專利名稱：光纖耦合器保護(hù)結(jié)構(gòu)及其保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖耦合器的保持結(jié)構(gòu)及其保護(hù)方法，該光纖耦合器分解和耦合光，并用于光通信或光纖傳感器等領(lǐng)域。
光纖耦合器是一種在多個光纖之間分解或耦合光的裝置，是通過多個光纖的剝?nèi)ネ馄げ糠窒嘟佑|，然后將剝?nèi)ネ馄さ穆懵豆饫w部分通過加熱而融合并拉長而制成的。被融合和拉長了的區(qū)域作為裸露光纖而被暴露，并且是錐形區(qū)域，其光纖直經(jīng)往中心逐漸變細(xì)，因此，這種區(qū)域需要一個盒子或用其它方法來得到保護(hù)。
常規(guī)的光纖耦合器保護(hù)結(jié)構(gòu)(日本專利)申請序號NO.314，350/1991)如

圖1至4所示。在每個圖中，光纖1的包皮部分1a和未被融合和拉長的剝?nèi)グさ穆懵恫糠?b的區(qū)域，用粘結(jié)物2固定在一個盒體3a里面，然后盒蓋3b蓋在盒體3a的開口部分并用粘結(jié)劑封裝。根據(jù)常規(guī)方法，當(dāng)用粘結(jié)物2把光纖1的包皮部分1a和裸露部分1b固定在盒體3a里面時，具有高硬度的粘結(jié)物質(zhì)被用于包皮部分1a和裸露部分1b，涂在光纖周圍，以便加強(qiáng)固定。
在常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榫哂懈哂捕鹊恼辰Y(jié)物2被涂在裸露光纖部分1b的周圍，隨著外部環(huán)境的變化如溫度的變化，粘結(jié)物2或保護(hù)盒3頻繁地膨脹和/或收縮，因此，非勻力被施加在裸露光纖部分1b上面。這種力導(dǎo)致在光纖1中產(chǎn)生雙折射，并且改變光纖耦合器的偏振特性。特別是，在用采偏振保持光纖(polarizationholdingopticalfiber)的光纖耦合器中，一個難題是，作為光耦合器重要特征參數(shù)的串?dāng)_變差了。
為了解決前述問題，可以考慮降低粘結(jié)物的硬度。然而，如果降低了粘結(jié)物的硬度，施加于裸露光纖部分1b的力被降低了，則裸露光纖部分1b與保護(hù)盒3間的固定不充分，從而，一個難題是光纖的特性由于振動或其它原因而波動。
本發(fā)明的目的是提供用于光纖耦合器的保護(hù)結(jié)構(gòu)和一種保護(hù)光纖的方法，使光纖耦合器堅(jiān)固地固定在盒子上，并且使作用于裸露光纖部分的力顯著地減小。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的光纖耦合器保護(hù)結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)保護(hù)多個光纖的裸露部分而該裸露部分是通過剝?nèi)ザ鄠€光纖的包皮而形成的，通過在一個盒子中容納和固定經(jīng)融合和拉長許多光纖裸露部分而制作的光纖耦合器，其中盒子是由具有與光纖相同的熱膨脹系數(shù)的玻璃材料制成的;以及光纖耦合器的裸露光纖部分被直接融合固定在盒子上。
最好是裸露光纖部分的未被融合和拉長的部分被融合在盒子上面。再者，在盒子里邊可形成一個突起部分，并且裸露光纖部分可以與突起部分融合。
在本發(fā)明保護(hù)光纖耦合器的方法中，該方法保護(hù)多個光纖的裸露光纖部分，通過在一個盒子中容納和固定經(jīng)融合和拉長多個光纖的裸露部分而制作的光纖耦合器，保護(hù)光纖耦合器的方法包括在盒子上面通過弧光放電融合裸露光纖部分的步驟，該盒子由有與光纖相同的熱膨脹系數(shù)的玻璃材料制成的;以及對該盒子中裸露光纖部分的被融合區(qū)域敷上涂層的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，光纖耦合裸露光纖部分直接融合在盒子上，因此，被固定區(qū)域的硬度比粘結(jié)物相對高，并且不會發(fā)生由于振動等引起的特性變化。另外，因?yàn)榕c盒子融合的光纖部分具有與之相同的熱膨脹系數(shù)，很少產(chǎn)生由于溫度變化而產(chǎn)生的力，并且很難產(chǎn)生偏振特性的變化。再者，當(dāng)光纖經(jīng)過突起部分被融合在盒子上面時，由于突起部分的突出，很容易實(shí)現(xiàn)僅對必要部分的部分融合。
覆蓋裸露光纖部分1b的樹脂材料是硬度相對低的樹脂材料。因此，在光纖中產(chǎn)生的應(yīng)力足夠小，并且光纖的偏振特性變化可以忽略不計(jì)。
從下面的詳述及附圖，本發(fā)明將更易懂，并且該給出附圖僅用于說明，因而不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明。
從其后的詳述中，可以清楚本發(fā)明更進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，應(yīng)該明白詳細(xì)說明和具體例子，只要是指出了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，僅以說明方式給出，因?yàn)樵诒景l(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的多種變化和改進(jìn)，從這種詳細(xì)述敘中，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得十分明顯。
