专利名称：用于扩大光纤模场直径的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法及设备，通过使用一个燃烧器加热光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，用于扩大光纤的模场直径。
背景技术：
近些年，研究者和工程师都在研究一种光纤传输线，其中小模场直径的光纤，例如用于波分复用传输的光纤或用于喇曼放大的光纤，与较大模场直径的普通单模光纤耦合。当不同模场直径的光纤接合时，仅通过一个简单的熔融接合方法，很难使接合损耗减小到实用水平。为了解决该问题，日本专利号2618500公开了一种方法，其中熔融接合部分被额外加热，以使纤芯部分中的掺杂剂向包层部分热扩散。该方法可以产生一个熔融接合部分，其中至少一个光纤的模场直径逐渐改变，使得光纤可以以相同的模场直径接合。以下，该熔融接合部分称为热扩散膨胀纤芯(TEC)。
图12A1、12A2、12B1和12B2是显示用于形成一个TEC的例子的示图。图12A1和12A2是显示在不同模场直径的两个光纤熔融接合之后形成一个TEC的例子的示图。图12B1和12B2是显示在光纤熔融接合之前在小模场直径的光纤中形成一个TEC的例子的示图。
在这些图中，待熔融接合的光纤1a和1b具有相同直径的包层部分2以及不同模场直径和不同相对折射率差的纤芯部分3a和3b。光纤1a和1b具有树脂外套4。光纤1a和1b是通过使用弧光放电或其它方法，使光纤的相对的端面熔融，实现邻接熔融接合。如果它们仅通过一个简单的熔融接合方法接合，则光纤1a和1b无法以相同的模场直径接合，并且因此接合损耗增大。
为了解决该问题，如图12A1所示，通过使用供应燃料气体的一个微喷灯或燃烧器6额外加热熔融接合部分5形成一个TEC，熔融接合部分5包含其相邻的部分。加热进行的温度和时间条件是在不使光纤1a和1b熔融的情况下，使被加入纤芯部分3a和3b中以增大折射率的掺杂剂向包层部分2热扩散。如图12A2所示，加热扩大了模场直径以形成一个膨胀部分7，其中模场可以平滑地接合。
与较大模场直径和较低掺杂剂浓度的光纤1b中的掺杂剂相比，较小模场直径和较高掺杂剂浓度的光纤1a中的掺杂剂热扩散更厉害。因此，光纤1a中的模场直径比光纤1b扩大更厉害，减小了这两个模场直径之间的差异。如上所述，已知当不同类型的光纤熔融接合时，通过形成一个TEC，其中较小的模场直径被扩大使得极其接近另一个光纤的模场直径，可以减小接合损耗。
在其它例子的情况下，如图12B1所示，首先，较小模场直径的光纤1a的中央部分被加热以扩大模场直径，使得可以形成一个膨胀部分7。其次，切割该膨胀部分7以得到一个接合端面5′，接合端面5′的模场直径与待接合的光纤1b相同。在此条件下，光纤如图12B2所示接合。同样，该例子能够阻止由模场直径的差异导致的不平滑接合造成的接合损耗的增大。公布的日本专利申请Tokukaishou 61-117508公开了即使是用于接合相同设计特征的光纤，形成这样一个TEC也是有效的，因为TEC可以减小由纤芯偏心导致的接合损耗。
前述TEC通常通过使用一个微喷灯或燃烧器形成。通过使微喷灯相对于光纤纵向移动加热光纤的一个指定区域。或者，可以沿光纤放置多个微喷灯或燃烧器。公布的日本专利申请Tokukaihei 8-82721公开了另一个方法，其中以一个平面阵列排列的多个光纤通过在光纤的阵列方向排列的多个微喷灯或燃烧器同时加热。Tokukaihei 8-82721还公开了一个方法，其中通过使用专门设计与光纤带的宽度对应的一个微喷灯加热光纤带。
