专利名称:多模光纤多接口耦合器的制作方法
本发明论述这样一类多模光纤的多接口耦合器，其中所用到的玻璃光纤在玻璃内不具光波导结构。这类光纤的一个特殊例子是塑料包层(PCS)光纤。在PCS光纤中，石英玻璃用作光纤的光学芯子。而环绕此石英芯子的塑料膜则用作光纤的光学包层。
在用到了此类光纤的一种光耦合器中，可以按下法来实现光纤间所需的光耦合，即待耦合的光纤的芯子在它们一段的中介部份上边边相靠接触。而后熔接在一起。将PCS光纤用于此种目的是很便利的，这是因为颇易从此种光纤上剥下包层，而将光纤芯子暴露。
光纤面采用这类光纤式光学耦合的另一种光耦合器，是通过光混频元件实现耦合的，借这种元件，使光纤与光纤在其端面实现光耦合。此时，任何从该光耦合元件出射而又不投射入这些光纤的某一芯子的光便成为废弃的光。因此，我们总希望使光纤中贴合此光混频器的芯子横截面区域的充填部分最大。这就是说，要求从光纤中除去这些区域中的包层，因此还是采用PCS光纤方便，原因是较易从它的芯子上剥除塑料包层。
以上两种形式的多接口光耦合器都用到了PCS光纤，这时的PCS光纤的一段，端接到含有此耦合器的一个套子上的光连接器中。制造此种光连接器终端设备的方法，基本上为2028530A号书所述，有关此类终端设备的工作效能在许多应用中是十分令人满意的。不过，在涉及特殊严格设计要求的其它一些应用中，则出现了问题，这是由于光纤芯子经过很长一段时间或者受到温度大幅度变化的影响后，易于在这种终端设备内运动。
要是当一段PCS光纤在上述套子外部并不端接到连接器内，而是作为PCS光纤的引出端延伸时，事实上也会存在同样的问题。这实际上是在光纤芯子易于相对其包层运动时，使光纤能进行稳定连接的问题。但当对玻璃内不含波导结构的全玻璃质光纤进行端接时，则不会遇到同样的问题，这是因为此时极易形成一种直接的牢靠连接，而不产生过量的光损耗。这种全玻璃质光纤的一个特殊例子乃是汽相沉积的石英(VDS)光纤。在VDS光纤中，石英玻璃在掺杂有一种或多种其他氧化物(有时掺杂氟)的条件下进行沉积，掺杂量是变化的，得以在具有波导性质的沉积材料中提供一种折射率分布，从而使之成为一种以光学包层环绕光学芯子区域的结构。掺杂石英的沉积。例如可以采用内部沉积法，即在玻璃衬底管内表面上进行沉积，管子的空腔最后烧塌收缩形成预制件，从预制件可以拉制出光纤。玻璃衬底管一般为石英管，但也可采用耐高温性能较石英稍差的富含氧化硅的玻璃管，它的热膨胀系数更接近于与掺杂石英沉积物相匹配。
本发明所设计的光耦合器，利用了一定长度的玻璃光纤。这种光纤在其玻璃部分内具有光波导结构，但并不要求这些光纤端接到连接器内。
根据本发明可提供一种多模光纤耦合器，它有一个套子，内含一组在其玻璃部分内具光波导结构的光纤，这组光纤的各根都伸延到套子的外部，而它们在内侧的端部则逐一与另一批光纤熔接。后一组光纤在玻璃部分内具光波导结构，这些光纤的芯子在截面积的大小上都与前述那批光纤的芯子匹配，这时的光耦合或者通过所说的这些光纤在其不同光纤之间直接进行，或者借助光频混合器实现，在光频混合器内，这些光纤在其端面上进行光耦合。
以上光纤组中各光纤的外侧端可以端接在一个或多个装设在套子上的板式连接器上，或者可以进一步延伸作为外部引线。这些引线又可逐一地备有连接器，或者可以留下来直接连接到确定此耦合器的光纤系统中。