圖1是常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)的說明圖，圖2是圖1中沿A-A′線的橫截面圖，圖3是圖2中沿B-B′面的橫截面圖，圖4是圖2中沿C-C′面的橫截面圖，圖5是本發(fā)明一個實(shí)施例的透視圖，圖6是沿與光纖平行的方向切開的橫截面圖，圖7是圖6中沿D-D′面切開的橫截面圖，圖8是圖7中沿E-E′成切開的模截面圖，圖9是圖7中沿F-F′面切開的橫截面圖，圖10是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，示出在一個盒子中容納光纖耦合器的步驟(a)的說明圖，圖11是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，示出在一個子中容納光纖耦合器的步驟(b)的說明圖，圖12是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，示出在一個盒子中容納光纖耦合器的步驟(c)的說明圖，圖13是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，示出在一個盒子中容納光纖耦合器的說明圖，圖14是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，示出保證保護(hù)結(jié)構(gòu)對光纖耦合器的保護(hù)效果的測量系統(tǒng)的原理圖，圖15是采用本發(fā)明的一個實(shí)施例中的保護(hù)結(jié)構(gòu)后的測量結(jié)果曲線，圖16是采用常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)后的測量結(jié)果曲線，圖17是采用本發(fā)明的一個實(shí)施例中保護(hù)結(jié)構(gòu)后在-40℃時串?dāng)_衰減值的頻率分布曲線，圖18是采用常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)后在-40℃時串?dāng)_衰減值的頻率分布曲線。
下面將結(jié)合附圖述敘本發(fā)明的實(shí)施例。在相同的裝置中用同樣的標(biāo)號表示。
圖5至9所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例。
光纖耦合器G是這樣制成的，即通過剝?nèi)ザ鄠€光纖1的包皮部分1a的一部分來露出和形成裸露光纖部分1b，然后相互緊緊接觸裸露光纖部分1b，并且融合和拉長接觸的裸露光纖部分1b。被融合和拉長的光纖部分變成雙錐形狀，其中心的直徑最小，即圓錐形部分5。圓錐形部分5的直徑很小并很脆弱，因此光纖1被容納在保護(hù)盒中來保護(hù)它(見圖6)。
保護(hù)盒6包括由與光纖具有相同熱膨脹系數(shù)的硅玻璃制成的盒基座6a，以及蓋在盒基座6a上面的盒蓋6b。對于盒6的材料，可以使用任何具有與光纖相同熱膨脹系數(shù)并可融合在光纖上的材料。因此，不局限于硅玻璃。例如，基于此可以使用諸如結(jié)晶玻璃(crystalliyed glass)那些具有2×10-7的熱膨脹系數(shù)的材料。盒蓋6b具有大體上“U”形狀的橫截面，該橫截面垂直于光纖的縱向方向，其中形成一個容納光纖耦合器G的空心槽7。另外，在室溫基座6a的上表面上放置一個突起部分8。突起部分8如圖9所示放置在盒基座6a的上表面，因此它被放在盒蓋6b的空心槽7之中。再者，如圖6所示的突起部分8，被放置用來在光纖耦合器G的被容納在空心槽7中時在兩端支撐裸露光纖部分1b的未被融合和拉長部分，這兩端是在裸露光纖部分1b的兩個邊緣。然后，把裸露光纖部分1b與突起部分8融合而不用任何粘結(jié)物，而使得裸露光纖部分1b被直接固定在基底6a上面。
在光纖耦合器G的圓錐部分，大部分光作為損耗被從裸露光纖的一個中心部分到該裸露光纖的另一個中心部分傳播。因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例，該圓錐區(qū)域未被突起部分8支撐，這樣在光通信中無負(fù)面影響。
另外，在本實(shí)施例中，如圖6所示，光纖1的包皮部分1a的一部分也被容納在保護(hù)盒6的空心槽7里面，并且該包皮部分1a和被直接固定在突起部分8上的裸露光纖部分1b的一部分，被涂上粘結(jié)物9來保護(hù)。例如，粘結(jié)物9可以是紫外固化樹脂。紫外固化樹脂材料期望具有低硬度以便消除由于溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。在本實(shí)施例中，紫外固化樹脂材料具有0.025kg/mm2楊氏模量。
參照附圖10至12，將闡述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)光纖耦合器的方法。
首先，準(zhǔn)備完成了融合和拉長的偏振保持光纖耦合器G。其次，光纖耦合器G的裸露光纖部分1b被接近由硅玻璃制成的盒基座的突起部分8(見附圖10)，這樣裸露光纖部分1a幾乎與突起部分接觸。然后，一個弧光放電電極(未示出)被插到與圖11示出的低面垂直的方向，這樣電極被放在裸露光纖部分1a未被融合和拉長的部分和突起部分之間，而弧光放電10則通過給電極施加高電壓而產(chǎn)生(見附圖11)。當(dāng)弧光放電產(chǎn)生時，盒基座6a同時被升高一點(diǎn)點(diǎn)以使裸露光纖部分1b被融合在突起部分8上面。
