專利名稱：生產(chǎn)聚合物光波導(dǎo)光耦合器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)聚合物光波導(dǎo)光耦合器的一種簡易方法。
在無源的光波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中，耦合器是用于使由輸入光波導(dǎo)到輸出光波導(dǎo)的光信號分開的光部件。這樣的耦合器包括一個透明體，它被連接到光波導(dǎo)的光輸入端和光輸出端。除了那些當(dāng)透明澆鑄件與光波導(dǎo)連接或熔合時所產(chǎn)生的耦合器以外，那些將光波導(dǎo)束扭合在一起并在扭合處被延伸的耦合器產(chǎn)品也是已知的(參見Agarwal，F(xiàn)iberIntegr，Optics6(1)，27-53，1987)。
但是，混合型耦合器的生產(chǎn)是復(fù)雜而昂貴的。而且，重現(xiàn)已知耦合器的傳輸損耗是困難的。在不同的輸出光纖之間，功率的波動大于1分貝。
因此，本發(fā)明的目的是找到一種簡單的，費用低的生產(chǎn)耦合器的方法，而且用這種方法生產(chǎn)的耦合器的輸出衰減小，并在輸出光纖之間的功率波動小。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果采用一個塑料收縮套來捆扎住并熔合這些光波導(dǎo)，有可能以簡單的方法生產(chǎn)出高效率的耦合器。
為此，本發(fā)明涉及了權(quán)利要求1所描述的方法。就是將光波導(dǎo)單向排列起來，用一個塑料收縮套包捆住2至105根光波導(dǎo)，將收縮套加熱到50至330℃之間而使相同的光波導(dǎo)連接起來的生產(chǎn)聚合物光波導(dǎo)耦合器的方法。
按照本發(fā)明所描述的方法，將2到105根，最好是2到1000根聚合物光波導(dǎo)單向排列起來并捆扎在一起。可以把光波導(dǎo)扭在一起。一個塑料收縮套套在所形成的光纖連接面處。收縮套的長度是5至200毫米，最好是10至100毫米，直徑為0.5至50毫米，最好是1至20毫米。
收縮套由聚烯烴，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，氯丁橡膠，1.1-二氟乙烯/六氟丙烯共聚物，硅橡膠，聚脂，氟化乙烯/丙烯共聚物或聚氟烷氧基共聚物，最好是聚烯烴，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯或硅橡膠組成。
收縮套可以是黑色的，透明的或彩色的。如果是透明的，其折射率n最好在1.35至1.6的范圍中，也可以使用其內(nèi)壁涂有折射率n在1.35至1.6范圍的熱塑性塑料的收縮套。通常，帶有內(nèi)涂層的收縮套是聚烯烴構(gòu)成的。
此外，還可以采用雙層收縮套，它包括一個外套和一個內(nèi)套。當(dāng)外套達(dá)到收縮溫度時，內(nèi)套已經(jīng)是熱塑性的了。由外收縮套所施加的壓力，足以在收縮套和聚合物光波導(dǎo)之間產(chǎn)生良好的連接?？梢韵胂螅谔资湛s套之前可用透明的熱塑性塑料帶或薄片捆扎光纖束。從高于收縮套的收縮溫度或低于收縮套的收縮溫度為確定溫度開始，塑料帶或薄片就成為熱塑性的，特別是應(yīng)用在未包覆的聚合物光波導(dǎo)中，起到了光隔離體的作用。帶或薄片的折射率必須小于聚合物光波導(dǎo)芯的折射率。
然后將塑料收縮套加熱到50℃至330℃，最好是80℃至200℃之間。在這個階段，根據(jù)收縮套的性質(zhì)，導(dǎo)管的直徑縮小到1.2∶1至4∶1。
如果導(dǎo)管的加熱溫度T低于光波導(dǎo)的軟化溫度TE，確保了光波導(dǎo)束捆扎繃緊。如果T高于TE，則各個光波導(dǎo)熔合在一起。在這種方法中，由收縮套包裹的光纖束在加熱過程中或加熱后可能被對稱地或非對稱地延伸，因而在中間形成一帶腰的雙錐形輪廓(雙錐形圓錐)。由于收縮套的中間部分加熱比兩端更強，在無延伸的情況也能得到這種雙錐形輪廓。
在收縮狀態(tài)下，收縮套壁厚在0.1至4毫米范圍內(nèi)。
本發(fā)明的方法適用于所有有光學(xué)包層和沒有光學(xué)包層的聚合物光波導(dǎo)，或?qū)τ诒蝗劢拥牟糠忠延脵C械方法或化學(xué)方法除去了光包層的聚合物光波導(dǎo)。在連接時，對用于傳輸數(shù)據(jù)光信號的耦合器最好采用接頭上沒有光包層的光波導(dǎo)，而為了采光應(yīng)用的光纖束，最好采用接頭上有光包層的光波導(dǎo)。能作熱塑性處理的、合適的光波導(dǎo)的直徑是0.1至3毫米，最好是0.5至1.5毫米，而光纖芯則用如PMMA(芯折射率nk＝1.49)，ps(nk＝1.59)或pc(nk＝1.585)的光纖芯。
按本發(fā)明的方法，可以方便地生產(chǎn)各種形式的耦合器。
對于星形耦合器，其中達(dá)到和從透明體(＝混合器)引出的光波導(dǎo)數(shù)是相同的(＝有傳輸混合器的星形耦合器)，其優(yōu)點是生產(chǎn)技術(shù)非常簡單，生產(chǎn)費用低，有良好的傳輸性能，特別是在各個接口之間光功率的波動低。另一個優(yōu)點是本方法自然地增加了混合棒的機械強度，不再需要采取特別的穩(wěn)定措施。
