CN107111077A - 激光抛光被连接的光学纤维的方法和由此形成的被连接的光学纤维 - Google Patents

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Abstract

激光抛光通过在具有金属箍的被连接的纤维的纤维端部表面处垂直地引导激光束而被实现。该激光束的光斑尺寸大于暴露的光学纤维的直径，提供纤维端部表面上的辐射能量的更均匀的空间分布。该金属箍提供了热传导以阻止纤维末端处过热，过热将导致不期望的表面瑕疵和几何形状。该被连接的光学纤维可在激光抛光之前预成形。随后激光抛光平坦该纤维端部表面。

Description

激光抛光被连接的光学纤维的方法和由此形成的被连接的光 学纤维
背景技术
1、优先权
本申请要求2014年11月12日申请的美国临时专利申请No.62/078,868的优先权，其通过参考而全部并入犹如在本文中完全地陈述。下文中指出的所有公开文献通过参考完全地并入犹如完全地在本文中陈述。
2、技术领域
本发明涉及一种光学纤维，更特别地涉及光学纤维的端部表面的精加工。
3、现有技术
通过光学纤维波导传输光能具有许多优势，且它的使用是各种各样的。单个或多个纤维波导可被简单地用于传输可见光到远程位置。复杂的通讯系统可传输多个特殊光学信号。这些设备通常需要以端部到端部关系的光学纤维耦合，以面对面并置的方式有效定位两个光学纤维的端部表面，其中在端部面之间具有基本没有或没有间隙。这个面对面光学耦合变现为光损耗的来源。光学纤维和波导在中心处的切割端部应该是平滑且无缺陷的。
如果纤维的端部是不平坦的，由于光在切割的端部表面(例如粘接或接合区域)处光的反射和折射，过多的光损失可发生。光学表面的粗糙度是对光学信号传输的效率的限制，通过散射光和引入连接器配合中的接触间隙两者。当将光学纤维以端部到端部关系放置时，为了将从传输纤维的端部表面的内部向回反射的光损耗最小化且最小化插入损耗(例如从一个纤维到另一个的传输中的信号强度的损耗)，切割的纤维端部表面需要尽可能地平滑和无划伤，以最优化纤维之间的光学耦合(例如可拆卸连接，永久粘接和光激性设备)。
考虑到在纤维的切割的端部处产生的缺陷，当前终端处理包含传统的光学纤维的切割，随后对得到的端部表面的机械抛光，以清除切割表面非平面形式的缺陷。传统方法使用几十年来用于移除表面的粗糙不平的各种研磨和抛光。纤维的端部表面的精加工包含艰苦的过程，其需要放置一定量的未固化环氧树脂在氧化锆端箍(纤维被插入其中)的通道中。纤维被插入箍中且被推动穿过箍的端部表面处的环氧树脂以确保至少一些环氧树脂被推出超过箍的端部表面，以在它被手动抛光以平滑其表面时提供用于光学纤维的稳固支撑。在定位纤维之后抛光之前，该环氧树脂被固化约二十四小时。该纤维的从箍和固化的环氧树脂突出的端部部分在接近于箍的端部表面处被折断。纤维的较小一部分在折断之后从箍的端部表面突出且由固化的环氧树脂稳固地支撑。该环氧树脂还从箍的端部表面突出较小距离，且还支撑纤维在箍通道内。用于纤维的刚性支撑是必要的，以使得它能够抵抗磨盘的磨擦运动(其具有不同硬度的预定量中的一个)。这个盘通过纤维端部的压力被压靠到纤维的端部以凹进盘表面较小的量。该盘在纤维的端部表面上方滑动。磨盘研磨通过用手或自动化机械完成，且它偶尔中断以检测端部表面以测量背反射的量。盘表面和盘硬度可在这个过程期间被改变。
美国专利4,979,334公开了一种自动化机械抛光设备，其容纳了许多连接器。然而，机械抛光过程使得石英玻璃的表面形成具有较高折射率的薄层玻璃(其仅仅具有几百纳米的厚度)，这个现象最初在1937年由Lord Rayleigh报道[L.Rayleight，“The surfacelayer of polished silica and glass with further studies on optical contact”，Proceedings A of the Royal Society,V.160,No 3,1937]。