然后，具有低硬度的紫外固化樹脂(ultravioletcuringresin)被涂在融合部分以保護(hù)之。另外，為了粘連盒基座6a和盒蓋6b，同樣的紫外固化樹脂被涂在盒基座6a的上表面，而后盒蓋6b在盒基座6a上面(見圖12)。最后，涂在光纖耦合器G的被融合區(qū)域起保護(hù)作用的樹脂以及涂在盒基座6a上固定盒蓋6b和盒基座6a的樹脂，通過對整個盒子照射紫外線而固化，然后整個過程完成了。為了融合裸露光纖部分16和突起部分8，也可不用弧光放電而使用氣體燃燒器。
多個有偏振保持光纖耦合器可以分別通過上述方法和常規(guī)方法產(chǎn)生出來?？梢詼y定它們的溫度串?dāng)_特征，該特征對施加在裸露光纖部分的力敏感，以保證根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)對光纖的效果。測定方法和結(jié)果將在下面敘述。用本發(fā)明方式生產(chǎn)的光纖耦合器和用常規(guī)方式生產(chǎn)的光纖耦合器的串?dāng)_大致相等。
接著，參照附圖13來說明本發(fā)明的第二個實(shí)施例。
第一實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的差別在于，粘結(jié)物9覆蓋光纖1的包皮部分1a而不覆蓋突起部分8。裸露光纖部分1b不用任何粘結(jié)物而通過將裸露光纖部分1b與突起部分8融合，直接固定在盒基座6a上面。
圖14為根據(jù)本實(shí)例保證保護(hù)結(jié)構(gòu)效果的檢測的原理圖。需測量的光纖耦合器G被放在恒溫容器11里面。
在入射邊的主光纖12的一端、支光纖13的一端，在輸出邊的主光纖14的一端、支光纖15的一端，被從放在恒溫容器11里的光纖耦合器G引出到恒溫容器11的外面。另外，只有從光源16發(fā)出的光中的X偏振光入射到入射邊的主光纖的12的一端。再者，通過相應(yīng)的檢偏器18，僅僅從經(jīng)在輸出邊主光纖14的一端和光纖15的一端輸出的光中，獲得特殊的偏振成份，并且它們的強(qiáng)度通過相應(yīng)為瓦特計(jì)19測量。透鏡20被放置在起偏器17和檢偏器18的前后。
利用上述測量系統(tǒng)，當(dāng)恒溫容器11的溫度從-40℃變到+70℃時，從輸出邊的主光纖14一端和光纖15一端出來的X偏振光成份和Y偏振光成份的光強(qiáng)度被測量到，并且串?dāng)_與溫度的關(guān)系被測定。
接下來，參照圖15和16來說明對第一實(shí)施例和常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)的測量結(jié)果。
根據(jù)常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)，很明顯，在溫度稍低時串?dāng)_變差(見圖16)，而根據(jù)本實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)，串?dāng)_很穩(wěn)定(見圖15)。
接下來，為本實(shí)施例的各個保護(hù)結(jié)構(gòu)和常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)取3在同樣方式下的十組測量數(shù)據(jù)，以比較在-40℃時的串?dāng)_衰減，如圖17和18所示。圖17是根據(jù)本實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的測量結(jié)果，圖18是常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)的測量結(jié)果。
如圖17的頻率分布所示，在第一實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)中，串?dāng)_衰減值集中在0至6分貝內(nèi)。而在常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)中，串?dāng)_衰減值則分?jǐn)?shù)在6至18分貝之間。從曲線可以明顯看到，本實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的串?dāng)_衰減值與常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)的相比要小得多。
另外，測量溫度特征之后，在具有本實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的樣品上進(jìn)行振動測試。結(jié)果，確未觀察到任何特征或結(jié)構(gòu)的變化。
因此，根據(jù)第一實(shí)施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)，光纖耦合器的偏振特性對外部環(huán)境十分穩(wěn)定，因此如果將本發(fā)明運(yùn)用到充分利用偏振特性的利作偏振保持光纖的光纖耦合器上，會十分有效。
本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施例。例如，用在光纖耦合器上光纖的種類、數(shù)量、結(jié)構(gòu)，以及粘結(jié)物材料不僅局限于上述實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，光纖耦合器可堅(jiān)固地固定在保護(hù)盒里，而施于光纖耦合器的裸露光纖部分的力卻顯著地降低。從而，光纖耦合器的偏振特性對外部環(huán)境十分穩(wěn)定，因此，如果將本發(fā)明運(yùn)用到充分利用偏振特征的利用偏振保持光纖的光纖耦合器上，會十分有效。