下面以体现本发明的较佳实施例来描述多接口耦合器。现对照附图进行叙述。其中图1描绘了在将其芯子熔接前的一对光纤;
图2所描述的是图1中的这对光纤经将其芯子熔接后，并将其熔接部分置于一保护套内的情况。
图3描绘了用作图2中装配件连接部件的一种耦合器。
图4与图5表明了结合有分立的光频混合器的组配件。
图6描绘了用作图4与图5中所示组件连接机构的耦合器。
要叙述的第一种耦合器没有采用分立的光混频器，而是在有二、三或四根光纤的芯子熔接在一起的区域中实现耦合。图1表明两根PCS光纤1，每根光纤的塑料光学包层已在一段光纤上除掉。暴露出裸放的光纤芯子2。塑料包层可用浓硫酸腐蚀掉或者用机械方法去掉。后一种方法例如可参看书2071005A号。采用机械方法时，务必仔细检查剥掉包层的区域是否残留剩余物。一般，去掉包层部分的长度约2厘米。用临时性扎线使两根光纤芯子边靠边地接触，然后加热芯子使之软化到足以沿着二者的接触线熔接在一起，而形成8字形的横截面图形。熔连到一起的区域通常限制到剥去外层区域中点左右约5毫米。然后，将这一中央部位再次加热，使这两个芯子凝聚并基本上取园形截面。然后，或许有必要热软化此熔接区域的端部，并略为把这两根光纤拉直，以消除在该熔接区域两端的紧邻区域内所出现的任何皱折现象。撤除扎线3，并使此组合件穿过一起机械保护作用的硼硅酸盐玻璃套筒4(图2)。将此组件装放到套筒4的中心，而使其端部插入例如环氧树脂制的两个堵头5中。这两个堵头以很短的部分端接到暴露的芯子区域2。然后通过两个孔6之一，向区域2的整个空间充填低折射率的材料，为该区域提供光学包层。为此，采用一种室温硫化的硅橡胶是方便的。
在离经耦合区保护套筒4一段距离(通常至少为10厘米处)，从光纤1的两端剥除塑料光学包层，为使此每一端与VDS光纤7进行一定分离长度的熔接作准备(图3)，后者的光学芯子横截面的大小与PCS光纤的芯子相匹配。典型的PCS光纤芯子的直径为100微米，而VDS光纤整个玻璃料的直径为250微米，其中芯子的直径为100微米。
在每一拼接处都为接头设置了一个结构相似的接头保护套8，它起到与耦合区保护套4相同的作用，滑配合到VDS光纤7上，此VDS光纤业已事先从其端部起剥除了它的任何塑料涂层。待拼接的端面经过精细地切开，以提供实质上能垂直各自光纤轴线的平端面。准备好的光纤放在熔融拼接用夹具中的两个V形槽内，夹具上带有一个微型操纵器，能使其中的一个V形槽相对于另一个来调节其高度。这两个光纤在上述夹具内几何准直，同时使其端面分离开这样一段最小距离，要求保证它们彼此不能接触，避免相互碰撞而影响准直。为了使光纤轴线在几何上准直。可以很方便的用一台显微镜，结合一面反射镜倾斜旋转，使在显微镜的视场中提供此两根光纤的两个正交象。在电弧放电之前先使两个光纤沿轴向回撤。然后以控制的速率使之推向电弧，使其恰恰抵达理论上要求会后之点的前沿。在此阶段，停止光纤的运动，稍迟使电弧熄灭。在相同尺寸的光纤间形成常规的熔融拼接时，实际操作中通常要求电弧能相对于这两根光纤对称配置。但在本例中，两根光纤在尺寸上显著不同，这时最好采用一种非对称的配置。使电弧稍稍偏向直径较大的光纤一侧，为的是要考虑到在这一侧有较大量的材料要求达到熔接温度。
在完成了各个拼接后，即把相关的保护套8装配到接头上的位置。使用树脂堵头使其牢靠放置好，置放方式与套筒4安放到它相关的光纤上相同。同时也要采取相同的措施，保证这两个堵头只有很短部分端接到PCS光纤暴露的芯子区中。然后仍依照装设套筒4的有关方法，使每个套筒内充填低折射率的硅橡胶，用作此套筒内PCS光纤已暴露芯子区的光学包层。