玻璃的这个薄层具有较大的折射率，使得光从被配对在纤维-光学连接器中的两个抛光过的光学纤维之间的接口反射回。先前已有尝试来改善表面精加工和/或移除在光学纤维端部表面上具有高折射率的损坏层(通过不同于标准机械抛光的方法)。美国专利5,226,101公开了用于使用CW(continuous wave)CO2激光来激光抛光纤维的模式。Udrea et al.报道在激光照射之后实现从2.5μm到小于100μm的表面粗糙度改善(具有1.5dB的损耗减少)[M.Udrea,H.Orun,“Laser polishing of optical fiber end surface,”Optical Engineering 40(9),2026-2030(2001).])。实施具有附加抛光的激光切割的替代设计也被设计。US2005/0008307A1公开了热成形包层被移除的光学纤维的端部表面的技术。美国专利7,082,250公开了激光切割被连接的纤维(也就是光学纤维的端部被固定在箍中，且光学纤维在它的端部表面的最后抛光之后不从这个箍拆卸；光学纤维和箍可装配到一连接器)，然后执行精机械抛光的附加步骤的技术。
尽管现有技术激光成形/抛光工艺可通过减少表面粗糙度减少高背反射，高指数层仍然被引入，其通常被认为是根本问题。该纤维材料在纤维端部表面处的融化产生凸面，该凸面具有纤维的半径或直径相似的曲率半径。这导致不期望的光学效果，除非这个凸面还通过机械研磨形成。此外，不仅仅抛光暴露的纤维而且抛光连接的纤维仍存在问题。连接的纤维的激光抛光的关注重点是使用的环氧树脂和陶瓷的材料属性。环氧树脂通常吸收激光能量，随后在软化或熔化纤维所需的较高功率密度下融化、燃烧或汽化；这污染光学纤维的端部表面且需要被移除，且它危害箍内的纤维的保持。陶瓷箍还吸收激光束的能量，且由于它较低的传导性，在激光处理期间迅速地温度变化可引起氧化锆(ZrO2)和氧化铝(Al2O3)箍的破裂。该能量甚至足够高以汽化箍的端部表面，改变它的端面几何形状。此外，先前的方法需要被应用的激光束精确对齐，和在激光的应用之后的另外的精抛光步骤，其增加制造的负担和复杂性，且其会导致高指数层。
先前技术纤维端部表面抛光过程的缺点形成对满足流行行业标准所指出的严格的技术指标的重大挑战，比如GR-326-CORE，(用于单模光学连接器和跳线组件的通用要求，卷4)。这样的标准列出各种要求，包括抛光半径(被限定为箍端部表面的半径，从箍轴线测量)，纤维突出和凹陷(被限定为玻璃纤维的顶部之间的距离，抵靠球形面的周围材料测量)，箍顶点偏移(被测量为被抛光的端部表面的球形中心和纤维的中心之间的距离),和成角度抛光(被限定为角度，箍端部表面在该角度处相对于垂直于箍轴线的轴线被抛光)。
考虑到先前技术激光抛光过程中的缺点，期望发展改进的抛光过程以提供用于精加工光学纤维端部表面同时最小化或避免上述问题。
发明内容
本发明提供了形成被连接的光学纤维线缆的新方法，包括激光抛光被连接的光学纤维的端部表面的过程。依照本发明的激光抛光过程提供了有效，高效和可靠的方法以抛光光学纤维端部表面以实现可接受的表面几何形状和表面性能(例如平滑度)。
依照本发明的一个方面，激光抛光在被连接的光学纤维的切开的端部表面上执行，该光学纤维通过安装在金属箍中而被终止。为了本发明的目的，被连接的光学纤维包括通过固定地安装在金属箍内而终止的光学纤维，且光学纤维在它的端部表面的随后的抛光/精加工之后不从该箍卸下(该光学纤维和箍可被装配到一连接器)。该金属箍包括本体，其具有用于接收光学纤维的暴露的终端端部区段(也就是包括具有被暴露的包层的芯部，没有防护缓冲涂层和套层)的凹槽。在一个实施例中，由本体限定的箍具有孔或凹槽，其被限定尺寸以固定地保持裸露的光学纤维。在另一实施例中，该本体由两个箍半部限定，其可为完全相同的(该箍半部每个具有半圆柱形凹槽；该箍半部夹紧裸露的光学纤维)，或不同的(例如箍半部中的一个具有U形凹槽(其固定地保持裸露的光学纤维)且另一个箍半部不具有凹槽)。没有粘合剂(例如环氧树脂)被应用在裸露的光学纤维和箍之间。在一个实施例中，该箍(或箍半部)可通过精密冲压金属板料形成，以精确地限定箍(或箍半部)的外部和内部表面结构的尺寸和几何形状，以便箍可精确地将光学纤维的轴线对齐到外部连接点(例如使用套筒以光学地耦合到保持连接光学纤维的连接箍)。
