使用加热设备将光纤固定在光纤连接器内的方法与流程

本申请要求2016年10月5日提交的美国申请第15/285,948号、2016年9月14日提交的美国临时申请第62/394,328号以及2016年8月23日提交的美国临时申请第62/378,434号的优先权权益，这些申请的内容作为本申请的依据并且以全文引用的方式并入本文。

本公开内容涉及光纤连接器，并且并具体地涉及使用加热设备在光纤连接器内固定光纤的方法。

背景技术：

光纤的益处包括极宽的带宽和低噪声操作。在两个互连位置之间需要高带宽的情况下，可使用具有光纤连接器的光纤电缆在这些位置之间传送信息。光纤连接器可用于在进行维护和升级时方便地从互连位置将光纤电缆连接和断开连接。

每一个光纤连接器可包括具有套圈的套圈组合件和光纤。套圈具有若干用途。套圈包括内部路径，称为套圈孔，光纤通过套圈孔得到支撑和保护。套圈孔还包括位于套圈的端面处的开口。所述开口是光纤的末端部分的光学表面可以被精确定位以帮助确保与互补连接器的光纤做出有效光学耦合的地方。在此方面，光纤的末端部分需要精确固定到套圈以防止在套圈孔内的移动，所述移动可能原本会导致光纤的光学表面与互补连接器的光纤之间的不确定位置。如果在配对的一对连接器中的光纤之间发生间隙或未对准，那么会发生信号损失，另外也称为衰减。

例如环氧树脂的粘结剂是将光纤固定到套圈的一种方法，但此方法存在制造的难题。具体来说，套圈经常首先与光纤连接器外壳一起组装。稍后将光纤和未固化的粘结剂插入在套圈孔内。随后可以通过使粘结剂固化将光纤固定到套圈。固化是对于不同类型的粘结剂特定的化学过程，并且可能涉及形成交联热固性结构的粘结剂，因此能够在接近的物体之间产生牢固结合。对于适合将光纤固定到套圈的许多粘结剂，需要热来使粘结剂的温度达到固定温度以促进在固化期间粘结剂所需的结合。如果温度未达到此值，那么会发生减少百分比的结合，并且光纤可能未充分固定到套圈。

为了提供热以升高温度，通常在炉中相对缓慢地加热光纤和套圈，例如近似20分钟，以升高粘结剂的温度而不损坏光纤外壳，施加更密集的热来加速固化可能会损坏光纤外壳。用于保护外壳的相对缓慢的加热过程对制造效率带来显著限制。

已经使用例如激光器等其它加热装置来加热套圈，并且因而使安置于其中的粘结剂固化，使得较快的固化可发生。然而，对于大部分封闭于光纤连接器外壳内的套圈，激光器仅用于直接加热套圈的尖端以避免损坏光纤连接器外壳。通过此类方法获得足够的粘合/粘结同时避免粘结剂的密集局部化加热会是一个挑战。

技术实现要素：

本公开内容的实施方式是一种在光纤连接器内固定光纤的方法，所述光纤连接器具有带有开放前端的连接器外壳以及带有外表面、前端区段和含有粘结剂的轴孔的套圈。所述方法包括：a)通过至少部分地包围所述套圈的所述前端区段的加热套管对所述套圈的所述前端区段施加热以将所述粘结剂加热到固定温度；b)将所述光纤插入到所述光纤连接器中以使得所述光纤的前端区段搁置在所述套圈的所述轴孔内；和其中当所述粘结剂达到所述固定温度时所述光纤通过所述粘结剂固定于所述套圈的所述轴孔中。

本公开内容的另一实施方式是上述方法，其中所述加热套管由第一材料制成且包括内表面，并且进一步包括在所述内表面上的第二材料的涂层，其中所述第二材料具有大于所述第一材料的硬度。

本公开内容的另一实施方式是一种在光纤连接器内固定光纤的方法，所述光纤连接器具有带有开放前端的连接器外壳以及带有外表面、轴孔和前端区段的套圈。所述方法包括：a)定位加热套管以使得所述套圈的所述前端区段搁置在所述加热套管的内部内；b)从所述加热套管传导热到所述套圈以及到所述套圈的所述轴孔中的粘结剂以将所述粘结剂带到固定温度，同时所述绝热套管抑制从加热套管到连接器外壳的热传导；c)将所述光纤插入到所述光纤连接器中以使得所述光纤的前端区段搁置在所述套圈的所述轴孔内；和其中当所述粘结剂达到所述固定温度时所述光纤通过所述粘结剂固定于所述套圈的所述轴孔中。

另外特征和优点将在以下详细描述中陈述，并且本领域的技术人员从所述说明将容易部分地了解或通过实践书面说明及其权利要求以及附图中描述的实施方式而认识。应了解，以上一般说明和以下详细描述仅仅是示例性的，并且希望提供概述或框架以用于理解权利要求的性质和特征。

附图说明

包括附图以提供进一步理解，附图被并入本说明书且构成本说明书的一部分。附图图示了一个或多个实施方式，并且连同具体实施方式一起用以阐释各种实施方式的原理和操作。因此，从以下结合附图做出的详细描述将更完整了解本公开内容，其中：

图1是示例性光纤连接器的横截面图，示出光纤为光纤连接器的邻近且未固定部分；

图2类似于图1且示出了可操作地插入于光纤连接器中的光纤；

图3a是立面透视图，并且图3b是安置于加热设备中的光纤连接器的横截面图，所述加热设备被配置成加热粘结剂以在连接器的套圈的孔内固定光纤的末端部分；

图3c是布置于图3b的加热设备中的光纤连接器的前部的特写横截面图；

图4a是作为图3b和3c的加热设备的部分的示例加热装置的透视图；

图4b是类似于图4a的透视图，并且图示了具有呈加热线圈形式的加热元件的加热装置的示例实施方式；

图5是类似于图3c的横截面图，但图示了根据另一实施方式的加热设备中的光纤连接器的前部；

图6是类似于图3c的横截面图，但图示了根据再另一实施方式的加热设备中的光纤连接器的前部；以及

图7是类似于图3c的横截面图，但图示了根据再另一实施方式的加热设备中的光纤连接器的前部。

具体实施方式

现在详细参考本公开内容的各种实施方式，附图中图示了所述实施方式的示例。只要可能，就贯穿附图使用相同参考标号和符号来指代相同或相似部分。附图不一定按比例绘制，并且本领域的技术人员将认识到在何处已经简化了附图以说明本公开内容的关键方面。

如下阐述的权利要求并入到本具体实施方式中并构成其部分。

在一些附图中示出笛卡尔坐标以用于参考，并且并不希望作为关于方向或定向的限制。

图1是示例性光纤连接器(“连接器”)10的横截面图，所述连接器具有开放前端11f、开放后端11b和光轴a1。连接器10包括安置于前端11f处的套圈12以及套圈12周围的环形凹口13。开放前端11f和环形凹口13由连接器外壳15限定，所述连接器外壳在示例中由塑料或类似材料制成。连接器外壳15具有带中心开口19的内壁17，套圈12延伸通过所述中心开口。连接器外壳15还具有内表面20。

套圈固持器21紧邻于内壁17搁置在开放前端11f的相对侧上，并且被配置成固持套圈12的后端部分23。套圈12还具有前端部分25和外表面27。

套圈12被配置成固定到光纤16的末端部分14，所述末端部分在图1中描绘为邻近于连接器10且与其分离。光纤16可包括一个或多个涂层或保护层16b，例如一个或多个丙烯酸涂层以及一个缓冲层或缓冲涂层。末端部分14是光纤的裸露或剥开部分，即，其不包括所述一个或多个涂层或保护层。

示例性插入装置18，例如注射器20，可邻近于连接器10的后端11b安置。插入装置18含有将用于将光纤16固定到套圈12的粘结剂22。粘结剂22可以由套圈制造商提供(装载)到套圈12中，并且在将连接器10接在一起之前在套圈中储存很长的时期(例如，至少一天、一周、一个月等)。或者，粘结剂22可以在将连接器10接在一起时装载到套圈12的轴孔26(“套圈孔26”)中。

套圈12包括形成套圈孔26的内表面24。套圈孔26通过套圈12从套圈12的后端28轴向延伸到前端30。套圈孔26用以精确定位光纤16的末端部分14，以用于与其它光学装置(未图示)建立光学连接。插入装置18可以插入通过连接器10的开放后端11b处的内部通路32以将粘结剂22的至少一部分安置于套圈孔26内，如图1中所示。在示例中，内部通路32被设定大小以适应光纤16的缓冲涂层部分。

在图1中所示的示例中，套圈孔26包括在套圈12的前端30处具有直径dn的窄孔区段34以及在套圈12的后端28处具有大于dn的直径dw的宽孔区段36。光纤16的末端部分14还可以在粘结剂22之前或与粘结剂一起放置于套圈孔26中，所述粘结剂在这些实施方式中仍保持未活化(例如，未固化)。在其它实施方式中，套圈孔26可以不包括宽孔区段，并且因此具有沿着套圈孔26的整个长度或基本上整个长度的直径dn。在示例中，宽孔区段36被设定大小以适应光纤16的缓冲涂层部分。

仍参见图1，光纤16的末端部分14具有小于窄孔区段34的直径dn的直径dof。光纤16在套圈12的后端28处插入到宽孔区段36中。在光纤16插入到套圈12中时，安置于宽孔区段36与窄孔区段34之间的套圈孔26的隧道区段38(或“过渡区段”)将光纤16的一端导引到窄孔区段34中。图2类似于图1且示出可操作地插入到连接器10中的光纤16。

在一个实施方式中，光纤16的末端部分14的光纤直径dof在直径dn的上下一微米以内。以此方式，套圈12的内表面24可以精确地在套圈孔26内固持光纤16的末端部分14且提供所述两个对象之间的紧密接近，使得光纤16的末端部分14和套圈12的内表面24可以更容易通过粘结剂22固定。

在此时或者恰好在将光纤16插入连接器10中之前的时刻，加热安置于套圈孔26内的粘结剂22到固定温度ts，而不会对连接器10的其它组件施加过量的热，尤其是连接器外壳15。

在更详细描述用于加热粘结剂22的系统和方法之前，应注意，所示出和描述的连接器10仅为示例。因此，虽然以sc连接器的形式示出连接器10，但系统和方法可以与其它连接器设计一起使用。这包括例如lc、st和mpo型连接器，以及其它单光纤或多光纤连接器设计。

加热设备

图3a是立面透视图且图3b是安置于加热设备100中的连接器10的横截面图，所述加热设备被配置成加热粘结剂22以在套圈孔26内固定光纤16的末端部分14。加热设备100包括被配置成固持连接器10的连接器固持器110。加热设备100还包括邻近于连接器固持器110的后端111b安置且被配置成固持光纤16的光纤固持器116。

在此特定实施方式中，加热设备100还包括热屏蔽装置120和邻近于连接器固持器110的前端111f安置的加热装置200。图3c是布置于加热设备100中的连接器10的前端11f的特写横截面图。热屏蔽装置120包括具有前端131f的套管130。套管130由具有内表面134的管状壁132限定，所述内表面限定圆柱形内部136。套管130还包括外表面138。套管130可以包括第一导引特征144，其借助于示例以开放前端131f处的凸缘的形式示出。第一导引特征144用以在套圈12上方导引套管130。套管130可以另外或替代地包括第二导引特征145，其借助于示例作为开放后端141b处的扩张开口示出。第二导引特征145用以导引在下文介绍和论述的加热套管(不同于套管130的元件)。

套管130的圆柱形内部136具有直径dp，而由第一导引特征144限定的开放前端131f具有稍微大于套管直径df(图1和2)的直径df。

在示例中，套管130由基底区段150支撑。套管130可以由具有相对低热导率的材料制造，例如不锈钢、陶瓷或玻璃。在此类实施方式中，套管130因此是绝热的，并且因此在下文称为“绝热套管130”以便于论述。

绝热套管130和基底区段150可以由相同材料形成且甚至形成为单片式结构。或者，绝热套管130和基底区段150可以是由不同材料形成的不同零件。在示例中，热屏蔽装置可包括冷却特征(未图示)，例如被动式散热器、冷却通道、冷却鳍片或类似物。

加热设备100包括加热装置200，其由加热装置固持器201(图3a和3b)可操作地支撑。加热装置固持器201可以是可移动的。图4a是示例加热装置200的透视图。图4a的示例加热装置200包括主体区段202，其具有前端203f、后端203b和外表面206。加热装置200还包括套管230，其与主体区段热连通，即被配置成从主体区段接收热能。举例来说，如图示，套管230可以与主体区段202的前端203f成物理接触且从其延伸。实际上，主体区段202和套管230可以由具有相对高热导率的单一材料以单片方式形成，例如铜。在此示例或其它示例(包括主体区段202和套管230由不同材料和/或由接合在一起的单独片形成的示例)中，主体区段202可具有圆形、矩形或多边形横截面形状。

返回到图3c，套管230由管状壁232限定，所述管状壁具有内表面234和外表面236以及厚度thw。示例壁厚度thw是0.020英寸(0.508mm)。内表面234限定圆柱形内部240，其具有与套圈12相同的横截面形状且具有直径ds，所述直径在示例中仅稍微大于套圈直径df(图1和2)，例如大0.001英寸(0.0254mm)。

如图4a中所示，加热装置200具有总体长度lt、主体区段长度lb、主体尺寸(例如，直径)db和套管长度ls。在示例中，长度lb是1.25英寸(31.75mm)，长度ls是0.25英寸(6.35mm)，直径db是0.625英寸(15.875mm)，并且直径ds是约0.1英寸(2.54mm)。

再次参考图3b，加热装置200的主体区段202可操作地支撑至少一个加热元件210。在示例中，加热元件210搁置在形成于主体区段202内的腔216内。作为较具体示例，加热元件210可以呈电动筒形加热器的形式。加热元件210的大小和能力将取决于确切实施方式而变化。在非限制性示例中，加热元件210具有的尺寸是约0.5英寸(12.7mm)直径和约0.75(19.05mm)英寸长度。在此示例或其它示例中，加热元件210可能够产生约200w的热。来自加热元件210的热通过主体区段202传导到套管230。此热传导路径可提供通过套管230的基本上均匀热分布。套管230因此称为“加热套管230”以便于论述且还区别于绝热套管130。

图4b类似于图4a且图示了加热装置200的示例实施方式，其中加热元件210呈缠绕在主体区段202的外表面206周围的加热线圈212的形式。在示例中，加热线圈212由电阻加热式导线限定，例如镍铬合金导线。加热线圈212可以具有螺旋形构造以避免线圈的重叠。在示例中，可在主体区段202的外表面206上提供薄绝热层209(图4b)以电隔离主体区段与加热线圈212。

可使用其它类型的加热元件210，例如相对于主体区段202可操作地布置以将来自电弧的热传送到主体区段的电弧装置，主体区段如上所述接着将热传导到加热套管230。

再次参见图3b和其中所示的特写插图，在至少内表面234上提供涂层246可以是有利的，其中所述涂层具有比构成加热套管230的材料大的硬度。在构成加热套管230的材料是铜的示例中，涂层246可呈镀镍的形式。涂层246也可提供于加热套管230的外表面236上以及主体区段202的外表面206上，以防止铜的氧化且使加热装置在尺寸上较稳定。在示例中，加热装置200可由金属合金形成，例如铜合金。在另一示例中，加热套管230可由碳化硅或类似材料制成，其与不同材料的主体区段202介接。

再次参考图3a，连接器固持器110和光纤固持器116可例如经由相应平移级260的动作而纵向平移。加热装置固持器201在需要时也可以例如经由另一平移级260的动作而纵向平移。平移级260可包括横向运动控制以及纵向运动控制。另外，可使用视觉系统280(例如，计算机控制机器视觉系统)来辅助控制加热设备100中的各种组件的移动。

在加热设备100的操作中，热屏蔽装置120的绝热套管130的前端131f插入到连接器10的开放前端11f处的环形凹口13中，如图3b和3c中所示，直到前端131f与连接器外壳15的内壁17接触或紧邻搁置为止。在此插入期间，套圈12的前端部分25搁置在热屏蔽装置120的绝热套管130的内部136内。绝热套管130的开放前端131f处的导引特征144用以在套圈12上方导引绝热套管，使得套圈基本上搁置于内部136的中心(即，距内壁134基本上等距)。这产生由套圈外表面27以及绝热套管130的管状壁132的内表面134限定的环形间隙g1。在示例中，间隙g1为约0.03英寸(0.0762mm)。绝热套管130的外表面138和连接器外壳15的内表面20限定环形间隙g2。在示例中，环形间隙g2为约0.01英寸(0.254mm)。在示例中，绝热套管130的导引特征144帮助防止加热套管230一直插入到连接器外壳15的内壁17。在特定示例中，绝热套管130的第一导引特征144的凸缘形状帮助保护内壁17免于与加热套管230的物理接触和热接触。

一旦热屏蔽件120相对于连接器10可操作地布置，那么加热装置200的加热套管230就插入到环形间隙g1中，使得套圈12的前端区段25紧密地搁置在加热套管230的内部240内。在示例中，热屏蔽件120的第二导引特征145的扩张构造便利了此操作。在示例中，套圈外表面27与加热套管230的内表面234之间的空隙可以限定相对小间隙g3，其在示例中可以小于约0.005英寸(0.127mm)。作为具体示例，间隙g3在一些实施方式中可以是约0.001英寸(0.0254mm)。加热套管230与套圈12之间的紧密配合促进了从加热套管到套圈的热传导。加热套管230的外表面236与热屏蔽装置120的绝热套管130的内表面134之间的空隙限定间隙g4，其在示例中为0.01英寸(0.254mm)且因此基本上大于间隙g3。因此，当热屏蔽装置120和加热装置200相对于连接器10可操作地布置时，加热装置的加热套管230可以松散地搁置在热屏蔽装置的绝热套管130内。

在示例中，在将加热套管230插入环形间隙g1中之前激活(即，加热)加热装置200。在另一示例中，一旦加热套管230处于套圈12的前端区段25上方的适当位置，就可以激活加热装置200。

一旦加热套管230处于套圈12上方的适当位置且已经激活，热就从加热套管传导到套圈且传导到搁置在套圈孔26内的粘结剂22。目的是将粘结剂22带到固定温度ts。实现此目的所花费的时间量(“加热时间”)可以在经验上或者通过热建模来确定。温度传感器(例如，基于光纤的温度传感器)可插入到连接器10的后端11b中以测量套圈12的温度，以辅助确定何时到达固定温度ts。

在示例中，一旦套圈12由加热套管230接合，在10秒的加热时间中就达到固定温度ts，而在其它示例中，甚至更快达到固定温度(例如，在8秒、5秒、2秒中)，这取决于构成加热装置200和连接器10的精确配置和材料，尤其是套圈12。空气可能驻留于加热套管230与套圈12之间的间隙g3内，使得加热时间可部分地取决于空气的热导率。如果需要，则可以在间隙g3中引入具有大于空气的热导率的气体250，以相对于当空气驻留于间隙g3中时的情况增加加热速率(即，减少加热时间)。示例气体250包括氦气，其具有约为空气的5倍的热导率。在示例中，气体250由氦气组成。当使用气体250时，可使间隙g3更大，从而放松至少加热套管230的精度要求。放松的精度要求又允许对碎屑的存在以及对套圈几何形状(例如，圆度)的误差的放松的精度要求。

一旦达到粘结剂22的固定温度ts，就例如通过平移级260的动作从连接器10撤出加热套管230和热屏蔽装置120。此时，如果光纤16未已经搁置在连接器10中，那么在粘结剂22处于固定温度ts的同时将光纤插入连接器10中。在示例中，通过激活支撑光纤的平移级260来实现光纤16的插入。在示例中，可例如通过空气喷射来主动冷却连接器10以加速粘结剂22的冷却。在另一示例中，在使套圈12经受上述加热过程(参见图2)之前将光纤16插入连接器10中。

一旦光纤16固定于连接器10内，就可从加热设备100移除连接器。

虽然图3a-3c中所示的实施方式包括热屏蔽装置120，但在替代实施方式中，加热设备可以不包括任何此类装置。图5-7图示了此类替代实施方式的示例。使用类似参考标号来指代对应于参考图3a-3c中所示的实施方式论述的那些元件的元件。因此，将仅描述这些实施方式中的差异。

在图5中，加热设备300示出为具有与加热设备100(图3a-3c)基本上相同的配置，不同之处在于未提供热屏蔽装置120。

图6图示了仍包括加热套管230的加热设备400，但加热套管230具有与图3a-3c中所示的实施方式不同的设计。在图6中，加热套管230包括尖端部分432以及在套圈12的外表面27上方延伸的延伸部分434。尖端部分432包括内表面234，使得间隙g3限定于尖端部分432与外套圈外表面27之间。间隙g5也限定于延伸部分434与套圈外表面27之间，并且间隙g5大于间隙g3。因此，尖端部分432比延伸部分434更靠近套圈外表面27。此布置可以帮助当对套圈12施加热时保持套圈12的不包括粘结剂22的部分处于较低温度。

在图7中，加热设备500包括用于加热套管230的不同配置。加热套管230仍包括尖端部分532以及在套圈12的外表面27上方延伸的延伸部分534，类似于图6中的实施方式。然而在图7中，在延伸部分534从尖端部分532向后延伸时，延伸部分534的至少部分向外扩张。换句话说，在延伸部分534从尖端部分532向后延伸时，延伸部分的至少部分延伸远离套圈外表面27。此布置可以另外帮助当对套圈12施加热时保持套圈12的不包括粘结剂22的部分处于较低温度。

本领域的技术人员将了解，在不脱离如所附权利要求书中限定的本公开内容的精神或范围的情况下可以对如本文描述的本公开内容的优选实施方式做出各种修改。举例来说，虽然附图中所示的实施方式包括加热套管230与套圈外表面27之间的间隙g3，但在一些实施方式中，加热套管230的至少一部分可以接触套圈外表面27。因此，本公开内容涵盖属于所附权利要求书及其等效物的范围内的修改和变化。