TW200537146A - Lensed fibers and methods of making lensed fibers - Google Patents

Description

200537146 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於在光學通訊網路中之光纖及光風壯 置間搞合光線之裝置及方法。特別是，本發明關於聚焦y 準直應用之透鏡化光纖，以及製造透鏡化光纖之方法:、 【先前技#?】 由光纖端部發出光線為發散形式之光纖。在準直應用 中，，用透鏡將該發散光束轉變為平行之光束。假如光^ 後續再投射至另外一條光纖，需要另外一個以相反方式j桑 作之透鏡。在聚焦及會聚應用中，使用透鏡將發散光^轉 變為會聚絲。iff，透鏡必f齡地_合至光纖以達$ 有效地將發散光束轉變為平行光束或些微地會聚光束。耦 合透鏡至光纖之一種方法為使用融合處理過程。在該方法 中，平凸透鏡形成於光纖端部(例如藉由融合拼接)以&成 單體性裝置，其稱為透鏡化光纖。 y 透鏡化光纖為有盈的，因為其並不需要主動性光纖一至 -透鏡之對準及/或黏接光纖至透鏡，其為低插入損耗，以及 其能夠使裝置微小化以及設計彈性化。透鏡化光纖容易陣 =化及在製造陣列化裝置例如可變光學衰減器及光學隔離 _ $ t為需要的，以使肖於0光學玉作域财，使用作為高 功率連接器以及不相同光纖連接器，以及作為麵合光學訊^ 號進入被小光學裝置。由透鏡化光纖發射之光束通常為高 斯分佈。更進一步，光束直徑及工作距離能夠對應用規範w 特別地力Π以設計。 透鏡化先纖之透鏡化端部通常塗覆功能性塗膜以在終 端透鏡界面處提供所需要之特性。例如，透鏡化光纖之透 鏡化端部可塗覆抗反射塗膜以減少由於在終端透鏡界面處 反射所導致之損耗。透鏡化光纖組裝於光學裝置中，以及 必需充份細以在峨處理以及佈置觸作難中保持完 200537146 整。存在需要含有功能性塗膜之透鏡化光纖，其具有改善 強度及可接受之反射損耗。 【發明内容】 本發明-項實施例係關於製造含有功能性塗覆之透鏡 化光纖的方法，該方法包含下列步驟:提供透鏡化光纖，透 鏡化光纖具有終端區段，其包含終端光纖區段以及透鏡化 區段，透鏡化區段具有光學作用面積;以保護性元件覆蓋至 少邛伤透鏡化光纖之終端區段,因而形成保護性透鏡化光 纖，其具有並不被保護性元件覆蓋之光學作用面積，·以及形 成功肊性塗膜於保護性透鏡化光纖之透鏡化區段光學有效 面積上以形成含有功能塗覆之透鏡化光纖。 本發明另外-個實施例係關於具有光學有效面積之透 鏡化光纖，光學有效面積具有功能性塗膜形成於其上面 鏡化光纖平均拉引強度為大於4〇kpsi。 ^ ’ 本發明另外一個實施例係關於功能性塗覆透鏡化光纖 ，其包含含有終端光纖區段及透鏡化區段之終端部份，透鏡 化區段具有光學侧蹄，光學姐面積具有功能性塗膜 形成於其上面，其中至少部份透鏡化光纖終端區段覆#保 =元；L以及其中透鏡化區段之光學作用面積並不i呆 謾'1*生7L件覆盍。 本發明裝置及方法產生-些優點優於先前技術之裝置 及方法:例如，本發明能夠形成塗覆抗反射之透鏡化光k ^具有高拉引強度以及能夠保護防止處理過程所導致之损 壞。 、 本發明其他特性及優點詳細地揭示於下列詳細說明 ，熟知此技術者由該制可立即地了解部份，或實施詳細 明，申請專利範圍及附圖而明瞭。 、口 人們了解先前-般性說明及下列詳細說明之本發 施例在於提供概念或架構以了解本發明之原理及特4。、 第6 頁 200537146 η Ϊ在提供更進一步了解本發明，以及在此加入構 ίϊ!:之:部份。為了清楚地顯示，附圖並不按照比例， ^凡件之尺寸能加以改變。_顯示出本發明一個 個貫施例以及隨同說明書作為解釋本發明之原理及操 【實施方式】