對于T型耦合器(一個輸入端一兩個輸出端或兩個輸入端-一個輸出端)也有制造方法簡單，傳輸性能良好的優(yōu)點。另一個優(yōu)點是輸出端和輸入端的直徑相同，所以對連接器的安裝是方便的。在這里，混合棒的機械強度隨收縮套而定。
可以按照本發(fā)明的方法制作星形耦合器并將之對等分開，而使本方法有效地應(yīng)用于采光用纖維束的生產(chǎn)中。這里，優(yōu)點是生產(chǎn)技術(shù)非常簡單，而且光纖維束具有很高的傳輸性能。這是因為在各光纖束的端面沒有導(dǎo)致光損失的自由空間(稱為間隙)。
下面用例子來進(jìn)一步描述本發(fā)明。
例1帶傳輸混合器的4×4星形耦合器的制作將4根直徑為0.5毫米，沒有光學(xué)包層的20米長的PMMA塑料光波導(dǎo)非相關(guān)的包捆起來。光纖折射率n＝1.49。
其后，將內(nèi)徑為1.2毫米，長3厘米的聚偏氟乙烯透明收縮套拉到該光波導(dǎo)束上，并放在中間。收縮套折射率n＝1.42。
然后，將光波導(dǎo)束的端部固定，并將收縮套部位的溫度上升至180℃。到達(dá)此溫度時，收縮套就開始收縮，而軟化溫度低于180℃的光纖就被互相熔合在一起。在熔合部位，有一長度L＝2.5厘米，直徑d＝1毫米的園柱形物(稱為混合器棒)。由于n＝1.42的聚偏氟乙烯收縮套的折射率低于PMMA的折射率(n＝1.49)，所以收縮套同時起到了光包層的作用。在混合器棒和聚偏氟乙烯收縮套的界面層，混合器中光的運行是全反射的，所以沒有任何光透射到外面。對于易碎的混合器，收縮套也同時起到了保護(hù)套的作用。將凸出端浸泡在聚硅氧烷樹脂清漆液的槽中。由于聚硅氧烷的折射率n＝1.43，低于光纖材料折射率(n＝1.49)，清漆層起到了全反射光包層的作品。
帶傳輸混合器的4×4星形耦合器，在有0.6分貝的任意輸出的光纖間的功率波動下，傳輸損耗是10分貝。
例21×2耦合器(T-型耦合器)的制作。
將用PMMA作為包層材料的兩根15厘米長、1毫米厚的聚苯乙烯光波導(dǎo)對齊并扭在一起。先用機械方法除去將被熔合部位的PMMA包層。PS和PMMA的折射率分別是n＝1.59和n＝1.49。
之后，將內(nèi)徑為d＝2毫米，長4厘米的聚烯烴收縮套拉到扭在一起的光纖部位上，該部位的包層已用機械方法除去。將光纖束的兩端固定。
在一個筒式加熱器中加熱至150℃以上，收縮套縮小。在150℃被熱塑處理的扭在一起的光纖，在收縮力作用下就互相熔接在一起。熔接部位(稱為混合器棒)的直徑是d＝1.4毫米。因此，混合器棒與收縮套在140℃時一起被延伸直到混合器棒中各光纖直徑為1毫米。冷卻后，從中間將混合器棒分開，在混合器棒分開端的一厘米范圍處將收縮套除去。然后，如例1所敘述的那樣，對裸露端作浸泡。
該1×2耦合器隨著4.2分貝的傳輸損耗而有1∶1的光功率/分束比。
例3采光應(yīng)用中光纖束的制備將各自直徑為0.5毫米，長1米的300根包裸有PMMA的光波導(dǎo)纖維包捆在一起。內(nèi)徑12毫米，長8厘米的聚乙烯收縮套拉進(jìn)該光纖束的一端上。光纖束的兩端在輕微的拉力下固定。將被收縮套覆蓋的一端放在園形空筒式加熱器中加熱至140℃以上。收縮套縮小而光纖在收縮力的作用下熔合在一起。冷卻后，光纖束的被收縮端縮短了3厘米。將光纖束的端面拋光而成。
該光纖束的熔合端的直徑達(dá)8.6毫米。這樣的照明用光纖束具有78%的光傳輸率。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)聚合物光波導(dǎo)光耦合器的方法，將相同的光波導(dǎo)單向排列起來，捆扎在一起并連接起來，其特征是用一個塑料收縮套包捆2至105根光波導(dǎo)，并將收縮套加熱至溫度為50至330℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是收縮套加熱至低于聚合物光波導(dǎo)的軟化溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是收縮套加熱至高于聚合物光波導(dǎo)的軟化溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是光波導(dǎo)束在加熱過程或加熱后被拉伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是收縮套中部比兩端受到更強的加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是收縮套由聚烯烴，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，氯丁橡膠，1.1-二氟乙烯/六氟丙烯共聚物，硅橡膠，聚酯，氟化乙烯/丙烯共聚物或聚氟烷氧基組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征是所采用的光波導(dǎo)在連接處沒有光包層。
全文摘要
用一個塑料收縮套將光波導(dǎo)包捆起來并熔融時，將塑料收縮套加熱至收縮溫度以上，而獲得聚合物光波導(dǎo)的高效光耦合器。該方法是簡單而經(jīng)濟(jì)的。
文檔編號B29C61/06GK1033883SQ88108839
公開日1989年7月12日 申請日期1988年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月7日
發(fā)明者捷克恩·卡特迪恩, 吉根·托比, 沃納·格羅, 帕特·赫博瑞克-斯曼爾 申請人:赫徹斯特股份公司