專利名稱:光學(xué)纖維組件的制造技術(shù)
本發(fā)明涉及一種融接的雙錐型光纖耦合器的制造方法及裝置，特別是涉及用于加熱緊密接觸的光纖段，使其融接在一起的設(shè)備。本發(fā)明一般應(yīng)用于單模或多模光纖及耦合器。
用于制造融接的雙錐型光纖耦合器的通常技術(shù)必須使兩根或兩根以上的相應(yīng)光纖段形成緊密的并排關(guān)系，加熱這些光纖段，其溫度足以使光纖段軟化并融接在一起。然后縱向拉伸已被加熱的光纖，使每一根已融接的光纖變成雙錐型，從而形成一個耦合器。這些工藝步驟的典型說明可以在美國專利US-4612028(發(fā)明人Abebe)中找到。
用于對緊密接觸的光纖段進行有效加熱的已知裝置包括電阻線圈式，微型噴氣火焰式，以及電弧式裝置。一般認(rèn)為線圈式裝置在加熱和冷卻速率方面太慢，并缺乏足夠的熱容量，而火焰式裝置很容易引起這種精細(xì)光纖產(chǎn)生值得注意的損傷，并且，如果不采用特別的保護措施，就會產(chǎn)生不希望的燒損雜質(zhì)。例如，美國專利 US-4439221(發(fā)明人Smyth等人)公開了一種對那些傳統(tǒng)加熱設(shè)備的改進結(jié)構(gòu)，把緊密接觸的光纖段放入石英管的加熱區(qū)內(nèi)密封起來，光纖穿過石英管。石英管的起始作用是保護光纖，當(dāng)用火焰加熱時，石英管又起到加熱爐的作用，把熱傳給光纖。拉伸后，石英管就用作耦合器的保護包裝套筒。
在另一些參考資料中，也描述了一些類似的套管，典型的是用石英或玻璃制作的，都有保護和間接加熱這兩種作用。在一些實例中，套管在加熱時和耦合器融接在一起，而在另一些實施例中，套管與光纖分開，只作為包裝套筒使用。例如澳大利亞專利申請46871/85(日立公司提出)，建議采用電爐或氫氧焰加熱套管，但認(rèn)為采用加熱爐太慢。文件中公開的保護套管，其截面是環(huán)形的，半圓形的或U型的。
美國專利US-4377403(發(fā)明人McLandrich)公開了一種由單模光纖制成的耦合器。這種耦合器的制造過程是，用浸蝕方法去掉一定長度的涂復(fù)層，縱向纏繞光纖(大約2厘米長纏繞3～10轉(zhuǎn))，然后利用電弧把光纖融接起來。在浸蝕、纏繞并融接的光纖外面套一套筒，套筒內(nèi)充滿一種液體，其折射率要和光纖的涂復(fù)層非常匹配，套筒兩端要堵塞住。
根據(jù)美國專利US-4392712(發(fā)明人Ozeki)，一組光纖并排接觸放置，沿光纖的兩個位置上涂以快速固化的粘結(jié)劑，將粘在一起的光纖放進融接裝置中。融接裝置包括一個中空的圓柱形加熱器(橢圓形截面的鎳鉻絲線圈)，夾緊光纖用的夾持器，以及由步進電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)輪。光纖穿過加熱器，使兩個粘接位置之間的光纖長度位于加熱器內(nèi)，壓緊光纖，然后由轉(zhuǎn)輪拉直。
在一組光纖端部與光源耦合，而另一組光纖端部與光電檢測器耦合。連續(xù)加熱直到前面所述的光纖部分融接在一起。融接情況由光電檢測器測量其光線經(jīng)光纖傳播的衰減量。此時，轉(zhuǎn)輪開始以1至2mm/sec的速度向相反的方向運動，以拉長已被加熱的光纖部分，從而產(chǎn)生雙錐型截面。繼續(xù)拉長直到由檢測器所測得的光纖輸出功率之差減少到0.5dB。
一種微型噴焰設(shè)備在美國專利US-4591372(發(fā)明人Bricherno)中已有描述。
本發(fā)明人認(rèn)為，這些先有技術(shù)的加熱設(shè)備(為了更好的制造而不斷改進)，一般說，效率低，重復(fù)性不好，可靠性差，在大量生產(chǎn)的基礎(chǔ)上制造光纖耦合器是不適用的。例如，用火焰加熱時，在產(chǎn)生一致性火焰特性(如溫度分布特性，時間和空間穩(wěn)定性)方面，存在著實際困難，流動氣體使光纖發(fā)生抖動也是一個問題。用電弧加熱時，達到足以控制用于加工耦合器的電弧空間范圍，也是非常困難的。
