專(zhuān)利名稱(chēng)：抗蠕變的光纖連接裝置的制作方法
共同待定美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.(Cirdra Docket No.CC-0058)，題目“光纖的凸出部分”，No.(Cirdra Docket No.CC-0079)，題目“光纖外部尺寸的變化“，兩者已歸入同期文檔，包含著與在此揭示的相關(guān)的技術(shù)主題。
本發(fā)明涉及光纖，尤其涉及抗蠕變光纖的連接技術(shù)。
用于測(cè)量各種物理參數(shù)如壓力和溫度的傳感器通常依賴(lài)于應(yīng)變從彈性結(jié)構(gòu)(如隔膜、波紋管等)向傳感元件的傳遞。在一個(gè)壓力傳感器中，傳感元件可以利用一種適當(dāng)?shù)恼辰觿┻B接到彈性結(jié)構(gòu)上。
還已知，如果連接不是高度穩(wěn)定，則傳感元件與彈性結(jié)構(gòu)的連接就可能是一個(gè)很大的誤差源。在測(cè)量靜態(tài)的或非常緩慢變化的參數(shù)的傳感器情形中，與結(jié)構(gòu)連接的長(zhǎng)期穩(wěn)定是非常重要的。這種長(zhǎng)期傳感器不穩(wěn)定的主要來(lái)源是一種被認(rèn)做“蠕動(dòng)”、即傳感元件上的應(yīng)變卻在沒(méi)有改變施加到彈性結(jié)構(gòu)上的負(fù)載情況下的發(fā)生了變化，這導(dǎo)致傳感器信號(hào)中的DC平移或漂移錯(cuò)誤。
測(cè)量靜態(tài)和/或準(zhǔn)靜態(tài)參數(shù)的特定類(lèi)型的光纖傳感器需要光纖與彈性結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定的、非常低蠕動(dòng)地連接?；诠饫w的一個(gè)傳感器的例子是名為“在粗劣環(huán)境中使用的高靈敏度光纖壓力傳感器”，描述在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朜o 08/925,598中，并授權(quán)于Robert.J.Maron，其全部?jī)?nèi)容在此引為參考。在那種情況下，光纖在沿著光纖的一個(gè)位置處連接到一個(gè)可壓縮的波紋管，并在沿著光纖的一個(gè)第二位置處連接到一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)(或殼體)上，在這兩個(gè)光纖的連接位置之間的光纖內(nèi)置入一個(gè)布拉格光柵。當(dāng)波紋管由于外部壓力變化而被壓縮時(shí)，在光纖柵格上的應(yīng)變就改變，這就改變了通過(guò)柵格反射的光波長(zhǎng)。如果光纖與結(jié)構(gòu)的連接不穩(wěn)定，則光纖就會(huì)相對(duì)于與其連接的結(jié)構(gòu)移動(dòng)(或蠕動(dòng))，并且發(fā)生前述的測(cè)量不精確性。
用于連接光纖與一個(gè)結(jié)構(gòu)的普通技術(shù)是環(huán)氧樹(shù)脂粘接劑。通常把環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑的使用限制在環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃臨界溫度之下的溫度。超過(guò)玻璃的臨界溫度，環(huán)氧樹(shù)脂轉(zhuǎn)變成軟化狀態(tài)，在這種狀態(tài)下蠕動(dòng)變得嚴(yán)重，并因而環(huán)氧樹(shù)脂變得不適用于傳感元件在傳感器中的連接。另外，甚至在玻璃臨界溫度以下也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的蠕動(dòng)。
另一種技術(shù)是把結(jié)構(gòu)焊接到金屬涂層的光纖上。但是，眾所周知，在一定條件下焊接對(duì)蠕動(dòng)很敏感。具體地說(shuō)，有一些軟焊料，如鉛-錫(PbSn)焊料，具有較低的熔點(diǎn)溫度并因而比較不適于用于在高溫和/或高應(yīng)變水平的焊接中使用的傳感器中。具有較高熔點(diǎn)溫度的“硬”焊料如金-鍺(AuGe)和金-硅(AuSi)的使用可以減少這種問(wèn)題；但是在高溫和/或高應(yīng)變的焊接結(jié)構(gòu)中，這些硬焊料也顯示出蠕變現(xiàn)象。另外，這些焊料的高熔點(diǎn)溫度可能會(huì)損壞金屬涂層和/或損壞金屬涂層和玻璃光纖之間的連接。
本發(fā)明的目的包括提供一種光纖與結(jié)構(gòu)之抗蠕變的連接。
根據(jù)本發(fā)明，一用于連接一光學(xué)波導(dǎo)的設(shè)備，包括一光波導(dǎo)，波導(dǎo)包括一纖芯，和一設(shè)置在纖芯外部的涂層；具有一變化的波導(dǎo)之外部尺寸的波導(dǎo)；和連接裝置，被配置為靠在變化(部分)的至少一部分上，用于減少在波導(dǎo)和連接裝置之間的至少一個(gè)方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或蠕變)。
此外根據(jù)本發(fā)明，該變化(部分)是一擴(kuò)展區(qū)域。此外根據(jù)本發(fā)明，該變化(部分)是一凹進(jìn)區(qū)域。
此外仍然根據(jù)本發(fā)明，連接裝置包括一環(huán)箍。此外根據(jù)本發(fā)明，波導(dǎo)為一光纖。此外仍然根據(jù)本發(fā)明，波導(dǎo)此外還包括一設(shè)置在連接裝置和波導(dǎo)之間的緩沖層。
本發(fā)明提供一項(xiàng)優(yōu)于先有技術(shù)的重大改進(jìn)，通過(guò)把一具有擴(kuò)展和/或凹進(jìn)的外部尺寸變化區(qū)域的光纖與一結(jié)構(gòu)，如一環(huán)箍或一殼體結(jié)合起來(lái)，其中，該結(jié)構(gòu)具有一定的大小和形狀，以使該結(jié)構(gòu)機(jī)械地鎖定到所述變化(部分)的至少一部分上，因此，允許該結(jié)構(gòu)在光纖和結(jié)構(gòu)之間的至少一個(gè)預(yù)定方向以最小的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或蠕移)連接到光纖上。該變化區(qū)域和結(jié)構(gòu)可以有不同的形狀和大小。它們也可以是一位于包層和環(huán)箍之間的緩沖層，以保護(hù)光纖和/或幫助固定該結(jié)構(gòu)于光纖上，從而減少蠕動(dòng)。粘結(jié)劑如焊料、銅焊、環(huán)氧樹(shù)脂等，也可以用于該結(jié)構(gòu)和變化區(qū)域之間。
通過(guò)下列對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述的和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域的和一橫跨該區(qū)域的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域的和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的具有增大直徑的區(qū)域和與之鄰近的環(huán)箍的光纖側(cè)剖視圖。
參照?qǐng)D1，光波導(dǎo)10，例如，一已知的單模態(tài)光纖，有一包層12，其外徑d1約為125微米，一纖芯14的直徑d2約7-10微米(例如9微米)。光纖10設(shè)計(jì)成沿著光纖10的纖芯14傳播光。包層12和纖芯14由熔融石英玻璃或摻添加劑的石英玻璃制成。其他用于光纖或波導(dǎo)的材料如果需要也可使用。光纖10有一外徑擴(kuò)展的(或增大的)區(qū)域16。擴(kuò)展區(qū)域的長(zhǎng)度L大約500微米長(zhǎng)，而外部直徑d3大約200微米長(zhǎng)。如果需要也可使用包層12、纖芯14和擴(kuò)展區(qū)域16的其他尺寸，只要擴(kuò)展區(qū)域16的直徑d3大于d1。而且，光纖10可以有一外部涂層或緩沖層18，用于保護(hù)光纖和/或增強(qiáng)與光纖的連接(下文詳細(xì)討論)。
代替光纖，可以使用任何有纖芯和包層的波導(dǎo)，例如一扁平或平面的波導(dǎo)，其中，在該波導(dǎo)上可建立區(qū)域16。在這種扁平或平面的波導(dǎo)情況下，區(qū)域16可以處于上和/或下表面，和/或波導(dǎo)的側(cè)面尺寸。而且，如果需要也可使用多模光波導(dǎo)。此外，對(duì)于本發(fā)明區(qū)域16不需要精確的軸向?qū)ΨQ(chēng)。例如，擴(kuò)展區(qū)域16的下部可以稍微大于上部，反之亦然。
區(qū)域16可以由任何在波導(dǎo)的外部尺寸上制造變化的技術(shù)制成。在共同待定美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.(Cidra Docket No.CC-0058)，標(biāo)題“光纖的突出部分”，和No.(Cidra Docket No.CC-0079)，標(biāo)題“光纖外尺寸變化”中描述了一些用于制造區(qū)域16的技術(shù)，并且此文章都已同期申請(qǐng)。如下文參照附圖1-8所述，區(qū)域16允許光纖10以多種方式連到一結(jié)構(gòu)上。
特別地，參照?qǐng)D1，一環(huán)箍30(或套筒)可以緊靠(或配合)到擴(kuò)展區(qū)域16的至少一部分上以提供一機(jī)械的限位(或鎖定)，其中，該機(jī)械鎖定可以充分地阻止光纖10如直線20(換言之，在光纖10上外加載荷的方向)指示的那樣相對(duì)于環(huán)箍30向左移動(dòng)。環(huán)箍30可通常是圓柱形/或圓錐形，或者在下文中討論的其它形狀。箍30也可以覆蓋全部或部分的區(qū)域16。不需要環(huán)箍30覆蓋區(qū)域16；但是，覆蓋可以減少在光纖/擴(kuò)展區(qū)域的點(diǎn)接觸應(yīng)力，以減少光纖10的玻璃和/或擴(kuò)展區(qū)域16斷裂的可能性，特別是當(dāng)區(qū)域16有幾何彎曲時(shí)。
參照?qǐng)D1，箍30有一前部區(qū)域32，其幾何結(jié)構(gòu)(形狀、輪廓，或剖面)與區(qū)域16的幾何結(jié)構(gòu)基本上對(duì)應(yīng)。區(qū)域32的形狀不需要與區(qū)域16的形狀完全匹配，可以是直的圓錐或斜面而不是曲面。此外，環(huán)箍30可以有一斜面部分34，以在光纖上當(dāng)光纖10彎曲或從環(huán)箍30上被拉離軸線時(shí)提供一些應(yīng)力消除。代替圓錐34，如果需要環(huán)箍30可以急劇的垂直邊終止。
環(huán)箍30可以直接頂入到區(qū)域16上或用下文要討論的粘結(jié)材料粘到光纖10和/或區(qū)域16。環(huán)箍30可以是預(yù)制成形的，以使前部區(qū)域32的形狀與區(qū)域16的幾何形狀基本一致。但是，如果環(huán)箍30的形狀于區(qū)域16的不一致，某些材料，例如粘結(jié)劑，涂層和/或填充物(下文討論)可以用來(lái)填充它們之間的任何縫隙以減少在光纖/擴(kuò)展區(qū)域上的點(diǎn)接觸應(yīng)力和/或提供它們之間的粘結(jié)。
做為選擇，環(huán)箍30可以被加熱或在環(huán)箍30上加壓力(或外力)，例如通過(guò)大氣壓力(例如壓力和/或真空)，機(jī)械的(例如壓接)，和/或磁性技術(shù)(例如電磁成型)，或任何其他技術(shù)，如箭頭42所示，致使箍環(huán)30與擴(kuò)展區(qū)域16的幾何形狀的至少一部分匹配。對(duì)于玻璃環(huán)箍，環(huán)箍30可以被加熱到玻璃的軟化溫度或以下。對(duì)于金屬的環(huán)箍，環(huán)箍可以被加熱到金屬可以被成型的溫度。做為選擇，箍30可以被加熱，保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，而縱向拉動(dòng)光纖10與環(huán)箍30接觸，強(qiáng)制環(huán)箍30與區(qū)域16的形狀一致。當(dāng)環(huán)箍30是金屬制成時(shí)這樣做特別有效，其中，金屬的軟化溫度比玻璃低很多，但是這也適用于任何箍材料。
作為選擇，環(huán)箍30可以有一部分38，其中，部分38擴(kuò)展到區(qū)域16的右側(cè)并伸過(guò)其右側(cè)部分。在這種情況下，位于環(huán)箍30的內(nèi)部和區(qū)域16的右側(cè)之間的區(qū)域40可以部分地或全部地用粘結(jié)劑如焊料、銅焊、環(huán)氧樹(shù)脂等類(lèi)似于這些下文要討論的材料填充。粘結(jié)劑也可以沿著區(qū)域32填充區(qū)域16左側(cè)的任何縫隙。在這種情況下，為了有助于把蠕動(dòng)減少到最小，粘結(jié)劑應(yīng)該局限在光纖變化區(qū)域內(nèi)，這樣避免粘結(jié)劑放到區(qū)域33中，會(huì)有助于避免在區(qū)域33的蠕移。代替用粘結(jié)劑填充區(qū)域40，部分38可以被加熱和/或用壓力(或外力)加在部分38(如箭頭42所示使用上文討論過(guò)的任何技術(shù))，如箭頭44所示，強(qiáng)制箍部分38與區(qū)域16的右側(cè)至少一部分吻合。此外，這種加熱和/或加壓(或外力)可以在區(qū)域32、38同時(shí)施加，例如，用單一的壓接工具、精壓工具，或類(lèi)似的工具。
環(huán)箍30可以用陶瓷/玻璃(例如藍(lán)寶石、紅寶石、熔化石英、熔融石英等)、金屬(例如，鎳鐵合金、(64％Fe，36％Ni)或柯伐鐵鎳鈷合金(54 Fe，29％Ni，17％Co))，或其他受熱膨脹較少的材料。環(huán)箍30的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與光纖10的接近以便箍30的幾何形狀和擴(kuò)展區(qū)域16和/或光纖10會(huì)隨著溫度的升高基本上彼此追蹤把蠕動(dòng)和點(diǎn)接觸應(yīng)力減少到最小。如果光纖包括石英玻璃(受熱膨脹較少)，則對(duì)于環(huán)箍30來(lái)說(shuō)受熱膨脹較少的材料是理想的。如果需要可以使用其他光纖或波導(dǎo)材料，對(duì)于環(huán)箍30，可以選擇基本上有相似的熱膨脹系數(shù)的材料。
對(duì)任何在此描述的任何實(shí)施例，環(huán)箍30可以使用環(huán)氧樹(shù)脂、金屬焊料、金屬銅焊、玻璃焊料、陶瓷粘結(jié)劑等或其它粘結(jié)材料粘結(jié)到光纖10和/或區(qū)域16上，還根據(jù)箍的材料、光纖的材料和在光纖10的包層12上是否有外部緩沖層(或涂層)而定。作為選擇，如前述討論的，箍可以緊靠地對(duì)接在區(qū)域16上，無(wú)需任何粘結(jié)劑。
此外，緩沖層18(如果使用)可以由各種材料制成，例如，金屬、聚合物、聚四氟乙烯和/或碳，或其他材料，可以包括多層。緩沖層18可用于保護(hù)光纖，和/或增強(qiáng)光纖與環(huán)箍30的連接(例如，減少蠕動(dòng))。緩沖層18可以包括一金屬層(或用金屬?lài)娡康耐繉?，其中，該金屬層的材料非常硬，足以保護(hù)光纖的外表面，防止光纖在區(qū)域16或其附近被損壞。該金屬層的材料可以是可插入式的(maleable)(換言之，材料在壓縮載荷下作塑性變形)，可以經(jīng)受局部的壓縮載荷并且表現(xiàn)出很高的塑性變形而材料不失效(例如撕裂，成型失效等)，這有助于環(huán)箍30與區(qū)域16的幾何形狀相符。一些這樣的可插入式(maleable)金屬包括金、鉑、鎳等。此外，對(duì)于焊料來(lái)說(shuō)金屬層可以用于促進(jìn)玻璃表面的濕潤(rùn)。
例如，緩沖層18可以由鎳-金(NiAu)制成，在光纖上有大約1-3微米厚的Ni，而在鎳層上有大約70-150納米的Au厚度，或者更厚的Au層，例如，大約1-10微米。這樣的緩沖層18可以使用金屬焊料把環(huán)箍30和層18焊結(jié)到一起，或者不用任何焊料(在那里箍與區(qū)域16對(duì)接)。金屬層可以使用其他金屬和不同的厚度。
作為選擇，緩沖層18可以包括一聚合物層(例如高溫聚酰亞胺)，其中，該聚合物層在金屬層上或者直接在包層12上而沒(méi)有金屬層并具有大約1-10微米的厚度?？梢允褂镁酆衔锏钠渌?lèi)型和厚度。但使用聚合物時(shí)，需要在一給定的時(shí)間加熱組合的光纖/變化(部分)/環(huán)箍到一定的高溫(例如適于應(yīng)用的操作溫度或其溫度以上)，允許聚合物達(dá)到一穩(wěn)定的狀態(tài)，例如，厚度、形狀、位移等，并且因此顯示出最小的蠕動(dòng)。緩沖層18可以使用其它的層厚、層數(shù)、材料和層的組合。
此外，環(huán)箍30有一個(gè)或多個(gè)所述可插入式(maleable)材料的內(nèi)部直徑涂層41，以使還箍30與區(qū)域16的幾何形狀一致，從而減少在光纖上的點(diǎn)接觸應(yīng)力，和/或增強(qiáng)與緩沖層18或光纖10的連接。不管光纖10上的緩沖層18是否使用，并且不管是否環(huán)箍30焊接到光纖10或區(qū)域16，環(huán)箍30上的內(nèi)覆層都可以使用。此外，可以拋光光纖10的內(nèi)部直徑以減少應(yīng)力集中。
箍30可以是單件式的環(huán)箍，或兩個(gè)半圓形或更多部分的環(huán)箍。使用多部分環(huán)箍的優(yōu)點(diǎn)是箍30不必沿著光纖10滑向區(qū)域16，因此減少滑傷或?qū)е聦?duì)光纖10(有或者沒(méi)有緩沖涂層18)外表面的其他損壞的可能性，并且允許緩沖層18離開(kāi)區(qū)域16而是可以厚一些或沒(méi)有統(tǒng)一的厚度。
參照?qǐng)D2，在環(huán)箍30一優(yōu)選設(shè)計(jì)中，部分38擴(kuò)展到區(qū)域16的右側(cè)并伸過(guò)區(qū)域16的右側(cè)和光纖10的一部分。如果環(huán)箍30由多部分組成結(jié)構(gòu)，以把箍固定在一起(圍繞著光纖10和區(qū)域16)，箍30可以是自鎖的，或鉸接的(象一蛤殼)，和/或一套環(huán)46可被使用。套環(huán)46可有一基本上直的內(nèi)徑d5，例如，0.022英寸，該直徑與環(huán)箍30的外徑基本上相等或稍小一點(diǎn)，以在套環(huán)46和環(huán)箍30之間提供接觸或摩擦配合。如果需要可使用其他直徑或尺寸的箍或套環(huán)。此外，箍30可以有一擴(kuò)大的區(qū)域47，以提供一用于套環(huán)46或用于其他目的的(止動(dòng))限位器。此外，環(huán)箍30可以有一凹進(jìn)區(qū)域48，以允許套環(huán)46和環(huán)箍30在表面45處配合齊平。此外，在套環(huán)46或環(huán)箍30上可提供一小斜面，以允許工具如刀片插入以便從箍30中分離套環(huán)46。套環(huán)46和箍30可用同樣的材料制成，或者材料的熱膨脹系數(shù)基本相同。作為選擇，套環(huán)46可用熱收縮的材料制成，例如金屬、聚合物或形狀記憶合金。為了便于多件式箍30在光纖10上的組裝，多件式箍30可放進(jìn)套環(huán)46中，然后沿著光纖10滑到區(qū)域16。之后，加熱和/或在套環(huán)46上加壓(或外力)(如前述的具有箍30的圖1中討論的那樣)將導(dǎo)致箍30至少一部分鎖定到區(qū)域16的至少一部分上。
箍30的長(zhǎng)度L2大約0.075英寸。對(duì)于箍30可以使用其它長(zhǎng)些或短些的長(zhǎng)度。
參考圖3，代替箍30的長(zhǎng)圓柱形狀，箍30可以是短的和/或?qū)挼念?lèi)似墊圈、輪緣或支承軸承(bearing jewel)的形狀。例如，在圖3中環(huán)箍30外徑d6大約0.033英寸、長(zhǎng)度L2大約0.031英寸，帶有一錐形或有斜角的區(qū)域60，其錐斜角θ大約13度，其中，該錐斜角擴(kuò)展超出或伸出該擴(kuò)展區(qū)域16的至少一部分。箍30的底側(cè)和擴(kuò)展區(qū)域16(和光纖10的一部分)的右側(cè)之間的區(qū)域40可任意地部分或全部用粘結(jié)劑填充。例如，焊料、銅焊、環(huán)氧樹(shù)脂等，如前述討論的那樣。粘結(jié)劑也可填充區(qū)域16左側(cè)上的任何縫隙?？梢允褂闷渌睆?、長(zhǎng)度和錐斜角。此外，圓錐區(qū)域60的長(zhǎng)度可以短些或不必要是圓錐形區(qū)域。環(huán)箍30也可以布置在殼體62內(nèi)，如下述要更多討論的那樣。
參考圖4，作為選擇，環(huán)箍30可以跨越擴(kuò)展區(qū)域16放置(或跨騎)，在這種情況下，環(huán)箍30可有一直的(圓柱形)的內(nèi)徑，該內(nèi)徑大于或等于擴(kuò)展區(qū)域16的直徑d3再加上涂層18(如果使用)的厚度。在這種情況下，位于環(huán)箍30的底側(cè)和區(qū)域16的一側(cè)或雙側(cè)之間的區(qū)域52可以部分或全部地用粘結(jié)劑來(lái)填充。例如焊料、銅焊、環(huán)氧樹(shù)脂等，與前述討論過(guò)的那些粘結(jié)劑相似。作為優(yōu)選，箍30可以被加熱和/加壓(或外力)，例如，通過(guò)大氣壓力(例如壓力和/或真空)，機(jī)械的(例如壓接)，和/或機(jī)加技術(shù)，或任何其他技術(shù)，橫過(guò)區(qū)域16的一側(cè)或兩側(cè)，如箭頭54所示，以致使環(huán)箍30與擴(kuò)展區(qū)域16的至少一部分一致。如虛線剖面52所示。
環(huán)箍30可以比在圖11中所示的長(zhǎng)，到達(dá)區(qū)域16的右側(cè)(如虛線57所示)或左側(cè)(如虛線59所示)或沿著區(qū)域16的兩側(cè)，如果需要。在這種情況下，箍30可以被局部地變形，以與區(qū)域16的一側(cè)或兩側(cè)相一致。此外，如果環(huán)箍30的一側(cè)或兩側(cè)制成與區(qū)域16相一致，也可以使用前述的一或多種粘結(jié)方式。此外，例如，加熱和/或加壓(或外力)可以在區(qū)域16的左側(cè)和/或右側(cè)一起執(zhí)行，例如，用單個(gè)壓接工具，沖壓工具或類(lèi)似工具。
參照?qǐng)D5，在區(qū)域16是一直的幾何形狀時(shí)，如線17所示的那樣，環(huán)箍30可配置在鄰近(或靠到)區(qū)域16中的至少一個(gè)垂直邊17。在這種情況下，環(huán)箍30可以有一區(qū)域70，該區(qū)域疊蓋全部或部分(或延伸到區(qū)域以外)的區(qū)域16的頂部，和/或一區(qū)域72，該區(qū)域延伸到環(huán)箍的對(duì)面?zhèn)?，該區(qū)域可以有一錐斜區(qū)域73，如圖1或圖2中所討論的。此外，如果環(huán)箍30沿著光纖滑動(dòng)到區(qū)域16，可以將環(huán)箍30的一角部74整圓，以對(duì)光纖或涂層18(如果使用)外表面的損壞減少到最小。作為選擇，代替區(qū)域16的雙面上有垂直邊17，區(qū)域16的一面(與環(huán)箍30接觸邊緣17之相反一側(cè)(如右面)可以被圓整或如虛線75所示的另一幾何圖形。
參照?qǐng)D6，在區(qū)域16有一切槽11的情況下，環(huán)箍30可以有一向內(nèi)突出的部分(或齒部)76，該齒76裝配在切槽11內(nèi)鎖定光纖10到環(huán)箍30上。此外，環(huán)箍30可以是一個(gè)多件式環(huán)箍(例如前述討論的那樣)；在這種情況下，為了把環(huán)箍30固定在一起，環(huán)箍30可以是自鎖或圍繞環(huán)箍30的套環(huán)78。此外，也可以有一突起部分80(在環(huán)箍30的任一端)提供一限位器，用于套環(huán)78或用于其他目的。該切槽11不需要沿著區(qū)域16對(duì)中，齒76的大小(即，長(zhǎng)，深)不必與槽11的尺寸一致。此外，環(huán)箍30的長(zhǎng)度L2可以延伸到區(qū)域16的長(zhǎng)度L之外，但不需要這樣做。
參考圖7，作為選擇，如果區(qū)域16包括一凹進(jìn)部分8，環(huán)箍30的齒部76之尺寸基本上與凹進(jìn)部分8的幾何形狀的至少一部分匹配。例如，如果凹進(jìn)部分8的幾何形狀是曲線的，如虛線9所示，則環(huán)箍30的齒76將應(yīng)類(lèi)似地是曲線。如果凹進(jìn)部分8的幾何形狀有一陡邊緣2，齒76至少也有一陡邊與該邊緣2中至少一個(gè)相匹配。此外，齒76的長(zhǎng)度可以比凹進(jìn)部分8的長(zhǎng)度L短。此外，環(huán)箍30的長(zhǎng)度L2可以比凹進(jìn)部分8的長(zhǎng)度L長(zhǎng)。在這種情況下，可以有一個(gè)或多個(gè)錐斜表面82，與前述討論的相似，以減少光纖的應(yīng)力。
參考圖8，作為選擇，如果區(qū)域16包括凹進(jìn)部分8，則環(huán)箍30可以是一個(gè)單件式或多件式的圓柱狀管(或套管)，被布置在(或滑到)凹進(jìn)部分8上。在這種情況下，位于箍30的內(nèi)部和凹進(jìn)部分8的外部之間的一區(qū)域84可以部分或全部地用粘結(jié)劑來(lái)填充。例如焊料、銅焊、環(huán)氧樹(shù)脂等，與前述討論過(guò)的那些粘結(jié)劑相似。代替使用粘結(jié)劑，箍30可以被加熱和/或橫過(guò)凹進(jìn)部分8加壓，例如，通過(guò)大氣壓力(例如壓力和/或真空)，機(jī)械的(例如壓接)，和/或磁性技術(shù)(例如電磁成型)，或任何其他技術(shù)，如箭頭90所示，以使環(huán)箍30與凹進(jìn)部分8之形狀的至少一部分一致。如虛線剖面92所示。對(duì)于玻璃環(huán)箍，環(huán)箍30可以被加熱到玻璃的軟化溫度或以下。對(duì)于金屬環(huán)箍，環(huán)箍可以被加熱到金屬可以被成形的溫度。
這里討論的任何實(shí)施例的箍30可以連接到一結(jié)構(gòu)或(或殼體)的一部分上，如在前述的背景技術(shù)部分所討論的?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)把環(huán)箍30連接到所述結(jié)構(gòu)上，其中，該技術(shù)的應(yīng)用取決于環(huán)箍30的應(yīng)用和材料。
例如，參考圖3，一殼體62可以環(huán)繞環(huán)箍30的至少一部分，以把環(huán)箍30固定在預(yù)定的位置。殼體62有一切口64，該切口與箍30的長(zhǎng)度L2基本上相等或稍長(zhǎng)一些。切口64的深度d7足夠深，以固定環(huán)箍30防止軸線運(yùn)動(dòng)(在至少一個(gè)方向上)。此外d7的深度可以足夠深，以至于幾乎接觸到光纖10(可以減少光纖10的非軸向運(yùn)動(dòng))。殼體62和切口64的形狀可以是圓柱形、矩形或其他任何允許切口64固定箍30的形狀。殼體62也可以用前述討論過(guò)的粘結(jié)劑被粘結(jié)到箍30上。(例如焊料、銅焊、環(huán)氧樹(shù)脂等)。此外，殼體62可以通過(guò)機(jī)械方法固定在箍30上，例如一個(gè)或多個(gè)定位螺絲66。其他用于連接箍環(huán)30到腔體62的技術(shù)也可以使用。腔體62可以與前述討論過(guò)的、箍環(huán)的幾何形狀有適當(dāng)變化的任何箍環(huán)30一起使用。
應(yīng)該理解在此所示的附圖(圖2和圖3除外)沒(méi)有按比例繪制。
對(duì)于在此描述的任何實(shí)施例，區(qū)域16與在此描述的這些形狀相比可以有別的形狀(或幾何圖形)，只要提供的光波導(dǎo)的至少一部分具有波導(dǎo)10外尺寸的變化(或擴(kuò)展或縮凹)。擴(kuò)展和凹縮的區(qū)域16可以組合提供一擴(kuò)展的外徑區(qū)域和一縮減的外徑區(qū)域。此外，箍30與在此描述的這些形式相比可以有別的形狀、大小、和/或設(shè)計(jì)，其有至少一部分箍30能機(jī)械地鎖定在、限位在或以其它方式被布置得靠到所述變化區(qū)域16的至少一部分上，以便在光纖10和箍30之間的至少一個(gè)方向上把相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或蠕變)減少到最小(換言之，基本上防止光纖10相對(duì)于環(huán)箍30在預(yù)定的方向上移動(dòng)，并且基本防止光纖10在上相對(duì)于環(huán)箍30的預(yù)定方向之相反方向上移動(dòng))，這將導(dǎo)致光纖10基本上跟蹤環(huán)箍30的運(yùn)動(dòng)。此外，環(huán)箍30可以安置并靠著擴(kuò)展區(qū)域16的右側(cè)，或擴(kuò)展區(qū)域16的左側(cè)。
此外，代替環(huán)箍30，區(qū)域16可以放置在一殼體或任何別的結(jié)構(gòu)，只要該結(jié)構(gòu)有一內(nèi)部的機(jī)械鎖定在、限位在或以其它方式被配置得靠到所述變化區(qū)域16至少一部分上的形狀，這就把在光纖10和箍30之間至少一個(gè)方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或蠕動(dòng))減少到最小。此外，雖然光纖10和箍30在此所示被定向?yàn)樗椒较?，本發(fā)明將不受限于光纖10和環(huán)箍30上述取向的工作，例如，垂直、水平或任何別的方向均可。
在描述本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，還應(yīng)理解在此描述的關(guān)于特定實(shí)施例的任何特點(diǎn)、特征、選擇方案或修改也可以與在此描述的任何其他實(shí)施例結(jié)合適用、使用。
權(quán)利要求
1.一種連接一光波導(dǎo)的裝置，包括一光波導(dǎo)，包括一纖芯，和一設(shè)置在纖芯外部的包層；所述具有變化的外部尺寸的所述波導(dǎo)；和連接裝置，被配置得靠到所述變化(部分)的至少一部分上，用于使所述波導(dǎo)和所述連接裝置之間在至少一個(gè)方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)減至最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述變化是一擴(kuò)展區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述變化是一凹進(jìn)區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置包括一環(huán)箍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，還包括一與所述環(huán)箍相鄰的殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置具有與所述波導(dǎo)相鄰的內(nèi)覆層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置包括一個(gè)殼體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置被粘結(jié)到所述的包層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置包括一幾何結(jié)構(gòu)，其與所述變化(部分)的至少一部分基本上一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置重疊所述變化(部分)的至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置伸過(guò)所述變化(部分)的至少一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的波導(dǎo)還包括一位于所述的連接裝置和所述波導(dǎo)之間的緩沖層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，所述的連接裝置被粘結(jié)到所述的緩沖層上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，所述的緩沖層包括一金屬層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，所述的金屬層包括Ni和Au。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，所述的緩沖層包括聚合物層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的波導(dǎo)是一光纖。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置包括多于一個(gè)部件。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述的連接裝置包括一使連接裝置固定到所述波導(dǎo)上的套環(huán)。
20.一種用于連接一光波導(dǎo)的方法，包括(a)提供一有外尺寸的變化(部分)的光波導(dǎo)；和(b)布置一結(jié)構(gòu)(件)靠到所述外尺寸之所述變化(部分)的至少一部分上，以在所述波導(dǎo)和所述結(jié)構(gòu)之間至少一個(gè)方向上減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)至最小。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的波導(dǎo)包括一光纖。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的波導(dǎo)包括一有外緩沖層的光纖。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一環(huán)箍。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以上的部件。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一將該結(jié)構(gòu)固定到所述波導(dǎo)上的套環(huán)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的套環(huán)包括一熱收縮材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)包括一殼體。
28.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的安置步驟包括圍繞所述變化(部分)的至少一部分壓接所述結(jié)構(gòu)。
29.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的安置步驟包括加熱所述的結(jié)構(gòu)和向所述結(jié)構(gòu)加壓以強(qiáng)迫結(jié)構(gòu)與所述變化(部分)相一致。
30.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，所述的安置步驟包括加熱所述結(jié)構(gòu)和拉動(dòng)所述波導(dǎo)以強(qiáng)迫該結(jié)構(gòu)與所述變化相一致。
31.一種連接一光波導(dǎo)的裝置，包括一光波導(dǎo)，包括一纖芯，和一設(shè)置在纖芯外部的包層；所述具有外部尺寸的變化的所述波導(dǎo)；和一結(jié)構(gòu)，被配置得靠到所述變化(部分)的至少一部分上，用于使所述波導(dǎo)和所述結(jié)構(gòu)之間至少一個(gè)方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)減至最小。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述變化是一擴(kuò)展區(qū)域。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述變化是一凹進(jìn)區(qū)域。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一環(huán)箍。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其特征在于，還包括一與所述環(huán)箍相鄰的殼體。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)具有一與所述波導(dǎo)相鄰的內(nèi)覆層。
37.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)殼體。
38.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)被粘接到所述的包層上。
39.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一幾何結(jié)構(gòu)，其與所述變化的至少一部分基本上一致。
40.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)重疊所述變化的至少一部分。
41.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)伸過(guò)所述變化的至少一部分。
42.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的波導(dǎo)還包括一位于所述的結(jié)構(gòu)和所述波導(dǎo)之間的緩沖層。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)被粘接到所述的緩沖層上。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的裝置，其特征在于，所述的緩沖層包括一金屬層。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的裝置，其特征在于，所述的金屬層包括Ni和Au。
46.根據(jù)權(quán)利要求42的裝置，其特征在于，所述的緩沖層包括聚合物層。
47.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的波導(dǎo)是一光纖。
48.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以上的部件。
49.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，所述的結(jié)構(gòu)包括一將該結(jié)構(gòu)固定到所述波導(dǎo)上的套環(huán)。
全文摘要
一抗蠕變的光纖連接裝置包括一光波導(dǎo)(10)如一光纖,其有一包層(12)和一纖芯(14),光波導(dǎo)(10)具有一外尺寸的變化(部分)(擴(kuò)展或凹縮),還包括一結(jié)構(gòu)如一箍環(huán)(30),被配置在變化區(qū)域(16)的至少一部分上。箍環(huán)(30)具有一使其機(jī)械地鎖定到變化(部分)(16)上的尺寸和形狀,故將光纖(10)連接到箍環(huán)(30)上同時(shí)使光纖(10)和箍環(huán)(30)之間在至少一個(gè)方向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或(蠕變)減至最小。箍環(huán)(30)可被連接到一較大結(jié)構(gòu)的部分上如殼體(62)。該變化(部分)(16)和箍環(huán)(30)可有不同形狀和尺寸。可在包層(12)和箍環(huán)(30)之間設(shè)有一緩沖層(18)以保護(hù)光纖(10)和/或有助于將箍環(huán)(30)固定在光纖(10)上以使蠕變減至最小。
文檔編號(hào)G01D5/353GK1308732SQ99808263
公開(kāi)日2001年8月15日 申請(qǐng)日期1999年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月6日
發(fā)明者R·J·馬隆, J·J·格倫貝克, J·R·敦菲, M·R·菲爾納德, G·A·戴格勒, T·W·恩格爾, C·W·赫爾姆 申請(qǐng)人:塞德拉公司