该激光束垂直于光学纤维的端部表面，或大体沿和/或平行于光学纤维的纵向轴线被引导。在一个实施例中，该激光束被散焦以便光斑尺寸大于裸露的光学纤维的直径(例如光斑尺寸数倍于裸露的纤维或纤维端部表面的直径)。入射辐射能量被金属箍的表面反射。因此，激光的高斯(TEM00)模式的中心部分被应用于光学纤维。这提供了在纤维的端部表面的区域上的辐射能量的更均匀的空间分布，其导致端部表面的较少的再成形。因此，纤维不需要绕它的轴线旋转以维持轴对称。考虑到与裸露的纤维端部表面的直径相比较，激光束的相对较大的光斑尺寸，该激光束不需要精确地对齐到纤维端部表面(也就是激光束的光学轴线与纤维端部表面的中心不对齐)。
依照本发明，金属箍提供了热量传导以防止纤维末端处过热，其能够汽化光学纤维的材料和/或引起光学纤维中的光学变化(例如结果纤维的包层和核心内的掺杂物质(例如氟和锗)的扩散)，和/或结果热的机械残余应力，以避免应力引发光学纤维中的双折射。该纤维末端/端部表面通过激光束被软化或些微地被融化(例如至约10微米)以修复典型的表面瑕疵，但不明显地改变纤维末端/端部表面的形状，因为光学纤维的材料不被汽化或过度地软化。该金属箍由于它反射激光束而不吸收激光束的辐射。
在不要求随后的机械研磨和/或抛光的情况下，该光学纤维的激光抛光过的端部表面实现期望的表面几何形状和表面属性。这避免通常由这样的机械加工产生的高指数层的形成6。
在一个实施例中，被连接的光学纤维在激光抛光之前被预成形(例如通过机械研磨或激光成形)。光学纤维的端部表面(和箍的端部表面)被预成形以实现关于箍的端部表面的期望的纤维凹陷/突出(例如-150nm凹陷/+50nm突出物)。作为这样预成形过程的结果，些微地凸面被获得。发现依照本发明的激光抛光过程能够“松弛”凸面以实现更合适的更平坦的纤维端部表面(也就是在激光抛光之后纤维端部表面的曲率半径比激光抛光之前的纤维端部表面的曲率半径更大)。而且，由先前在纤维端部表面处的机械抛光引起的高指数层的情况下，发现依照本发明的激光抛光过程还能够使得在这个层中的纤维材料减少折射率，由此还减少反射损耗。
在本发明的另一方面，被连接的光学纤维(例如在光学纤维跳线线缆)依照过程(包括上述的新型的激光抛光过程)被形成。该过程包括安装光学纤维在金属箍中，在接近箍的端部表面处切开光学纤维(替代地，切开的一段光学纤维被安装在金属箍中，其中纤维端部表面与箍端部表面大体对齐)，预成形该纤维端部表面(和箍端部表面)(例如通过机械研磨或激光切割/成形)，和依照本发明激光抛光该纤维端部表面。
附图说明
为了更充分地理解本发明的性质和优点，以及优选使用模式，将参考下文详细描述结合附图作出。在下列附图中，在所有附图中相似的参考标号指示相同或相似的部件。
图1是依照本发明的一个实施例的系统的示意性图示，其使用激光抛光被连接的光学纤维的方法。
图2是依照本发明的一个实施例的用于保持光学纤维用于激光抛光的一对金属箍半部的透视图。
图3是依照本发明的另一实施例的用于保持光学纤维用于激光抛光的多纤维金属箍的截面图。
图4是纤维端部表面相对于激光束的示意性视图。
图5是对应于激光束和纤维芯部区域的腰部的相对尺寸的图示。
图6是已经受激光抛光和没有经受激光抛光的的纤维/箍端部表面的图像的并排比较。
图7A是在预抛光研磨之后已经受激光抛光的纤维/箍端部表面的图像；图7B是在预抛光研磨之后没有经受激光抛光的纤维/箍端部表面的图像。
图8是比较在预抛光研磨之后激光抛光和没有激光抛光的损耗的图表。
图9是关于插入损耗和反射损耗的行业标准的表格，包括与依照本发明激光抛光的被连接的光学线缆的损耗数据的比较。
图10A和10B是比较依照本发明激光抛光和机械抛光的连接的光学纤维的测得的损耗数据的柱状图。
具体实施方式