本發(fā)明的目的是提供一種制造融接的雙錐型光纖耦合器的技術(shù)，適合于大量生產(chǎn)耦合器，需要時，可同其他工藝制品結(jié)合起來，使其至少能夠滿足現(xiàn)有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，更好地改善產(chǎn)品質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種制造融接的雙錐型光纖耦合器的方法，包括使至少兩根經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理的并排放置的光纖作相對橫向運動，經(jīng)加熱爐的縱向狹槽進入到中空加熱爐內(nèi)。
使加熱爐加熱，從而使已緊密并排接觸的光纖段加熱，其溫度足以使光纖段融接在一起;
縱向拉伸處于熱的加熱爐中的已被加熱的光纖，使每一已融接的光纖變成雙錐型，從而形成一個耦合器;以及相對橫向移動耦合器，使其經(jīng)所述狹槽，從加熱爐內(nèi)移出。
所述的加熱最好是這樣相對于每一光纖段大致呈軸向?qū)ΨQ，在相接觸的光纖中心區(qū)的兩個方向上，大致是均勻的。
耦合器從加熱爐中移出，只是在受控快速的冷卻之后進行。
本發(fā)明進一步提供一種制造融接的雙錐型光纖耦合器的裝置，包括
一個中空加熱爐，最好是細(xì)長形的，有一縱向狹槽;
一裝置，使至少兩根經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理的光纖保持緊密并排接觸;
一裝置，使光纖作相對橫向運動，經(jīng)所述狹槽進入所述加熱爐中和從爐中退出;
一裝置，使加熱爐加熱，繼而使已呈緊密并排接觸的光纖段加熱其溫度足以使光纖段融接在一起;以及一裝置，縱向拉伸處于熱的加熱爐中的已被加熱的光纖，使每一融接的光纖變成雙錐型，從而形成一個耦合器。
加熱爐可以是固體的，通常是管狀的電阻元件，其材料可以是碳，例如，以石墨的形式制成，當(dāng)通以電流時，就會產(chǎn)生熱量。加熱爐最好放在一個機殼內(nèi)，機殼有一細(xì)長槽，與加熱爐的縱向狹槽處于同一平面并與其對準(zhǔn)。
加熱爐最好制成軸向?qū)ΨQ的，沿其軸線的剖面是不均勻的，呈連續(xù)的變化或是臺階狀的變化，當(dāng)有電流流過時，在加熱爐的內(nèi)腔，提供一種預(yù)定的溫度分布。
加熱爐的溫度分布是有利于在加熱爐的中心區(qū)域內(nèi)，呈現(xiàn)一種單一的峰值溫度區(qū)，在比中心區(qū)域大的限定區(qū)域內(nèi)，呈現(xiàn)一種急劇下降的變化。在使用時，限定區(qū)域是指緊密接觸的光纖段所占據(jù)的空間。
本組件最好包括一裝置，用來允許一種氣體(例如一種惰性氣體)，在所述加熱步驟時，進入到加熱爐的內(nèi)部。在加熱爐為碳制加熱爐的情況下，根據(jù)本發(fā)明的特點，對加熱爐可以定期采取措施，可以在空腔內(nèi)部通以適當(dāng)?shù)臍怏w，對加熱爐內(nèi)表面進行熱解處理。但不必在每次制造耦合器之前進行熱解。甲烷是一種合適的氣體。熱解(就是從氣體中分裂出碳附在表面上)的目的，是使表面穩(wěn)定，這樣就減小了因元件老化對耦合器的制造，造成不希望有的影響，也就是提高了加熱爐的使用壽命。
用于保持光纖的裝置可以包括能夠松開的夾持裝置，用于使光纖作橫向運動的裝置可以包括各自的步進電機、絲杠用來驅(qū)動，以使夾持裝置運動。這些夾持裝置及所述的拉伸裝置，最好能夠?qū)γ恳还饫w提供一種縱向張力，并最好聯(lián)結(jié)一個用于監(jiān)測一根或兩根光纖的張力裝置。
正如在先有技術(shù)中得知的，最好利用使光纖段互相纏繞，以形成緊密的接觸。當(dāng)加熱光纖時，各個光纖段都應(yīng)處在初始張力下。
光纖應(yīng)采用前面所提到的方法進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，例如，剝?nèi)ヒ粚踊蚨鄬颖Ｗo層，浸蝕掉涂復(fù)層，然后清洗已剝?nèi)ネ馄さ墓饫w。
