CN109459825B - 用于制造具有弯曲部分的光纤的装置和方法 - Google Patents

用于制造具有弯曲部分的光纤的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有弯曲部分的光纤的装置和方法，该装置包括：旋转机构，其包括握持光纤的一侧的握持部件和使握持部件旋转的旋转部件，光纤包括玻璃光纤部分和覆盖玻璃光纤部分的覆层；引导部件，其固定在与旋转机构间隔开的位置处，并构造为保持光纤的松配合在引导部件中的另一侧；以及加热机构，其构造为对玻璃光纤部分的暴露并延伸出覆层的部分进行加热，该部分介于握持部件与引导部件之间。通过使旋转部件逆时针旋转给定角度，玻璃光纤部分在被加热的同时从引导部件被拉动并以预定的曲率弯曲。

Description

用于制造具有弯曲部分的光纤的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于制造具有弯曲部分的光纤的装置和方法。
背景技术
光学组件的尺寸越来越小。因此，当光纤的一端竖直连接到安装有光学元件(例如，光发射元件、光接收元件或光学电路)的基板上并且光纤的该一端面向基板时，需要减小基板上方光纤的轮廓(高度)。为了使轮廓降低，光纤需要在其端部附近以小半径弯曲。例如，WO2010/044273披露了一种光纤成形装置。当使用移动单元和非接触加热单元弯曲光纤时，光纤成型装置使用具有可调角速度的旋转夹具来弯曲光纤。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用简单的构造和技术来制造弯曲光纤的装置和方法。
(1)根据本发明的实施例的用于制造具有弯曲部分的光纤的装置，包括：旋转机构，其包括握持光纤的一侧的握持部件和使所述握持部件旋转的旋转部件，所述光纤包括玻璃光纤部分和覆盖所述玻璃光纤部分的覆层；引导部件，其固定在与所述旋转机构间隔开的位置处，并构造为保持所述光纤的松配合在所述引导部件中的另一侧；以及加热机构，其构造为对所述玻璃光纤部分的暴露并延伸出所述覆层的部分进行加热，所述部分介于所述握持部件与所述引导部件之间。
在上述装置中，(2)所述握持部件在所述覆层处于所述握持部件与所述玻璃光纤部分之间的状态下可以握持所述玻璃光纤部分，并且所述引导部件可以允许暴露并延伸出所述覆层的所述玻璃光纤部分松配合在其中。在上述装置中，(3)所述引导部件可以包括由玻璃制成的V形槽基板和平坦基板。在上述装置中，(4)所述引导部件可以由其中具有毛细管的玻璃毛细管部件形成。在上述装置中，(5)光纤可以是通过将多个平行排列的玻璃光纤部分组合在一起而形成的光纤带。
(6)根据本发明的另一实施例的用于制造具有弯曲部分的光纤的方法，包括：附接步骤，使用旋转机构的握持部件握持光纤的一侧，并且保持所述光纤的松配合在引导部件中的另一侧，所述光纤包括玻璃光纤部分和覆盖所述玻璃光纤部分的覆层，所述引导部件固定在与所述旋转机构间隔开的位置处；弯曲步骤，通过使所述旋转机构沿所述握持部件远离所述引导部件移动的方向旋转并且对暴露并延伸出所述覆层的所述玻璃光纤部分施加应力而在所述玻璃光纤部分中形成弯曲部分；以及加热步骤，对所述弯曲部分进行加热以释放来自所述弯曲部分的应力。
