。

在圆柱形套筒20套到光纤14上并滑动到离开剥皮的终端16-S的位置后，实施熔接步骤，将两个终端14-S和16-S熔合到一起。图6显示了这种常规熔接步骤。显而易见的，圆柱形套筒20与熔接位置12有些距离。

完成熔接后，圆柱形套筒20沿着光纤14滑动，如图7箭头指示，直至覆盖了熔接的区域。如图7结构，圆柱形套筒20的长度L范围内，熔接部分12基本上居中。圆柱形套筒20的内表面21最好抛光，避免光纤14和16的外表面在滑动过程中被划伤或者受其他损害。

在圆柱形套筒20包住熔接接头12后，在光纤14和16的外表面和圆柱形套筒20内表面之间的空隙填充一种合适的环氧胶或粘合剂30。图8展示了这一步骤，而图9是图8沿直线9-9剖面的侧视图。从图9来看，环氧胶30包裹了熔接部分12，给其提供了机械连接和强度。固化的环氧胶30和圆柱形套筒20的结合形成了微型熔接保护装置10。环氧胶30可以是热固化的，具有足够的粘接性和弹性以保护熔接光纤的光学性能。

图10是实施例微型熔接保护装置10的照片。照片中微型熔接保护装置10覆盖了实现光纤14和16之间耦合的熔接部分(未显示)。显然，采用小尺寸的圆柱形套筒20使得微型保护装置10的直径仅比光纤稍大。图11是实施例微型熔接保护装置10’的照片，增加了释放应力的环氧胶层32和34，使光纤14、16外表面到圆柱形套筒能平滑过渡。

图12是本发明熔接损耗的条形图。图12中条状A是图7所示结构的损耗。此结构中，圆柱形套筒20放置到位，但还未用环氧胶30粘接熔接部分12。如图所示，未施用环氧胶时，光纤14和16之间的耦合损耗只有约0.05dB。在施用环氧胶30并固化后，形成了如图1所示的微型熔接保护装置10的结构，损耗降低至约0.01dB，如图12的条状B。在经过几次温度循环后，光信号损耗保持在0.10dB(比如0.08dB)以下，如条状C，符合大部分系统的要求。

图13是熔接损耗随温度循环(-25~75°C)的变化曲线。图14是熔接偏振相关损耗PDL随温度的变化曲线。图12至图14的数据说明采用本发明的微型熔接保护装置时，插入损耗和偏振相关损耗PDL都很小，即使在温度变化时。

图15至图19的测试数据进一步证实了本发明微型熔接保护装置的机械和光学性能。图15显示了使用低弯损光纤时改变微型熔接保护装置的弯曲半径的结果。如图所示，即使有弯损，也很小，甚至在光纤扭曲时也是。因此，可以将熔接部分弯曲至半径7.5mm，而不会产生信号受损。

图16测试内容与图15一样，只是熔接的光纤是两根标准单模光纤。不管使用了套筒和/或者光纤被扭曲，测试结果也是一致的。

图17也是同样的测试内容，进行熔接的是一般用于光放大器泵浦源的光纤。测试结果与图16 相似。图18展示的是熔接掺铒增益光纤和泵浦源光纤的测试结果，与熔接SMF光纤的结果类似。图19展示了熔接掺铒增益光纤和低弯损光纤的测试结果，与图15测试结果接近。

虽然上述讨论都是基于使用了不锈钢材质的微型熔接保护装置，但各种各样具有所需刚性和其他特性的材料都可以使用。如上所述，各种其他金属、陶瓷、MMCs等也可以用于微型熔接保护装置。有需要时微型熔接保护装置的实际长度和内/外直径可能会变，以更好匹配熔接光纤的性能。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种微型熔接保护装置，包住一对光纤之间的熔融连接部分，其特征在于该微型保护装置包括，一个采用硬材料的圆柱形套筒，包住一个熔接接头，该圆柱形套筒的内径比该对光纤的外径稍大，而其长度超过了该对光纤剥皮部分的长度，圆柱形套筒内的环氧胶材料，包裹了该对光纤剥皮部分及熔接部分，填充圆柱形套筒内的空隙。

2.如权利要求1所述微型熔接保护装置，其特征在于所述微型熔接保护装置包括，第一个环氧胶涂层，被施于所述圆柱形套筒的第一个端面，使该对光纤中的第一根光纤到圆柱形套筒能平滑过渡，第二个环氧胶涂层，被施于所述圆柱形套筒的第二个端面，使该对光纤中的第二根光纤到所述圆柱形套筒能平滑过渡。

3.如权利要求1所述的微型熔接保护装置，其特征在于所述圆柱形套筒的内径比该对光纤的外径大不超过50um。

4.如权利要求1所述的微型熔接保护装置，其特征在于所述圆柱形套筒材料为硬铝。

5.如权利要求1所述的微型熔接保护装置，其特征在于所述圆柱形套筒材料为硬的熔石英。

6.如权利要求1所述的微型熔接保护装置，其特征在于所述圆柱形套筒可从以下硬材料选择：金属，陶瓷，金属基复合材料。

7.如权利要求1所述的微型熔接保护装置，其特征在于所述圆柱圆柱形套筒端面是经过抛光的，以在插入过程中尽可能减少光纤的损伤。

8.如权利要求1所述的微型熔接保护装置，其特征在于所述圆柱形套筒内表面是经过抛光的，以在装配过程中尽可能减少光纤的损伤。

9.一个受保护的熔接结构，其特征在于该熔接结构包括：第一根光纤，具有第一个预定的外径，该第一根光纤包含剥掉皮并露出包层的一端，这一端定义了第一个光纤端面并且其直径小于该第一个预定的外径；第二根光纤，具有第二个预定的外径，该第二根光纤包含剥掉皮并露出包层的一端，这一端定义了第二个光纤端面并且其直径小于该第二个预定的外径；一个熔接接头，使第一和第二个光纤端面连接起来；一个采用硬材料的圆柱形套筒，包住第一和第二根光纤的熔接区域，该圆柱形套筒的内径仅比第一和第二根光纤的外径稍大，其长度足够覆盖第一和第二根光纤的熔接部分和剥皮部分；环氧胶材料，被施于圆柱形套筒内，通过填充熔接得第一、第二根光纤和圆柱形套筒内表面之间的空隙，得以包裹住第一和第二根光纤的熔接部分和剥皮部分。

10.如权利要求9所述的受保护的熔接结构，其特征在于圆柱形套筒的长度更进一步的，包裹住第一和第二根光纤未剥皮的一小部分。

11.如权利要求10所述的受保护的熔接结构，其特征在于所述熔接结构更进一步的包括：第一个释放应力的环氧胶涂层，被施用于该圆柱形套筒的第一个端面和第一根光纤的邻近部分；第二个释放应力的环氧胶涂层，被施用于该圆柱形套筒的第二个、反方向的端面和第二根光纤的邻近部分。

12.如权利要求9所述的受保护的熔接结构，其特征在于所述第一根光纤的第一个外径与第二根光纤的第二个外径相同。

13.如权利要求12所述的受保护的熔接结构，其特征在于所述圆柱形套筒的内径比第一根光纤的第一个外径大不超过50um。

14.如权利要求9所述的受保护的熔接结构，其特征在于所述第一根光纤的第一个外径小于第二根光纤的第二个外径。

15.如权利要求14所述的受保护的熔接结构，其特征在于圆柱形套筒的内径比第二根光纤的第二个外径大不超过50um。

16.一种保护一对光纤熔接部分的方法，该方法包含以下步骤：

第一，将硬材料的圆柱形套筒套到第一根光纤的一端，该圆柱形套筒的内径仅比第一根光纤的外径稍大；

第二，将第一根光纤需要熔接的一端部分剥掉外护套和外涂层；

第三，将第一和第二根光纤剥皮的端面进行熔合，产生熔接接头；

第四，沿着第一根光纤滑动该圆柱形套筒，使该圆柱形套筒覆盖住熔接接头；

第五，在圆柱形套筒的内部注入环氧胶，以填充熔接接头、剥皮的部分以及圆柱形内表面之间的空隙；

第六，环氧胶进行固化，从而得到被保护的熔接接头。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于该方法更进一步包括以下步骤：

将第一个环氧胶层施于圆柱形套筒的第一个尾端，得以包住第一根光纤的一部分；

将第二个环氧胶层施于圆柱形套筒的第一个尾端，得以包住第二根光纤的一部分；

固化第一和第二个环氧胶层，对该被保护的熔接接头起到释放应力的作用。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于在将圆柱形套筒套在第一根光纤之前，圆柱形套筒的两端和内表面都是经过抛光的。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述圆柱形套筒的材料可从以下硬材料选择：金属，陶瓷，金属基复合材料。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述圆柱形套筒材料为不锈钢。