本发明参考附图根据各个实施例描述如下。虽然本发明依照实现本发明的目的的优选模式被描述，本领域技术人员应理解可以在考虑到这些教导的情况下进行各种变化而不背离本发明的精神或范围。
本发明提供了一种形成连接的光学纤维线缆的新方法，包括激光抛光被连接的光学纤维的端部表面的过程。依照本发明的激光抛光过程提供了有效，高效和可靠的方法以抛光光学纤维端部表面，以实现可接受的表面几何形状和表面性能(例如平滑度和形状)。
依照本发明，激光抛光在被连接的光学纤维的切开的端部表面上执行，该被连接的光学纤维通过安装在金属箍中而被终止。为了本发明的目的，被连接的光学纤维包括通过固定地安装在金属箍内而终止的光学纤维，且光学纤维在它的端部表面的随后的抛光/精加工之后不从该箍卸下。该被连接的光学纤维还可被终止，其中该光学纤维和箍被组装入光学连接器。
参考图1中的示意性图示，被连接的光学纤维线缆22包括被固定地安装在金属箍10内的一段光学纤维20。该金属箍10包括金属本体(例如钛)，其具有用于接收光学纤维20的裸露终端端部区段(也就是包括被暴露的具有包层的芯部，没有防护缓冲涂层和套层)的凹槽。(在下文中，当提及被保持在箍中的光学纤维时，其应理解为它是被保持在箍中的光学纤维的裸露区段)。该光学纤维20可为单模纤维，譬如康宁SMF 28e或弯曲不敏感光纤(比如德拉卡9/125BendBright XS SMF)。该金属箍具有总体圆柱形的金属本体，其具有圆柱形孔12，纤维20穿过该圆柱形孔12被安装。纤维端部表面21可些微地突出到箍端部表面11上方或些微地向下凹进箍端部表面11的下方(例如在行业标准要求的可接受的规格内)。根据纤维20如何切开，以及预激光抛光研磨是否进行(看下面进一步的讨论)，端部表面21具有一定粗糙度，该粗糙度可通过本文公开的激光抛光来降低。
在一个实施例中，金属箍10的本体由两个箍半部限定，其可为相同的。参见，例如，美国专利NO.7311449(其被普通转让给本申请的受让人，且通过参考完全地并入本文)公开箍半部的互补对的各种实施例，每个具有大体半圆柱形凹槽，其一起限定孔，当箍半部夹在光学纤维上时该孔固定地保持光学纤维。图2显示了图1中的金属箍10的一个实施例。该光学纤维20被保持在相同的金属箍半部16中的凹槽14中，其中凹槽14一起限定箍10的孔12。该两个金属箍半部16被固定地附接到彼此，例如通过沿接缝处的激光焊接。
在另一实施例中，金属箍由本体限定，该本体具有凹槽，该凹槽被设置尺寸以固定地保持裸露的光学纤维。参见，例如，美国专利NO.8961034(其被普通转让给本申请的受让人且通过参考完全地被并入本文)公开了一种金属箍，其具有大体U形凹槽，该凹槽被设置尺寸以夹紧光学纤维，从而固定地保持光学纤维在凹槽中。图3显示了多纤维箍10’(包括金属箍17，其具有凹槽19用于安装多个光学纤维20，其中每个凹槽19是大体U形形状，被设置尺寸以夹紧光学纤维20)的实施例。在这个实施例中，该U形凹槽19每个是箍10’的一个孔。箍覆盖物18覆盖凹槽19以保护箍17。在这个实施例中，另外的凹槽被设置在箍17中以接收定位销15。这个实施例还描述了由两个不同的箍半部形成箍，虽然箍覆盖物18不具有接收光学纤维的凹槽。被保持在多纤维箍10’中的纤维可以用与本文中的单纤维箍10相关描述相似的方式被激光抛光。
本文中描述的激光抛光过程能够被应用到被连接的光学纤维，其具有结合到它的其他类型的箍和连接器，比如在PCT专利申请公开号WO2014/011283A2(其被普通转让给本发明的受让人，且通过参考完全地被并入本文)中公开的椭圆形多纤维箍。
使用上述金属箍，没有粘合剂(例如环氧树脂)被应用或需要被应用在裸露的光学纤维20和箍10(或10’)之间。在一个实施例中，该箍(或箍半部)可被通过精密冲压金属板料形成，以精确地限定箍(或箍半部)的外部和内部表面结构的尺寸和几何形状，以便箍可精确地将光学纤维的轴线对齐到外部连接点(例如使用套筒以光学地联接到保持连接光学纤维的连接箍)。美国专利NO.7343770中公开了精密冲压过程和装置，该专利被普通转让给本发明的受让人且通过参考完全地并入本文中。本文中描述的过程和冲压装置可适合于精确模压本文中描述的箍。
