CN111164478A

CN111164478A - 用于改善切割的光纤热处理

Info

Publication number: CN111164478A
Application number: CN201880059445.3A
Authority: CN
Inventors: M·E·W·伯沃茨; J·C·M·维斯利格; M·M·凡伯根; A·R·埃尔曼斯; H·肯普斯; S·贝利
Original assignee: Commscope Connectivity Belgium BVBA
Current assignee: Commscope Connectivity Belgium BVBA
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-05-15
Also published as: US11073660B2; WO2019053217A1; US20200257046A1; MX2020002035A; EP3682275A1

Abstract

本文公开了一种用于切割光纤的方法。该方法包括提供光纤(62)，该光纤(62)是具有不包括任何空气包含物的凹陷折射率包覆层的弯曲不敏感的单模光纤。该方法还包括将能量施加到光纤的第一位置和光纤的第二位置之间的光纤(62)的区段。该方法也包括在光纤的第一位置和第二位置之间机械地切割光纤以提供切割的光纤端部。

Description

用于改善切割的光纤热处理

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月15日提交的美国专利申请序列No.62/559,022的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及用于切割光纤的改善的方法。

背景技术

当今的电信技术越来越多地利用光纤以进行信号传输。当制备光纤网络时，经常有必要将光纤接合在一起。接合光纤可以通过拼接或连接器化来完成。在光纤通信中，制造高质量的光纤端面以便接合光纤是重要的。在光纤到光纤连接中，低劣的光纤端部制备导致耦合损耗。

诸如裂纹(hackle)的表面缺陷将反射或漫射光从而引起损耗。除非适当地制备连接光纤端面，否则光会在连接界面处被反射或散射。

光纤端部制备通过去除包覆和任何缓冲物开始。此后，适当地切割光纤是非常重要的。切割是将光纤切断或精确地断裂的处理。光纤一般地通过刻划或刮划表面以及然后施加张力因此玻璃以平滑的方式断裂而被切割。重金属或金刚石刀片一般地用于刻划光纤。张力可以通过拉动光纤或替代地在曲面上弯曲光纤而被施加。然而，增加的张力可能在切割期间产生更多的表面缺陷，诸如裂纹。

存在各种类型的光纤。一类光纤是弯曲不敏感光纤。弯曲不敏感光纤更难以在不制造表面缺陷的情况下切割。

已知在切割之前将能量施加到孔辅助的、弯曲不敏感光纤(弯曲不敏感光纤的特定的子类型)。能量的施加使光纤中的气隙崩塌，从而允许更好的纤芯对齐或防止在光纤端面的抛光期间在空隙中的碎屑的包埋。

美国专利No.7,458,734公开了在切割之前以足以使光纤的包覆(cladding)中的至少一些孔崩塌的温度和时间通过例如电弧加热光纤。孔可能分布在整个包覆中，或者可能被容纳在未占据整个包覆的环状的孔容纳区域内。当将两根光纤拼接在一起时，使孔崩塌允许在纤芯对齐期间的更好的纤芯光学感测。

美国专利No.8,261,442公开了一种拼接弯曲优化光纤的方法，该弯曲优化光纤包括在光纤的包覆中的纳米级的囊的网孔。该方法包括加热光纤的区段；让光纤冷却；穿过被加热的光纤的区段切割光纤；传输光穿过光纤；以及通过分析光纤的图像来拼接光纤。当将两根光纤拼接在一起时，加热步骤使光纤的包层中的纳米级的囊的网孔崩塌，以及帮助纤芯对齐。

美国专利No.9,039,294公开了一种用于组装光纤连接器的方法。该方法包含加热具有带纳米级的气囊的网孔的包覆的弯曲优化光纤的区段；将所述光纤插入到套圈内，直到所述光纤从所述套圈伸出，其中所述加热区段的第一部分从所述套圈伸出，以及所述加热区段的第二部分保留在所述套圈内；将所述光纤固定在所述套圈中的适当位置；以及抛光固定在所述套圈中的所述切割的光纤的端部。加热步骤使气囊崩塌，以及防止碎屑在光纤端部的抛光期间被包埋在气囊中。

美国专利申请公开No.2009/0199597针对在弯曲性能光纤的包含气线区域中使气线崩塌的系统和方法，该弯曲性能光纤为“纳米结构”或“有孔”光纤。尤其是，它公开了在中跨位置或端部位置处照射光纤以使气线崩塌到相邻的包覆区域内，以及然后在气线崩塌部分处切割光纤以产生至少一个不具有气线的光纤端部。使气线崩塌防止了在抛光期间污染物和碎屑填充在光纤端部处的空隙。

