本申请作为pct国际专利申请于2016年11月18日提交，并要求于2015年11月18日提交的美国专利申请序列no.62/257,041的权益，该美国专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
本公开总体涉及用于处理光纤连接器的部件的方法。更具体地，本公开涉及用于处理光纤连接器中使用的套管(ferrule)和对应的光纤的方法。
背景技术：
光纤通信系统在某种程度上日益普及，这是因为服务供应商想要向客户提供高带宽通信能力(例如，数据和语音)。光纤通信系统采用光纤线缆网络在相对长的距离上传输大量数据和语音信号。光纤连接器是大部分光纤通信系统的重要部分。光纤连接器允许光纤被快速光学连接，而不需要拼接(splice)。光纤连接器可以包括单光纤连接器和多光纤连接器。
典型的光纤连接器包括被支承在连接器壳体远端处的套管组件。使用弹簧来使套管组件在相对于连接器壳体的远侧方向上偏置。套管用于支承至少一根光纤的端部(在多光纤套管的情况下，是多根光纤的端部被支承)。套管具有远端面，光纤的抛光端位于该远端面处。当两个光纤连接器互连时，套管的远端面彼此紧靠，并且套管抵抗其各自弹簧的偏置而相对于其各自的连接器壳体向近侧受力。通过连接光纤连接器，它们各自的光纤被同轴对准，使得光纤的端面彼此正对。以这种方式，光信号可以通过光纤的对准端面从光纤传输到光纤。美国专利no.5,883,995和no.6,142,676(通过引用以其整体并入本文)公开了一种无套管光纤连接器，该光纤连接器包括具有无套管端部的光纤，在光纤连接器的连接器本体的前端处可获得该无套管端部。美国专利no.6,957,920(通过引用以其整体并入本文)公开了一种具有突出光纤的多光纤套管。
光学连接器的制造过程通常由8到15个步骤组成，概括为：光纤和线缆制备、环氧树脂胶合和固化、切割、环氧树脂去除、抛光等。可以说，在光连接器制造中，对于性能最关键的步骤在于几何形状形成过程(切割到抛光)。这些步骤极大地影响邻接的光连接器之间的光纤物理接触，并最终确定连接器传输(光信号功率耦合损耗)和反射传输信号的能力。
抛光是一个多步骤过程，其中使用不同等级的抛光材料逐渐对套管和光纤的端面进行处理和再成形，直到实现期望的半径、角度、平整度和表面质量(粗糙度)。抛光步骤的数量取决于连接器，范围从对于单工连接器的3个或4个步骤到多光纤连接器的5个或6个步骤。一般地，抛光耗时，劳动强度大，并且脏乱。为了减少制造周期时间、减少制造复杂度并最终消除制造成本，期望减少抛光连接器所需的步骤的数量。
技术实现要素：
本公开的一个方面涉及套管和光纤处理方法，该方法用于减少或消除对研磨机械抛光技术的依赖性。在某些示例中，使用非接触式能量源的处理技术(例如，等离子体放电、激光、炬(torch)、红外线加热等)可以用来从套管的端面和/或由套管支承的光纤的端面去除不期望的材料(诸如粘合剂(例如，环氧树脂)之类的残余物、灰尘、静电颗粒或其他污染物)。在某些示例中，可以在光纤已被轴向固定在套管内之后实施该处理技术。在某些示例中，用于去除不期望的材料的处理可以消除对后续抛光步骤的需要。在其他示例中，用于去除不期望的材料的处理可以与用于精加工(finishing)或成形光纤端部的后续机械抛光步骤组合使用。机械抛光也可以用来调整相对于套管的光纤突出长度。然而，与还使用机械抛光来去除不期望的材料的情况相比，通过使用非接触式处理步骤，后续机械抛光步骤可以不那么重要。
可以相对于以下光纤使用本文所公开的处理技术：光纤的端面相对于光纤的对应套管的端面向前偏移、齐平或凹进。本公开的各方面适用于处理单光纤套管和多光纤套管两者。在相对于对应套管稳固光纤之后，本文公开的类型的非接触式处理技术可以用于从光纤和套管去除不期望的材料和/或可以用于在光纤已经被稳固在其各自的套管中之后修改由套管支承的光纤的端面。例如，可以使用处理技术来成形光纤端部(例如，用于提供期望的光纤尖端半径或其他成形)或回流光纤端部以去除可能对光信号传输产生负面影响的划痕或其他缺陷。
在本公开的某些示例中，可以在将光纤插入其对应的套管之前对其进行切割和处理。例如，可以在将光纤插入其对应的套管之前对其进行机械切割或激光切割。而且，可以对光纤进行预处理(例如，通过诸如机械抛光或应用非接触式能量源的技术来处理)以成形光纤(例如，提供期望的光纤尖端半径)和/或处理光纤的端面以去除缺陷。
在一个方面中，本公开涉及一种用于处理光纤和用于将光纤稳固至套管的方法。套管包括具有远端和近端的套管本体。套管本体还限定从近端向远端轴向延伸通过套管本体的光纤开口。该方法可以包括以下步骤：1)处理光纤的远端面以形成光纤的预处理端面；2)在套管本体的光纤开口内施加粘合剂；3)将具有预处理端面的光纤插入通过套管本体的粘合剂填充的开口并将光纤定位在光纤开口内，使得光纤的预处理端面相对于套管本体的远端定位在预定轴向位置处；4)固化粘合剂以将光纤固定在光纤开口内，使得光纤的预处理端面相对于套管本体的远端固定在预定轴向位置处；以及5)使用非接触式能量源从光纤的预处理端面去除多余的粘合剂。