在融接光纖段時，為了減小光纖的下垂，保證光纖不與加熱爐的內(nèi)表面相接觸，或者與鄰近的部件表面相接觸，光纖應(yīng)該受一個初始速度的縱向拉伸，這個初始速度要比隨后使光纖成為雙錐型的拉伸速度慢。
這種兩步拉伸的特征，對另一種耦合器的制造方法有更具體的應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明，進一步提供一種制造融接的雙錐型光纖耦合器的方法，包括加熱已成緊密并排接觸的光纖段，其溫度足以使光纖段融接在一起;
與光纖融接在一起的同時，以一種較慢的初始速度縱向拉伸光纖;以及隨后以一種較快的速度縱向拉伸已被加熱的光纖，使每一融接的光纖變成雙錐型，從而形成一個耦合器。
在初始拉伸步驟時的加熱爐的溫度，也可以不同于第二次拉伸步驟時的溫度。
耦合器的耦合系數(shù)最好被連續(xù)監(jiān)測，而拉伸速度可根據(jù)預(yù)定的耦合系數(shù)觀測值而改變，例如，其值在1%和5%之間，或者根據(jù)融接工序開始以后一個預(yù)定的時間而改變。
本發(fā)明進一步提供一種用于制造融接的雙錐型光纖耦合器的裝置，包括對已呈緊密并排接觸的光纖段進行加熱的裝置，其溫度足以使光纖段融接在一起。
對光纖進行縱向拉伸的裝置;以及控制所述拉伸裝置的裝置，以便以一種較慢的初始速度，與光纖被融接在一起的同時，拉伸光纖，隨后，以一種較快的速度來拉伸已被加熱的光纖，使每一已融接的光纖變成雙錐型，于是形成一個耦合器。
這種兩步拉伸方法，與澳大利亞專利申請35650/84(國際標(biāo)準(zhǔn)電子公司提出)所公開的拉伸方法不同，后一方法公開的是，以一種快的起始拉伸速度以獲得并保持雙錐型線芯的形狀，隨后至少以一個工序步驟降低到一種較慢的速度，以便容易更好地控制最終的耦合參數(shù)。一種類似的普通拉伸方法，在前面提到的美國專利US-4592372(發(fā)明人Bricheno)中也有描述。
現(xiàn)在，參照附圖，僅作為實施例方式，對本發(fā)明進行說明，其中。
圖1是本發(fā)明裝置的平面簡圖;
圖2是按圖1中2-2線上的橫剖面，表示的是加熱器組件;
圖3是按圖2中3-3線上的剖面，更詳細(xì)地表示出加熱爐的圖形;
形;
圖4是放大的加熱爐的軸向剖視圖;
圖5表示的是在加熱器組件的加熱爐空腔內(nèi)，幾種典型的溫度分布圖;
圖6是用于夾持、張緊及拉伸光纖的裝置的平面視圖;
圖7是圖6所示裝置的側(cè)視圖;
圖8是用于夾持并使光纖互相纏繞的齒輪裝置的等軸立體圖;
圖9是圖8所示齒輪裝置的軸向剖視圖;
圖10是圖1所示裝置用的計算機控制設(shè)備的框圖;
圖11的曲線表示，當(dāng)利用所描述的方法來制造多模耦合器時，各種參數(shù)隨時間而變化的情況。
圖示的裝置10，包括一個加熱器組件11，有一細(xì)長的中空管形碳加熱爐12(圖2、3及4);各自可移動的夾持裝置14、16，它們由絲杠驅(qū)動器19、21帶動，在橫向滑道15、17上垂直于加熱爐12的軸線作直線移動;步進電機18、20分別操縱絲杠驅(qū)動器19、21;光纖拉伸裝置22、24;用于測量光纖張力的裝置23;以及與夾持裝置14裝在一起的夾頭旋轉(zhuǎn)器26。
下面更詳細(xì)說明夾持裝置14、16，各自具有滑板30，上面有槽31，在使用本裝置時，槽中放入一對光纖8、9且定位，當(dāng)光纖處在夾持裝置14、16之間并被其可靠保持住，兩光纖的起始橫向間隔為0.5至1mm。光纖由具有鉸鏈的夾板33壓緊。夾持裝置14由驅(qū)動器26帶動旋轉(zhuǎn)，用來互相纏繞光纖，例如纏繞一轉(zhuǎn)，夾持裝置14、16及驅(qū)動器26就組成一種裝置，用于使光纖保持緊密的并排接觸。所設(shè)計的驅(qū)動器26可使光纖互相纏繞，但單個光纖本身不會扭轉(zhuǎn)，這一點下面再詳細(xì)描述。