需要在适当的温度和时间条件下通过加热光纤形成一个TEC。光纤1a和1b以低于其熔点的温度被加热。但是，如果加热没有适当地进行，则加热部分软化并且可能由于光纤本身的重量而弯曲。如果发生并保持弯曲，则会增大接合损耗。此外，当使用燃烧器时，很难控制加热条件，因为燃烧器的火焰具有特定的温度分布，并且随环境条件的改变而漂移。
有时，在包括8、12、24或更多个光纤的一个光纤带的各个光纤共同地熔融接合之后，在熔融接合部分形成多个TEC。在此情况下，燃烧器的火焰加热该熔融接合部分，使得火焰吞没了以一个平面阵列排列的多个光纤。因此，阵列外部的光纤比内部的光纤受到更强烈的加热。换句话说，阵列中的光纤没有被均匀加热。因此，没有均匀地形成TEC。这造成一个问题，各个光纤中的接合损耗没有被均匀地减小。
在TEC形成过程中的上述现象受到所使用的加热燃烧器的结构的极大影响。但是，常规燃烧器在控制条件，用于适当地加热光纤，尤其是并入一个光纤带的光纤的一个指定区域的方面有困难。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种方法及设备，用于通过以所需的温度分布加热光纤的一个指定区域，以扩大光纤的模场直径。
根据本发明，通过提供一种方法，使用一个燃烧器加热光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，用于扩大光纤的模场直径，从而达到前述目的。前述方法中待使用的燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。
根据本发明的一个方面，通过提供一种设备，使用一个燃烧器加热光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，用于扩大光纤的模场直径，从而达到前述目的。前述设备中待使用的燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。
出气孔可以二维排列，使得每行由多个出气孔组成的多个平行的行平行于光纤的轴。
在以上描述中，尽管使用了“出气孔二维排列”的表述，但是出气孔的排列不限于同一平面的排列。该表述意味着当从出气一侧观察时，出气孔是二维分布的，不考虑其距参考平面的高度。更确切地，加热表面可以包括不同高度的多个平面。加热表面还可以具有一个曲面。这些是出气孔不具有均匀高度的例子。
以下本发明通过参考附图被进一步说明。提供附图只是用于说明，而不是意欲限制本发明的范围。
图1A至1C是示图，显示本发明的第一实施例，其中图1A为侧视图，图1B和1C为透视图。
图2A至2C是示图，显示本发明中待使用的燃烧器的一个例子，其中图2A为平面图，图2B为图2A中的a-a剖面，图2C为右视图。
图3A1、3A2和3B是示图，显示在一个或两个光纤中形成TEC的例子，其中图3A1为侧视图，图3A2为剖视图，图3B是一个曲线图，显示加热温度与沿光纤轴的位置之间的关系。
图4A、4B、4C1、4C2和4C3是示图，显示其它燃烧器的例子，其中图4A、4B和4C1为平面图，图4C2和4C3为图4C1所示燃烧器的侧视图。
图5A和5B是示图，显示在三个或以上光纤中或在一个光纤带中形成TEC的一个例子，其中图5A为剖视图，图5B是一个曲线图，显示加热温度与排列的光纤的位置之间的关系。
图6A、6B、6C1、6C2和6C3是示图，显示其它燃烧器的例子，其中图6A、6B和6C1为平面图，图6C2和6C3为图6C1所示燃烧器的前视图。
图7是一个透视图，说明本发明的第二实施例。
图8是一个示图，说明本发明的一个光纤支撑机构。
图9是一个示图，说明本发明的一个燃烧器起动机构。
图10是一个流程图，显示本发明的一个燃烧器的工作。
图11是一个曲线图，显示在本发明的扩大模场直径的一个方法中接合损耗与加热时间之间的关系。