從本發(fā)明的這些敘述中，很顯然可以以許多方式對本發(fā)明作出改變。這些改變不被認(rèn)為背離了本發(fā)明的精神和范圍，而且對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說所有這些明顯的改進(jìn)確定被包括在下面權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種由多個光纖的裸露光纖部分制成的光纖耦合器的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該裸露光纖部分是通過剝?nèi)ザ鄠€光纖的包皮形成的，包括一個由具有與該光纖有相同熱膨脹系數(shù)的具有容納該光纖耦合器的空間的材料制成的盒子；光纖支撐裝置，被安排在該盒子里的空間里面并與該裸露光纖部分融合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述光纖支撐裝置支撐未被融合和拉長的所述裸露光纖部分的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述盒由與光纖同樣的材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中該光纖支撐裝置是在所述盒的空間中形成的突起部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述光纖支撐裝置是由弧光放電融合的材料制成的矩形突起部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述裸露光纖部分在所述盒子空間中的兩端被粘結(jié)物覆蓋，該粘結(jié)物具有低硬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述光纖支撐裝置被具有低硬度的粘結(jié)物覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述盒是由與該光纖不同的材料制成的，但該材料具有與所述光纖相同的熱膨脹系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述盒和所述光纖是由玻璃材料形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述盒包括一個盒體和一個盒蓋以形成空間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述光纖支撐裝置被安裝在所述盒體上，在所述盒蓋中形成一個矩形槽以容納所述光纖，且所述光纖支撐裝置在所述盒蓋蓋在所述盒體上時被放置在槽中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述光纖是偏振保持光纖(polarization holding optical fiber)。
13.一種保護(hù)由多個光纖的裸露光纖部分制成的光纖耦合的方法，所述裸露光纖部分由剝?nèi)ザ鄠€光纖的包皮形成，包括以下步驟把所述裸露光纖部分融合在由具有與光纖相同的熱膨脹系數(shù)的材料制成的盒子上;用粘結(jié)物涂在裸露光纖部分的被融合區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述盒和光纖由玻璃材料形成，并且在融合步驟中裸露光纖通過弧光放電的被融合在盒子上。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中該盒包括盒體和盒蓋，兩個矩形突起部分由與光纖同樣的材料形成，而且在融合步驟中盒蓋具有一個槽以容納突起部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中該在融合步驟中形成的融合區(qū)域和盒體與盒蓋間的接觸區(qū)域，被涂上紫外固化樹脂(ultraviolet curing resin)，當(dāng)盒蓋在盒體上以后，用紫外線照射整個盒子來固化涂在融合區(qū)域和接觸區(qū)域的樹脂。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述光纖是偏振保持光纖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由多個光纖的裸露光纖部分制成的光纖耦合器的保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中裸露光纖部分是通過剝?nèi)ザ鄠€光纖的包皮而形成的，包括一個由具有光纖相同熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成的盒子并具有容納光纖耦合器的空間，以及光纖支撐部分，被安排在盒子空間里邊并與裸露光纖部分融合。
文檔編號G02B6/00GK1092179SQ94100528
公開日1994年9月14日 申請日期1994年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月21日
發(fā)明者笹岡英資, 菅沼寬, 服部知之, 滝本弘明 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社