仍然存在对用于其它类型的弯曲不敏感光纤的改善的切割处理的需要。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于切割光纤的方法，该光纤是具有不包括任何空气包含物的凹陷折射率包覆层(depressed index cladding layer)的弯曲不敏感的单模光纤。该方法包括提供光纤。该方法还包括将能量施加到光纤的第一位置和光纤的第二位置之间的光纤的区段。该方法也包括在光纤的第一位置和第二位置之间机械地切割光纤以提供切割的光纤端部。

附图说明

图1A是极小纤芯和小纤芯的弯曲不敏感光纤的截面图。

图1B是凹陷包覆(depressed cladding)的、弯曲不敏感光纤的截面图。

图1C是具有环状沟槽区域的弯曲不敏感光纤的截面图。

图1D是弯曲不敏感光纤的截面图，该弯曲不敏感光纤是孔辅助的。

图2描绘了如本文所公开的用于切割光纤的示例性方法。

图3示出了来自切割G.657.A2光纤和G.657.A3光纤的干涉量度结果，其中(1)无前弧(pre-arcing)和无后弧(post-arcing)；(2)有后弧而无前弧；(3)有前弧而无后弧；以及(4)既有前弧又有后弧。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了附图，该附图以图示的方式示出了本文所公开的用于切割光纤的方法的具体实施例。要理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施例以及可以进行结构或逻辑的改变。因此，下面的详细描述不应被认为是限制意义的。

本公开的方面涉及一种用于切割光纤的改善的方法，该光纤是具有没有任何空气包含物的凹陷折射率包覆层的弯曲不敏感的单模光纤。

本公开的方面也涉及一种用于切割这样的光纤的改善的方法，该方法制造没有任何裂纹的切割的光纤端部。如本文所使用的，术语“没有任何裂纹”或“无裂纹”是指

至5000nm²的裂纹面积。本公开的一些方面还涉及一种用于切割这样的光纤的改善的方法，该方法减少了切割光纤所必要的力的量。

本文公开了一种用于切割光纤的方法。该方法包括：提供光纤；将能量施加到光纤的第一位置和光纤的第二位置之间的光纤的区段；以及在光纤的第一位置和第二位置之间机械地切割光纤，以提供切割的光纤端部。在这方法中，光纤是具有凹陷折射率包覆层的弯曲不敏感的单模光纤。凹陷折射率包覆层不包括任何空气包含物。

本发明人意外地发现了在切割具有没有任何空气包含物的凹陷折射率包覆层的弯曲不敏感的单模光纤之前将能量施加到光纤可以有利地消除在切割的光纤端部处的裂纹，以及在某些情况下，也减少了切割光纤所必要的力。

存在各种类型的弯曲不敏感的单模光纤。它们包括例如极小纤芯；小纤芯；凹陷包覆；沟槽辅助；以及孔辅助的。这些不同的设计被图示在图1A-图1D中。图1A示出了极小纤芯和小纤芯光纤20，该极小纤芯和小纤芯光纤20利用在包覆24的中心处的具有增加的折射率、具有减少的纤芯直径的纤芯22。图1B示出了凹陷包覆光纤30，该凹陷包覆光纤30利用具有外层32和内层36的包覆，与纤芯34相比，该外层32和内层36均具有更低的折射率。图1C示出了沟槽辅助光纤40，该沟槽辅助光纤40利用围绕纤芯46的包覆44中的具有低折射率的环状沟槽区域42。图1D示出了孔辅助光纤50，该孔辅助光纤50利用围绕纤芯56的包覆54中的空隙52以产生在包覆54中的更低的折射率。

如本文所使用的，术语“凹陷折射率包覆层”是指包覆中的具有比纤芯的折射率更低的折射率的层。凹陷折射率包覆层可以形成整个包覆(即，光纤包覆是单个均质的玻璃层)。这有时被称为“匹配包覆”。替代地，包覆可以包括两个单独的层：内包覆层和外包覆层(如图1B中所示)。在这种情况下，包覆具有两个凹陷折射率包覆层。内包覆层的折射率低于纤芯的折射率。外包覆层围绕内包覆层以及具有比内包覆层更高的折射率。然而，外包覆层的折射率低于纤芯的折射率。具有两个单独的层的包覆时常被称为“凹陷包覆”。由于凹陷折射率包覆层不包括任何空气包含物，因此更低的折射率并非空气包含物的结果。