、範例f生透鏡化光纖之示意圖顯示於圖1中。透鏡化光 ，20包含終端部份22,其包含終端光纖區段24以及透鏡化 :段26。透鏡化區段26包含光學作用面積28，其中光線傳 ▲通過透鏡化光纖(以虛線3〇表示)與透鏡化區段26表面相 父。透鏡化區段26直徑與終端光纖區段24相同，如圖j所示 。可加變化，透鏡化區段邡直徑大於終端光纖區段沒，如 圖2所示；或直徑小於終端區段24，如圖3所示。透鏡化區段 26可形成例如為漸變透鏡;球形透鏡如圖4所示，·半球形透 鏡如圖5所示;子彈形狀透鏡如圖！所示;或保齡球瓶形狀透 鏡如圖6所示。適當透鏡化光纖範例及製造透鏡化光纖之 處理過程可參考美國第09/812108, 〇9/919139,1〇/17〇762， 10/202515,10/202516,10/319748,10/202562,10/699450, 及60/442150號專利申請案，以及美國第6594419及65497〇4 號專利，這些專利說明在此加入作為參考。適當透鏡化光 、截了由本公司供應，其銷售名稱為〇pt iF〇cus透鏡化光纖。 我們已決定製造及運送過程中之處理過程，以及傳統 功能性塗覆技術傾向將減少透鏡化光纖之強度。例如，當 具有漸變透鏡設計之透鏡化光纖以超音波清洗以及塗覆多 層Si〇2/Hf〇2抗反射塗膜，拉引強度由2〇〇kpSj減少至i〇kpsi k覆抗反射之透鐘^化光纖在後續包装操作(例如按裝套 圈)過程中容易破裂。 本發明一項實施例係關於製造功能性塗覆透鏡化光纖 之方法。本發明範例性方法示意性地顯示於圖7中。其提 200537146 供透鏡化光纖40。透鏡化光纖4〇具有終端區$ 終端光纖驗44及魏倾段妨,其具 。至少部份透鏡化光纖40終端區段42塗覆 因而形成保護性透鏡化光纖52。形成保護性元件 弁 學作用面積48並不被塗覆。保護性元件需 = 後續清理及功能性塗覆步驟過程中並不會妨害在 積。保護性元件初始地形成使得其並不妨害光學作用面 ，或者能夠初始地形成使得其部份地或完全地覆罢光貝 用面積，再在絲侧©鑛舰域巾域去除:

需要形成保護性元件而在使用透鏡化光纖過程中並不妨 礙光學作騎積。魏性顏54形成於透鏡傾段46之光 學作用面積48上，因而形成含有功能性塗膜之透鏡化光 56〇 、 保護性元件保護透鏡化光纖外露玻璃表面之主要部份 避免功能性塗膜沉積及處理導致之弱化效應。需要地，只 有光學作用面積鄰近區域直接地暴露於功能性塗覆條 例如，在圖8中所顯示實施例中保護性元件72延伸至不超過 透鏡化光纖70之透鏡化端部74 2mm範圍内。需要地^保護 性元件延伸至不超過透鏡化光纖之透鏡化端部lmm範圍内 更舄要地，保護性元件延伸至不超過透鏡化光纖之透鏡 化端部0· 5mm範圍内。為了在處理過程中提供保護，需要形 成保護性元件到透鏡化光纖端部之光纖塗膜▲一過在本/ 發明一些實施例中，其只需要形成保護性元件於透鏡化光 纖之面積上，該透鏡化光纖將在清洗及功能性塗覆步驟中 暴露於有害條件。由功能性塗覆處理過程之任何由上喷灑 會降落於保護性元件上，以及因而並不會破壞透鏡化光纖 之玻璃表面。 有需要在產生透鏡化光纖後立即地使至少部份透鏡化 光纖之終端區段覆蓋保護性元件(例如在透鏡形成於光纖 第8 頁 200537146 =二後）例如，需要在透鏡化光纖製造出及以保護性塗層 部份透鏡化光纖終端區段步驟之間不要加入其他 她> ϋ改°功能性填滿之黏附性，至少需要在透鏡化光 2透鏡化區段光學作用面積進行清理步驟。由於清理步 驟有可能損及透鏡化光纖，有需要在保護性透鏡化光纖上 ίί 超奴紙熟知此技術 * 口 4象〃他適當之清洗方法，其決定於所使用功能性塗 膜之種類及保護性元件之特性。

朴使用來形成透鏡化光纖之許多過程中，透鏡化區段 猎由拼接材料(例如為玻璃桿件，多模光纖)形 纖區段上。在該過程中，透鏡化區段與終端光I段^ 4 Χ損。該界面需要由纖性元件覆蓋以在功能 性k膜沉積及清洗過程中加以保護避免受損。 ^依據本發明一項實施例，保護性元件為保護性塗層。 熟知此技術者了解本發明存在許多材料適合使用作為保護 性塗層。例如紫外線或熱固化材料例如為光纖塗膜及再塗 覆配^能適合使用。可滅魏地，麟使聰解性塗^ 或臘藉由溶液沉積。正向抗光材料亦為適合使 性塗層。該塗膜厚度需要至少250誠提供充份保 抗沉積及清洗條件。 一 在本發明一項實施例中，保護性塗層為光纖再塗覆材 料，傳統上為熟知此技術者所使用以保護光纖之拼接。能 夠使用再魏翁形成㈣雌層，其舰上為熟知此技 術者所使用以保護光纖拼接。被塗覆光纖區段被夹於鱗模 中，以及再塗覆配方注入再塗覆鑄模内及加以固化。在本 發明一項魏财，使贿t化碰魏置(例如Vytran Corporation供應)塗覆保護性塗膜。使用標準再塗覆處理 過程能夠使保護性塗層均勻地形成，以及能夠提供更一致 第9 頁 200537146 的拉引力量。當使用商業化再塗覆裝置時，保護性塗層能 ，初始地形成以覆蓋光學作用面積。保護性塗層能夠曰由光 學作用面積之鄰近區域去除(例如藉由使用光纖剝除哭例 如為MUler剝除器）。需要由透鏡化光纖端部去除保^ 塗層不超過1刪。在本發明特定實施例中，去除 微米保護性塗層。 试心咖 ，了確保透鏡化區段之光學作用面積並不被保護性塗 層覆蓋，在形成保護性塗層於透鏡化光纖終端區段上之前 有需要以釋除層塗覆透鏡化區段絲作用面積，如圖9示意 ^斤顯示。提供透鏡化光纖80。透鏡化光纖80具有終端^ 段82,其包含終端光纖區段84及透鏡化區段％其具有光學 作用面積88。薄的釋除層98形成於光學作用面積、&上。釋 除層98能夠為例如燒基或氟化烧基有機改良石夕酸鹽材料 例如為說翻帛673顧號專利，該翻之綱在此加 入作為參考。例如，能夠使用1Η，1Η，2Η，2Η-十氟化八烷美 三甲氧魏或权絲三❻魏喊生機改良石^鹽 釋除層。至少部份透鏡化光纖80終端區段82塗覆保護性塗 層90。假如光學作用面積88、塗覆保護性塗層9〇如圖9所示， 釋除層?8能夠使熟知此技術者由光學作用面積去除，因而， 形成保護5$鏡化纖92。釋除層亦麟齡絲作用面 積之表面能量，因而有助於避免污染，以及能夠使光學作用 面積在形成功能性塗膜之前有效地清理，能夠形成高品質 之功能性塗膜。需要地，選擇保護性塗層使得其相當容易 地^離光學侧面_不會淑透鏡化細終端區段上之 ，濩性塗層。功能性塗膜94形成於透鏡化區段86之未塗覆 光學作用面積88上，因而形成功能塗覆之透鏡化光纖％。 而要地，釋除層為相料的而不會實質上影響 透鏡化賴讀作。在職魏性魏除f除 層。例如一般在抗反射塗膜沉積前進行之等離子清理步驟 第10 頁 200537146 將去除薄的有機改良秒酸鹽釋除層。 有機改良矽酸鹽亦使用作為本發明之保護性塗層。例 如薄層有機改良石夕酸鹽保護性塗層能夠使用說明於” Metal -Organics for Materials & Polymer Technology" 2001 Gelest補充目錄之技術，其可由Gelest inc. (Tul lyt〇wn， PA)供應，以及在此加入作為參考之用。 ’ 保護性元件可替代地為陶瓷或玻璃套圈放置於至少部 份透鏡化光纖終端區段上。套圈能夠使用熟知此技術者熟 知之方法連接至透鏡化光纖之終端區段，其包含玻璃融合， 玻璃料或黏接劑。使用套圈作為保護性元件具有其他優點 ，因為其能夠提供額外穩定性以及提供透鏡化光纖使用者 已知的尺寸及傳統方式以固定透鏡化光纖於系統中。熟知 此技術者了解本發明保護性元件能夠採用異於在此所說^明 乏許多方式。例如保護性元件能夠使用熱收縮材料形成。 功月b性塗膜為沉積於透鏡化光纖之光學作用面積上塗 膜以產生所需要之功能(例如光學功能）。一項特別需要之 功月b性塗膜範例為抗反射塗膜(例如由高—及低_折射率介 電質）。其他功能性塗膜範例包含反射性塗膜及部份反射 性塗膜(例如為薄的銀層）;化學靈敏性塗膜(例如為與化學 • ^作用?改變光學特性);她遲滯塗膜(例如為薄層介電 質）;光學濾波塗膜(例如為高-及低—折射率介電質交替層 =成）；以及偏極塗膜(例如說明於美國第6〇/437253號專利 ，、/亥專利之，a月在此加入作為參考〕。需要地，形成功能性 塗膜為相當薄(例如厚度為小於25微米，更需要地厚度小於 7微米，最需要地厚度小於2微米）。 、 、功能性塗膜能夠使用熟知此技術者熟悉之各種方法形 成。例如使用電子束沉積，化學汽相沉積法，喷塗或蒸發方 法以形成功能性塗膜。選擇保護性元件對功能性塗膜 條件為相當穩定。 、 第η 頁 200537146 為了簡化後故组裝步驟，有需要由功能性涂

▼ - _—__· v ψ\3] τ±3 Π77 射及顯像加以去除。固化或θ f , , I

，丄个7^、冷嘴无纖區段之直徑。當透鏡化區段形狀為 麦的’子彈形，或保齡球瓶形狀時，物理性去除方法胜: 地有用。，要由含功能性魏之域去雜護 ，而要在覆盍保護性元件之前釋除塗膜塗覆透鏡化光纖之 終端區段，而類似於先前所說明，以減小保護性元件對透 化光纖終端區段之黏附強度以及因而容易去除。 一月匕夠使用本發明方法以製造出含功能性塗膜之透鏡化 光纖，其相抛不容易受到損壞。例如，能夠使用本發明方 法以製造出含功能性塗膜之透鏡化光纖，其平均拉引強度 為大於40kpsi。需要地，使用本發明方法以製造出含功能 性塗膜之透鏡化光纖平均拉引強度為大於55kpsi。更需要 地，使用本發明方法以製造出含功能性塗膜之透鏡化光纖 之平均拉引強度為大於7〇kpSi。在本發明特定實施例中， f些高拉引強度之透鏡化光纖在透鏡化區段與終端光纖區 段之間具個伽。以翻於底下範例対進行拉引強 度測試。報告結果為至少三個量測之平均值。 本發明另外一個實施例係關於具有光學作用面積之含 功紐塗綱透鏡化蛾，絲侧純财抗反射塗膜 形成於其上面，含功能性塗膜之透鏡化光纖平均拉引強度 為大於40kpsi。在本發明特定實施例中，該拉引強度之透 200537146 鏡化光纖在透鏡化區段與終端光纖區段間具有一個界面。 本發明另外一個貫施例係關於含功能性塗膜之透鏡化 光纖，其具有包含終端光纖區段及透鏡化區段之終端區段， 透鏡化區段具有光學作用面積，光學作用面積具有抗反射 塗膜形成於其上面。至少部份含功能性塗膜之透鏡化光纖 的終端區段塗覆保護性元件，但是透鏡化區段之光學作用 面積並不塗覆保護性元件。優先地，保護性元件為保護性 塗層。 本發明含功能性塗膜透鏡化光纖之功能性塗膜優先地 為抗反射塗膜。本發明含功能性塗膜之透鏡化光纖平均拉 引強度優先地為大於55kpsi。更優先地，含功能性塗膜之 透鏡化光纖平均拉引強度優先地為大於通psi。在本發明 特定實施例中，這些高拉引強度之透鏡化光纖在透鏡化區 #又與終:^光纖區段間具有一個界面。例如，本發明含功能 性塗膜之透鏡化光纖的透鏡化區段可藉由拼接材料於終端 光纖區段上形成。界面可藉由保護性元件覆蓋。本發明透 鏡化光纖可使用上述所說明之方法製造出。 範例： 本發明藉由下列非限制性範例作更進一步說明。具有 子彈透鏡形狀之漸變透鏡化光纖以及直徑等於終端光纖區 #又直径之透鏡化光區段(可由本公司〇p^F〇cus透鏡化光纖 供應)使用於本範例中。三條該透鏡化光纖塗覆光纖再塗 覆配方，其說明於美國第6596394號專利中。塗膜以不含棉 絨刷子由透鏡化端部塗覆於透鏡化光纖至〇· 5麵以及加以 口化含有保護性塗層之透鏡化光纖在2· 〇% Micro-90溫 度為40°C清洗溶液中超音波清洗6〇移、鐘;在肋它去離子水 f清洗?秒鐘;以及在4(rc異丙醇中清洗1〇秒鐘，以及在空 氣:乾耜。超音波清洗是在Cole-Parmer編號8894之超音 波清洗态申進行。多層Si〇2/Hf〇2抗反射塗膜在真空中使 第13 頁 200537146 用坩堝電子束沉積處理過程沉積於乾淨塗覆保護性塗層之 透鏡化光纖上。保護性塗層藉由利用光纖熱‘除 器由塗覆抗反射塗膜之透鏡化光纖去除。 ”