回到图1，自激光32的激光束30(例如通用的激光系统ULR10 OEM CO2激光器)沿大体垂直于光学纤维20的端部表面21或，大体沿或平行于光学纤维20的纵向轴线的方向被引导。在所示实施例中，激光束通过透镜34(例如ThorLabs 75mm焦距ZnSe平凸透镜)聚焦。该箍10可被支撑在台29上(如图1中所示图示)，用于将纤维端部表面21对齐到激光束30。多于多纤维箍(比如图3中所示的箍10’)，它可被支撑在台上，该台提供了被安装在箍10’中的每个光学纤维的自动索引(indexing)，以便依次激光抛光纤维。替代地，多个激光束可被应用以同时激光抛光多个纤维。激光32和台29的操作和控制可由控制器39(示意性地示出)控制。
还参考图4，该纤维端部表面21被定位为远离激光束30焦点35，以便激光束30的光斑尺寸37显著地大于裸露的光学纤维直径(例如光斑尺寸数倍于裸露的纤维或纤维端部表面的直径)。这不同于先前技术激光抛光过程，在先前过程中该激光束在更接近于纤维端部表面处聚焦。如图4中所示，纤维端部表面上的激光束光斑尺寸37是850微米，其为裸露的光学纤维的125微米直径(仅仅芯部和包层的直径)的约7倍。优选地，在没有限制的情况下，光斑尺寸可为端部表面直径的2至20倍。还参考图5中所示的实施例，辐射的激光束具有大体高斯光束形状。输出的光束腰部是4毫米,具有M2值～1.4。该75毫米焦距ZnSe平凸透镜聚焦该激光束，但被连接的纤维被放置在超过焦点10毫米处导致约地850μm 1/e2的腰(相比较于一些先前技术激光抛光过程中的约40微米)。因此，激光的高斯(TEM00)模式的中心部分被应用于光学纤维。结果，在较宽激光束光斑尺寸37的中心位置内，狭窄的纤维端部表面21上的激光照明区域近乎“平顶”光束形状。这提供了在纤维的端部表面的区域上的辐射能量的更均匀的空间分布，其导致在激光抛光之后更平坦和更平滑的端部表面。因此，纤维不需要绕它的轴线旋转以维持端部表面的轴对称。而且，考虑到与裸露的纤维端部表面21的直径相比较相对较大的激光束光斑尺寸37，该激光束30不需要精确地与光学纤维20的轴线对齐，且可以在一显著容差范围内大体对齐到纤维端部表面21。考虑到没有粘合剂在裸露的纤维20和围绕的箍10之间，宽的激光束光斑不会融化或烧掉任何粘合剂，其否则会污染纤维端部表面21或通过破坏环氧树脂粘合剂而危害纤维在箍内的保持。
在一个实施例中，激光32具有10W输出，其以10kHz频率的脉冲模式操作，且脉冲持续60μs，其中曝光的时间为2秒(曝光的总跨度)。60％的占空比导致8.5W的平均输出功率，对应于入射到纤维端部表面21(和箍端部表面11)上的15W/mm2的平均功率密度。其他功率设置，占空比和曝光时间可被应用。优选激光束的功率被选择以致纤维端部表面/末端处的温度被保持在纤维软化的温度(玻璃化转变温度)和纤维蒸发或汽化的温度之间。如下面进一步的描述，激光抛光过的纤维端部表面21能够实现与先前技术机械抛光过程相当的反射和插入损耗，以及表面粗糙度。
尽管被示出实施例应用具有高斯光束形状的激光束，在不背离本发明的范围和精神的情况下，非高斯光速形状(比如平顶，超高斯，或项圈光束(necklace beam)形状)可被应用。
激光束的入射辐射能量不被金属(例如钛)箍10的表面(包括端部表面11)吸收，因为金属通常反射由CO2激光器发射的光的波长(10.2微米至10.6微米)。依照本发明，金属箍还提供有效热量传导以防止纤维末端处的温度上升过高，其能够汽化光学纤维的材料和/或引起光学纤维中的光学变化(例如作为纤维的包层和芯部内的掺杂物质(例如氟和锗)的扩散的结构，和/或产生热-机械残余应力，以避免应力诱发光学纤维中的双折射)。该纤维末端/端部表面通过激光束被软化或些微地融化(例如至约10微米的深度)以修复/平滑典型的表面瑕疵，但不以不期望的方式(如下面关于再成形到期望的较大曲率半径的描述)明显地改变纤维末端/端部表面的形状，因为光学纤维的材料不被汽化或过度地软化。该金属箍10不吸收或基本不吸收激光束的辐射，因为它反射激光束，从而金属箍10不被明显地加热。因此，在金属箍上基本没有或没有热影响(比如金属的相变，例如在升高的温度处从HCP到BCC的钛相变化，或钛表面的氧化)。
在不要求随后的机械研磨和/或抛光的情况下，该光学纤维20的激光抛光过的端部表面21实现期望的表面几何形状(例如表面形状)和表面属性(例如粗糙度)。这避免通常由这样的机械加工引入的高指数层的形成。
图6是相片图像，提供了激光抛光之后箍/纤维的端部表面区域的定性并排比较，显示了通过安装光学纤维在金属箍中实现的结果与在陶瓷箍中的对比。对于图6左侧的图A，依照本发明，光学纤维被保持在钛箍中且遭受激光抛光。对于图6右侧的图B，光学纤维被保持在氧化锆箍中且基于与图像A中入射激光束相同的参数遭受激光抛光，依照先前技术保持光学纤维在非金属箍中用于激光抛光(但为了对比的目的，激光束参数被选择以匹配图像A的)。图像A显示了对于箍端部表面11和纤维端部表面21大体没有损坏。然而，图像B显示了相当大的损坏，包括玻璃纤维的蒸发和氧化锆箍的融化，氧化锆中的相变和光学箍的开裂。
在另一实施例中，被连接的光学纤维的端部表面在上述激光抛光之前被预成形(例如通过机械研磨和/或激光成形)。为了符合特定行业标准，例如GR-326-CORE(用于单模光学连接器和跳线组件的通用要求，卷4)标准，可能必须在抛光纤维端部表面之前形成具有期望的表面轮廓箍端部表面。这通常利用粗抛光(例如使用12微米AlO2垫以手动抛光约30秒，包括外加压力和“图8”运动)通过研磨箍端部表面完成。在粗抛光过程期间，保持在箍中的光学纤维将可能同样被研磨，由此留下具有特定几何形状和表面粗糙度的纤维端部表面。依照本发明的激光抛光过程将减小光学纤维的表面粗糙度，如上所述。
要注意的是在粗抛光步骤之后，光学纤维的端部表面(和箍的端部表面)被预成形，以实现关于箍的端部表面的期望的纤维凹陷/突出(例如-150nm凹陷/+50nm突出)。作为这样预成形过程的结果，些微凸出的表面在纤维端部表面处被获得。在流行的行业标准下，纤维端部表面的可接受的曲率半径应该是在7至25毫米之间。
依照本发明，上述的激光抛光过程能够“松弛”纤维端部表面的凸面以实现更期望的更平坦的纤维端部表面(也就是在激光抛光之后纤维端部表面的曲率半径对比于激光抛光之前的纤维端部表面的曲率半径更大)。下列试验结果证明益处是可实现的。
情况1
纤维端部表面的激光抛光之前曲率半径＝7.88毫米。
纤维端部表面的激光抛光之后曲率半径＝8.82毫米。
情况2
纤维端部表面的激光抛光之前曲率半径＝5.59毫米。
纤维端部表面的激光抛光之后曲率半径＝12.07毫米。
因此，激光抛光还可在纤维端部表面经受与成形箍端部表面相关的粗抛光之后有效地“校正”纤维端部表面的曲率半径，由此减少与纤维端部表面相关的反射损耗。
而且，由先前机械研磨和/或抛光在纤维端部表面处引入的高指数层的情况下，发现依照本发明的激光抛光过程还能够使得在这个层中的纤维材料减少折射率，由此还减少反射损耗。由此如果在激光抛光之前在纤维端部表面处存在具有高指数膜/层的材料，材料层中的折射率在激光抛光过程期间通过激光束减小。因此，激光抛光还可在机械研磨和/或抛光之后有效“修整”材料的折射率。
图7A-B是照相图像，提供了在粗研磨过程之后，激光抛光之前和之后箍/纤维的端部表面区域的定性比较。图7B描述了与上述箍端部表面成形相关的12微米粗研磨之后，但在激光抛光之前的纤维端部表面。如所示，在纤维端部表面处的高表面粗糙度将引起散射和反射损耗。图7A描述了关于本发明的激光抛光之后的纤维端部表面。该纤维端部表面的激光抛光过的芯部/包层区域将显著地消除散射以显著地提高光传输。反射损耗在激光抛光之后也被显著地减少。
图8是图表，对比在粗研磨之后激光抛光之前和之后的纤维端部表面的反射损耗。曲线B表示与上述箍端部表面成形相关的纤维端部表面的12微米粗研磨之后，但在激光抛光之前，遭受的损耗。曲线A表示关于本发明的激光抛光纤维端部表面之后遭受的损耗。反射损耗在激光抛光之后被显著地减小，实际上，该反射损耗在通过本文中描述的过程激光抛光之后是良好或甚至更好的。
图9显示了关于单模光学纤维的插入损耗(IL)和反射损耗(RL)的某一行业标准的要求的表格。在表格的最后一行的四个标准之下，IL和RL数据被呈现用于比较，取样具有“nPP ”金属箍的被连接的光学纤维(单模)，其中纤维端部表面依照本文公开的本发明被激光抛光。如最后行的数据显示，对于已经依照本发明经受激光抛光的被连接的光学纤维，平均IL小于该列内列出的所有要求，且平均RL也符合或超过右边列的相应要求，且实际上符合一些标准列出的更严格的“目标”。
图10A和10B是柱状图，比较经受机械抛光和激光抛光的相似的被连接的光学纤维的纤维端部表面的IL损耗。图10A表示取样一批18具有“nPP”金属箍的被连接的光学纤维(UPC；单模)，其中该纤维端部表面(0-度角度)被依照本文中公开的发明激光抛光。在图10A中，各种行业标准的要求也在柱形图中被识别作为参考。如所示，对于这个取样，所有的RL数据显著地好于最小GR-326 UPC要求，且一些RL数据超过更严格的GR-326UPC目标，其中最好的RL数据接近于最严格GR-326 APC目标(其用于8-度角度的抛光纤维端部表面)。
图10B表示一批40相似的机械抛光的被连接的光学纤维的IL和RL数据的柱状图。如所示，该RL数据未能符合图10A中所示的任何要求。
另外的试验结果还证明激光抛光过的纤维端部表面能够实现与先前技术机械抛光过程相当甚至更好的反射和插入损耗，以及表面粗糙度。
在本发明的另一方面，被连接的光学纤维(例如在光学纤维跳线线缆)依照涉及上述的新型激光抛光过程的过程而被形成。该过程包括安装光学纤维在上述金属箍中，在接近箍的端部表面处切开光学纤维(替代地，一段切开的光学纤维被安装在金属箍中，其中纤维端部表面与箍端部表面大体对齐)，如上所述预成形该纤维端部表面(和箍端部表面)(例如通过机械研磨或激光切割/成形)，和如上所述根据本发明激光抛光该纤维端部表面。该纤维可通过已知的机械或激光切割过程被切开。例如，美国专利NO.8,740,029和专利申请公布号US2014-0083273 A1(其普通转让给本发明的受让人，且通过参考完全地并入本文)公开了机械划线和切开过程。
公开的创造性的激光抛光过程包括纤维端部表面曝光到激光束的2秒，其可充分减少与典型的机械抛光方法有关的时间和消耗成本(例如多个步骤抛光膜的成本)。创造性的激光抛光被连接的纤维还由于减少贯穿抛光过程涉及的步骤的数量而适合于完全自动。
尽管本发明已被参考优选实施例特别示出和描述，本领域技术人员将理解形式和细节中的各种改变可在不背离本发明的精神，范围和教义的情况下被做出。因此，公开的发明被认为仅仅是示意性的且仅受限于所附权利要求中的指定的范围。

Claims (23)

1.一种抛光被连接的光学纤维的端部表面的方法，所述方法包括：
提供金属箍；
安装光学纤维在箍中，其中纤维端部表面从箍端部表面暴露；以及
引导激光束在纤维端部表面处以抛光纤维端部表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在激光束被应用以抛光纤维端部表面之后抛光不需要任何机械抛光。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光束大体垂直于纤维端部表面被引导。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述激光束在纤维端部表面上散焦，其中所述纤维端部表面被布置在与激光束的焦点相距预定距离处。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定距离大于纤维端部表面的直径。