CN109143472A - 制造弯曲光纤的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造弯曲光纤的装置和方法。该装置和方法使得在使用红外激光来形成弯曲部分时，光纤的被照射表面与后表面之间，以及位于中间的光纤与位于两侧的光纤之间的温度分布均匀。制造由光纤形成的具有弯曲部分的弯曲光纤的装置包括：弯曲形成机构，其保持光纤并形成弯曲部分；光纤供给机构，其将光纤朝向弯曲形成机构供给；光源机构，其包括向形成弯曲部分的光纤的周部的一部分发射激光的光源；以及后反射部件，其布置为与光源相对，并且光纤设置在后反射部件与光源之间。

Description

制造弯曲光纤的装置和方法
技术领域
本发明涉及制造包括弯曲应力已被降低的弯曲部分的弯曲光纤的装置以及制造该弯曲光纤的方法。
背景技术
为了使电子基板与设备的内部布线或外部传输路径彼此光学连接，使用包括嵌入式光纤的光连接元件。随着安装到电子基板上的光学模块尺寸的减小，需要减小在这种光学模块附近使用的光纤的高度。因此，国际公开No.2015/076105披露了一种通过照射红外激光束来制造弯曲光纤的技术。
发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种制造包括弯曲应力已被降低的弯曲部分的弯曲光纤的装置以及制造该弯曲光纤的方法，该装置和方法能够使得在使用红外激光使光纤具有弯曲部分时，光纤的被红外激光束照射的被照射表面与光纤的与被照射表面相反的后表面之间的温度差减小，并且使得在使并排排列的多个光纤中的每一个具有弯曲部分时，多个光纤中的位于中间的光纤以及位于两侧的光纤之间的温度差减小。
根据本发明的制造包括弯曲应力已被降低的弯曲部分的弯曲光纤的制造装置包括：弯曲形成机构、光纤进给机构、光源机构和后反射部件。弯曲形成机构保持光纤并形成弯曲部分。光纤供给机构将光纤朝向弯曲形成机构供给。光源机构包括光源并向光纤的整个周部的一部分发射激光束。后反射部件布置在隔着朝向弯曲成形机构供给的光纤而与光源相对(面对)的位置。
根据本发明的制造装置还可以包括：侧反射部件，其布置在与被送出的光纤的外周侧表面相对(面对)的位置处。被送出的光纤可以包括在并排排列的多个光纤中，并且根据本发明的制造装置可以包括设置在多个光纤中的相邻光纤之间的侧反射部件。光源机构可以包括激光扫描单元，激光扫描单元使激光束沿与光纤被送出的方向相交的方向进行扫描。
根据本发明的制造包括弯曲应力已被降低的弯曲部分的弯曲光纤的方法包括：通过在已沿预定方向被送出的光纤中产生应力来形成弯曲部分；以及从布置在预定位置处的光源朝向光纤中产生应力的位置发射激光束。由光源发射的激光束的一部分被布置在被送出的光纤附近的反射部件反射，并且被朝向(转向)光纤。
根据本发明的制造包括弯曲应力已被降低的弯曲部分的弯曲光纤的装置和方法，可以减小弯曲光纤的质量发生变化的可能性。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个方面的制造弯曲光纤的装置的概念图。
图2是示出在图1所示的制造弯曲光纤的装置中通过光纤供给机构夹设光纤的状态的概念图。
图3是示出图1所示的制造弯曲光纤的装置中的弯曲形成机构的概念图。
图4是示出根据本发明的一个方面的制造弯曲光纤的方法中的弯曲工艺的示图。
图5是示出在图1所示的制造弯曲光纤的装置中的反射部件的第一实施例的示图。
图6是示出在图1所示的制造弯曲光纤的装置中的反射部件的第二实施例的示图。
图7是示出在图1所示的制造弯曲光纤的装置中的反射部件的第三实施例的示图。
图8是示出在图1所示的制造弯曲光纤的装置中的反射部件的第四实施例的示图。
具体实施方式
以下将参考附图描述根据本发明的制造弯曲光纤的装置的优选实施例以及根据本发明的制造弯曲光纤的方法的优选实施例。
当通过使用红外激光束来弯曲光纤时，期望的是使光纤的被激光束照射的被照射表面与光纤的和被照射表面相反的后表面之间的温度分布均匀。更具体地说，包括在光纤中的石英玻璃在中红外区域(2.5μm至4.0μm)和远红外区域(4μm至1,000μm)中具有1％以下的透射率。换言之，大部分激光束由被照射表面吸收，并且激光束不太可能到达与被照射表面相反的后表面(产生阴影一侧的表面)。因此，产生了温度从被照射表面朝向后表面降低的温度梯度。因此，存在被照射表面变得比后表面更软并且被拉伸的情况，这进而导致光纤直径的减小。存在另一情况：当后表面的温度变得低于被照射表面的温度，并且后表面不以恒定曲率弯曲或在后表面发生变形时，这导致弯曲失败且损失增加。
为了密集地安装用于光通信的电子元件，存在多个弯曲光纤并排排列的光学连接元件(也称为光纤阵列)。在这种情况下，当红外激光束照射到该元件上时，位于中间的光纤既接收到激光束，也接收到来自相邻光纤的辐射热。与之相反，位于两侧的光纤较少能接收到来自相邻光纤的辐射热。因此，产生了温度从位于中间的光纤朝向位于两侧的光纤降低的温度梯度。期望的是使位于中间的光纤与位于两侧的光纤之间的温度分布均匀。
图1是示出根据本发明的一个方面的制造弯曲光纤的制造装置1的概念图。制造装置1包括：作业台10、光纤供给机构20、弯曲形成机构30、光源机构40、后反射部件50以及控制单元60。
作业台10包括：具有平板状形状的基座11、保持架12和支撑架13。光纤供给机构20安装在保持架12上，并且弯曲形成机构30、光源机构40和后反射部件50安装在支撑架13上。支撑架13固定在基座11上，而保持架12能够相对于基座11移动。更具体地说，保持架12和支撑架13通过沿图1中的X轴方向延伸的导轨14而彼此连接，并且导轨14可旋转地被支撑架13支撑，并且另一方面，导轨14在延伸穿过保持架12的同时与保持架12的螺纹槽接合。因此，当驱动单元15使导轨14沿预定方向旋转时，保持架12在图1中的箭头M2的方向(负X轴方向)上沿导轨14而朝向支撑架13移动。
图2是示出当从驱动单元15观看时(当从制造装置1的后侧观看时)在制造弯曲光纤的制造装置1中通过光纤供给机构20夹设光纤的状态的示图。光纤供给机构20包括保持光纤F的后端的光纤锚固元件21。应注意到，还可以在与光纤F的后端相反的光纤F的前端处设置连接器。
光纤锚固元件21包括V型槽基板22和盖24，并且V型槽基板22在V型槽23朝上(沿图2中的正Z轴方向)开口的状态下被放置在保持架12上。V型槽23沿X轴方向形成，并且光纤F可以被支撑在V型槽23中。应注意到，例如，根据本实施例的四个V型槽23沿图2中的Y轴方向形成并排列。
盖24形成为平板状形状并且覆盖V形槽23从而限制光纤F的朝上移动。保持光纤F的后端的光纤锚固元件21利用固定夹具25固定在保持架12上。光纤F中的每一个由硅基玻璃制成并且具有芯部和包层，并且例如，均沿图2中的X轴方向延伸的四个光纤F沿图2中的Y轴方向排列。在光纤F中的每一个的至少形成弯曲部分的区域中，预先去除覆盖玻璃部分的树脂涂覆层。
应注意到，光纤F中的每一个可以是包括单个芯部的单芯光纤，或者可以是包括多个芯部的多芯光纤。另外，在本实施例中，尽管已描述了四个光纤F沿Y轴方向排列的情况，但也可以朝向弯曲形成机构30供给例如一个光纤F。
图3是示出制造弯曲光纤的制造装置1中的弯曲形成机构30的示图。图3的左半部分示出了当如图1中那样从负Y轴方向观看时的弯曲形成机构30。图3的右半部分示出了当从制造装置1的正面观看时(当从负X轴方向观看时)的弯曲形成机构30。弯曲形成机构30包括马达(例如，步进马达)31，并且马达31的旋转轴32沿图3中的Y轴方向延伸并且可旋转地被图1所示的支撑架13支撑。
旋转轴32与具有圆形形状的支撑板33形成为一体，并且支撑板33固定有一对弯曲杆34和35。更具体地说，弯曲杆34和弯曲杆35均形成为例如圆棒状形状并且排列在支撑板33的表面上，从而沿图3中的Y轴方向延伸。弯曲杆34和弯曲杆35布置为二者间具有间隙，并且可以将光纤F保持在该间隙中。间隙中的中间点对应于例如光纤F的供给位置。应注意到，优选的是，间隙是光纤F中的每一个的包层的外径的2倍以上且4倍以下，并且间隙优选为例如500μm以下。
如图1所示，支撑架13的上部设置有光源机构40。光源机构40包括光源41和激光扫描单元42。光源41能够发射具有例如1.5μm以上的波长的近红外区域中的激光束，并且激光扫描单元42能够沿光纤F排列的方向(图1中的Y轴方向)进行扫描。应注意到，可以通过使用中红外区域中的激光束或远红外区域中的激光束来形成弯曲部分。
相反，后反射部件50布置在与光源41相对的位置，并且光纤F位于在后反射部件50与光源41之间。这使得后反射部件50能够反射由光源41发射的激光束的一部分并且使被反射的激光束朝向光纤F的后表面。应注意到，后反射部件50优选由相对于近红外区域中的激光束的波长具有优异的耐久性和高反射率的材料(例如，金、银或铝)制成。另外，优选的是后反射部件50的表面是粗糙的并且具有能够实现漫反射的形状，或者优选的是后反射部件50的表面是反射镜并且具有能够实现镜面反射的形状。
控制单元60包括中央处理单元(CPU)、存储器等，并且可以通过将存储在例如包括在存储器中的只读存储器(ROM)中的不同程序和数据加载到随机存取存储器(RAM)中并且执行这些不同程序而将信号输出到驱动单元15、马达31和光源机构40，从而控制制造装置1的运转。
图4是示出根据本发明的另一方面的制造弯曲光纤的方法中的弯曲工艺的示图，并且图5是示出制造弯曲光纤的制造装置1中的反射部件的第一实施例的示图。如图4所示，从锚固元件21的位于弯曲形成机构30所布置的一侧的端表面到旋转轴32的轴线的距离将被称为距离L，并且从旋转轴32的轴线到弯曲杆34和弯曲杆35之间的中点(上述间隙中的中点)的距离将被称为距离r。
光纤F的一部分被夹设在弯曲杆34和弯曲杆35之间，并且使马达31沿图4中的箭头M1的方向旋转。更具体地说，弯曲杆34和弯曲杆35围绕旋转轴32沿相同的方向相对于光纤F送出的方向(图4中的负X轴方向)旋转角度θ(例如，优选为5度以下)，使得在光纤F的一部分中产生应力(在光纤F的被照射表面中产生拉应力(将在后文中描述)，并且在光纤F的后表面中产生压应力)。然而，在这种情况下，光纤F的弯曲部分有时可能相对于旋转轴32的轴线的延长线(平行于Y轴的假想线)朝下偏移。
相应地，当光纤锚固元件21沿图4中的箭头M2的方向移动一定距离时，使光纤F的已产生应力的部分移动到旋转轴32的轴线的延长线上。在这之后，通过使用光源机构40和后反射部件50，将激光束照射到光纤F的处于旋转轴32的轴线的延长线上的部分上。
更具体地说，如图5所示，当从光纤F上方的位置照射激光束时，光纤F中的每一个被光源41直接照射，并且被激光束(包括由后反射部件50反射的激光束的一部分)以及加热相邻光纤F的热射线从所有方向加热。应注意到，作为通过使用激光束加热光纤F的结果，还可以减小在弯曲部分中产生的应力。随后，重复光纤F中应力的产生、光纤F的供给以及激光束的照射，从而可以在光纤F中形成弯曲部分。
如上所述，由于来自光源机构40的激光束被照射到被送出的光纤F上，并且还被后反射部件50反射从而被照射到光纤F的后表面上(从光源41观看时产生阴影的一侧的表面)，因此当使用近红外区域中的激光形成弯曲部分时，被照射表面与后表面之间的温度分布均匀。结果，可以减少弯曲光纤质量发生变化的可能性。
另外，通过使激光束沿着光纤F排列的方向进行扫描，可以扩大激光束的照射范围。特别地，即使在将光纤F以光纤阵列的形式送出的情况下，也可以使位于中间的光纤F与位于两侧的光纤F之间的温度分布均匀。
图6是示出制造弯曲光纤的制造装置1中的反射部件的第二实施例的示图。除了布置在与光源41相对的位置处且光纤F置于其与光源41之间的后反射部件50外，在与位于两侧处的光纤F的外周侧表面相对的位置处可以设置侧反射部件51。结果，后反射部件50反射由光源41发射的激光束的一部分并使被反射的激光束朝向光纤F的后表面，并且另外侧反射部件51可以反射由光源41发射的激光束的一部分并使被反射的激光束朝向光纤F的外周侧表面。以这种方式，来自光源机构40的激光束的一部分被侧反射部件51反射并且还照射到光纤F的外周侧表面，并且由此可以使被照射表面与外周侧表面之间的温度分布均匀。
图7是示出制造弯曲光纤的制造装置1中的反射部件的第三实施例的示图。后反射部件50可以形成为具有平坦表面、凹形表面和凸形表面中的任一者。应注意到，在后反射部件50具有凸形表面的情况下，可以将容易被不均匀地分布到位于中间的光纤F的高温区域分布到位于两侧的光纤F。另外，在后反射部件50具有相对于光纤F足够小的曲率的凹形表面的情况下，后反射部件50可以具有用作后反射部件和侧反射部件两者的作用，如图7所示的后反射部件53那样。
图8是示出制造弯曲光纤的制造装置1中的反射部件的第四实施例的示图。在第一实施例至第三实施例中，尽管假设了相邻光纤F之间的距离较小的情况，但存在相邻光纤F之间的距离较大并且光纤F中的每一个不太可能接收来自相邻光纤F的辐射热的情况。在这种情况下，可以在相邻光纤F的外周侧表面之间设置侧反射部件52。结果，侧反射部件52中的每一个可以反射由光源41发射的激光束的一部分，并且使被反射的激光束朝向相应的相邻光纤F的外周侧表面。应注意到，优选的是，侧反射部件51和侧反射部件52中的每一个具有凹形表面，以便容易使被反射的激光束朝向光纤F。
在第一实施例至第四实施例中，已经作为实例描述了这样的情况：光源机构40设置在支撑架13的上部并且后反射部件50设置在光纤F的下方。然而，光源机构40可以设置在光纤F的下方，并且后反射部件50可以设置在支撑架13的上部。在这种情况下，如果光纤F夹设在弯曲杆34和弯曲杆35之间，使马达31沿着与图4中的箭头M1的方向相反的方向旋转，并且光纤锚固元件21沿与图4中的箭头M2的方向相反的方向移动，则光纤F将位于旋转轴32的轴线的延长线上。
本文披露的实施例在所有方面都是示例，并且本发明不应被认为限于这些实施例。本发明的范围不是由上述含义来确定，而是由权利要求来确定，并且意图是将与权利要求等同的含义以及权利要求范围内的所有修改包括在本发明的范围中。

Claims (5)

1.一种制造弯曲光纤的制造装置，所述弯曲光纤包括弯曲应力已被降低的弯曲部分，所述制造装置包括：
弯曲形成机构，其保持光纤并形成所述弯曲部分；
光纤供给机构，其将所述光纤朝向所述弯曲形成机构供给；
光源机构，其包括向所述光纤的整个周部的一部分发射激光束的光源；以及
后反射部件，其隔着朝向所述弯曲成形机构供给的所述光纤而与所述光源相对。
2.根据权利要求1所述的制造装置，还包括：
侧反射部件，其布置在与被送出的所述光纤的外周侧表面相对的位置处。
3.根据权利要求2所述的制造装置，
其中，被送出的所述光纤包括在并排排列的多个光纤之中，并且
所述侧反射部件设置在所述多个光纤中的相邻光纤之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造装置，
其中，所述光源机构包括激光扫描单元，所述激光扫描单元使所述激光束沿与所述光纤被送出的方向相交的方向进行扫描。
5.一种制造弯曲光纤的方法，所述弯曲光纤包括弯曲应力已被降低的弯曲部分，所述方法包括：
通过在已沿预定方向被送出的光纤中产生应力来形成弯曲部分；以及
从布置在预定位置处的光源朝向所述光纤中产生应力的位置发射激光束，
其中，由所述光源发射的所述激光束的一部分被布置在被送出的所述光纤附近的反射部件反射并且被朝向所述光纤。
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