三條塗覆抗反射塗膜之透鏡化光纖的透鏡化端部固定 於圖9所示之套圈中。鑛金之鎳套圈1〇〇(約〇· 3mm長)使用 玻璃銲接劑106連接至透鏡化光纖1Q2，其離透鏡化端部1〇4 約0: 7刪。每一加套圈塗覆抗反射之透鏡化光纖之拉引強 度藉由固疋加套圈端部於夾頭中進行測試，由光纖端部拉 引（經過滑輪)以及量測破裂時施力口負載。依據本發明製造 出塗覆抗反射之透鏡化光纖的拉引強度為145kpsi，73細 及76kpsi(平均為98kpsi)。-組五個相同塗覆抗反射塗膜 而並不使用保護性塗層之透鏡化光纖所量測拉引強度為1〇、 kpsi^28kpsi，8kpsi，36kpsi 及 16kpsi(平均 20kpsi)。 熟知此技術者了解本發明能夠作各種變化及改變而並 不會脫離本發明之精神絲圍。因而，本發明各種變化及 改變均含蓋於下列申請專利範圍及其同等物 【圖式簡單說明】 弟一圖為透鏡化光纖之示意圖。 ，二圖至第六圖為透鏡化光纖範例之示意圖。 第七圖為本發明方法範例性示意圖。 第八圖為使用於本發明中部份塗覆保護性 化光纖的示意圖。 艾兀狀還鏡 ^九圖為本發明範例性方法之示意圖。 第十®為使胁拉引錄測試之裝_透鏡化光 思圔。 附圖元件數字符號說明： 透鏡化光纖20;終端部份22,終端光纖區段 仅，終&光纖區段44;透鏡化區段46;光學 第14 頁 200537146 作用面積48;保護性元件50;透鏡化光纖52;功能性塗膜 54;透鏡化光纖56;透鏡化光纖70;保護性元件72;透鏡 化端部74;透鏡化光纖80;終端區段82;終端光纖區段 84;透鏡化區段86;光學作用面積88;保護性塗層90;透 鏡化光纖92;功能性塗膜94;透鏡化光纖96;釋除層98; 套圈100;透鏡化光纖102;透鏡化端部104;玻璃銲接劑 106 〇 第15 頁

Claims (1)

1. 200537146 十、申請專利範圍·· 1· 一種製造含有功能性塗膜透鏡化光纖之方法，該方法包 含下列步驟： μ k供透鏡化光纖，透鏡化光纖具有包含終端光纖區段及 透鏡化區段之終端區段，透鏡化區段具有光學作用面積，· 以保護性元件覆蓋至少部份透鏡化光纖之終端斷面，、因 而形成保護性透鏡化光纖，其具有並不被保護性元件覆蓋 之光學作用面積;以及 |

   X形成功能性塗膜於保護性透鏡化光纖之透鏡化區段光 學有效面積上以形成含有功能性塗膜之透鏡化光纖。 2·依據申請專利範圍第1項之方法，其中覆蓋至少部份透鏡 化光纖之終端區段是在透鏡化光纖形成後立即地進行。 3·依據申請專利範圍第丨項之方法，其中功能性 射塗膜。 4依據申請專利範圍第丨項之方法，其中保護性塗層延伸至 透鏡化光纖之透鏡化端部2mm内。 5·依據申請專利範圍第1項之方法，其中更進一步包含在形 成功能塗膜前清洗至少保護性透鏡化光纖透鏡化區段之 學作用面積。 申請專利細第1項之方法，其中保護性元件為保護 護性元件為玻璃 7·依據申請專利範圍第1項之方法，其中保 或陶瓷套圈。 8士依據申請專利範圍第1項之方法，其中更進-步包含由合 有功能性塗膜之透鏡化光纖去除保護性H 有轉侧面狀透狐域，縣侧面積呈 成於其上面，透鏡化光纖具有平均拉引強 10. -種含有功能性塗膜之透鏡化光纖，其包含具有終端光 200537146 纖區段及透鏡化區段之終端區段，透鏡化區段具有光學作 用面積，光學作用面積具有功能性塗膜形成於其上面，其中 ^少部份透鏡化光纖之終端區段覆蓋保護性元件，以’及其 11 區光學個面積並^被彳練性元件覆蓋。 件為 觸1G項之她光纖，她護性元