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述激光束具有大于纤维端部表面的直径的光斑尺寸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述光斑尺寸为纤维端部表面的几倍大，以便纤维端部表面接收激光束的在激光束分布中大体均匀的一部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光斑尺寸是纤维端部表面的约2至20倍大。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述激光束的光学轴线与纤维端部表面的中心不对齐。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光束被引导以抛光纤维端部表面，以获得显著大于纤维端部表面的直径的曲率半径。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述曲率半径是在7至25毫米之间。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维端部表面在由激光束抛光之前具有第一曲率半径，其中所述激光束被引导以抛光纤维端部表面以获得第二曲率半径，且其中第二半径大于第一半径。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述曲率半径是在7至25毫米之间。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括在引导激光束抛光纤维端部表面之前，在光学纤维被安装到所述箍中的情况下磨箍端部表面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述纤维端部表面在研磨之后但在由激光束抛光之前具有第一曲率半径，其中所述激光束被引导以抛光纤维端部表面以获得第二曲率半径，且其中第二曲率半径大于第一曲率半径。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述曲率半径是在7至25毫米之间。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述纤维端部表面具有材料层，所述材料层在研磨之后但在由激光束抛光之前具有第一折射率，其中所述激光束被引导以抛光纤维端部表面以获得第二折射率，且其中第二折射率小于第一折射率。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属箍具有至少一个孔以用于接收光学纤维用于安装，其中没有粘合剂被应用于光学纤维和箍之间。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述箍包括两个箍半部，其一起限定孔，且其中所述光学纤维通过将箍半部一起夹在接收在孔中的光学纤维上而被安装。
20.一种形成被连接的光学纤维的方法，所述方法包括：
提供金属箍；
安装光学纤维在箍中，其中纤维端部表面从箍端部表面暴露；
在引导激光束抛光纤维端部表面之前，在光学纤维被安装在箍中的情况下研磨箍；以及
引导激光束在纤维端部表面处以抛光纤维端部表面。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述纤维端部表面在研磨之后但在由激光束抛光之前具有第一曲率半径，其中所述激光束被引导以抛光纤维端部表面以获得第二曲率半径，且其中第二半径大于第一半径。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述纤维端部表面具有材料层，所述材料层在研磨之后但在由激光束抛光之前具有第一折射率，其中所述激光束被引导以抛光纤维端部表面以获得第二折射率，且其中第二折射率小于第一折射率。
23.一种被连接的光学纤维，包括：
金属箍；以及
被安装在箍中的光学纤维，其中纤维端部表面从箍端部表面暴露，其中所述纤维端部表面通过权利要求1中所述的方法被抛光。
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