在上述方法中，(7)所述附接步骤可以包括：在所述覆层位于所述握持部件与所述玻璃光纤部分之间的状态下使用所述握持部件握持所述玻璃光纤部分，并且允许暴露并延伸出所述覆层的所述玻璃光纤部分松配合在所述引导部件中，并且所述方法还可以包括：在所述加热步骤之后的引导部件固定步骤，在所述弯曲部分介于所述引导部件与所述玻璃光纤部分之间的状态下将所述引导部件固定到所述玻璃光纤部分；切割步骤，切掉所述玻璃光纤部分的端部，所述端部沿远离所述覆层的方向从所述引导部件突出；以及研磨步骤，对所述玻璃光纤部分的端面和所述引导部件进行研磨，所述端面位于所述玻璃光纤部分的所述端部已被切掉的一侧。
在根据上述实施例的装置和方法中，光纤由旋转机构的握持部件握持。这意味着通过简单地旋转握持部件，可以从引导部件拉动光纤，并且不需要添加在光纤的纵向方向上馈送光纤的任何设备。利用仅具有旋转机构的这种简单构造，该装置可以制造弯曲的光纤。
附图说明
图1A是示出了当从平行于基板平面的方向观察时，具有由根据本发明的实施例的制造装置和制造方法制造的弯曲部分的光纤如何安装在光学元件安装基板上的侧视图，并且图1B是其透视图。
图2A是示出光纤如何附接到根据本发明的实施例的制造装置的侧视图，并且图2B是其俯视图。
图3是图2A和图2B中所示的制造装置中使用的引导部件的正视图。
图4是示出根据本发明的实施例的制造方法的流程图。
图5是示出图2A和图2B中所示的制造装置的旋转状态的概念图。
图6是示出图2A和图2B中所示的制造装置的进一步旋转状态的概念图。
图7是示出具有由根据本发明的实施例的制造装置和制造方法制造的弯曲部分的光纤的概念图。
图8是可以在根据本发明的实施例的制造方法中使用的另一引导部件的正视图。
具体实施方式
现在参考附图详细描述根据本发明的实施例的用于制造具有弯曲部分的光纤的装置和方法。应注意到，本发明不限于本文描述的实施例，并且由所附权利要求限定。因此，落在与权利要求等同的含义和范围内的所有变化都旨在被权利要求所包含。只要多个实施例的组合是可能的，本发明就包括本文描述的任何实施例的组合。在以下描述中，由相同的附图标记表示的构件即使出现在不同的附图中也被认为是相同的，并且可以省略它们的描述。
WO2010/044273中披露的装置具有复杂的结构，这是因为在弯曲光纤时，该装置至少需要移动单元，该移动单元使光纤沿光纤的纵向移动。另外，当装置使用旋转夹具时，难以使移动单元的输送速度与旋转夹具的旋转速度精确地同步。由于构件之间的控制精度的差异，可能间歇地将张力施加到光纤。这可能导致光纤的弯曲部分的一部分不期望地伸长。
图1A是示出了当从平行于基板表面的方向观察时，具有由根据本发明的实施例的制造装置和制造方法制造的弯曲部分的光纤如何安装在光学元件安装基板上的侧视图，并且图1B是其从基板表面上方成角度地观察时的透视图。光纤10包括多个玻璃光纤部分11，以及覆盖玻璃光纤部分11的树脂覆层12，每个玻璃光纤部分11包括石英玻璃芯部和折射率低于芯部的折射率的包层。在图1A和图1B中，平行排列的四个玻璃光纤部分11通过一个覆层12组合在一起以形成光纤带(光纤10)。玻璃光纤部分11的数量不一定必须是四个，并且可以是一个或任何更多数量。光纤10不一定必须是带的形式。当光纤10不是带的形式时，包括在光纤10中的玻璃光纤部分11均设置有树脂覆层12。玻璃光纤部分11可以是单芯型或多芯型。
光纤10的玻璃光纤部分11的一侧由例如包括V形槽基板31和平坦基板32的连接构件固定，并且光纤10的玻璃光纤部分11以这种方式布置：面向由安装在光学元件安装基板101上的光发射元件或光接收元件形成的光学元件102。将连接构件的固定有玻璃光纤部分11的端部与玻璃光纤部分11一起研磨，并且例如用玻璃粘合剂103将该端部粘合到光学元件安装基板101。在本发明中，术语“光纤”是指包括至少一个玻璃光纤部分及其周围的覆层的光纤。可以部分地去除光纤的覆层以允许玻璃光纤部分暴露。