拉伸裝置22、24可以使夾持裝置14、16均勻地移動，移動的方向相反并平行于加熱爐12的軸線，因此，在形成雙錐型的步驟期間，可以拉伸光纖。它們在設(shè)備的工作期內(nèi)，結(jié)合一張力監(jiān)測裝置23，對光纖施加一個張力。張力監(jiān)測裝置23，例如是一個應(yīng)變儀電橋，與夾持裝置14、16安裝在一起。
圖2至圖4更詳細(xì)地表示了加熱器組件11的結(jié)構(gòu)，包括一個外殼40。它由四個主要部件組成一個環(huán)形絕熱的核芯44，例如由石墨氈墊制成，一對大的環(huán)狀電極46、47，以及一個外安裝環(huán)48。安裝環(huán)48包圍著核芯44，這兩個部件又被夾在電極46、47之間，環(huán)的構(gòu)形具有一穩(wěn)定的底座120，用于支承組件(圖2)。這個組件用多個螺釘45把電極固定到安裝環(huán)48上。兩電極是完全互相電絕緣的，它們與核芯和安裝環(huán)，也利用合適的絕緣墊板43進行絕緣，螺釘45外面也裝上絕緣襯套43a。
在外殼40的中心有一空腔42，用以容納加熱爐12。電極46、47的中心孔，作成錐形，小頭朝里，各自與導(dǎo)電的銅制圓錐形套筒49相配合，套筒以軸向?qū)ΨQ的方式緊緊地固定住加熱爐。套筒49由端板49a推到頭，用螺釘49b固定到電極上。圓錐形套筒49可以承受加熱爐在加熱時的熱膨脹作用。
碳制加熱爐12，由均質(zhì)固態(tài)石墨制成的管體，被電流加熱。電流是從合適的電源60經(jīng)具有冷卻液導(dǎo)管62的電纜引入的。電流流經(jīng)一電極46，傳到圓錐形套筒49，到加熱爐12，到另一個圓錐形套筒49，再流到電極47。
加熱爐12的軸線最好是水平的，而不是垂直的，如圖所示，這是為了避免“煙囪效應(yīng)”，不使微粒及其他雜質(zhì)沉積在光纖上。
加熱爐12的中空內(nèi)腔13作成軸向?qū)ΨQ的圓形截面，在夾持裝置14、16之間的空間，形成橫向開口，是由加熱爐，絕熱核芯44及安裝環(huán)48上的縱向槽50、51及52對齊成同一平面形成的?？涨?3兩端孔，與端板49a的孔對準(zhǔn)，以便形成一條明顯的穿過加熱器組件的軸線。
加熱爐12在其內(nèi)腔13中有一種溫度分布，也就是相對于中心點形成大致的軸向?qū)ΨQ及縱向?qū)ΨQ的分布。更具體地講，加熱爐的外形構(gòu)成一個雙錐形錐體(見圖4)，由臺階或肩部54形成兩端直徑大，中部較細(xì)，中心凸臺55由兩腰部56相分隔，這樣，中空內(nèi)腔的溫度分布呈現(xiàn)出加熱爐中心區(qū)域的單一的峰值溫度區(qū)，在比中心區(qū)大的限定區(qū)域內(nèi)，有一急劇下降的變化。圖5表示了這樣的縱向分布的幾種實例。雖然別的形狀的加熱爐也可以得到這種形式的溫度分布，但圖示的形狀是特別有效的。兩肩部54的距離最好在10和20mm之間，例如大約15mm，內(nèi)腔13的直徑最好在4和8mm之間，例如大約6mm。凸臺55保證有一平頂?shù)男螤?，這樣可以限制耦合器橫截面沿錐面及腰部長度上不希望有的變化。在加熱爐孔中放入橫向開槽的石墨堵頭65，位于兩腰56的旁邊，這樣可以進一步增加溫度的急劇變化。
組件11有一長孔66，可放高溫計110(圖2)，用于監(jiān)測加熱爐12的溫度。還有一個導(dǎo)管68及孔69，它們用于在加熱及拉伸步驟的期間內(nèi)，將氣體，例如一種惰性氣體(例如氮氣)引入到空腔42以及加熱爐的內(nèi)腔13之中。為了最適當(dāng)?shù)乜刂剖訜釥t引入這種氣體是非常必要的。正如上面所述的，這種氣體也可周期性的置換，例如引入氣體甲烷，對加熱爐內(nèi)表面進行熱解處理。電極46、47也有內(nèi)部冷卻管，它們以數(shù)字70為代表，冷卻液經(jīng)導(dǎo)管62流入冷卻管70進行循環(huán)。
圖6和圖7更詳細(xì)地表示了夾持裝置16的結(jié)構(gòu)。一對具有光纖槽31a，31b的滑板30，30′，用一對不銹鋼板34分別固定到安裝板32，32′上，鋼板34用壓條35及螺釘35a固定。在鋼板34的垂直面上裝有前面所提到的應(yīng)變儀裝置23。為了限制滑板30的移動范圍，在安裝板32上裝有突起的擋塊130，131它們與滑板上的凸塊132相配合作用。
在滑板30，30′上裝有三個有鉸鏈的鋼制壓板33，33′，33″。墊板33a裝在壓板33、33′及33″的下面，它們分別壓住單根光纖及兩根光纖。壓板33，33′及33″是由磁鐵37吸住而壓緊光纖的。光纖槽31a、31b是V型槽，其大小要能夠使光纖橫截面的大約一半高出滑板的表面。
安裝板32，32′安裝在一個共同的底板38上，可以作平行于光纖方向的滑動，這種滑動是用指狀旋紐39的轉(zhuǎn)動來進行的，它們也用來分別對光纖施加單個張力，或者調(diào)節(jié)光纖的張力。底板38是支座72的一部分，支座72可以沿絲杠74作平行于光纖的均勻的移動，也可以沿絲杠21作垂直于光纖的移動。絲杠74由電機76驅(qū)動，這些組件就構(gòu)成了拉伸裝置24。
圖8和圖9更詳細(xì)地表示了旋轉(zhuǎn)器26的結(jié)構(gòu)。一個環(huán)形外圈80裝有軸承82、83支承著一個前部環(huán)形齒輪84，和一個尾部大型直齒輪86，兩齒輪外徑相等，環(huán)形齒輪84有內(nèi)齒，內(nèi)齒與一對行星齒輪88、89相嚙合，行星齒輪88、89裝在齒輪86的孔91內(nèi)的軸承90上。齒輪84、86之間用滾珠座圈92互相支撐。行星齒輪88、89有軸孔94，光纖8、9分別穿過軸孔，被行星齒輪前面的卡頭或夾盤96夾緊，尾部有滑動離合器98。
直齒輪86還裝有一根朝前伸出的桿100，另一端與夾持滑板30
相連接。每一齒輪84、86由自己的步進電機(未表示)單獨驅(qū)動，并在計算機控制下進行調(diào)節(jié)，于是當(dāng)齒輪86旋轉(zhuǎn)時，使光纖互相纏繞，由環(huán)形齒輪84驅(qū)動行星齒輪對作用在單根光纖上的合成扭矩進行精確地抵消，因此，每根光纖本身不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)然，如果希望的話，本設(shè)備也能調(diào)整得到所希望的光纖的不為零的扭轉(zhuǎn)量。
在使用本裝置制造融接的雙錐型光纖耦合器時，選擇一定長度的一對光纖8、9例如線芯為鍺摻雜的多模二氧化硅光纖，首先在各自的區(qū)段內(nèi)剝?nèi)ケＷo層以露出涂復(fù)層，再采用任何已知的適當(dāng)技術(shù)浸蝕涂復(fù)層，使整個區(qū)段或部分區(qū)段的涂復(fù)層厚度減小，然后清洗光纖，例如在甲醇溶液中清洗或用甲醇海綿擦拭。正如圖1所示，光纖固定在狹槽52的前面，并與槽對齊，利用夾持裝置14、16使光纖處在規(guī)定的平衡張力的作用之下可靠地夾持。然后利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器26及夾持裝置14，使光纖纏繞在一起，(典型的是繞一轉(zhuǎn)，但也可以繞多轉(zhuǎn)，例如最大到四轉(zhuǎn))，光纖就形成緊密的并排接觸。夾持裝置16可以方便地使每根光纖都精確地處在所希望的張力作用下。
然后，步進電機18、20工作，驅(qū)動絲杠19，21旋轉(zhuǎn)，使夾持裝置14，16在滑道15，17上以相等的速度移動，圖中向箭頭58所示方向移動，于是緊密接觸的光纖經(jīng)狹槽52、51、50進入到加熱爐空腔13的中心。這個位置就是圖1中點劃線所示的位置，接觸/纏繞的光纖段的中心應(yīng)該處在加熱爐空腔縱向溫度分布的中心。然后接通電源60，加熱這個已初始張緊的、經(jīng)浸蝕并接觸的光纖段，使其達到的溫度足以引起光纖段軟化并融接在一起，這個融接方法本身是大家都已清楚的，融接的長度，例如約為1cm，要達到的溫度超過1600℃。