如本文所使用的，术语“折射率(index)”意味着折射率(refractive index)。

如本文所使用的，“单模”光纤是指其中光传播一般在单模中的光纤。然而，所有其它模式的完美抑制也许不总是可能的。“单模”光纤蕴含着对于预期的应用，这样的其它模式的强度是小的或者是不重要的。

图2图示了本文所公开的方法的实施例。如图2中所示，两个电极72之间的电弧60被施加到光纤62的区段。在电弧60的施加之后，通过首先用刀片64刻划光纤62，以及然后将轴向力66施加到光纤62来在该区段处切割光纤62。在图2中所描绘的实施例中，当施加轴向力66以切割光纤62时，在光纤62的第一端部68和第二端部70处，光纤62的第一端部68和第二端部70在大致垂直于光纤的轴的方向上偏移长度L₂。偏移光纤62的端部以(与光纤的纵轴的垂直方向成的)角度α来切割光纤。

在本文所公开的方法的实施例中，光纤不包括在包覆中的沟槽区域。

在一些实施例中，光纤满足ITU G.657.A2规范。在一些实施例中，光纤满足ITUG.657.B3规范。

ITU是指国际电信联盟，它是联合国组织系统的一部分。ITU管理着包括覆盖弯曲不敏感的单模光纤的G.657的被普遍引用的单模光纤标准文件。G.657类别被划分成类别A(用于接入网络)以及类别B(用于在多弯曲环境(例如，建筑物)中的接入网络的端部处的短距离)。类别A包括G.657.A1和G.657.A2。类别B包括G.657.B2和B.657.B3。子分类具有下面的最小指定弯曲半径：

类别A	最小弯曲半径
		G.657.A1	10mm
G.657.A2	7.5mm
		类别B	最小弯曲半径
G.657.B2	7.5mm
		G.657.B3	5mm

用于机械地切割光纤的方法和设备一般是本领域中已知的。切割切断或断裂光纤。一般地，通过刻划或刮划表面以及将轴向载荷施加到光纤来切割光纤。相应地，在实施例中，在光纤的第一位置和第二位置之间的刻划位置处来刻划光纤。然后将轴向载荷施加到光纤，直到光纤在刻划位置处断裂。

在一些实施例中，轴向载荷为从大约1N至大约2.5N。在其它实施例中，轴向载荷为从大约1N至大约2N。例如，轴向载荷可以为从大约1.2N至大约1.8N。作为另一个示例，轴向载荷可以为从大约1.6N至大约1.8N。

如上面所解释的，与在没有能量的预施加的情况下所需的轴向载荷相比，在机械地切割之前施加能量可以减少轴向载荷。在一些实施例中，能量的预施加将所需的轴向载荷减少了大约百分之10至大约百分之50。例如，轴向载荷减少可以为大约百分之20至大约百分之40。作为其它示例，轴向载荷减少可以为大约百分之20至大约百分之30或大约百分之25至大约百分之30。

可以机械地切割光纤，使得切割的光纤的端面垂直于光纤的纵轴。替代地，可以以与光纤的纵轴的垂直方向成的角度来机械地切割光纤。该角度可以为从大约5度至大约50度。例如，该角度可以为从大约5度至大约15度。作为另一个示例，该角度可以为从大约6度至大约10度。在实施例中，该角度为大约8度。

能量源可以变化。能量施加步骤可以包含将未切割的光纤放置在切割设备中，以及然后将第一位置和第二位置之间的光纤的区段暴露于电弧放电。在一些实施例中，能量为电弧放电。在其它实施例中，能量为等离子弧放电。在还有的其它实施例中，能量来自激光照射。

所施加的能量和所施加的时间的量一般足以消除切割后来自光纤的端面的任何裂纹。当施加电弧放电时，可以施加能量达从大约120ms至大约280ms的时间段，例如，从大约150ms至大约250ms的时间段。类似地，当施加电弧放电时，它可以具有大约1kV的电压和从大约5mA至大约8mA的电流。作为另一个示例，所施加的能量可以为大约0.5焦耳至大约1.2焦耳。

示例

在四个不同的实验中各自切割了G.657.A2光纤和G.657.B3光纤。所使用的G.657.A2光纤是OFS

FLEX+光纤。所使用的G.657.B3光纤是

FLEXMAX光纤。

第一个实验在既没有前弧也没有后弧的情况下在轴向载荷下切割光纤。第二个实验在没有前弧但是有后弧(2焦耳-6焦耳)的情况下在轴向载荷下切割光纤。第三个实验在有前弧(0.5焦耳-1.2焦耳)但是没有后弧的情况下在轴向载荷下切割光纤。第四个实验在既有前弧(0.5焦耳-1.2焦耳)又有后弧(2焦耳-6焦耳)的情况下在轴向载荷下切割光纤。图3示出了这些实验中的每个实验的干涉量度结果。图3也示出了所需的切割力、前弧的持续时间以及后弧的持续时间。

在没有任何前弧或后弧的情况下切割光纤导致端面呈现出裂纹。A2光纤比B3光纤呈现出更少的裂纹。尽管如此，A2光纤呈现出一些裂纹。

在仅有后弧和无前弧的情况下切割光纤导致混合的结果。B3光纤呈现出一些裂纹，尽管比在没有后弧的情况下更少。A2光纤呈现出无裂纹。当然，后弧不能减少用于切割所必要的轴向载荷。

在仅有前弧和无后弧的情况下切割光纤导致A2和B3光纤两者均呈现出无裂纹。因而，前弧在两种情况下均是有益的，而后弧不是。前弧也将切割B3光纤所必要的轴向载荷的量从2.2N减少至1.6N(约百分之27的轴向载荷减少)。然而，前弧未减少切割A2光纤所必要的轴向载荷的量。而是，对于A2光纤，切割力保持恒定在1.8N。

类似地，在既有前弧又有后弧的情况下切割光纤导致两光纤均呈现出无裂纹。此外，前弧分量将切割B3光纤所必要的轴向载荷的量从2.2N减少至1.6N，但是未减少切割A2光纤所必要的轴向载荷的量(切割力保持恒定在1.8N)。因此，后弧不提供对前弧的任何增加的益处。

从前面的详细描述中，将清楚的是，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对本文所公开的方法进行修改和变化。

参考字母/数字

角度α

长度L₂

极小纤芯和小纤芯光纤20

纤芯22

包覆24

凹陷包覆光纤30

外层32

纤芯34

内层36

环状沟槽区域28

沟槽辅助光纤40

沟槽区域42

包覆44

纤芯46

孔辅助光纤50

空隙52

包覆54

纤芯56

电弧60

光纤62

刀片64

力66

第一端部68

第二端部70

电极72

Claims

1.一种用于切割光纤的方法，包括：

提供光纤，其中所述光纤是具有凹陷折射率包覆层的弯曲不敏感的单模光纤；

将能量施加到所述光纤的第一位置和所述光纤的第二位置之间的所述光纤的区段；以及

在所述光纤的所述第一位置和所述第二位置之间机械地切割所述光纤，以提供切割的光纤端部，

其中所述凹陷折射率包覆层不包括任何空气包含物。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述光纤不包括沟槽区域。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述光纤满足ITU G.657.A2规范。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述光纤满足ITU G.657.B3规范。

5.如权利要求1所述的方法，其中机械地切割所述光纤包括将轴向载荷施加到所述光纤。

6.如权利要求1所述的方法，其中机械地切割所述光纤包括在所述光纤的所述第一位置和所述第二位置之间的刻划位置处刻划所述光纤，以及将轴向载荷施加到所述光纤，直到所述光纤在所述刻划位置处断裂。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述光纤以与所述光纤的纵轴的垂直方向成的角度被机械地切割。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述角度为从大约5度至大约50度。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述角度为从大约5度至大约15度。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述角度为从大约6度至大约10度。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述角度为大约8度。

12.如权利要求7所述的方法，还包括偏移所述光纤的端部以便以所述角度机械地切割。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述能量为电弧放电。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述能量为等离子弧放电。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述能量来自激光照射。

16.如权利要求5或6所述的方法，其中所述轴向载荷为从大约1N至大约2.5N。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述轴向载荷为从大约1N至大约2N。

18.如权利要求5或6所述的方法，其中与在没有能量的预施加的情况下所需的轴向载荷相比，在机械地切割之前施加能量减少了轴向载荷。

19.如权利要求1所述的方法，其中切割的光纤不具有裂纹。

20.如权利要求1所述的方法，其中所述能量被施加达从大约120ms至大约280ms的时间段。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述能量被施加达从大约150ms至大约250ms的时间段。

22.如权利要求1所述的方法，其中所述能量具有大约1kV的电压和从大约5mA至大约8mA的电流。

23.如权利要求1所述的方法，其中所施加的能量为大约0.5焦耳至大约1.2焦耳。