光纤10具有固定到连接构件的第一非弯曲部分A、弯曲部分B以及布置在与第一非弯曲部分A相反的位置的第二非弯曲部分C，并且弯曲部分B介于第一非弯曲部分A和第二非弯曲部分C之间。第二非弯曲部分C布置为大致平行于光学元件安装基板101，并且这使得光纤10的轮廓降低。为了形成光纤10的弯曲部分B，对通过从光纤10去除覆层12而暴露的玻璃光纤部分11进行弯曲(如下所述)。在弯曲之后，可以用保护树脂(未示出)涂覆玻璃光纤部分11。第二非弯曲部分C的端部连接至光学连接器(未示出)。
图2A是示出光纤10如何附接到根据本发明的实施例的制造具有弯曲部分的光纤的制造装置1的侧视图，并且图2B是其俯视图。制造装置1包括旋转机构20、引导部件30和光源(未示出)。旋转机构20包括绕旋转轴22旋转的旋转部件21，以及固定到旋转部件21的握持部件23。在以下描述中，旋转轴22被描述为对应于Y轴，垂直于Y轴的水平方向被描述为对应于X轴，并且垂直于Y轴的竖直方向被描述为对应于Z轴。引导部件30固定在距旋转机构20预定距离处。对应于本发明的加热机构的光源大致布置在旋转轴22的(在Z轴方向上的)正上方，并发射激光束，该激光束对玻璃光纤部分11的对应于弯曲部分B的区域进行加热。尽管在本实施例中使用发射激光束的光源作为加热机构，但还可以使用燃烧器、电弧放电器或加热器作为加热机构。
可以使用各种夹紧机构作为握持部件23。握持部件23在X轴方向和Z轴方向上从旋转轴22移位给定距离。为了防止玻璃光纤部分11被损坏，握持部件23优选地在光纤10的覆层12处于握持部件23和玻璃光纤部分11之间的状态下握持玻璃光纤部分11，但握持部件23也可以直接握持玻璃光纤部分11。除了要形成弯曲部分B的区域之外，玻璃光纤部分11可以整个涂覆有覆层12。
图3是在制造装置1中使用的引导部件30的实例的正视图。引导部件30是用于使玻璃光纤部分11对准的构件。在本实施例中，引导部件30包括由玻璃制成的V形槽基板31和同样由玻璃制成的平坦基板32。
V形槽基板31可拆卸地固定在距旋转部件21预定距离的位置处，其四个V形槽33的开口侧面向上(图3中的Z轴的正方向)。V形槽基板31的在X轴方向上延伸的四个V形槽33沿图3中的Y轴方向并排排列。每个V形槽33的尺寸适于在其上容纳一个玻璃光纤部分11。平坦基板32例如形成为平面形状。平坦基板32在Z轴方向上固定在玻璃光纤部分11上方，并且平坦基板32与玻璃光纤部分11之间具有间隙，以这种方式允许玻璃光纤部分11沿X轴方向移动。也就是说，玻璃光纤部分11以可沿X轴方向移动的方式松配合在引导部件30中并被引导部件30引导。
在本实施例中，在弯曲部分B的形成期间用作引导部件的引导部件30可以用作在光纤10中形成弯曲部分B之后将光纤10连接到光学元件安装基板101的连接构件。因此，光纤10的玻璃光纤部分11未涂覆有覆层12的区域松配合在引导部件30中并被引导部件30引导。如果引导部件30不用作用于将光纤10连接到光学元件安装基板101的连接构件，则涂覆有覆层12的玻璃光纤部分11可以松配合在引导部件30中并被引导部件30引导。
当旋转部件21处于初始位置时，连接握持部件23与引导部件30的线大致沿水平方向(平行于X轴)延伸。因此，由握持部件23和引导部件30支撑的玻璃光纤部分11除了由其自重形成的可忽略的弯曲之外被大致水平地保持。旋转轴22和玻璃光纤部分11间隔开距离d。根据形成在玻璃光纤部分11中的弯曲部分B的曲率来调节距离d。当距离d较长时形成具有较小曲率的弯曲部分B，并且当距离d较小时形成具有较大曲率的弯曲部分B。