在融接步驟期間，拉伸裝置22、24工作，以相對較慢的速度，例如對于1cm的融接長度，每分鐘1至4mm，向相反的方向拉伸光纖，這是為了防止光纖產(chǎn)生下垂，而與加熱爐空腔13的表面或其他鄰近的部件相接觸。應(yīng)變儀裝置23用來維持適宜的光纖張力。
在加工過程中，最好在一根光纖的一端射入一光線，而在每一根光纖的另一端進行監(jiān)測，盡可能連續(xù)監(jiān)測耦合系數(shù)及超量功率損失。當(dāng)觀測的耦合系數(shù)達到例如大約為2%時，就可以認(rèn)為融接已經(jīng)完成，拉伸速度就可提高，例如每分鐘7至8mm，這種速度可以使融接的光纖產(chǎn)生雙錐型，這也是眾所周知的。加熱和拉伸以受控的方式停止進行，以便得到所要求的耦合系數(shù)。典型地說，對于每根原先已被浸蝕的直徑為80至90微米的光纖來說，耦合器的腰部寬度為30微米。在較快的拉伸期間，加熱爐溫度可以降低?，F(xiàn)在，雙錐型耦合器就可以按已知技術(shù)進行包裝和/或封裝，使其避免受到有害環(huán)境影響，并增加抗震強度。
圖10是計算機控制設(shè)備方框圖，一旦光纖被夾持就位時，就能自動進行上述全部工序過程。計算機的特別任務(wù)是提供兩步拉伸法，這是本發(fā)明的一個顯著的特征。
圖11說明，當(dāng)利用剛描述的方法，用浸蝕掉涂復(fù)層的多模光纖制造耦合器時，后一工藝步驟的情況。所要求的耦合系數(shù)為50%，得到的耦合系數(shù)為48%。曲線A、B分別代表上面提到的從光纖一端得到的功率輸出，在加熱爐達到最高溫度(曲線C)之前的一個很短時刻開始進行監(jiān)測。曲線D代表拉伸速度，曲線E代表耦合器的功率損失。
這些曲線突出說明了本發(fā)明的優(yōu)點。從融接加熱開始到結(jié)束化費的總的時間僅約為六分半鐘，耦合系數(shù)的波動非常小，測得的功率損失也很小，僅0.05dB。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)可使操作者多次重復(fù)制造標(biāo)準(zhǔn)化的耦合器，完全滿足所要求的輸入損耗(insertion loss)，耦合系數(shù)的容容許偏差、折射系數(shù)及方向性標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，希望盡可能減少這些參量，但是可能還有另一方面的要求，就是生產(chǎn)出具有特殊性能的更復(fù)雜的耦合器，例如根據(jù)波長而改變性能，那么本發(fā)明的方法和裝置，進行必要的控制就能獲得這樣的特性。
就本發(fā)明人所知，目前市場上能得到的最好的多模耦合器，輸入損耗為0.3dB的數(shù)量級，對所定耦合系數(shù)為50%時，偏差為±5%。市場上最好的單模耦合器，損耗大約為0.1dB。本發(fā)明的方法，對于多模耦合器來說，可得到損耗約為0.1dB，耦合系數(shù)偏差為±2%的數(shù)量級，重復(fù)性也很高。
本發(fā)明的方法，利用一個加熱爐，通過控制耦合器的橫截面，能夠很好地控制單模耦合器的偏振靈敏度。根據(jù)本發(fā)明，有可能控制加熱，也就是控制融接以減少偏振靈敏度，或者控制在一個所希望的水平。對多模耦合器來說，利用加熱爐精確控制融接區(qū)，就能減小對輸入信號的不希望出現(xiàn)的非對稱特性，或者說，容易進行控制，以獲得所希望的非對稱特性。
應(yīng)該指出，被加熱的加熱爐及光纖的加熱速度，可以提高到幾百攝氏度或更高，這是對原先制造方法的一種重大改進。
本發(fā)明的方法及裝置，組成了制造光纖耦合器的最簡單，可靠以及有效的設(shè)備，這套設(shè)備更適用于大量生產(chǎn)的技術(shù)部門。
權(quán)利要求
1.用于制造融接的雙錐型光纖耦合器的裝置，其特征在于包括具有縱向狹槽的中空加熱爐；使至少兩根經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理的光纖保持緊密并排接觸的裝置；使光纖作相對橫向運動，經(jīng)所述狹槽進入和移出所述加熱爐的裝置；使加熱爐加熱的裝置，再使已緊密并排接觸的光纖段加熱，直至溫度足以使光纖段融接在一起；以及縱向拉伸處于熱的加熱爐中的已被加熱的光纖的裝置，使每一根已融接的光纖變成雙錐型，從而形成一個耦合器。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其中加熱爐包括固體的，一般為管形的電阻元件，當(dāng)通以電流時，其元件材料產(chǎn)生熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的裝置，其中所述加熱爐的材料是碳。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1，2或3的裝置，其中所述加熱爐放置在機殼內(nèi)，機殼具有細(xì)長槽，它與加熱爐的縱向狹槽處于同一平面并與其對準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的裝置，其中所述加熱爐用一對導(dǎo)電的圓錐形套管保持在所述機殼的孔內(nèi)，圓錐形套管分別在加熱爐的端部和互相電絕緣的環(huán)狀電極之間夾緊，電流經(jīng)環(huán)狀電極流過所述加熱爐。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求
的裝置，其中所述加熱爐作成軸向?qū)ΨQ的，但沿軸線是不均勻的，呈連續(xù)的變化或呈臺階狀變化，當(dāng)電流通過加熱爐時，在其空腔內(nèi)部提供一種預(yù)定的溫度分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的裝置，其中所述加熱爐具有一個中心區(qū)段，其橫截面相對于軸兩端的區(qū)段要小，于是在加熱爐的中心區(qū)域中，溫度分布呈現(xiàn)一種單一的峰值溫度區(qū)，在此中心區(qū)域大的限定區(qū)域內(nèi)，呈現(xiàn)急劇的下降變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5或7的裝置，還包括一個裝置，用于在加熱步驟期間，允許氣體進入加熱爐的內(nèi)部。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求
的裝置，其中所說用于保持光纖的裝置包括可松開的夾持裝置，以及用于使光纖橫向運動的裝置包括用于這種夾持裝置的絲杠驅(qū)動器。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的裝置，其中所述的夾持裝置以及所述的拉伸裝置適合對每一光纖提供縱向張力，并同一個用于監(jiān)測一根或多根光纖的張力的裝置裝在一起。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8或10的裝置，其中所述夾持裝置及拉伸裝置包括一對夾板，它裝在支座組件上，支座組件一方面由所述絲杠驅(qū)動器帶動作平移運動，另一方面可以縱向拉伸已加熱的光纖。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9、10或11的裝置，其中所述夾持裝置包括一個帶有槽的滑板，槽中分別放置光纖，以及一個或多個有鉸鏈的壓板，用來壓緊光纖，并利用磁鐵保持這種位置。
13.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求
的裝置，還包括一個裝置，用來使光纖互相纏繞，形成緊密接觸的光纖段。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的裝置，其中所述纏繞裝置包括一對具有可接受光纖的帶孔的行星齒輪，以及聯(lián)結(jié)在一起的齒輪驅(qū)動裝置，以使行星齒輪旋轉(zhuǎn)，使光纖互相纏繞，而單根光纖本身不會扭轉(zhuǎn)。
15.一種制造融接的雙錐型光纖耦合器的方法，其特征在于包括使至少兩根經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理的并排的光纖進行相對橫向移動，經(jīng)加熱爐的縱向狹槽進入到中空加熱爐內(nèi);使加熱爐加熱，進而使已成為緊密并排接觸的光纖段加熱，其溫度足以使光纖段融接在一起;縱向拉伸處于熱的加熱爐內(nèi)的已加熱的光纖，使每一根已融接的光纖變成雙錐型，并形成一個耦合器;以及使耦合器作相對橫向移動，從加熱爐內(nèi)經(jīng)所述狹槽移出。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其中所述的加熱，應(yīng)為相對于每一光纖段，大致形成軸向?qū)ΨQ，并在離相接觸的光纖的中心區(qū)域的兩個方向上大致是均勻的。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15或16的方法，其中從加熱爐中移出耦合器，只是在快速的并受控的冷卻之后進行。
18.根據(jù)權(quán)利要求
15、16或17的方法，其中所述加熱，是由加熱爐的溫度分布而獲得的，在加熱爐的中心區(qū)域，呈現(xiàn)一種單一的峰值溫度區(qū)，在比中心區(qū)域大的限定區(qū)域中，呈現(xiàn)急劇的下降變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求
15至18中任一項權(quán)利要求
的方法，其中所述光纖段，采用互相纏繞光纖，使其實現(xiàn)緊密的并排接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求
15至19中任一項權(quán)利要求
的方法，其中與所述光纖段融接在一起的同時，以一種初始速度拉伸光纖，初始速度要比隨后把光纖拉伸變成雙錐型的速度慢。
21.一種制造融接的雙錐形光纖耦合器的方法，其特征在于包括加熱已成緊密并排接觸的光纖段，其溫度足以使光纖段融合在一起;與光纖融接在一起的同時，以一種較慢的初始速度縱向拉伸光纖;以及隨后以一種較快的速度縱向拉伸已加熱的光纖，使每一融接的光纖變成雙錐型，形成一個耦合器。
22.根據(jù)權(quán)利要求
21的方法，其中耦合器的耦合系數(shù)被連續(xù)監(jiān)測，并根據(jù)預(yù)定的耦合系數(shù)的觀測數(shù)值而改變拉伸速度。
23.用于制造融接的雙錐型光纖耦合器的裝置，其特征在于包括用于加熱已成緊密并排接觸的光纖段的裝置，其溫度足以使光纖段融接在一起;用于縱向拉伸光纖的裝置，以及用于控制所述拉伸裝置的裝置，以便在光纖融接在一起的時候，以一種較慢的速度拉伸光纖，隨后以一種較快的速度拉伸已加熱的光纖，使每一融接的光纖變成雙錐型，形成一個耦合器。
24.根據(jù)權(quán)利要求
1至14中任一項權(quán)利要求
的裝置，其中的中空加熱爐及其狹槽大致處于水平位置。
專利摘要
用于制造融接的雙錐型光纖耦合器的裝置，包括具有縱向狹槽的中空加熱爐夾持裝置，使至少兩根經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理的光纖保持緊密并排接觸。夾持裝置由電機驅(qū)動，使光纖作相對橫向運動，經(jīng)狹槽進入爐中和從爐中移出。電源使?fàn)t加熱，再使光纖段加熱，直到溫度足以使光纖段觸接在一起。與夾持裝置裝在一起的拉伸裝置，縱向拉伸處于加熱爐中的光纖，使每一根已融接的光纖變成雙錐型，從而形成一個耦合器。
文檔編號G02B6/38GK87101248SQ87101248
公開日1988年8月10日 申請日期1988年11月14日
發(fā)明者戴維·哈林·索爾克拉夫特, 戴維·羅伯特·卡納比特, 斯科頓·克拉倫斯·拉什來京, 蒂莫斯·彼得·達伯斯 申請人:澳大利亞康芒瓦爾工業(yè)研究開發(fā)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan