CN1087431C - 光纤反射器 - Google Patents

Abstract

光纤(1、1′)的纤芯(3)中的气泡(23)构成对该光纤中传播的光波的宽带反射器。光纤端头(3)首先被剥开并以常规方法切割，之后，在纤芯的端面区用浸蚀法形成一个小坑(13)。为此光纤端头用稀释氢氟酸处理，氢氟酸浸蚀较高掺杂的纤芯(3)比包层(5)要快。然后对浸蚀过的光纤端头焊接至标准光纤，结果得到一个接头，此处在纤芯内密闭有期望的气泡(23)。然后所制成的反射器反射率的大小可以通过反复加热以焊接接头(21)的同样方法，和/或通过用除空气以外的另一种介质充入气泡(23)或通过用一种适当的物质，如金属，覆盖于气泡一内壁的方法加以改变。

Description

光纤反射器

技术领域

本发明涉及一种制造光纤反射器的方法，一种利用该方法制造的光纤反射器以及将该光纤反射器用于验证光学网络功能的用法。背景

光纤内部反射有多种用途，例如用作传感器和用于验证光纤光学网络的功能的应用等。在光纤中传播的光在反射器处反射，并且反射光能够被检测。

现有技术

用于在光纤中形成内部反射的光学反射器和制造这些反射器的方法曾在专利US-A4,892,388和US-A4,400,056中说明过。然而，以前的方法十分繁琐，因此需要提供一种简单的光纤反射器制造方法。

在专利US-A5,210,801中披露了平面波导或矩形截面波导构成的光学组件，构件中有一个空穴与波导芯相邻，但是从未如此放置以致于波导芯的物质直接位于该空穴处。制造这些组件是通过传统的、处理工艺的、相当繁琐和昂贵的、用于制造电子集成电路和光学平面电路的方法完成的。

发明说明

本发明的目的是提供一种在光纤中形成内反射的简单方法。

本发明的目的也是为了提供一种光纤，它具有一种能在光纤内形成内反射的内反射器。

以上所提到的目的可由本发明达到，其详细的特点列在所附的权利要求中。

因此，利用浸蚀法或焊接法，一个在多数情况下充满空气的气泡，即一个小空穴受控地被引入光纤的芯中，由此获得一个宽带的光纤反射器。光纤的末端首先剥开，即除去光纤外保护层，然后用常规方法切割以得到一个基本上平的端面，它基本上与光纤末端轴向相垂直，在此之后在这样形成的端面中，在芯区，即纤芯在端面上终止的区域内形成一个小坑或凹槽。该坑可通过某些机械方法诸如研磨或用激光束处理端面以除去适当部位的物质来制造。但是化学处理较好，其中光纤末端用例如稀释的氢氟酸或它与类似物质诸如氟化铵之类的混合物浸蚀。由于较高掺杂的纤芯要比包层浸蚀得快，因此可以得到一凹槽。然后浸蚀过的光纤末端和标准光纤连接或接合，在优选情况下焊接于，标准光纤，该光纤在优选情况下具有基本上平的端面，该端面以通常方式切割且基本上垂直于该光纤末端的纵向方向光纤，这样连接的结果是在纤芯中包含了一个气泡。反射的大小可以通过对接合或连接区以与焊接相同方式进行反复加热和/或通过在气泡中填入空气之外的其它介质或通过用适当的材料，如金属覆盖其内壁之一的方法来改变。

一般来讲，光纤有纤芯和包裹纤芯的包层。为了制备一个反射器，在光纤内安置一个空穴，它特别地置于纤芯内。该空穴一般完全被光纤材料所包围，并且如此靠近纤芯，以致被引入并且沿光纤传播的光会为空穴明显干扰，致使部分被反射。这可以因以下事实导致，即纤芯材料扩展直至空穴，尤其是这个空穴被纤芯中材料基本上完全封闭或完全包围。对于一种按照上述所讨论的方法的产品，空穴基本上是一个透镜形状或压扁的椭球体形状，具有两个相对的、大拱形或弧形的面。然后纤芯的材料至少要扩展到这两个大曲面的中心部位。同样扩展到这些曲面除外部边缘小区域之外的所有部位。

可以在空穴内加入物质以增加空穴对在光纤中传播的光波的反射能力。这样的物质可以特别地具有与空穴周围的材料和光纤材料不同的反射指数，或它可能是一种金属材料。这种物质，就金属材料而论，基本上呈固体状态，然后仅在空穴的一个表面上沉积一层该物质，该表面可为根据上面所说的大表面之一，或者一般只为向着波导芯或位于波导芯的表面，或仅为基本上指向一个方向，光纤的纵向方向的表面。

插图说明

现在根据不加限制实施方案和附图来详细说明本发明，其中

图1，给出被浸蚀端面的光纤末端，

图2，给出有密闭空穴的接合光纤，

图3，图示光纤端面的处理方法，

图4，给出光纤接合的示意图，

图5，给出光纤的被覆盖末端的剖面，

图6，给出与图5一致的被覆盖光纤末端的剖面，但部分覆盖层区被除去，

图7，给出用作验证光学网络功能的光纤内部反射。

优选实施方案说明

图1显示了光纤1的末端，它一般包含纤芯3，纤芯周围的包层5及外保护层7。对于用于远程通讯的普通石英玻璃光纤，纤芯3和包层5是由通过适当掺杂而制得的反射指数不同的石英玻璃所构成，外保护层由某种聚合物制成。制造内反射器时，第一步是从光纤的一端剥去一段适当长度的外保护层7。然后把光纤的这一端浸入容器9，如图3所示，该容器装有用水稀释的氢氟酸形式的浸蚀液，该浸蚀液也可能在通过以11表示的搅拌器搅拌过程中混入了氟化铵NH₄F。当用上面提到的一种溶液浸蚀玻璃光纤时，较高掺杂的纤芯3将比包层5浸蚀得快。于是就在光纤端面形成一个小坑或凹槽13，见图1。小坑13可以大体上正好位于光纤正中央3，取决于光纤的类型。然而纤芯与包层之间的端面内的连续过渡总是能得到的，对于步级指数光纤也一样。

然后把芯区内有小坑或凹槽13的光纤1端面与另一根光纤的端面接合。接合过程，方便用熔焊法完成，其中加热可以某种方式，例如利用将在后面介绍的电弧，利用激光束，氢气焰等来完成，完全的机械接合也是可取的，如借助在适当的固定物上开V字槽的方法。

这样在一个端面上带有小坑13的光纤1作为光纤之一插入通常如15设计的光纤焊接装置，其中心部分如图4所示。然后光纤段1固定在夹具17的导轨中，夹具17在焊接机15中被置于支架19上。在相对的夹具17′上放置类似光纤1′，它用常规方法整齐切割但没有作形成小坑13的处理。在光纤焊接机15中，电极20之间通以高压电，由此两极间形成电弧。它产生热量，使两光纤1和1′的端头熔化。这两光纤端头在焊接阶段中被相当接近地放置。当光纤端头熔化得足够好时，把它们彼此稍稍挤压，这样熔化的物质流到一起而且光纤端头彼此焊在了一起，之后通过切断电极20间的电源切断电弧，最后让形成的接合部冷却。

如图2所示得到的组合光纤包括了光纤1和1′的在焊接区21彼此焊接在一起的端头。由于在其中一根光纤的端头有一小坑13，焊接之后，在经接合-焊接的光纤的纤芯中就形成了一个小气泡或空穴23。就象现在所可能观察到的一样，气泡完全密闭在纤芯内，并且任何情况下，这气泡总是位于纤芯的区域内，即在光纤的中心部位，该处的反射指数是变化的并且不同于光纤包层的主要部分的反射指数。气泡23在纤芯中是一个不连续点。对于在光纤中传播的电磁波起着反射器或镜子的作用。

所得到的气泡必须有这样一种能影响沿光纤传播的光波的辐射场的尺寸。那就是说气泡大小一般要与纤芯直径有相同的数量级，气泡的最小截面长度，一般等于沿光纤纵向方向所看到的气泡宽度，例如必须超过纤芯直径的1/5或1/10。更进一步地说，这气泡不应彻底干挠光波的传播，因为在多数情况下，还是希望光波在光纤中继续向前传播，尽管强度有所减弱。

在光纤1和1′彼此熔接之后，通过进一步加热，例如借助焊接装置15的电弧，使被焊接头处熔融或接近熔融，可以在某种程度上改变所得气泡的大小，并且因此气泡23的反射也有所改变。在该进一步加热过程中密闭气泡的尺寸也会越来越小，那么反射能力或换一种说法衰减也会越来越小。

由这种方式在纤芯区产生的气泡23引起对不同波长光的反射。目前通过制造条件的变化，可以改变反射能力从-20db并往下降。

由密封气泡23引起反射能力增加的方法可以是，在接合光纤端头之前，用除空气外的另一物质填充浸蚀出的小坑13。一个这样的例子示意在图5和6中。在图5中给出一段有一个浸蚀得到的小坑13的光纤端头的剖面，在该光纤末端整个面上，即特别是在垂直切割而成的平的端面上和小坑13上，沉积有一个金属层25。这层25可以是用如蒸发法这样的沉积方法覆盖的金属层。其后该层25的大部分被从光纤的端面上除去，如图6的剖面所示。如果对光纤端面用适当的方法来打磨，那么金属材料将留在小坑13中，而端面其它部分则不会再有。留在小坑13中的材料27将增加制成光纤中的反射，这种光纤是用与上述一样的方法，把光纤1的端头与另一具有未经特殊处理端面的光纤焊在一起得到的。

图7简要说明了用这种方法生产的有一个密闭气泡或不连续点的光纤1、1′是怎样用于检测光纤网络运行的，比照申请号为第WO90/06498号的国际专利申请说明。监控单元29，它可以例如利用OTOR(光学时间域反射表)，以适当方法与光纤网络中的主线31耦合。主线31进一步和光耦合器33相连，从这里单个支线39向外延伸。在每条支线35中，都连接有包括在接头中制成的反射器21的接合的光纤1、1′所组成的焊接组件。监控单元29发射光脉冲进入主线31，并进一步分配给支线35。发射光由光纤组件1、1′中的反射器所反射，监控单元29探测返回的光。如果反射器21位于离监控单元29不同的光学距离处，那么来自不同支线35的反射就能区分。如果某支线35中存在一种中断，那么来自该支线中的反射器21的较早反射就会停止，由此就可能判断所连支线35中哪一根是坏的或不正确的。在这种情况下，监控单元29就可以输出一个警告或适当信号指明讨论中的支线出现错误。

Claims (24)

1.具有纤芯及其周围的包层的光纤，该光纤包括一个反射器，其特征在于所述反射器是由光纤中的空穴实现的，所述空穴用于反射沿光纤传播的光。

2.根据权利要求1的光纤，其特征在于空穴是在纤芯中。

3.根据权利要求1的光纤，其特征在于所说空穴以如此方式存在使得沿该光纤传播的光在相当程度上被该空穴干扰，以致光被部分反射。

4.根据权利要求1的光纤，其特征在于纤芯中的材料伸展直至所说空穴。

5.根据权利要求1的光纤，其特征在于所说空穴基本上为纤芯材料完全包围。

6.根据权利要求1的光纤，其特征在于所说空穴基本上是透镜形状或基本上为扁平椭球体形状，包括相对的、大的弧形或拱形面，并且在于纤芯的材料扩展直至这些大表面之一的至少中心部位。

7.根据权利要求1的光纤，其特征在于在空穴中加入一种物质以提高空穴对在光纤中传播的光波的反射能力。

8.根据权利要求7的光纤，其特征在于，所述物质具有与空穴周围光纤的材料不同的反射指数，或是金属材料。

9.根据权利要求7的光纤，其特征在于所说物质基本上是固态，而且被覆盖在空穴的仅仅一个表面上，它朝向被空穴所截的纤芯的一部分或一侧上。

10.根据权利要求9的光纤，其特征在于所说物质被覆盖在空穴的仅仅一个表面上，它朝向被空穴所截的纤芯的一部分或一侧上。

11.在包含纤芯的光纤中制造一种反射器的方法，其特征在于—在光纤的第一段的端面内，制造一个凹槽，—所说端面连接于光纤第二段的端头。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于所说端面通过熔接或焊接而连接于光纤第二段的端头。

13.根据权利要求11的方法，其特征在于，所说端面的所说凹槽仅在有关纤芯端面的范围内形成。

14.根据权利要求11的方法，其特征在于为制作该凹槽，所说第一段的所说端面用化学方法处理

15.根据权利要求14的方法，其特征在于对所说第一段的所说端面进行浸蚀。

16.根据权利要求11的方法，其特征在于，为制作该凹槽，所说第一段的所说端面用一种物质浸蚀，它对于该第一段纤芯中的材料与该第一段纤芯外的材料有不同的浸蚀速度。

17.根据权利要求11的方法，其特征在于，为制作该凹槽，所说第一部分的所说端面用氢氟酸或其与氟化铵的混和物来处理。

18.根据权利要求11的方法，其特征在于于凹槽内加入一种可提高空穴对在光纤中传播光波的反射能力的物质。

19.根据权利要求11的方法，其特征在于在连接于所说第二段光纤前，所述物质具有与空穴周围的光纤材料不同的反射指数，或是金属材料。

20.根据权利要求11的方法，其特征在于连接于所说第二段光纤之前，在第一段的所说端面覆盖上一层能提高空穴对在光纤中传播光的反射能力的物质，此后将端面磨平，以便该层在端面上除凹槽处外的其它部分都已除去。

21.根据权利要求20的方法，其特征在于所述物质具有是与空穴周围光纤材料不同的反射指数，或是金属材料。

22.根据权利要求11的方法，在通过熔化待相接光纤段的彼此相对端面使这些光纤段连接的情况下，其特征在于在连接第二段光纤之后，将连接点加热至接近该光纤段熔点以降低所制成反射器的反射能力。

23.根据权利要求1-10之一的光纤在包括一条主线和若干与之相连的支线的光学网络中的使用，其特征在于—监测单元与主线相连放置，—光纤段，每一个包括一个反射器，被置于每条支线上，这些反射器位于距离监测单元的不同的大光距处；—监测单元是安排用来探测来自反射器的反射光，并且在来自反射器的反射光未能探测到时提供一种信号或用某种其它方式指明。

24.包括一条主线和若干与之相连支线的光学网络，其特征在于—监测单元相连于所说主线；—各自包括一个反射器的光纤段连接在每一支线上，因而所说反射器位于与监测单元的不同的大的光学距离处；—监测单元是安排用来探测来自反射器的反射光，并且在来自反射器的反射光未被探测到时提供一种信号或用某种其它方式指明。

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