图4是示出根据本发明的实施例的制造具有弯曲部分的光纤的方法的流程图。首先，在要形成弯曲部分B的区域中去除光纤10的覆层12(步骤S1)。在本实施例中，在与光纤10的弯曲部分B和第一非弯曲部分A对应的区域中去除覆层12。如上所述，光纤10可以包括一个或多个玻璃光纤部分11，并且不一定需要是带的形式。
接下来，将光纤10放置在制造装置1中。在本实施例中，将光纤10的与弯曲部分B相邻的第二非弯曲部分C侧固定到旋转机构20的握持部件23(步骤S2)。在本实施例中，弯曲开始位置是弯曲部分B的与连接有连接器的一侧相邻的开始位置，并且该一侧与光纤10面向光学元件安装基板101的侧相反。握持部件23以光纤10在该弯曲开始位置处受到激光束照射的方式握持光纤10。如图2A所示，激光束从旋转轴22上方发射。由于握持部件23在X轴方向和Z轴方向上从旋转轴22移位，因此防止了握持部件23被激光束照射。因此，握持部件23可以握持玻璃光纤部分11的涂覆有覆层12的区域。如果玻璃光纤部分11没有涂覆覆层12，则玻璃光纤部分11可以通过握持部件23对准并握持在一起。当光纤10是光纤带时，握持部件23可以在覆层12处于握持部件23与玻璃光纤部分11之间的状态下简单地将玻璃光纤部分11握持在一起。
接下来，将玻璃光纤部分11的一侧(在第一非弯曲部分A处)松配合到引导部件30中(步骤S3)。因此，玻璃光纤部分11直线排列。将光纤10固定到握持部件23的步骤(步骤S2)和将玻璃光纤部分11配合到引导部件30中的步骤(步骤S3)可以以相反的顺序执行。
图5和图6是示出制造装置1如何旋转的概念图。执行弯曲，这包括使旋转部件21逆时针旋转给定角度以使玻璃光纤部分11以预定曲率弯曲(步骤S4)，并且执行加热，这包括将热量施加到玻璃光纤部分11的弯曲部分(步骤S5)。通过加热使因弯曲而在玻璃光纤部分11中产生的内应力释放。
通过使旋转部件21旋转，由握持部件23握持的玻璃光纤部分11沿X轴方向被拉动。由于玻璃光纤部分11的一侧(在第一非弯曲部分A处)松配合在引导部件30中，因此没有拉应力施加到光纤10的弯曲部分B。为了均匀地对平行排列的玻璃光纤部分11施加热量，优选的是，沿玻璃光纤部分11排列的方向利用激光束扫描玻璃光纤部分11。
弯曲(步骤S4)和加热(步骤S5)可以均执行一次。然而，为了获得所需的弯曲程度，优选的是，在逐步移动弯曲位置的同时，分多个步骤执行弯曲和加热中的每一者。当弯曲部分B的弯曲角度达到如图6所示的所需角度时，冷却光纤10并将光纤10从旋转机构20拆下(步骤S6)。
图7是示出由图2A和图2B所示的制造装置1制造的具有弯曲部分的光纤的概念图。如果引导部件30用作用于将光纤连接到基板的连接构件(步骤S7中的是)，则当光纤10从旋转机构20拆下时，将引导部件30与光纤10一起取出。在调节从引导部件30的一端到弯曲部分B的距离并且适当地定位引导部件30之后，例如用玻璃粘合剂将引导部件30固定到玻璃光纤部分11(步骤S8)。接下来，切掉玻璃光纤部分11的从引导部件30突出的部分W(步骤S9)。然后，在玻璃光纤部分11的部分W已被切掉的一侧，对引导部件30和玻璃光纤部分11的端面进行研磨(步骤S10)。由此获得如图1所示的附接有连接构件的光纤10。