图12A1至12B2是示图，说明扩大模场直径的常规方法。
图13是一个透视图，说明使用朝下的一个燃烧器从上面加热光纤。
图14是一个透视图，说明使用一种被动冷却装置的一个实施例。
图15是一个透视图，说明使用一种被动冷却装置的另一个实施例。
图16是一个透视图，说明使用一种主动冷却装置的一个实施例。
图17A至17C是透视图，说明一个燃烧器与一个散热器之间的耦合方法。
具体实施例方式
以下通过参考
本发明的实施例。在附图中，相同的数字表示相同的部分以避免重复说明。图中尺寸的比例不需要与说明一致。
本发明的第一实施例通过参考图1A至1C说明。图1A为侧视图，说明用于形成一个TEC的加热方法的略图。图1B为透视图，说明两个光纤同时加热。图1C为透视图，说明一个光纤带中的三个或以上光纤同时加热。在图1A中，数字“2”表示包层部分，其直径通常为0.125mm，有时0.080mm。
如图1A所示，熔融接合之后，例如，光纤1安装在模场直径扩大设备40上，以在熔融接合部分5处形成一个TEC。设备40配备有两个光纤固定器8、两个光纤夹9和一个燃烧器11。首先，光纤1通过位于熔融接合部分5的两侧的光纤夹9牢固地固定，使得熔融接合部分5位于燃烧器11的中央的正上方。燃烧器11的放置使得加热表面11a对着光纤1。在光纤夹9给光纤1适当的张力之后，位于光纤夹9里面的光纤固定器8牢固地固定光纤1的外套4的端部，而不释放张力。随后，光纤夹9释放张力。提供给光纤1的张力可以防止其在加热工作过程中下垂。
用于扩大模场直径以形成一个TEC的本发明的方法可以应用于如图12A1所示的熔融接合之后的TEC形成以及如图12B1所示的熔融接合之前的TEC形成。此外，该方法可以应用于从图1A至1C可见的一个光纤和一个光纤带。
如图1B和1C所示，燃烧器11具有加热表面11a，其中二维排列着多个出气孔12，使得每行由多个出气孔组成的多个平行的行平行于光纤的轴。平行于光纤1的轴的出气孔12的数量和间隔可以通过考虑光纤1的指定加热区域10的长度确定。平行于光纤1的轴的出气孔12的数量可以根据待加热的光纤的数量和光纤的放置间隔调节。此外，通过调节多个出气孔12的排列样式，可以达到所需的温度分布。
如图1B所示，当待加热的光纤的数量很小，例如一个或两个时，燃烧器11的火焰从光纤1的阵列以内和以外加热光纤1的指定加热区域10。在不沿光纤1的轴移动燃烧器11的情况下，使用多个出气孔12可以接近均匀地使加热区域10加热。因此，该方法可以扩大模场直径，而不增大接合损耗的波长差异。
如图1C所示，即使当待加热的光纤的数量很大，例如一个光纤带中的三个或更多时，如图1B所示情况一样，在不沿光纤1的轴移动燃烧器11的情况下，使用多个出气孔12可以接近均匀地使各个光纤1的加热区域10加热。因此，该方法可以均匀地扩大所有多个光纤的模场直径。
如上所述，无论是一个光纤还是一个光纤带，通过使用加热表面11a上的多个出气孔12加热，在不移动燃烧器的情况下，可以在光纤的一个宽范围的指定区域达到一个均匀的或所需的温度分布。与通过沿光纤的轴移动燃烧器加热指定区域的常规方法相比，该方法可以在很短的加热时间内扩大模场直径。如下所述，通过使用一个起动机构在光纤的轴向或排列方向振动燃烧器11，可以更均匀地进行加热。
图2A至2C是示图，显示本发明中待使用的燃烧器的一个例子。图2A为平面图，图2B为图2A中的a-a剖面，图2C为右视图。燃烧器11由耐热金属制成，外形是体积1cm3或更小的一个长方体，导气管11d连接到主体11b。主体11b具有在其中的导气腔11c以及用于加热光纤的加热表面11a。加热表面11a具有与导气腔11c相连的多个出气孔12。出气孔12的直径约为例如0.3mm，并且以矩阵形式排列，行平行于光纤的轴，列垂直于轴，行和列间距约为0.7至1.0mm。
图3A1、3A2和3B是示图，显示在一个或两个光纤中形成TEC的例子。图3A1和图3A2分别为侧视图和剖视图，显示光纤的加热状态。图3B是一个曲线图，显示加热温度与沿光纤轴的位置之间的关系。图4A、4B和4C1为平面图，显示其它燃烧器配置的例子，图4C2和4C3为图4C1所示燃烧器的侧视图。
如图3A1和3A2所示，当待加热的光纤的数量很小，例如一个或两个时，不需要考虑在一个光纤带的情况下发生的光纤之间加热条件的变化。但是，如图3B中用f表示的曲线所示，光纤在燃烧器中央部分比在端部受到更强烈的加热。为了在光纤的指定区域均匀地形成一个TEC，需要使加热温度的分布较平，如图3B中用h表示的曲线所示。
图4A、4B和4C1显示适用于得到一个平的温度分布的燃烧器配置的例子。图4A显示一个燃烧器，其中接近垂直于光纤轴的燃烧器侧面的部分处的出气孔12b比燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围的出气孔12a具有较大的截面积。
图4B显示一个燃烧器，其中接近垂直于光纤轴的燃烧器侧面的出气孔12b的数量大于燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围的出气孔12a的数量。换句话说，接近燃烧器的前述侧面的部分处的出气孔12b比燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围的出气孔12a排列更密集。
图4C1至4C3显示燃烧器，其中加热表面11a与光纤1之间的距离在接近垂直于光纤轴的燃烧器侧面的部分处比在燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围小。更确切地，图4C2所示的燃烧器具有一个加热表面11a，在燃烧器的前述侧面之间的中点部分处有一个凹槽11e，图4C3所示的燃烧器具有带一个凹槽11e的加热表面11a，凹槽11e由向内朝燃烧器的前述侧面之间的中点部分倾斜的两个平面构成。在图4A、4B和4C1所示的燃烧器中，加热量在接近燃烧器的前述侧面的部分处比在中点部分处及周围大。
图5A和5B以及图6A、6B、6C1、6C2和6C3是示图，显示在三个或以上光纤中或在一个光纤带中形成TEC的例子。图5A为一个剖视图，显示光纤的加热状态，图5B为一个曲线图，显示加热温度与排列的光纤位置之间的关系。图6A、6B和6C1为平面图，显示其它燃烧器配置的例子，图6C2和6C3为图6C1所示燃烧器的前视图。
当在三个或以上光纤中或在一个光纤带中形成TEC时，如图5A所示，燃烧器的火焰从光纤阵列的内侧向外侧弯曲。因此，放置在外侧的光纤比放置在内侧的光纤受到更强烈的加热。如图5B中用f表示的曲线所示，加热量与排列的光纤的位置有关。放置在外侧的光纤的加热温度比放置在内侧的光纤高。为了在多个光纤1中均匀地形成TEC，需要使加热温度的分布较平，如图5B中用h表示的曲线所示。
图6A、6B和6C1显示适用于得到前述较平温度分布的燃烧器配置的例子。其结构使得加热量在接近平行于光纤轴的燃烧器侧面的部分处比燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围小。图6A显示一个燃烧器，其中接近平行于光纤轴的燃烧器侧面的部分处的出气孔12b比燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围的出气孔12a具有较小的截面积。
图6B显示一个燃烧器，其中接近平行于光纤轴的燃烧器侧面的部分处的出气孔12b的数量小于燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围的出气孔12a的数量。换句话说，出气孔12b比出气孔12a排列更稀疏。
图6C1至6C3显示燃烧器，其中加热表面11a与光纤1之间的距离在接近平行于光纤轴的燃烧器侧面的部分处比在燃烧器的前述侧面之间的中点部分处及周围大。更确切地，图6C2所示的燃烧器具有一个加热表面11a，在燃烧器的前述侧面之间的中点部分处有一个突出部分11f，图6C3所示的燃烧器具有带一个突出部分11f的加热表面11a，突出部分11f由向外朝燃烧器的前述侧面之间的中点部分倾斜的两个平面构成。在图6A、6B和6C1所示的燃烧器中，加热量在接近燃烧器的前述侧面的部分处比在中点部分处及周围小。
在图6A、6B和6C1所示的燃烧器中，多个出气孔的排列使得每个由多个出气孔组成的多个平行的行平行于光纤轴。但是，本发明不限于上述结构。出气孔仅须二维排列使得指定的加热区域被适当地加热。
图7是示图，说明本发明的第二实施例。在该实施例中，燃烧器11放置在光纤1的正上方，其加热表面11a朝下以加热光纤。燃烧器11可以具有与图1B、1C、2A、4A、4B、4C1、6A、6B或6C1相同的配置及结构。
同样，第二实施例可以均匀地加热光纤1的指定区域。采用第二实施例，如图7所示，燃烧器的火焰首先到达光纤1以将其直接加热，然后向上改变方向。因此，可以避免如图5A所示的火焰从光纤1的阵列的内侧向外侧弯曲以致包围光纤的现象。因此，该实施例可以防止放置在阵列外侧的光纤比放置在内侧的光纤受到更强烈的加热的状态的发生。
燃烧器11朝下加热可以改进通过参考图3B说明的光纤在燃烧器中央部分处比在端部处受到更强烈的加热的现象。因此，第二实施例中使用的方法是有利的，因为一个或两个光纤同样可以更均匀地加热。
需要在光纤的阵列方向及轴向振动燃烧器11。振动幅度没有特殊的限制。例如，包括8个光纤的一个光纤带的宽度约为2.0mm。因此，可以使用大约2.0mm的幅度。燃烧器11的振动可以提高所有光纤的加热的均匀性，并且尤其光纤的轴向的振动可以均匀地延伸该加热区域。
需要将通过本发明的方法形成一个TEC应用于如图12A1至12B2所示的不同类型的光纤1a与1b之间的熔融接合部分5。当应用本发明的方法时，熔融接合部分5可以被加热，以令人满意地扩大模场直径，并且因此使接合损耗的增大减小到最低限度。
下面，由本发明提供的用于扩大模场直径的一种设备及其起动机构与工作方法一起通过参考图8至10被明确地说明。图8显示一个光纤支撑机构，图9显示一个燃烧器起动机构，图10显示燃烧器的工作流程。
如图8所示，光纤1通过位于熔融接合部分5的两侧的光纤夹9牢固地固定，在熔融接合部分5处待形成一个TEC，使得熔融接合部分5位于燃烧器11的正下方。光纤夹9安装在光纤夹座9a上，光纤夹座9a可以沿装在底座13上的滑动平台14上的滑动槽15滑动。使用滑轮16和砝码17向外拉光纤夹座9a，并且光纤夹座9a在滑动平台14上的移动由空气控制。用于控制的空气从压缩机18通过空气阀19和管系20提供。阀控制器21通过控制空气阀19调节气源。
首先，光纤1通过位于熔融接合部分5两侧的光纤夹9牢固地固定。其次，允许光纤夹座9a自由移动。这使砝码17向光纤1施加张力。第三，不释放该张力，安装在光纤固定器座8a上的光纤固定器8牢固地固定光纤1的外套4的端部。最后，阀控制器21释放施加在光纤1上的张力。
光纤1如上所述被定位之后，调节燃烧器11的位置开始如下所述加热。如图9所示，燃烧器11由安装在燃烧器支撑器座22a上的燃烧器支撑器22支撑。起动电机27用于沿上下运动平台23上的滑动槽23a上下移动燃烧器支撑器座22a(如用Y表示的双向箭头所示)。上下运动平台23由安装在支撑臂座24a上的支撑臂24支撑。起动电机28用于沿来回运动平台25上的滑动槽25a来回移动支撑臂座24a(如用X表示的双向箭头所示)。
另一个起动电机(图9中未显示)用于沿底座29上的导向部分26横向(垂直于纸面方向)移动来回运动平台25。
燃烧气体通过燃烧器支撑器22提供给燃烧器11。该气体为氧气与燃料气体如丙烷、乙炔或氢气的混合气体。这些气体从燃料气体汽缸31和氧气汽缸32通过管系33提供。阀控制器35控制气体流量调节阀34提供所需量的这些气体。计算机化控制器36控制阀控制器35、起动电机27和28以及无名起动电机。
其次，参考图10所示燃烧器的工作流程说明上述机构的工作。在步骤S1中，指定条件进入或读入控制器36。在步骤S2中，发出使燃烧器移动到点燃位置的一个指令。在步骤S3中，燃烧器到由坐标表示的点燃位置的移动完成。
在燃烧器点燃之后，在步骤S4中，根据进入控制器36的指定条件使提供给燃烧器的气体的流率调节到一个指定量。在步骤S5中，发出使燃烧器移动到加热位置的一个指令。然后，进行计算，得到燃烧器从当前位置到由坐标表示的加热位置的移动量。随后，起动电机使燃烧器移动到加热坐标。
在步骤S6中，燃烧器到加热坐标的移动完成。然后，选择是否燃烧器待振动。当指定条件为“否”时，光纤根据指定条件被加热一段指定时间。在步骤S7中，发出使燃烧器移动到缩进位置的一个指令。然后，进行计算，得到燃烧器从当前位置到由坐标表示的缩进位置的移动量。随后，起动电机使燃烧器移动到缩进坐标。
在步骤S6之后，当燃烧器振动的指定条件为“是”时，步骤S11使燃烧器移动到由坐标表示的振动位置，并且在步骤S12中完成该移动。然后，步骤S13使燃烧器移动到初始加热坐标，并且在步骤S14中完成该移动。重复该周期，直到燃烧器振动工作的数量满足指定条件。在该重复完成之后，下一个步骤是S7。如上所述，在步骤S7中，发出使燃烧器移动到缩进坐标的一个指令，并且燃烧器相应移动。
在步骤S8中，燃烧器到缩进坐标的移动完成。当加热工作的数量满足指定条件时，步骤S9将供给燃烧器的气体流率设置为零。在步骤10中，该设备完成工作并停止。在步骤S8之后，如果加热工作的数量不满足指定条件，则在指定的缩进时间过去之后程序返回到步骤S4。随后，再次开始加热，重复前述周期，直到加热工作的数量满足指定条件。
图11是一个曲线图，显示当根据本发明的方法形成TEC时，在包括模场直径约为10μm的8个普通单模光纤的一个光纤带与包括模场直径约为5μm的8个光纤的一个光纤带之间的多个光纤同时熔融接合之后，各个光纤分别在波长1.55μm处的接合损耗。所用的燃烧器具有以5行6列排列的出气孔。使用如图7所示朝下的燃烧器加热表面来加热光纤。进行加热使得连续加热一段指定时间之后，进行短加热时间的间断加热。连续监视波长1.55μm处的接合损耗。
如由图11可见，在该组光纤中，熔融接合部分的接合损耗的初始值具有相当大的差异(最小接合损耗为0.65dB，最大接合损耗为1.35dB)。这可以归因于影响同时多个熔融接合的各种因素，例如光纤之间接合端面处切割角的差异、光纤之间端面至端面距离的差异、阵列外部位置处的光纤与内部位置处的光纤之间的加热量的差异。但是，在通过一段指定时间的加热形成TEC之后，光纤的接合损耗的差异减小，各个光纤的接合损耗减小到大约0.05dB，相当于两个普通单模光纤接合时可以达到的接合损耗。
如上所述，接合损耗随加热时间的增加而减小，并且过了某段时间之后，接合损耗的减小量变小。在接合损耗减小到某个程度之后，立即以重复的短加热时间间断地加热该接合部分。因此，接合损耗最终减小到小于0.05dB，在实际使用中不会造成问题。
如前述实施例所述，在本发明中，使用燃烧器加热光纤。因为燃料气体与氧气的混合气体在燃烧器的加热表面燃烧，所以该燃烧也加热燃烧器本身。尤其，如图13所示，当朝下的燃烧器11从上面加热光纤1时，燃烧器11被火焰显著地加热。如果燃烧器11的温度升高，则加热表面变形，并且出气孔的尺寸改变。因此，加热条件偏离了指定的限制，并且无法实现所需的模场直径的扩大。温度可能升高直到燃烧器11炽热。这种炽热条件可以使燃烧器11与导气管11d之间的铜焊断开。如果没有断开，则燃烧器11的位置可能移动。
图14是一个示图，说明一个实施例的例子，其中使用一个冷却装置防止燃烧器过热。在此实施例中，使用一个被动冷却装置。更确切地，散热器37贴在燃烧器11的顶面使其自然冷却。散热器37由高热导率的材料如金属制成。它以减小两个部件之间热阻的方式连接到燃烧器11。在图14中，散热器37用一个块表示。当然，金属块可以用作散热器。还可以构成散热片以增大散热表面积。当燃烧器11加热光纤1时，散热器37可以使燃烧器11产生的热散失，使得可以抑制燃烧器11中过度的温升。当燃烧器11使用金属材料构成时，燃烧器11和散热器37可以以一个整体结构构成。
图15是一个示图，说明一个实施例，其中图14所示的散热器37被延长，使其可以连接到燃烧器支撑器22。在此实施例中，同样，使用一个被动冷却装置。散热器37可以通过使用一个金属块构成。同样可以构成散热片以增大散热表面积。与图14所示实施例相比，燃烧器可以被导气管11d和散热器37更牢固地支撑。在此实施例中，当燃烧器支撑器22，尤其是其外壳，通过使用高热导率的材料如金属构成，以允许散热器37也被热连接时，散热器支撑器22也可以用作一个散热部件以增大散热效果。
图16是一个示图，说明一个实施例的例子，其中使用一个主动冷却装置。在此实施例中，散热器37具有一个强行冷却装置，冷却剂例如水在其中循环。尽管以下例子使用水作为冷却剂，但是本发明不限于使用水。
散热器37具有一个输送管，水可以通过输送管流动。该输送管的构成可以没有特殊限制。它可以通过在燃烧器37的块上钻一个孔构成。或者，可以用周围的内壁构成单个空腔。可以使用任何方法，只要从燃烧器11转移到散热器37的热量可以被散热器37的几乎整个部分中流动的水吸收。燃烧器支撑器22配备有一个水冷却装置，该水冷却装置具有用于馈送冷却水的一个给水部件和用于接收加热的冷却水的一个排水部件。一个控制器可以用于控制待馈送的水量。给水管38连接散热器37的入水口与燃烧器支撑器22的给水部件。排水管39连接散热器37的出水口与燃烧器支撑器22的排水部件。需要该给水部件能够控制待馈送的水量。可以使用自来水作为冷却水。在此情况下，给水部件连接到供水管。排水部件处接收的加热的冷却水通过散热器冷却之后，可以直接排出或返回到给水部件；后一种系统称为循环系统。当使用一个温度传感器监视燃烧器11的温度时，通过将信息反馈给燃烧器支撑器22的冷却装置，可以更有效地进行冷却。
前述主动冷却装置不限于使用冷却剂的系统。使用例如珀耳帖(Peltier)装置可以进行类似的强行冷却。
如上所述，当具有一个冷却装置时，燃烧器的热功率可以增大。因此，与没有冷却装置的系统相比，加热时间可以缩短，由此提高生产力。
图17A至17C为透视图，说明燃烧器11与散热器37之间的耦合方法。在图17A中，散热器37仅连接到燃烧器11的顶面。在图17B中，散热器37连接到散热器11使得燃烧器11的顶面和部分侧面被散热器37覆盖。在图17C中，散热器37连接到燃烧器11使得燃烧器11的顶面和整个侧面被散热器37覆盖。在此情况下，燃烧器11的部分前面和后面可能被散热器37覆盖。
于2002年11月12日申请的日本专利申请号2002-328144的整个公开包括说明书、权利要求书、附图及摘要在这里一起整体作为参考。
权利要求
1.一种扩大至少一个光纤的模场直径的方法，该方法通过使用一个燃烧器加热一个光纤或多个光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，扩大模场直径；该燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。
2.如权利要求1定义的方法，其中该燃烧器具有一个加热表面，其中多个出气孔的排列使得每行由多个出气孔组成的多个平行的行平行于光纤的轴。
3.如权利要求1定义的方法，其中该至少一个光纤为一个或两个光纤。
4.如权利要求1定义的方法，其中该至少一个光纤为一个光纤带，包括以一个平面阵列排列的三个或更多的光纤。
5.如权利要求3定义的方法，其中使用燃烧器进行加热，使得加热量在接近垂直于光纤轴的燃烧器侧面的部分处比该侧面之间的中点部分处及周围大。
6.如权利要求5定义的方法，其中接近该侧面的部分处的出气孔比该中点部分处及周围的出气孔有较大的截面积。
7.如权利要求5定义的方法，其中接近该侧面的部分处的出气孔比该中点部分处及周围的出气孔排列更密集。
8.如权利要求5定义的方法，其中加热表面与光纤之间的距离在接近该侧面的部分处比在该中点部分处及周围小。
9.如权利要求4定义的方法，其中使用燃烧器进行加热，使得加热量在接近平行于光纤轴的燃烧器侧面的部分处比该侧面之间的中点部分处及周围小。
10.如权利要求9定义的方法，其中接近该侧面的部分处的出气孔比该中点部分处及周围的出气孔有较小的截面积。
11.如权利要求9定义的方法，其中接近该侧面的部分处的出气孔比该中点部分处及周围的出气孔排列更稀疏。
12.如权利要求9定义的方法，其中加热表面与光纤之间的距离在接近该侧面的部分处比在该中点部分处及周围大。
13.如权利要求1定义的方法，其中燃烧器放置在光纤的正上方，加热表面朝下以加热光纤。
14.如权利要求1定义的方法，其中在燃烧器加热光纤时在平行或垂直于光纤轴的一个方向振动燃烧器。
15.如权利要求1定义的方法，其中不同模场直径的不同类型的光纤在光纤被加热之前熔融接合。
16.一种用于扩大至少一个光纤的模场直径的设备，该设备可以通过使用一个燃烧器加热一个光纤或多个光纤，以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，扩大模场直径；该燃烧器具有一个加热表面，其中二维排列着多个出气孔。
17.如权利要求16定义的设备，其中该燃烧器具有一个加热表面，其中多个出气孔的排列使得每行由多个出气孔组成的多个平行的行平行于光纤的轴。
18.如权利要求16定义的设备，其中燃烧器放置在光纤的正上方，加热表面朝下。
19.如权利要求16定义的设备，该设备配备有一个装置，用于在平行于或垂直于光纤轴的一个方向振动燃烧器。
20.如权利要求16定义的设备，该设备配备有用于冷却燃烧器的一个装置。
21.如权利要求20定义的设备，其中该冷却装置进行主动冷却。
22.如权利要求20定义的设备，其中该冷却装置进行被动冷却。
全文摘要
一种方法及设备，通过以均匀的或所需的温度分布加热光纤的指定部分形成热扩散膨胀纤芯(TEC)，用于扩大光纤的模场直径。通过使用燃烧器11加热光纤1以使形成折射率分布曲线的掺杂剂热扩散，扩大光纤的模场直径。燃烧器11具有一个加热表面11a，其中多个出气孔12的排列使得每行由多个出气孔12组成的多个平行的行平行于光纤1的轴。
文档编号G02B6/255GK1444063SQ0312008
公开日2003年9月24日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月12日
发明者山田英一郎, 斎藤和人, 田村充章 申请人:住友电气工业株式会社