本公开的另一方面涉及一种方法，该方法可以包括以下步骤：1)预处理光纤的端面；2)将预处理光纤插入通过套管；3)将预处理光纤缩回到套管中；4)从预处理光纤的端面擦去多余的粘合剂；5)在套管内设定准确的光纤位置；6)固化粘合剂；以及7)利用非接触式能量源从预处理光纤的端面去除多余的粘合剂。
本公开的另一方面涉及一种用于处理套管的方法，该套管支承波束扩展结构(例如，诸如grin透镜之类的透镜)。在某些示例中，包括透镜(例如，熔融至光纤的grin透镜)的光学波导被定位在套管内。在某些示例中，透镜可以被安装(例如，稳固、保持、接合、轴向固定等)在由套管限定的开口内。在某些示例中，可以相对于套管轴向固定透镜(例如，利用诸如环氧树脂之类的粘合剂)，其中透镜的端面设定在相对于套管的端面的期望的轴向位置处。在某些示例中，透镜的端面可以相对于套管的端面向前偏移、齐平或凹进。在某些示例中，可以使用非接触式能量源(例如，激光、等离子体放电或其他能量源)在透镜已经相对于套管轴向固定之后从透镜的端面去除不期望的材料(例如，粘合剂、污染物、灰尘等)。
本公开的又一方面涉及一种apc连接器，该连接器具有相对于光纤的中心轴线成角度的套管端面。在一个示例中，端面相对于光纤的中心轴线成约8度的角度。在apc连接器的情况下，示例方法包括以下步骤：1)预处理光纤的端面；2)在由套管限定的光纤通道中施加粘合剂；3)将预处理光纤插入包含粘合剂的开口中；4)设定光纤在套管内的轴向位置；5)使用非接触式能量源从光纤的预处理端面去除多余的粘合剂；6)确定光纤的芯偏移；以及7)抛光套管的端面以相对于光纤的芯偏移实现8度的角度。
将在下面的描述中阐述各种附加方面。这些方面涉及单独的特征和特征的组合。应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述仅仅是示例性和说明性的，而不限制本文公开的实施例所基于的广泛的发明构思。
附图说明
图1是根据本公开的原理的套管组件的前侧透视截面图。
图2是图1的套管组件的后侧透视图。
图3是沿图1的截面线3-3截取的截面图，该截面图示出套管组件的光纤的裸光纤部分。
图4是沿图2的截面线4-4截取的截面图，该截面示出套管组件的涂覆光纤部分。
图5是示出图4的涂覆光纤部分的替代配置的截面图。
图6至图10、图10a、图11和图12例示根据本公开的原理的用于将光纤稳固在套管内的一系列步骤。
图13是示出根据本公开的原理的在套管内拼接至grin透镜光纤的光纤的模场的示意性纵向截面图。
图14是根据本公开的原理的图13所示的套管与参考套管配合以设定期望的凹进距离的示意图。
图15是例示根据本公开的原理的用于处理包括如图13所示的grin透镜的光纤的方法的流程图。
图16是例示用于沿相对于光纤的中心轴线成角度的平面处理光纤的远端面和套管的远端的另一种方法的流程图。
图17是例示根据本公开的原理的用于确立光纤和/或支承光纤的圆柱形套管的端面几何形状的方法的流程图。
图18是例示根据本公开的原理的用于确立光纤和/或支承光纤的大致为矩形的多光纤套管的端面几何形状的另一种方法的流程图。
图19是根据本公开的原理的多光纤套管的端视图。
图20是图19的多光纤套管的侧视图。
图21是图19的多光纤套管的仰视图。
具体实施方式
本公开的各方面涉及非接触式能量源处理技术的有效使用，以用于对于制造光学部件简化操作并减少成本，该光学部件包括支承光纤的套管。传统上，对包括研磨料(例如，研磨屑、研磨浆、研磨垫或研磨盘等)的机械抛光操作的严重依赖导致与处理光纤及其对应套管相关的大量成本和复杂度。本公开的某些方面涉及使用非接触式能量源处理技术来代替一个或多个机械抛光步骤。某些方面涉及不需要任何机械抛光步骤的套管和光纤处理方法。其他方面涉及减少所使用的机械抛光步骤的数量、复杂性或研磨性的套管和光纤处理方法。本公开的过程适用于单光纤套管和多光纤套管。
如本文所使用的，非接触式能量源处理技术涉及不需要与接触套管/光纤直接机械接触而是牵涉将套管和/或光纤暴露于带来期望处理结果的能量源的处理技术。一个示例非接触式能量源处理技术涉及将套管/光纤暴露于等离子体，诸如由击穿并流经两个间隔开的电极之间的通常非导电介质(例如，空气)的电流引起的电弧放电。在这方面，可以使用电晕(corona)处理装置通过在两个尖电极(pointedelectrodes)之间施加电压以使空气电离，从而在电极之间产生电晕放电等离子体。通过将期望处理的表面暴露于等离子体，可以改变表面的特性和/或可以去除材料。另一示例非接触式能量源处理技术涉及将套管和/或光纤暴露于激光束。用于产生这样的激光束的示例装置包括二氧化碳(co2)激光器。非接触式能量源处理技术的其他示例涉及将套管和/或光纤暴露于火焰炬(例如，来自气体炬)、将套管/光纤暴露于来自红外热源的红外热量、以及将套管/光纤暴露于基于某些类型的电磁波的能量源。
本文公开的各种方法可以用于制造具有光纤尖端的套管/光纤组件，该光纤尖端向远侧突起(project)超过套管的端面、相对于套管的端面齐平、或相对于套管的端面凹进。在单光纤套管的情况下，在某些示例中，光纤的最终固定尖端位置可以在相对于套管的端面-125微米(即，凹进直至125微米并且包括125微米)到+50微米(即，突出直至50微米并包括50微米)的范围内。在多光纤套管的情况下，在某些示例中，光纤可以具有超过套管的端面突出30微米至50微米的最终固定尖端位置。
本公开的一个方面涉及使用非接触式能量源来从套管的端面和/或由套管支承的光纤的尖端去除不想要的材料。在某些示例中，套管可以是多光纤套管或单光纤套管。在某些示例中，不想要的材料包括用于将光纤保持在套管内的粘合剂(例如，环氧树脂)的残余物。在某些示例中，可以使用非接触式能量源来加速用于将光纤稳固在套管内的粘合剂的固化时间。在某些示例中，不想要的材料可以包括诸如灰尘或碎屑的污染物。在某些示例中，可以使用非接触式能量源来从相对于对应套管面凹进的光纤面去除材料。这允许在不改变光纤尖端相对于套管端面凹进的距离的情况下去除材料。在某些示例中，非接触式能量源可以用作静电清洁器。在某些示例中，使用非接触式能量源去除不想要的材料(例如，粘合剂或污染物)可以是制备套管的端面和/或光纤尖端的最后步骤。在本示例中，在去除材料之后，光纤尖端具有不需要进一步处理来满足与光信号损耗(例如，插入损耗、回波损耗等)有关的相关性能标准的作为结果的表面质量和形状。
在某些示例中，使用非接触式能量源去除不想要的材料(例如，粘合剂或污染物)可以是制备套管的端面和/或光纤尖端的中间步骤，以便简化后续步骤。在这样的示例中，在已经使用非接触式能量源去除材料之后，可以使用机械抛光技术或其他非接触式能量源应用来随后处理套管的端部和/或光纤尖端，以进一步处理套管的端部和/或光纤尖端。可以使用这样的后续处理步骤来控制光纤的突出程度(例如，机械抛光、等离子体处理或激光烧蚀可以用于去除套管的材料以增加光纤突出；机械抛光、等离子体处理或激光烧蚀可以用于从光纤中去除材料以减少光纤突出)。这样的后续处理步骤(机械抛光或非接触式能量技术)也可以用于修改光纤尖端形状和/或套管端部形状(例如，套管可以为阶梯式，套管可以为圆形，套管端部表面和光纤尖端可以有角度，可以处理光纤尖端以去除缺陷，光纤尖端可以被圆化至期望的尖端半径等)。
本公开的另一方面涉及在光纤已被稳固在套管中之后使用非接触式能量源来处理光纤的光纤尖端。例如，可以使用非接触式能量源来在光纤已被稳固在套管内之后成形光纤尖端或回流光纤尖端的表面。成形光纤尖端可以包括将光纤尖端修改为至少包括一些弯曲部分(curvature)。在某些示例中，修改光纤尖端和套管端部的形状以便符合端面几何形状的工业标准。在某些示例中，光纤尖端可以设置有具有球形的至少一部分，该球形具有期望的半径。在某些示例中，回流光纤尖端的表面可以有助于减少表面中引起损耗的缺陷。成形对于已经相对于光纤的对应套管设定以使得光纤尖端超过套管端面突出的光纤可以是特别有效的，但也可以用于齐平和凹进的光纤尖端。回流同样适用于突出、齐平和凹进的光纤尖端。将理解的是，这种类型的处理可以是使得光纤具有适合于满足与损耗(例如，回波损耗、插入损耗等)有关的相关光学性能标准的光纤尖端形状和表面质量的最终处理步骤。在这种类型的示例中，非接触式处理可以在早期的处理操作(例如，粘合剂去除、抛光、套管去除/成形等)之后。在其他示例中，非接触式处理之后可以进行后续处理操作(例如，抛光、进一步的非接触式处理等)。
本公开的另一方面涉及在光纤已被稳固在套管中之前使用非接触式能量源来处理光纤的光纤尖端。例如，可以使用非接触式能量源来在光纤已被稳固在套管内之前使光纤尖端成形或回流光纤尖端的表面。使光纤尖端成形可以包括将光纤尖端修改为至少包括一些弯曲部分。在某些示例中，光纤尖端可以设置有具有球形的至少一部分，该球形具有期望的半径。在某些示例中，回流光纤尖端的表面可以有助于减少表面中引起损耗的缺陷。在某些示例中，可以在将光纤插入套管内之前以期望的形状预制套管。例如，可以预模制或预处理套管以具有期望的端部形状、抛光水平、角度或其他特性。利用预成形的套管和预处理的光纤，在已经将光纤稳固在套管内之后可以需要最少的处理。在某些示例中，后续处理可以包括在已经使用粘合剂将光纤稳固在套管内之后，使用非接触式能量源从光纤尖端和套管端面去除多余的粘合剂。
在某些示例中，在将光纤装载到套管内的粘合剂填充的光纤通道中之前或之后，使用激光来处理光纤的端面。选择激光的特性(焦点强度、相互作用时间、波长、脉冲长度)，使得激光有效地圆化和成形端面，并且帮助去除缺陷。激光还可以用于处理套管端部以成形套管，从而将结构特征赋予套管(例如，阶梯)或烧蚀套管的一部分以修改光纤突出长度。
在其他示例中，可以使用等离子体处理或其他能量源来处理光纤的端面和/或套管的端部。典型的等离子体放电一般为球形并且被限定在两个电极之间的弧形区域中。通常，等离子体放电具有相对较小的体积。因此，为了提供在光纤或套管的整个端面上的覆盖，可能需要在套管/光纤和等离子体放电之间产生相对横向移动。这可以通过相对于套管/光纤移动能量源或通过相对于能量源移动套管/光纤来实现。以这种方式，可以在光纤或套管的端部上扫描、指引(index)或以其他方式操纵能量源的焦点，以提供完全覆盖或在特定区域提供期望的形状。应当理解，可以更改等离子体放电的形状，以修改放电的聚焦/有效区域。在一个示例中，可以将来自一个或多个源的空气引导至等离子体放电处，以更改放电的形状。在某些示例中，可以加宽放电的形状以在套管/光纤处理期间提供更大的覆盖区域。在某些示例中，可以将空气的一个或多个流(例如，气流)引导至等离子体放电处，以更改放电形状。这些流可以是脉冲式或连续式的。在多股流的情况下，空气流可以被从相反的方向朝向放电处引导，可以被从相同的方向朝向放电处引导，可以相对于彼此成角度，或可以彼此平行。为了控制套管或光纤处的处理温度，可以邻近光纤或套管的远端定位一个或多个散热件，以从处理区域吸走热量。类似地，非接触式能量源可以被脉冲开启和关闭，以防止处理温度超过确定的水平或将套管/光纤处的处理位置维持为预定温度。脉冲调制允许脉冲之间的散热。
图1和图2例示适合用于实践本公开的各方面的一个示例套管组件20。套管组件20包括套管22和稳固至套管22的光纤24。在一个示例中，套管22大致为圆柱形。在一个示例中，套管的直径在1毫米至3毫米的范围内或在1.25至2.5毫米的范围内。示例套管包括sc套管和lc套管。套管22包括与后端28相反定位的前端26。前端26优选包括端面30，光纤24的界面端32位于该端面30处。套管22限定套管孔(bore)34，套管孔34从前端26到后端28延伸通过套管22。光纤24包括稳固在套管孔34内的第一部分36和从套管22的后端28向后延伸的第二部分38。光纤24的第一部分36优选通过粘合剂(例如，环氧树脂)稳固在套管22的套管孔34内。界面端32优选包括在套管22的前端32处可获得的处理端面。
套管22优选地由能够保护和支承光纤24的第一部分36的相对坚硬的材料构成。在一个实施例中，套管22具有陶瓷构造。在其他实施例中，套管22可以由诸如聚醚酰亚胺(ultem)、热塑性材料(诸如聚苯硫醚(pps))、其他工程塑料或各种金属之类的替代材料制成。在一个示例中，套管22可以是单光纤套管，诸如用于sc连接器和st连接器或lc连接器的套管。尽管图1和图2描绘了单光纤套管，但本公开的各方面也适用于诸如mt套管和mpo套管之类的多光纤套管。典型的多光纤套管可以具有大致为矩形的形状并且可以由多光纤套管支承沿一行或多行支承的多根光纤。
光纤24的第一部分36可以包括装配在套管22的第一孔段40内的裸光纤段46和装配在套管22的第二孔段42内的涂覆光纤段48。裸光纤段46优选为裸玻璃，并且如图3所示，包括被包覆层49围绕的芯47。在某些实施例中，涂覆光纤段48包括围绕包覆层49的一个或多个涂覆层51(见图4)。在某些实施例中，一个或多个涂覆层51可以包括聚合物材料，诸如外径在约230微米至260微米范围内的丙烯酸酯。在其他实施例中，一个/多个涂覆层51可以被外径在约500微米至1100微米范围内的缓冲层53(例如，紧密或松散的缓冲层)(见图5)围绕。
图6至图10、图10a、图11和图12示出根据本公开的原理的用于处理套管组件20a的一系列步骤，套管组件20a包括将被稳固至套管22a的光纤24a。图6示出包括具有远端62和近端64的套管本体60的示例套管22a。套管本体60限定从近端64至远端62轴向延伸通过套管本体60的光纤开口66。
将理解，光纤24a的界面端32a(即，远端面)已经被预处理。例如，光纤24a的端部已被切割(例如，机械地或经由诸如激光的非接触式能量源)。而且，界面端32a已经被预处理以成形(例如，如上所述的圆化)界面端32a并去除缺陷。预处理可以包括使用机械抛光操作和/或上述类型的非接触式能量应用操作的前述类型的成形步骤和缺陷去除步骤。因此，所描绘的光纤24a在其被装载到套管22a中之前具有预处理端面68。将理解，还能够以期望的形状、尺寸和/或端面配置对套管22a进行预制(例如，模制、机械处理等)。
如图7所示，套管本体60的光纤开口66已经填充有诸如环氧树脂之类的粘合剂70。可以使用粘合剂注入过程来用粘合剂填充光纤开口66。一旦开口66被粘合剂70填充，光纤24a就可以沿远侧方向插入通过光纤开口66。图8示出在插入通过粘合剂填充的开口66之后的光纤24a，其中预处理端面68向远侧延伸超出/超过套管本体60的远端62。应当理解，随着光纤24a向远侧移动通过光纤开口66，粘合剂中的至少一些可以从开口66向远侧移位并且被挤出开口66的远端。这种移位的粘合剂可以沉积在套管60的远端62上以及光纤24a的端面68上。在光纤24a已经被完全插入通过套管22a之后，光纤24a可以相对于套管22a向近侧缩回，使得光纤24a的端面68相对于套管22a的远端面稍微凹进。可以使用物理/机械擦拭步骤来从套管22a的远端和光纤端面68去除这种移位的粘合剂70中的至少一些。然而，即使在擦拭之后，至少一些粘合剂残余物将通常留在光纤端面68上以及套管60的远端62上。
在擦拭粘合剂之后，光纤24a可以相对于套管22a向远侧移动，以确立套管22a的远端和光纤24a的远侧尖端之间的期望的空间关系。以这种方式，光纤24a可以定位在光纤开口66内，使得光纤24a的预处理端面68相对于套管本体60的远端62定位在预定轴向位置处。在某些方面中，可以使用平板72(例如，光学平板)(参见图9和图10)或其他类型的机械止动件作为光纤止动件以设定/确立光纤24a相对于套管本体60的远端62的期望轴向位置。止动件可以包括止动表面，光纤尖端抵靠该止动表面以使光纤24a相对于套管22a的远侧移动停止在期望位置处。在一个示例中，机械止动件可以具有包括蓝宝石的材料组分。在一个示例中，平板72可以限定开口73(参见图10a)，使得当光纤24a插入通过光纤开口66时，多余的粘合剂70穿过开口73。在某些方面中，这可以有助于消除或减少对于粘合剂擦拭步骤的需求。光纤开口66可以小于光纤24a的裸玻璃部分的直径，但是足够大以容纳来自光纤开口66的移位的粘合剂中的至少一些。板72的止动表面可以距套管22a的端面具有预定远侧偏移，以使光纤24a的远侧尖端停止在距套管22a的端面的期望远侧突起处。替代地，板的止动表面可以与套管22a的远端面齐平，以使光纤24a的远侧尖端相对于套管22a的远端面以齐平的空间关系停止。此外，板的止动表面可以突起进入套管22a的光纤开口66，以使光纤24a的远侧尖端相对于套管22a的远端面以接近凹进的空间关系停止。
一旦已经确立在套管远端62和光纤端面68之间的期望的相对定位，粘合剂70在光纤开口66内固化，以将光纤24a轴向固定在光纤开口66内，使得光纤24a的预处理端面68相对于套管本体60的远端62固定在预定轴向位置处。在某些示例中，等离子体或其他能量装置可以用于在套管本体60的远端62处粘性(tack)固化粘合剂70，以允许不必等待与环境温度固化相关联的完全粘合剂固化时间就继续进行过程。能量装置可以通过加热粘合剂70(例如，针对热固粘合剂)或在辐射(例如，紫外辐射(uv))可固化粘合剂的情况下通过施加辐射(例如，uv)来减少固化时间。
图11示出正暴露于非接触式能量源74(例如，激光、等离子体放电电弧、红外热量等)的光纤24a，以从光纤24a的预处理端面68去除(例如，烧蚀、蒸发等)多余的粘合剂70(即，粘合剂残余物)(参见图12)。在某些方面中，也可以使用非接触式能量源从套管本体60的远端62去除多余的粘合剂70(即，粘合剂残余物)。这留下干净、未被损坏的套管端面和光纤尖端。等离子体放电可以是脉冲式的，其中在放电之间暂停以控制套管本体60的远端62处的温度。在其他方面中，可以使用一个或多个散热件结构来将热量从远端62传递走。在光纤24a和套管22a之间的光纤开口66内的环氧树脂没有被去除，这是因为套管22a提供热保护(即，与套管端面处的热量的绝热和隔热)，热保护防止这种粘合剂被加热到足以引起粘合剂去除的温度。
在某些方面中，关于图6至图10、图10a、图11和图12描述的以上过程可以获得不需要进一步处理的最终套管组件。在其他示例中，关于图6至图12描述的以上过程可以与一个或多个后续步骤(诸如抛光步骤)组合使用。例如，在已经使用非接触式能量源去除粘合剂70之后，可以使用抛光来进一步使光纤24a的远端面成形或从光纤24a的远端面去除缺陷。
本公开的某些方面适用于可以包括专用光纤、透镜或其他结构的套管组件。在一个示例中，本公开的各方面适用于包括以下套管的套管组件，该套管支承邻近套管的远端的渐变折射率(grin)透镜，以允许套管组件用作扩展波束光纤连接器的一部分。grin透镜可以由渐变折射率光纤形成。应当理解，修改渐变折射率光纤的长度会修改渐变折射率光纤所提供的扩展量。这可能提出如下问题：用于从渐变折射率光纤的端部去除粘合剂的抛光操作缩短了渐变折射率光纤的长度，由此修改了由渐变折射率光纤提供的扩展水平。通过使用非接触式能量源从渐变折射率光纤的端部去除粘合剂，可以在不更改渐变折射率光纤的长度的情况下有效地去除粘合剂。以这种方式，由渐变折射率光纤提供的扩展水平不被修改。
图13示出适合于在扩展波束光纤连接器中使用的示例套管组件20b。可以使用本文公开的类型的操作来处理套管组件20b。在一个示例中，套管组件24b可以包括支承光纤结构24b的套管22b。光纤结构24b可以包括与光纤25(例如，单模光纤)拼接的波束扩展部76。光纤结构24b被支承在套管22b内并且定位成使得波束扩展部76的端面78凹进到套管22b内。波束扩展部76具有适于将光束从第一波束直径d1扩展到放大的第二波束直径d2的构造(参见图13)。通过使端面78凹进到套管22b内，套管组件20b对于与在场中可能被困于两个配合套管组件20b的端面78之间的碎屑(例如，灰尘、沙尘等)相关的损伤不那么敏感。例如，在其中套管的端面在两个套管组件配合在一起时抵靠的物理接触连接器中，压紧在光纤端面之间的灰尘或沙尘会刮伤或以其他方式损坏端面。相反，由于扩展波束构造，两个套管组件20b不需要具有光纤24b的端面78之间的物理接触来提供可接受的光学连接。通过使端面78相对于套管22b的远端凹进，在光学连接期间，可以在端面78之间提供足够的空间来容纳灰尘/沙尘，而不损坏端面78。在一个示例中，光纤的远侧尖端相对于其各自的套管端面凹进1微米至20微米、或5微米至20微米、或10微米至20微米、或大于1微米、或大于5微米、或大于10微米。
图13描绘了光纤结构24a的示例模场配置。光纤25具有由包覆层49a围绕的芯47a。光纤24a的波束扩展部76可以被配置为扩展沿第一方向行进通过波束扩展部76的光束并且聚焦沿相反的第二方向行进通过波束扩展部76的光束。例如，波束扩展部76扩展远离光纤25行进通过波束扩展部76的光，并且聚焦朝向光纤25行进通过波束扩展部76的光。
在某些示例中，波束扩展部76可以包括用于扩展/聚焦光的准直器，例如，包括透镜或光纤的扩展芯，特别是热扩展芯。在某些示例中，波束扩展部76可以包括诸如渐变折射率(grin)透镜(例如，渐变折射率光纤)之类的透镜。grin透镜可以由折射率一般根据半径以抛物线方式变化的芯制成。例如，grin透镜可以具有大致抛物线状光纤折射率分布，该分布在芯的中心处具有最大值，并且随着芯远离芯的中心径向延伸而逐渐减小。
由grin透镜所提供的扩展量高度取决于grin透镜的长度。因此，应该精确控制grin透镜的长度。通常，这在grin透镜设置在光纤连接器的套管的端面处的情况下将成为问题，因为端面的抛光将更改grin透镜的长度，由此改变由grin透镜所提供的准直或聚焦特性。然而，本公开的原理克服了这种问题，因为可以对光纤进行预处理，使得不需要进一步的抛光。在美国专利no.7,031,567中公开了关于grin透镜结构的其他细节，该专利通过引用以其整体并入本文。
通常，在四分之一节距和四分之一节距长度的每个奇数倍处实现grin透镜的最大扩展。如上所示，grin透镜所提供的扩展量取决于其配置和长度。四分之一节距是光线在透镜中横穿(traverse)的整个正弦周期的长度的四分之一。在某些示例中，可以通过以下公式来计算节距的长度：
其中，n是芯折射率，d是物理芯直径，并且na是数值孔径。在某些示例中，na在0.11<na<0.14的范围内。利用已知或选择的na和芯折射率，芯直径决定节距长度。芯直径也确立了波束扩展因数。如上所示，最大波束扩展出现在四分之一节距长度及其奇数倍处。取决于要求，grin透镜的四分之一节距的示例长度约为0.5毫米至0.8毫米。grin透镜通常具有约±10微米的长度公差。
如本文所使用的，“模场”意味着具有预定波长的光信号传输通过光纤期间光穿过的光纤部分。应当理解，给定光纤的“模场”可以取决于正通过该给定光纤传输的光信号的波长而变化。如本文所使用的，“模场区域”是光纤的给定位置处的模场的横截区域。“模场区域”通常为圆形并且定义模场区域上的模场直径。模场直径可以被定义为功率密度减少至最大功率密度的1/e2的位置。模场区域也可以被称为“光斑区域”或“波束区域”，并且模场直径也可以被称为光斑大小或波束宽度。
参考图15，例示了示出用于处理诸如套管组件20b的扩展波束型套管组件的另一示例方法100的流程图。在本示例中，该方法包括操作102、104、106、108、110、112、114和116。
方法100的操作102涉及预处理光纤结构24b的远端面以便形成具有预处理端面78的光纤。在预处理之后，波束扩展部76可以具有期望的长度。在某些示例中，预处理端面78可以被抗反射涂层材料79覆盖。
执行操作104以在套管22b的光纤开口66b内提供(例如，注入)粘合剂。执行操作106以将具有预处理端面78的光纤结构24b插入(例如，向远侧推动)至完全通过套管的粘合剂填充的光纤开口66b，以及然后缩回(例如，向近侧拉动)光纤结构24b回到套管22b的光纤开口66b中，使得波束扩展部76相对于套管22b的远端(例如，端面)凹进。执行操作108以从套管22b和光纤结构24b的远端去除多余的粘合剂(例如，经由擦拭)。
在完成操作108之后，执行操作110以相对于套管22b向远侧移动(例如，向远侧推动)光纤结构24b，以确立光纤结构24b的位置，使得波束扩展部76从套管22b的远端62突出。在其他示例中，波束扩展部76的端面78可以定位成与套管22a的远端齐平。操作112跟着操作110。在操作112处，套管22b可以与具有参考光纤的参考套管22e(见图14)配合，该参考套管用作机械止动件，用于设定波束扩展部76的端面78相对于套管22b的远端的期望凹进距离。参考光纤超过参考套管22e的对应套管端面突出距离“x”。当套管组件20b与参考套管22e配合时，参考光纤延伸到套管22b的光纤开口66b中，从而使光纤结构24b移位距离“x”而回到套管22b中。因此，距离“x”对应于波束扩展部76的端面78相对于套管22b的远端面的期望凹进距离。一旦端面78的凹进位置已经确立，就将参考套管22e与套管22b分开。参考套管22e和突出光纤可以覆盖有不粘附至粘合剂的材料。在其他示例中，具有突出光纤的套管可以是制造过程中的一次性(即，可消耗)部分。
操作114跟着操作112。执行操作114以固化粘合剂，从而将光纤结构24b固定在光纤开口66b内，使得波束扩展部76的端面78相对于套管22b的远端轴向固定在期望的凹进位置处。操作116跟着操作114。执行操作116以使用非接触式能量源从光纤结构24b的预处理端面78去除多余的粘合剂70。在某些示例中，能量源不从端面78去除预先施加的抗反射涂层。在其他示例中，在通过非接触式能量源从端面去除粘合剂之后，将抗反射涂层施加至光纤结构24b的端面78。在其他示例中，可以使用非接触式能量源来从套管22b去除多余的粘合剂。
通常，在套管中，由于制造公差，所以纤芯很少在套管内完全居中。纤芯的中心与套管的中心之间的偏移距离为芯偏移。为了光学连接两个连接器，将它们插入具有对准套筒的接合器(adapter)中，该对准套筒收纳并同轴对准套管。理想情况下，光纤的芯同轴对准，使得光可以在光纤之间传输。然而，由于芯偏移，芯可能不会同轴对准。例如，更糟糕的情况是当连接套管的芯偏移是彼此偏移180度时。
在某些连接器中，通过识别芯偏移的方向来“调节”连接器，然后组装连接器使得芯偏移总是面向相同方向(例如，12点钟位置)。以这种方式，当两个连接器配合时，芯偏移被对准，并且不会出现芯偏移是彼此偏移180度的更糟糕的情况。在apc连接器中，考虑芯偏移，使得芯偏移的方向相对于角度抛光的方向被取向在预定位置处以提供调节功能。
参考图16，例示了示出用于制造套管组件20c的过程200的流程图，套管组件20c包括具有成角度的远端面62c的套管22c。在一个示例中，端面62c相对于套管22c的中心轴线成角度4度至12度。在一个示例中，套管22c限定中心通路开口66c(即，光纤通路)，该中心通路开口66c从套管22c的近端64c向远端面62c轴向延伸通过套管22c。套管组件20c还包括稳固在光纤通路66c内的光纤24c。光纤24c包括定位在远端面62c处的界面端32c。
过程200的第一步骤202是可选的预处理步骤，在该步骤中，处理光纤24c的界面端32c。例如，光纤32c的端部可以被切割(例如，激光切割)并且使用非接触式能量源进行处理以提供期望的几何成形和/或去除缺陷。在过程200的第二步骤204中，粘合剂被填充(例如，注入)在由套管22c限定的光纤开口66c中。在过程200的第三步骤206中，将具有预处理端面的光纤24c插入通过套管22c的粘合剂填充的开口66c。光纤24c可以定位在光纤开口66c内，使得光纤24c的预处理端部32c相对于套管22c的远端62c定位在预定轴向位置处。在过程200的第四步骤208中，固化粘合剂以将光纤24c固定在光纤开口66c内，使得光纤24c的预处理端部32c相对于套管22c的远端62c固定在预定轴向位置处。在过程200的第五步骤210中，使用前述类型的非接触式能量源(例如，先前描述的等离子体放电、激光或其他能量源)，从光纤24c的界面端32c和/或套管22c的端部62去除残余的固化粘合剂。在过程200的第六步骤212中，相对于套管22c的中心轴线确定光纤24c的光纤芯的芯偏移方向。由于已经使用非接触式能量源去除了粘合剂，所以可以在没有来自残余粘合剂的干扰的情况下通过视觉确定芯偏移方向。在第七步骤214中，相对于套管22c的中心轴线以一定角度(例如，大约8度)抛光套管22c的远端62c，其中相对于在先前步骤中确定的光纤芯的芯偏移方向来确定该角度的取向。
图17概述了根据本公开的原理的用于确立光纤和/或支承光纤的圆柱形套管的端面几何形状的过程300。套管可以限定中心光纤开口，该中心光纤开口从套管的近端向远端面轴向延伸通过套管。光纤包括位于套管的远端面处的界面端。在过程300的第一步骤302中，由套管限定的光纤开口被粘合剂填充(例如，通过注入过程)。在过程300的第二步骤304中，将光纤插入通过套管的粘合剂填充的开口。光纤可以定位在光纤开口内，使得光纤的界面端相对于套管的远端定位在预定轴向位置处。替代地，光纤的界面端不需要相对于套管精确地定位，而是可以大致定位成从套管端面突出。在一个示例中，可以在稍后的步骤中(例如，在粘合剂固化之后)将光纤端部切割至期望的突出长度。在过程300的第三步骤306中，固化粘合剂。在过程300的第四步骤308中，使用一个或多个研磨机械抛光步骤来抛光套管的远端面和光纤的远端。机械抛光步骤可以提供光纤和/或套管的成形，可以提供光纤远端面的缺陷去除，并且可以有助于确立在光纤尖端和套管端面之间的期望的相对轴向位置(例如，期望的光纤尖端突出长度、期望的光纤尖端凹进深度或齐平配置)。过程300的第四步骤308之后的第五步骤310包括使用非接触式能量源(例如，先前描述的等离子体放电、激光或其他能量源)来进一步处理(例如，最终处理)光纤尖端和/或套管端面。例如，非接触式能量源可以用来成形光纤尖端、回流光纤尖端的表面或清洁光纤尖端的表面。成形光纤尖端可以包括将光纤尖端修改为至少包括一些弯曲部分(例如，成形至期望的光纤半径)。在某些示例中，修改光纤尖端和套管端部的形状以便符合端面几何形状的工业标准或参数。在某些示例中，光纤尖端可以设置有具有球形的至少一部分，其中该球形具有期望半径。在某些示例中，回流光纤尖端的表面可以有助于减少表面中引起损耗的缺陷。在某些示例中，清洁可以包括从光纤尖端表面去除污染物(例如，灰尘或其他颗粒)。在某些示例中，还可以使用非接触式能量源将套管成形至期望的半径。
图18概述了根据本公开的原理的用于确立光纤24d和/或支承光纤24d的大致为矩形的多光纤套管22d的端面几何形状的过程400。图19至图21示出包括多光纤套管22d的套管组件20d，多光纤套管22d支承光纤24d。多光纤套管22d包括用于收纳光纤24d的平行的光纤开口66d。多光纤套管22d还包括与光纤开口66d平行的对准开口67。在阳型(maleversion)多光纤套管22d中，对准销(pin)安装在对准开口67中。在阴型(femaleversion)多光纤套管中，对准开口67保持打开，以便被配置为在将阳型多光纤套管和阴型多光纤套管耦接在一起时收纳配合的阳型多光纤套管的对准销。
在过程400的第一步骤402中，由套管22d限定的光纤开口66d被填充粘合剂(例如，通过注入过程)。在过程400的第二步骤404中，将光纤24d插入通过套管22d的粘合剂填充的开口66d。光纤24d可以定位在光纤开口66d内，使得光纤24d的端部相对于多光纤套管22d的远端定位在预定轴向位置处。在过程400的第三步骤406中，固化粘合剂。在过程400的第四步骤408中，可以使用机械抛光过程或使用非接触式能量源(例如，等离子体放电)来去除光纤24d的远端处和/或多光纤套管22d的远端处的残余粘合剂。
在过程500的在第四步骤506之后发生的第五步骤508中，确立光纤24d距多光纤套管24d的远端面的期望的光纤突出长度。在一个示例中，通过利用激光烧蚀套管22d的远端面而不烧蚀光纤24d来确立突出长度。激光还可以用于成形套管和/或提供在多光纤套管22d的远端处的结构特征(例如，阶梯、凹进等)。在某些示例中，可以使用脉冲光纤激光设备来产生激光束以用于烧蚀套管的远端的外层而不烧蚀光纤。适合以上述方式微加工套管的示例系列激光设备包括由英国南汉普顿的spi激光(英国)有限公司(spilasersukltd)出售的g3rm/hs系列的10w至20w脉冲光纤激光器。
如上所述，在根据本公开烧蚀套管远侧表面中使用的激光优选地具有被选择为允许激光束烧蚀套管22d的材料而基本不烧蚀封装在套管22d内的光纤24d的激光束特性。在美国专利申请公开no.us2005/0180702(该申请通过引用以其整体并入本文)中示出了示例专利，该专利示出具有端面的周边部分相对于端面的中心部分凹进的远端面的多光纤套管。尽管上述示例在微加工过程中使用激光来去除套管的一部分，但是应当理解，也可以使用用于去除/烧蚀套管的端部材料的其他微加工技术。例如，使用微型或纳米机械加工工具(例如，微型或纳米机械切削工具、闩锁(latch)等)的微机械加工技术可以用于去除套管端面的一部分以暴露期望的光纤突出长度。微型或纳米机器人技术可以用于实现这种微机械加工技术。而且，微加工技术可以使用诸如化学蚀刻或等离子体蚀刻的蚀刻技术。也可以使用其他类型的基于等离子体的去除技术。此外，使用除激光以外的基于电磁波的能量流(例如，脉冲式、连续式)的烧蚀工具也可以被使用。
在第五步骤508之后发生的第六步骤510中，使用非接触式能量源(例如，先前描述的等离子体放电、激光或其他能量源)来进一步处理(例如，最终处理)光纤24d的远侧尖端和/或套管22d的远端面。例如，非接触式能量源可以用来成形光纤尖端、回流光纤尖端的表面或清洁光纤尖端的表面。成形光纤尖端可以包括将光纤尖端修改为至少包括一些弯曲部分(例如，成形至期望的光纤半径)。在某些示例中，修改光纤尖端和套管端部的形状以便符合端面几何形状的工业标准或参数。在某些示例中，光纤尖端可以设置有具有球形的至少一部分，该球形具有期望的半径。在某些示例中，回流光纤尖端的表面可以有助于减少表面中引起损耗的缺陷。在某些示例中，清洁可以包括从光纤尖端表面去除污染物(例如，灰尘或其他颗粒)。在某些示例中，还可以使用非接触式能量源将套管22d的一部分成形至期望的半径。
从前面的详细描述中将清楚的是，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行修改和变化。