图8是可以在根据本发明实施例的制造方法中使用的另一引导部件40的正视图。引导部件40由其中具有毛细管42的玻璃毛细管部件41形成。毛细管42的内径大于玻璃光纤部分11的外径。当插入在毛细管42中时，玻璃光纤部分11以松配合在毛细管42中并可前后移动的方式定位。在光纤中形成弯曲部分之后，引导部件40可以用作用于将光纤连接到基板的连接构件。当引导部件40用作用于将光纤连接到基板的连接构件时，通过毛细管作用在毛细管部件41与每个毛细管42中的玻璃光纤部分11之间的间隙填充玻璃粘合剂，从而毛细管部件41和玻璃光纤部分11固定在一起。
在上述实施例中，用于弯曲光纤的制造装置的引导部件30或引导部件40用作用于将光纤连接到基板的连接构件。当不用作用于将光纤连接到基板的连接构件时，引导部件30和引导部件40不一定需要由玻璃制成，这是因为不需要将引导部件30和引导部件40的热膨胀系数调节到玻璃光纤部分11的热膨胀系数。作为对旋转部件21的握持部件23的替代，可以使用连接到光纤10的一端的光学连接器。

Claims (5)

1.一种用于制造具有弯曲部分的光纤的装置，所述装置包括：
旋转机构，其包括握持光纤的一侧的握持部件和使所述握持部件旋转的旋转部件，所述光纤包括玻璃光纤部分和覆盖所述玻璃光纤部分的覆层，所述握持部件具有握持所述光纤的所述一侧的夹紧机构；
引导部件，其固定在与所述旋转机构间隔开的位置处，并构造为保持所述光纤的松配合在所述引导部件中的另一侧；以及
加热机构，其构造为对所述玻璃光纤部分的暴露并延伸出所述覆层的部分进行加热，所述部分介于所述握持部件与所述引导部件之间，其中，
所述握持部件在所述覆层处于所述握持部件与所述玻璃光纤部分之间的状态下握持所述玻璃光纤部分，并且所述引导部件允许暴露并延伸出所述覆层的所述玻璃光纤部分松配合在所述引导部件中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述引导部件包括由玻璃制成的V形槽基板和平坦基板。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述引导部件由内部具有毛细管的玻璃毛细管部件形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，
所述光纤是通过将多个平行排列的玻璃光纤部分组合在一起而形成的光纤带。
5.一种用于制造具有弯曲部分的光纤的方法，所述方法包括：
附接步骤，使用旋转机构的握持部件握持光纤的一侧，所述光纤的所述一侧被握持在所述握持部件的夹紧机构中，并且保持所述光纤的松配合在引导部件中的另一侧，所述光纤包括玻璃光纤部分和覆盖所述玻璃光纤部分的覆层，所述引导部件固定在与所述旋转机构间隔开的位置处；
弯曲步骤，通过使所述旋转机构沿所述握持部件远离所述引导部件移动的方向旋转并且对暴露并延伸出所述覆层的所述玻璃光纤部分施加应力而在所述玻璃光纤部分中形成弯曲部分；以及
加热步骤，对所述弯曲部分进行加热以释放来自所述弯曲部分的应力，其中，
所述附接步骤包括：在所述覆层位于所述握持部件与所述玻璃光纤部分之间的状态下使用所述握持部件握持所述玻璃光纤部分，并且允许暴露并延伸出所述覆层的所述玻璃光纤部分松配合在所述引导部件中，
所述方法还包括：
在所述加热步骤之后的引导部件固定步骤，在所述弯曲部分介于所述引导部件与所述玻璃光纤部分之间的状态下将所述引导部件固定到所述玻璃光纤部分；
切割步骤，切掉所述玻璃光纤部分的端部，所述端部沿远离所述覆层的方向从所述引导部件突出；以及
研磨步骤，对所述玻璃光纤部分的端面和所述引导部件进行研磨，所述端面位于所述玻璃光纤部分的所述端部已被切掉的一侧。
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