专利名称：合成光波导光纤的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及合成光波导光纤，特别是涉及具有不同热膨胀系数的圆柱玻璃体的熔接接合。
背景技术：
光通信系统的技术进步导致了特种光波导光纤的开发，这种光纤可提供多种信号条件处理机制，如光信号放大、色散补偿及增益平坦化。为了与光通信系统形成一整体，这些特种光纤必须与光纤辫连结或直接与光波导传输光纤连结。这些特种光纤通常具有可导致不同于传输光纤的热膨胀特性的化学成分，如二氧化硅光波导光纤(如可从美国纽约州的康宁公司获得的SMF-28TM单模光波导光纤)和用作辫光纤的光波导光纤。
通常，这些特种光纤在光通信系统中的部署要求特种光纤与传输光纤连结。光波导光纤的相互连结可方便地实现，其通过使用电弧熔接接合器而将光纤的末端熔接接合在一起。传统知识认为在光纤具有同样的外径时可出现最有效的熔接接合。在特种光纤和传输光纤之间的热膨胀特性的差异导致较弱的接合，这是因为在两光纤具有同样的直径时残余应力高，从而在高热膨胀特种光纤和低热膨胀传输光纤之间需要低残余应力接合。
发明内容
本发明的一个方面是光纤器件，其包括一具有第一热膨胀系数、第一直径及第一端的第一圆柱玻璃体。光纤器件还包括一光波导光纤。光波导光纤具有第二热膨胀系数、第二直径及熔接接合到第一端的第二端。第一直径大于第二直径，及第一热膨胀系数大于第二热膨胀系数。圆柱玻璃体实质上与光波导光纤的至少一纵向延伸端部部分同轴。
在另一实施例中，本发明包括一合成光波导光纤。合成光波导光纤包括一具有第一直径和第一最外层的第一光波导光纤，第一最外层具有第一热膨胀系数。合成光波导光纤还包括一与第一光波导光纤连结的第二光波导光纤。第二光波导光纤具有第二直径和第二最外层，第二最外层具有第二热膨胀系数。第一热膨胀系数大于第二热膨胀系数，且第一直径大于第二直径。
在另一实施例中，本发明包括一应力减小的光波导光纤接头。应力减小的光波导光纤接头包括一具有第一外层、第一直径、第一光导中心区及第一端的第一光波导光纤接头。第一外层具有第一热膨胀系数。应力减小的光波导光纤接头还包括一具有第二外层、第二直径、第二光导中心区及熔接接合到第一端的第二端的第二光波导光纤。第二外层具有第二热膨胀系数。第一直径大于第二直径，且第一热膨胀系数大于第二热膨胀系数。第一光导中心区与第二光导中心区实质上相互成一行。
本发明的一个优点是其减小了由熔接接合的光波导光纤的热膨胀系数的失配引起的残余应力。
本发明的另外的特征和优点将在下面的详细描述中指出，根据那些描述，对于本领域技术人员而言一部分将是显而易见的或通过实施在此描述的发明而认识到，包括下面的详细描述、权利要求及附图。
前面的总的描述及下面的详细描述应被理解为仅仅是本发明的实施例，其意为提供所要求保护的本发明的实质和特征的概览或框架。附图也被包括进来以提供对本发明的进一步的理解，且附图被组合并构成本说明书的一部分。附解了本发明的不同实施例，其与这里的描述一起用于阐释本发明的原理和工作。
附图简要说明
图1为本发明的一实施例的侧面正视图；图2为本发明另一实施例的侧面正视图；及图3为对于二氧化硅光纤到特种光纤，作为光纤直径比的函数的最大应力的曲线图。
具体实施例方式
下面将详细参考本发明的有效实施方式，其例子在附图中进行图解。只要可能，在整个附图中将使用同样的附图标记来表示同样的或类似的部分。本发明光纤器件的一个实施例在图1中示出，并被总地指明为附图标记10。
如在此表现及图1所描述的，光纤器件10包括一光波导光纤12，如可从美国纽约的康宁公司获得的SMF-28TM单模光波导光纤，及一圆柱玻璃体14。光波导光纤具有小于圆柱玻璃体14的热膨胀系数的热膨胀系数。光波导光纤12包括一端部16。端部16准备来用于通过使用玻璃体电弧熔接连结技术领域内的一般技术人员的知识范围内的传统技术与圆柱玻璃体14的端部18熔接连结。类似地，圆柱玻璃体14的端部18准备来用于与光波导光纤12的端部16连结。玻璃体14的直径大于光波导光纤12的直径。光波导光纤12的端部16熔接连结到圆柱玻璃体14的端部18，其使用商业可用的电弧熔接接合器实现，如由Ericsson Network Technologies AB和Furukawa ElectricCo.，Ltd.生产的接合器。
图2示出了本发明合成光波导光纤的一个实施例，并由附图标记20所指明。如在此表现及图2所描述的，合成光波导光纤20包括一第一光波导光纤22。第一光波导光纤22由玻璃制成并包括一由最外玻璃层26包围的第一光导中心区24。第一光波导光纤22还包括一第一端部28。最外玻璃层26具有第一热膨胀系数。第一光波导光纤22可以是，例如，具有最外玻璃层26的光波导光纤，最外玻璃层26选自包括下述各种玻璃的玻璃家族硅酸矽(alkalide silicates)；硅酸锑(antimony silicates)；锗酸锑(antimony germanates)；基于氧化铋的玻璃(bismuth oxide based glasses)；硼硅酸盐(borosilicates)；铝酸钙(calcium aluminates)；包括氟锆酸盐(fluorozircanates)、氟铝酸(fluoroaluminates)、含镓氟化物(fluorogallates)及氟化铟(fluoroindates)的氟化物玻璃(fluoride glasses)；掺磷硅酸盐(phosphorous doped silicates)；硫化玻璃(sulfide glasses)包括基于镓的硫化玻璃(gallium basedsulfide glasses)、基于砷的硫化玻璃(arsenic based sulfideglasses)、及基于锗的硫化玻璃(germania based sulfide glasses)；及亚碲酸盐(tellurites)。另外，第一光纤22的最外层可以是透明微晶玻璃材料。
硅酸锑玻璃的一个例子具有化学成分(摩尔百分比)77％ SiO2、2％ Al2F6、21％ Sb2O3，及约66×10-7/℃的热膨胀系数。铝酸钙玻璃的一个例子具有化学成分(摩尔百分比)40％ Al2O3、60％ CaO，及约90×10-7/℃的热膨胀系数。亚碲酸盐玻璃的一个例子具有化学成分(摩尔百分比)75％ TeO2、20％ ZnO、5％ NaO，及约180×10-7/℃的热膨胀系数。
合成光波导光纤20还包括一第二光波导光纤30。第二光波导光纤30由玻璃制成并包括一由第二最外玻璃层34包围的第二光导中心区32。第二光波导光纤30还包括一第二端部36。第二光波导光纤30具有第二热膨胀系数。第二热膨胀系数小于第一热膨胀系数。第二光波导光纤30的最外层可以是，例如，一层二氧化硅(SiO2)玻璃。
第一和第二端部28、36根据传统接合准备程序准备，例如剥去任何保护性覆层并劈开。第一和第二光波导光纤22、30相互成一行，从而使得第一和第二光导中心24、32相互成一行，以允许光信号跨过第一和第二光导区24、32的接口38传播。
第一和第二光导光纤22、30使用电弧熔接接合器而相互熔接接合在一起，电弧熔接接合器如可从美国田纳西州布伦特伍德的Amherst FiberOptics获得的Ericsson FSU 995。接合器的设置将取决于第一和第二光波导光纤22、30的直径和成分，这可由光纤电弧熔接接合领域的一般技术人员确定。
图3为对于特种光纤和二氧化硅光纤，阐明光纤直径比和接合中的最大应力之间的关系的曲线图，其中特种光纤具有45.6MPa的杨氏模量、0.182的泊松比、及70×10-7/℃的热膨胀系数，二氧化硅光纤具有72.59MPa的杨氏模量、0.158的泊松比、及6.4×10-7/℃的热膨胀系数。根据本发明，特种光纤具有较大的直径，例如在二氧化硅光纤直径为125μm、特种光纤直径为约178.6μm时，具有0.7的直径比。
对于本领域技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，对本发明的各种修改和变化将是显而易见的。从而本发明覆盖所有在所附权利要求及其等价物的范围内的修改和变化。
权利要求
1.一种光纤器件，包括一圆柱玻璃体，具有一第一热膨胀系数；一第一直径；及一第一端；一光波导光纤，具有一第二热膨胀系数；一第二直径；及一熔接接合到所述第一端的第二端；其中所述第一直径大于所述第二直径；其中所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数；及其中所述圆柱玻璃体实质上与所述光波导光纤的至少一纵向延伸的端部部分同轴。
2.一种合成光波导光纤，包括一第一光波导光纤，其具有第一直径和第一最外层，第一最外层具有第一热膨胀系数；及一与所述第一光波导光纤连结的第二光波导光纤，所述第二光波导光纤具有第二直径和第二最外层，所述第二最外层具有第二热膨胀系数；及其中，所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数；及其中，所述第一直径大于所述第二直径。
3.根据权利要求2所述的合成光波导光纤，其中所述第二直径与第一直径的比小于0.95。
4.根据权利要求2所述的合成光波导光纤，其中所述第二直径与第一直径的比小于0.90。
5.根据权利要求2所述的合成光波导光纤，其中所述第二直径与第一直径的比小于0.80。
6.根据权利要求2所述的合成光波导光纤，其中所述第二最外层包括一层SiO2。
7.根据权利要求6所述的合成光波导光纤，其中所述第一最外层包括一层透明微晶玻璃(glass-ceramic)。
8.根据权利要求6所述的合成光波导光纤，其中所述第一最外层包含一层选自玻璃家族的玻璃，该玻璃家族包括硅酸矽；硅酸锑；锗酸锑；基于氧化铋的玻璃；硼硅酸盐；铝酸钙；包括氟锆酸盐、氟铝酸、含镓氟化物及氟化铟的氟化物玻璃；掺磷硅酸盐；硫化玻璃基于镓的硫化玻璃、基于砷的硫化玻璃及基于锗的硫化玻璃；及亚碲酸盐。
10.一种应力减少的光波导光纤接头，包括一第一光波导光纤，具有一第一外层，所述第一外层具有第一热膨胀系数；一第一直径；一第一光导中心区；及一第一端；一第二光波导光纤，具有一第二外层，所述第二外层具有第二热膨胀系数；一第二直径；一第二光导中心区；及一与所述第一端熔接接合的第二端；其中所述第一直径大于所述第二直径；其中所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数；及其中所述第一光导中心区和所述第二光导中心区实质上相互成一行。
11.根据权利要求10所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第一热膨胀系数大于60×10-7/℃。
12.根据权利要求11所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第二热膨胀系数小于10×10-7/℃。
13.根据权利要求10所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数的比大于6。
14.根据权利要求13所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数的比小于30。
15.根据权利要求10所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第二直径与所述第一直径的比大于0.60。
16.根据权利要求15所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第二直径与所述第一直径的比小于0.99。
17.根据权利要求16所述的应力减少的光波导光纤接头，其中所述第二直径与所述第一直径的比小于0.90。
18.根据权利要求10所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，由于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差，在熔接接头中的残余应力小于118MPa。
19.根据权利要求18所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，由于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差，在熔接接头中的残余应力小于110MPa。
20.根据权利要求19所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，由于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差，在熔接接头中的残余应力小于100MPa。
21.根据权利要求20所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，由于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差，在熔接接头中的残余应力小于90MPa。
22.根据权利要求21所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，由于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差，在熔接接头中的残余应力小于80MPa。
23.根据权利要求22所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，由于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间的差，在熔接接头中的残余应力小于70MPa。
24.根据权利要求10所述的应力减少的光波导光纤接头，其中，所述第一热膨胀系数为约70×10-7/℃；其中所述第二热膨胀系数为约6.4×10-7/℃；及其中所述第二直径与所述第一直径的比小于0.90。
全文摘要
本发明包括一合成光波导光纤(12)。该合成光波导光纤包括一第一光波导光纤(12)。第一光波导光纤(12)具有一第一直径和一第一最外层，第一最外层具有第一热膨胀系数。合成光波导光纤还包括一与第一光波导光纤(12)连结的第二光波导光纤(14)。第二光波导光纤(14)具有一第二直径和一第二最外层，第二最外层具有第二热膨胀系数。其中第一热膨胀系数大于第二热膨胀系数，及其中第一直径大于第二直径。
文档编号G02B6/02GK1561459SQ02819247
公开日2005年1月5日 申请日期2002年8月1日 优先权日2001年9月28日
发明者道格拉斯·C.·艾伦 申请人:康宁公司