最后，当所有的接头都已完成并已封入它们各自的套筒后，即将此组合件放入一例如可用铝构制的浅箱子9内。箱9的底上伸出一突起部10，用来将耦合区的防护套4固定到箱子的一侧，而光纤则按缓变的弯曲形式绕箱子的内部放置。从并密封塞11伸出，这两个密封塞有两个作用，一是用于夹定光纤，另一是提供一种手段，使光纤从箱中出来后，避免在这一带产生过多的弯曲。
为了作出进一步保护措施，可以在箱子加盖前(图中未示明)，用室温熟化硅橡胶充填。
作为举例，图1、2、3中特别描绘了一种4接口的耦合器。这样的结构形式可以很简单的转用为制造一种6或8个接口的耦合器，只需把3或4根PCS光纤的芯子熔接在一起，代替原来即种两根光纤的结构就行。但是，要把接口的数目提高到8个以上就会增加困难，这表现在不易把这么多的全部光纤按适当的方式熔接在一起，因而此时最好用分立的光频混合器，通过在其中进行光纤的耦联来实现整体的光耦合。
加入了这种光频混合器的耦合器现在可以专门对照图4、5和6来描述。图中所示的是一种32个接口的耦合器，其中的接口分成两组。每组16个接口，它们的排列方式要使导入上述任一组中任何域口的光，能以基本上相等的量分配到另一组中各个接口而后从耦合器导中。用于此种耦合器的光混频器由一块薄玻璃板40组成，它的边缘厚度大于要加以耦合的PCS光纤的芯子直径，而宽度则比此芯子直径大16倍以上，长度通常约为其厚度的500倍。
设有一块玻璃基板41，在其每一端装放有一光纤夹具42。这两个夹具42中间的区域涂有未熟化的低折射率硅酮树脂，上面再粘附有两块相互分隔约3毫米的长块镀金属玻璃板43，它们由两块侧板44保持在基板的中央。然后用更多的未熟化树脂粘牢光混频器40，使之位于那两块镀金属玻璃板的中央上方，再用较光混频器约厚5微米的边板45使之保持就位。然后再用未熟化的树脂粘附两块涂金属的端板46，它们与盖板47端部的距离约3毫米。
16个光纤的裸露端60(图6)被引导通过每个夹具42，此夹具将这些裸露的光纤约束或边靠边排定的单一厚度层。镀金属的板43和46上以及边板45上的沟槽限定出喇叭形的通道。裸露的光纤端部插入其中，直至其碰触光混频器的端面。在这一位置，所有光纤的裸露部分已完全插过它们的夹具，从而使这些夹具压在各光纤的塑料包层而不是压在裸露的芯子上。在端板46两端的空隙内进一步配给树脂，充填裸露光纤间的所有空档，使之为这些裸露的光纤提供重新构制的光学包层，而由所镀金属提供的反射进行补充。然后，再用树脂将两块镀金属的盖板47粘附在两块端板46之间。使在它们的内端之间留有约3毫米的间隙，而在板43的内端之间对应有相等的间隙。树脂和镀金属对于光混频器40起着相似的作用。树脂还涂复到光频混合器的周围，并在此跨过一对板43和47之间余留的空隙，以允许两端有稍许的不准直。
在此阶段，这套组件已准备就绪，通过熟化把树脂形成的硅酮橡胶。熟化之后，将这套组件置于一个箱子61中，箱子的一侧备有一个接纳该组件的通道。该套组件在箱中的位置可以在它的前面或后面。将光纤60的另一端连接到特定长度的VdS光纤62上。这种连接方式与图1、2和3中耦合器的对等连接方式相同。完成3的每个拼接处都以相似的形式由套筒8保护。这些VdS光纤的另一端在本图的例子中则分别端接到板块结构的光纤连接器中，后者以两个4×4阵列装设在箱子的边墙上。(为便于用图说明，图中省掉了绝大多数光纤和它们的接头部)。如有需要，每根光纤的各个分立的连接器可以代之以个数较少的多端头连接器，甚至可以只用一个连接器。除此，这些光纤也能单一地穿过箱壁，或者以一组或多组的形式构成引线接头。
当箱子中的全体部件都已组装完时，则可以在加盖(图中未示明)之前充填以室温熟化的硅酮橡胶。
参考图4、5和6所描述的这种光频混合器，在其两端耦合有光纤。另一种既有的光频混合器中，所有的光纤都耦合到它的一端，而在其另一端则设有一反射面。显然，本发明也可适用于采取这种反射型光频混合器的耦合器。
权利要求
1.一种多模光纤的耦合器。耦合器本身有一个套子，内含一组在其玻璃部分内具光波导结构的玻璃质光纤，每一根光纤都延伸到此套子的外部，而在其内侧端，则--熔接到一批玻璃光纤上，后者在其玻璃内具有光波导结构，它们的光学芯子与前一组光纤的芯子在大小上相匹配。其中的光耦合，或者通过所说的一批光纤中的不同光纤来直接实现，或者借助一种光频混合器来实现。这时，这些光纤则通过其端部进行耦合。
2.一种多模光纤的耦合器，耦合器本身有一个套子，内含第一组与第二组在其玻璃部分内具光波导结构的玻璃质光纤，每一组中的光纤都延伸到此套子的外部，而在其内侧端都各个熔融连接到第三和第四组的光纤，后两组光纤的波动部分内具有光波导结构，而光纤芯子在大小上与第一组和第二组的相匹配，其中，第三组光纤在内侧的各端形成玻璃与玻璃的边靠边接触，而它们的端面则碰触及一光频混合器的一端，同时，第四组光纤的内侧端也形成相似的配列，且使其端面抵触到此光频混合器的另一端。
3.按照权利要求
1或2中的一种光耦合器，这种耦合器加入有光频混合器，其中所耦接的光纤排成一根纤维厚度的单片式阵列。
4.一种多接口的多模光纤耦合器，它有一个套子，内含第一组和第二组玻璃质光纤，光纤的玻璃体内具有光波导结构，组内的各光纤延伸到此套子外部。而在其内侧端则各个熔接到第三组在其玻璃部分内不具光波导结构的玻璃光纤的相对端，后一组光纤的芯子在大小上与第一组和第二组光纤的相匹配。在它们的端部之间，第三组光纤的芯子以一种边靠边的关系与之熔接在一起，而在这些光纤之间提供相互之间的光耦合。
5.按照上述任何一项权利要求
中的光耦合器，其中在玻璃体内具光波导结构的光纤延伸到套外，而作为光纤的引线。
6.按照权利要求
1、2、3或4的一种光耦合器，其中在玻璃体内具光波导结构的光纤，延伸到套子上的一个或多个板块式光纤连接器上。
7.一种光耦合器，实质上为对照所附的图1、2和3或图4、5和6所描述过的各种结构形式。
专利摘要
应用了塑料包层石英光纤以便于进行耦联的一种多接口光纤耦合器。在该耦合器的套子内，这些光纤的外侧端熔接到玻璃体内具光波导结构的蒸汽沉积的石英玻璃光纤上，它们易于按一种可靠的方式端接，得以经受塑料包层石英光纤接头所能承受的更严苛的条件。
文档编号G02B6/26GK85104077SQ85104077
公开日1986年11月26日 申请日期1985年5月28日
发明者约翰·斯图尔特·利奇, 塔尔莱·艾萨克·阿拉斯 申请人:标准电话和电缆公共有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan