连接光纤的方法及该互相连接的制作方法

专利名称：连接光纤的方法及该互相连接的制作方法
技术领域：
本发明是有关一种光纤互相连接的改良方法，且在其中一方面，是有关一种新式“干”，亦即，无凝胶的机械光纤互相连接，其中光纤末端被光学对齐且压在一起并借助连接元件保持在轴向压缩力下。
与本发明相关的背景技术光纤连接已为众所周知，且本技术已有越来越多供纤维末端对齐并使其对齐固定的元件。目前现有的大部分机械连接都使用切开的纤维末端。这些连接包含偶合介质，通常为凝胶或油，其折射率与纤维芯相同。此种折射率匹配之物料是用来填满一对欲连接纤维末端正面间的间隙。
显示本发明所用类型的连接元件的先前技术，已揭示于美国专利第4,824,197，及5,159,653号。
机械连接都含有折射率匹配的凝胶物料。有些机械连接有温度周期的问题。因为这些物料的折射率在不同温度下会变化，导致光学信号波动，主要是返回损失(return loss)增加。因此，机械连接，不使用斜行切开纤维末端时，便产生问题，首先，不会永远符合温度周期要求，其次须使用折射率匹配物料。然而，机械连接却较易为这一行业的技术人员完成。本发明实现了对机械连接的改良并使其成为可与熔合连接相媲美的机械连接。本发明使用了现行用以处理纤维末端进行连接的技术来制造机械性、干燥的，也就是，无凝胶的连接。
本发明概述本发明提供一种连接光纤的新式及改良方法。该方法包括下列步骤处理欲连接的纤维末端以使芯间紧密轴向压缩接触；将纤维末端插入纤维连接原件的纤维通道两端；及将压缩力加诸于纤维末端界面以使纤维芯在整个0℃至40℃温度周期内保持紧密轴向接触。此一压缩接触是在连接元件驱动之前将轴向压缩力施加于连接元件通道中的纤维；在元件驱动之前将应力施加于谅解元件以致应力清除时连接元件即会施加轴向压缩力于纤维末端；或在驱动之后施加变形压力于元件以施加压缩应力于光纤的端部，使其在整个所欲温度范围内保持紧密轴向压缩接触而提供。应力可藉由将连接元件加热、弯曲或在纤维末端插入连接元件及将元件驱动之前沿纤维通道拉伸元件而施加于连接元件。另外，施加于纤维末端界面的压缩力可由施加力量使元件变形及强制纤维末端紧密压力接触而产生。再则，这些程序的组合也涵盖在内，也就是说，将连接元件加热并将元件的纤维末端，置于弹簧或机械施加的压缩接触下。
连接元件驱动之前将金属元件加热至温度介于100℃与120℃之间；驱动是用以使纤维端对齐并黏结，并在连接回复到室温时使纤维端有效相互对齐，紧密轴向压力接触固定。施加的热量超过贝尔柯(Bellcore)规格中温度周期实验所用的温度，该贝尔柯(Bellcore)规格广为工业界所使用，是贝尔通讯研究所(Morristown,NJ)文件TA-NWT-000765及GR-765所刊载。
在使纤维端在FibrlokTM连接的连接元件中紧密接触后，即可施加压力于元件使物料扭曲或紧张，并使物料施加压缩应力于纤维而强制纤维压缩接触。
本发明的互相连接是两单模式光纤间的光学连接，包含具有纵长通道以供在通道中点附近接受纤维末端的连接元件，而纤维端则在无任何折射率匹配物料存在下相互轴向压住。
本发明的连接涵盖将已在金属连接元件中固定并夹住的二光纤端连接。使用多种方法之一种，将纤维端放入，并使其相互光学对齐紧密轴向压紧。本发明的连接不含任何折射率匹配物料。
附图的简要说明本发明将参照附图作进一步说明，图中图一为已切开光纤一端的侧剖面图；图二为已切开并磨斜面的纤维端的透视图；图三为已切开并磨斜面的图2纤维端的侧剖面图；图四为一对切开纤维端接触放置的侧剖面图；图五为一对纤维压在一起的侧剖面图，其中一支纤维的一端已切开，而另一支纤维的一端已切开并磨斜面，两端已接触放置；图六为实行本发明方法以获得本发明所要机械连接所用连接工具的上平面图；图七为显示依照本发明制备的连接的实验数据的曲线图；图八为连接工具的上平面图，该工具装置安装于球形滑件上的可移动纤维夹钳；
图九为连接的纵向部分剖面图，其中连接元件已根据本发明驱动；图十为经改良的连接工具的上平面图，该工具具有施加各种可测量压缩力于纤维以施加压力于连接元件中的纤维端的机制；图十一为正剖面图，显示经改良的连接元件及经改良的窝工具-供在驱动将轴向压缩力施加于纤维的界面并保持之前拉伸连接元件之用；图十二为图十一连接元件及工具的端面图；图十三为经改良的连接元件另一具体例中的正剖面图，该元件是安置于供纤维端插入的连接工具之外壳上；图十四为图十三连接元件的端面图；及图十五为连接元件经施加弯曲压力而致对纤维端产生压应力的概略图。
本发明的优选实施例本发明提供一种优良的机械连接及制得该连接的新颖方法。在用以例证本发明新颖特性的图示中，相同编号表示相同部件。
虽然光纤端可予以磨光，但费时又难以精确，故现有的大多数机械连接型构皆使用切开的纤维端。切开是在光学玻璃纤维包层之外围先划割或割刻非常小的点的作业，它会降低该点的机械强度。稍后沿纤维长度有划割缺陷之处施加张力或弯曲负荷会使纤维一般垂直于纤维轴断裂。切开程序会产生纤维端正面8，请见

图1，其拥有纤维芯机械可获得的最容易可获得的无缺陷表面。现有的大多数机械连接构型都含有偶合介质，通常为凝胶或油，其拥有与纤维10的芯9相同的折射率。此一折射率匹配物料是用以填补一对欲连接纤维端正面8间界面的间隙，请见图4。该间隙是由裂口或凸出部分所引起，该裂口或凸出部分会在划痕或刻痕的正对面点发生。
这种情况，以及其他非理想情况，通常是由切开程序的固有问题所引起。先前技术中已说明了许多不同的工具，这些工具可进行垂直切开，精确度各有好坏。精确度是以微干涉仪测量纤维端的平整度及倾斜度而得。
切开过程引起的非理想特征可以在纤维端磨出一斜面而除去。已在单模式纤维之一端磨出的斜面13的锥面形状，可以使用手动及自动操作的现有工具而获得。此种磨斜面的工具之一已说明于明尼苏达采矿及制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing Co.,3M.St.Paul,Minnesota)的申请WO 95/07794(1995年3月23日公开)。圆锥形端部分介于40与160度之间的斜面角或夹角，由简单调整工具即可轻易获得。角度变化，端面的直径即改变。纤维长度是以简单夹具固定，一旦固定则产生的角度在每支纤维上都一样，并在10度的范围窗口(range window)内。端面区域或其直径是由纤维端除去的材料量来决定。在自动磨斜面工具上，此系以纤维被研磨的时间量来控制。研磨的时间愈长，端面的直径愈小。在手动磨斜面工具上，此系以纤维对着研磨介质的转动数来控制，转数愈多，端面之直径愈小。工具参数一旦设定后，端面直径的控制即非常一致。在研磨介质因磨损需要更换前的许多磨斜面周期内，端面直径通常都可维持在+或-0.0002英寸内。纤维端面之表面积，经由纤维端磨斜面，会大幅减少。图5用由将切开纤维15与切开及磨斜面纤维16并放比较即显示此一缩小。将纤维端磨斜面减少至连接试验最常用的直径0.0015英寸时，纤维端面的表面积即减少90％。切开作业所产生位于端面四周之瑕疵已除去。端面边缘，由于纤维端正面与侧面的角度增加之故，已加强。连接试验最常用的角度为90度夹角，或与纤维轴成45度。
表面积的缩小很重要，有二个理由。第一个理由涉及纤维的切开作业很少会产生完全平的垂直端面。端面通常会发生高达1.5度之角度，偏离纤维轴的垂直面。若1对纤维15与16匹配而两者皆有斜角端面，则会在纤维芯间造成间隙。图4即显示此一情况，只将纤维之一，即纤维16磨斜面，并保持斜角关系完整，间隙即会因使用0.0015英寸(0.04mm)直径的纤维16端面而减少66％。
第二个理由涉及使两纤维端正面弹性变形至纤维芯9紧密接触而其中间不存在间隙所需的轴向压力之量。若纤维上的压力保持一定且纤维端面的表面积减少，则纤维界面遭受的总压力即增高。此一优点，亦即提高纤维端界面压力使纤维芯间紧密压力轴向接触，是很重要的。可被传输通过一段250微米缓冲包履纤维至其端面的力量非常小。使用标准1.500英寸(38.1mm)长FibrlokTM连接作为例子，纤维是插入连接的一半，其距离将为0.750英寸(19mm)。此将是纤维会被某种装置抓住以纵长方向传输力量至端面的最靠近点。250微米纤维的玻璃部份的直径为0.005英寸(0.125mm)。这在力量的传输而言，是不佳的长度与直径之比(150比1)。连接的进入孔要比纤维的外径大数千分之一寸，才能提供空隙，让纤维在轴向压力下弯曲。若此压力太大，则纤维会弯曲，且发生损伤或断裂。
纤维切开和磨斜面所获得一些益处亦可由纤维端磨光而得。切开所引起的缺点会被除去。表面积会大幅缩小。纤维的边缘强度，视所用的端面轮廓而定，通常会改进。端面轮廓的控制是视所用设备及程序而定。磨光可用热磨光或磨蚀磨光而达成。热磨光意指将纤维表面熔化，而磨蚀磨光则涉及用磨蚀介质除去玻璃。磨蚀磨光有若干缺点，即会在纤维的端面留下磨伤。为了减小这些磨伤的大小及深度，所用的磨料粒子要细之又细，以改进表面处理，但磨伤还是会存在。所需要的表面处理愈细，需要的磨光步骤愈多，此意指需要更多的时间。
大多数消费者都预期光纤连接会符合标准贝尔柯性能规格。该标准中规定了-40℃至80℃的整个温度范围内返回损失的界限。含有光学折射率匹配物料的典型连接在这些温度两极端及附近显示返回损失不良。室内使用时应在0℃与40℃之间维持紧密接触。
机械连接中的折射率匹配物料所发生的问题可由改良光学折射率匹配介质，或剔除光学折射率匹配介质而获得解决。为了剔除光学折射率匹配介质，纤维端必须改良以确保端面间的紧密接触。先前所述的纤维端处理程序即可产生改良的纤维端，让端面之间能紧密轴向压力接触，而无须使用折射率匹配物料。
为测试这些改良的纤维端面，在工厂制作了不使用折射率匹配的凝胶及/或油的FibrlokTM连接，也就是“干式”连接。将一对125微米单模式纤维剥除变切开，差1度即成垂直。然后将纤维磨成90度夹角及0.0015英寸直径的端面，类似于图5所示纤维16。用异丙醇沾湿不落絮布，用该布包住纤维，自其中拉出纤维，最后用纤维尖端在布上擦拭若干次，将纤维端面清净。然后使用标准确定程序将纤维插入连接中，然后驱动连接。
全部测试中皆使用Textronics FibermasterTMOTDR来测量连接功能。测量是将二根纤维-连接的两端各一支-所得之读数加以平均，以求更大精确度。在室温下，26℃，制作了若干连接样本，而所得结果全都类似。插入损失低于-0.2dB，而返回损失(反向反射)则自-20dB至-45dB。将连接放入温度循环室，并进行贝尔柯模式温度试验，-40℃至80℃。每一温度1小时，并间隔1小时半的过渡时间。在此试验中注意到插入损失在全部连接都保持稳定，波动不到1dB的十分之一，而全部连接的返回损失，在温度40℃以上都将升高至-18dB范围。在0℃以下，全部连接都比其原始室温测量值改善，介于-40dB与-60dB之间。
这些结果的解释如下。FibrlokTM元件是由铝制成。铝的热膨胀系数为0.0000238/单位长度/℃。在玻璃而言，该值可介于0.0000102与0.00000005，视其化学组成定。铝因此会比玻璃膨胀及收缩得快。FibrlokTM元件在驱动后会抓住玻璃纤维。纤维实际上便会稍稍埋入元件的表面，使纤维与元件之间不会发生滑动。当试验的连接在室温下制作时，使用标准连接组装程序，纤维端名义上即会相互轻微接触，而纤维端正面不会变形；该连接组装程序是使用连接外面的纤维缓冲段折弯所产生的力量来确保纤维端正面在连接内确实接触。当热试验室内的温度上升到连接组装时的温度以上时，铅元件即以快于玻璃的速度膨胀，直到纤维界面的全部压力都已解除而纤维开始分离为止。纤维分离时，由于玻璃/空气/玻璃界面之故，测得高返回损失。当热室温度降至连接组装温度以下时，此一情况本身即倒反。温度降至室温以下时，铝元件即收缩得比玻璃快，造成纤维界面压力增高，玻璃/空气/玻璃界面缩小及消除而获得较低返回损失读数。返回损失图形每一周期都保持一致。
这些测试造就了本发明。本发明方法包含将干FibrlokTM连接加热至高于连接所承受最高温度以上的温度，将纤维插入“热”连接中并将其驱动。这样便会确保纤维端正面在目标操作温度内永远紧密接触，而获得低返回损失。
举例言之，将商用FibrlokTM连接驱动工具17修改成如图6所示，以施加热量于连接。将塑性连接保留窝自工具基座用机器切除，再以铝制成的新窝20代替，此新窝可藏放二个1/8寸(3.17mm)直径×1寸(25.4mm)，电动25瓦盒式加热器21及22。加热器是以欧古丹(Ogden)数字控制仪控制，精确至+1℃、连接窝是设计用来将尽可能大部份的连接包围而不影响其功能，以使热量尽快输送至连接。将热电偶放进金属FibrlokTM连接元件的中间内，再组装成连接，放入改良的工具内。分四次将连接自室温加热至100℃。连接元件加热到达目标温度需的平均时间为50秒。自工具取出连接时，需3至4分钟才能使连接元件冷却回到室温。
对连接进行测试，第一次连接试验的温度控制设定于100℃，较贝尔柯试验程序规定的最高温度高20度。将干FibrlokTM连接插入加热的铝窝内，并令其在温度100℃下均热1分钟。将一对纤维切开，角度在1度内，并磨斜面使端面直径为0.002寸(0.05mm)。将纤维插入加热之连接中，将连接驱动，随后令其冷却并将其放入温度测试室中。室温下所测得第一个性能测量值显示，插入损失为-0.10dB，而总波动为0.02dB。平均返回损失为-56.7dB，总波动为3.7dB。结果显示出光学讯号的稳定性。正常缓冲纤维约制器23及驱动杆24仍留在工具17上。
准备另一连接，并按与先前的连接测试相同的参数进行组装。图7显示此一试验数据的曲线图。在室温下测得的第一返回损失测量值为-57.5dB。将连接缓慢加热使其回到100℃，自60℃开始每5℃测取一测量值。返回损失会缓慢降低直至80℃，此时它会更快速下降，直至90℃达到高峰-83dB。在90℃与100℃之间，返回损失会快速增高，于100℃达到-36dB。然后令连接冷却。进行第二加热周期，所得结果与第一加热周期类似，除高峰出现在94℃(-93dB)。在此周期中，记录连接的冷却趁势。冷却期间，返回损失在83℃快速下降至高峰-93dB。然后它即在70℃快速升高至-65dB，之后升高非常缓慢，冷却周期在-40℃时停止，此时返回损失读数为-56.8dB。进行第三周期，模式与第二周期相同，结果稍好一点。请看图7曲线图，返回损失快速下降之后，继之即快速升高，在约20℃范围内。高峰或最低读数即为高峰较热边纤维接触与分离间的转移点。在较冷边，理论而言，铝收缩而在纤维界面产生的压缩力会使玻璃密度改变，从而改变玻璃的折射率。这最后会稳定化，而当温度下降时，返回损失几乎持平。请注意，光学讯号在贝尔柯操作温度试验范围-40℃到80℃相当稳定。
图8显示第二种改型的工具，其中固定夹持机制25是附装在驱动工具17上的连接窝20的左侧，并加以固定以在纤维自连接冒出后即将其抓住。第二纤维夹钳26是安装在连接窝20右侧的直线球形滑件上，行进距离约0.1寸(2.5mm)。一压缩弹簧28与球形滑件相接触，并位于连接窝20的反面。螺丝29安装在工具基座上，用以调整压缩弹簧28经由球形滑件施加于纤维上的力量。
将干FibrlokTM连接放进工具内，并准备一对具有切开角度小于1度，每一纤维端斜面直径为0.0015英寸(0.038mm)的纤维。将工具加热至100℃，并将纤维之一放入连接的左手侧至约一半，然后予以夹住。将第二支纤维放入连接的右手侧直至与第一支纤维接触为止，然后予以夹住。转动力量调整螺丝直至产生约0.3磅(1.3牛顿)的压缩力，然后驱动连接将纤维端夹住。然后放开二个夹钳。返回损失测得-56.9dB，连接仍然在工具内的100℃下。然后令连接冷却。测取出一冷却周期内的测量值。将结果揭示。将连接冷却至-40℃。虽然插入损失保持-0.11dB，但返回损失已升高至-51.8dB。然后将连接加热，每隔5°测取测量值一次。转移区在151℃时到达，此时记录到测量值-80.3dB。超过此温度，返回损失即快速增加。再将连接由温度165℃冷却。转移区在134℃时达到，此时测量值为-80.3dB，之后返回损失在15至20度期间快速增加，然后增加就极度缓慢。
增加的压缩弹簧纤维预负荷的轴向压力会使纤维分离的温度提高，虽然返回损失保持在与先前试验可相比的较冷温度下。光学讯信在贝尔柯操作温度试验范围内保持相当稳定。
进行一系列测试，包含使用压缩弹簧预负荷方法，而不对连接元件使用热来组装连接。将干FibrlokTM连接放入保持于室温下的工具窝内。准备一对切开角度小于1度；斜面直径为0.0015英寸(0.038mm)的纤维。与先前试验一样，用夹钳将纤维抓住。将约0.2磅(0.9牛顿)的压缩力施加于右侧纤维，然后驱动连接并移除全部夹钳力。加热的纤维端正面转移区为介于129°与134℃之间。冷却的转移区为介于114°与120℃之间。第一加热周期之后，其余全部周期模式在贝尔柯操作温度试验范围之内都相互非常一致。
图9所示FibrlokTM连接的本体28及帽29是由液晶聚合物和30％玻璃含量所形成，可忍受上述温度而无有害影响；而连接元件30是由铝制成。
图10显示驱动工具17的另一改良。该改良是添置力量计35，放在连接窝20的左侧，固定纤维夹具25的对面。力量计测量探针推动枢轴臂之一端，而枢轴臂则推动可移动纤维夹钳。枢轴是固定成可使力量计/直线滑件总成产生的力量减轻10比1之比。这会改进制作连接时对可移动纤维的力量测量值的准确度。
使用新式驱动工具组装四个干FibrlokTM连接。以力量计/直线滑件总成施加纤维端正面轴向压缩预负荷。不使用加热的连接窝20，亦不加热。四个之中有二个具有斜面纤维与斜面纤维界面，而其余二个则具有斜面纤维与切开纤维界面。将完成的四个连接放入热温度循环室内，进行长时间贝尔柯模式温度循环试验。将周期模式加速至四小时完整周期，由以下开始(1)-40℃，半小时，(2)-40°至80℃,1.5小时过渡时间，(3)80℃，半小时，(4)80℃至-40℃,1.5小时过渡时间，继续重复。此一试验的目的是为证明干纤维界面可历经贝尔柯温度试验模式重复多次而不坏，以及研究从开始到结束光学讯号的一致性，以此夹具组装的四个连接可耐受530次完整周期，约需89天。以OTDR进行测量，并将二支纤维-连接的每一端各一支，所取得的读数加以平均，以求得更大精确性。
连接1及2具有斜面纤维对斜面纤维界面，而连接3及4则具斜面纤维对切开纤维界面。连接1拥有0.0015英寸(0.038mm)直径端面，且在纤维预负荷力0.22磅(0.9牛顿)下组装。总返回损失变异为9.5dB，而插入损失变异为0.05dB。连接2拥有0.0015英寸(0.038mm)直径端正面，且在纤维预负荷力0.2磅(0.89牛顿)下组装。总返回损失变异为14dB，而插入损失变异为0.5dB。连接3拥有0.0015英寸(0.038mm)直径端面，且在纤维预负荷力0.3磅(1.33牛顿)下组装。连接4拥有0.001英寸(0.025mm)直径端面，且在纤维预负荷力0.1磅(0.445牛顿)下组装。总返回损失变异为6dB，而插入损失变异为0.05dB。除连接3外，所得结果显示都好，从试验开始到结果，光学讯号都很稳定，性能亦无变化。连接3在高温下表现差。以OTDR仔细检验，发现乃固在80℃时即已达到纤维端面转移区。在一些周期当中，端面会保持接触，获得优异返回损失，而在另些周期当中，端面会在80℃时期结束时分离，而产生低劣返回损失。
使用图10所示的驱动工具以及干FibrlokTM连接，进行试验以将端面预负荷力的影响与返回损失相连系起来。将一对250微米缓冲直径单模式纤维切开并磨斜面使端面直径成为0.0015寸，而切开角度不到1度。将两支纤维全部插入连接中，每支各以各别固定器夹住。由零(0)磅开始增加力量，至连接外的纤维开始折弯为止。此通常是在约0.3磅(1.3牛顿)时发生。开始时使用低至数千分之一磅的增量，而在试验后段时，数百分之一磅(1/10牛顿或更少)的增量不会有问题。每一连接及纤维对都进行若干次试验，并使用不同纤维对进行若干试验。试验所得结果实质上相同。最低返回损失通常是发生在0.012与0.026磅(0.05与0.1牛顿)之间。
若FibrlokTM连接，连接元件是由铝以外而热膨胀系数接近玻璃的材料作成时，在连接驱动之前使用纤维压缩过程，应会改良返回损失表现。与铅同样可延展且同样低成本的材料，并无很多可供选择。铜很接近，且被用来试验此一理论。铜的热膨胀系数为0.0000141/单位长度/℃，而铝为0.0000238。制作若干元件，并组装成干铜连接。将一对纤维切开并磨斜面而成0.0017寸(0.043mm)直径端正面。将纤维端正面预加0.25磅(1.1牛顿)负荷并驱动连接。
试验显示效果令人惊奇的好，就使用铜而言。返回损失表现在第一加热周期之后改进了几乎10dB，且在其余周期都保持此一水准。由转移点至较冷温度的曲线，与铝元件比较，看起较平，可能是由于膨胀速度上的差异所致。从转移点至较温暖的曲线则与铝元件同样快速增加。转移点本身跟使用铝元件的先前试验一样是在相同温度范围内。
使用高品质切开方法并在一支或两支纤维磨出斜面形状所制得的光纤，配合在“干式”，也就是，无凝胶FibrlokTM连接内使用热或压力或两者在纤维界面产生压缩力，可在贝尔柯温度循环式验期间不使用折射率匹配材料而获得目当于熔合连接的稳定返回损失及插入损失性能。
将应力加诸于连接元件以在连接完成后维持纤维各端间的轴向压缩力的另类方法，已有所讨论。一种此种方法是将足够的压缩力施加于驱动连接的各端，使金属连接元件从各端至纤维界面发生内部塑性变形。因此，连接元件将在随后加热及冷却环境中，在界面间施加及维持压缩力。
再者，图11概略显示与FibrlokTM连接元件可比美的经改良连接元件35，其改良系沿侧面除去物料并在接近每一端形成凸轮表面36，该凸轮表面与纤维通道38的轴成一角度关系，见图12。驱动工具经改良而在其上具有铺展凸轮(spreading cam)39。铺展凸轮39作成具有凸轮表面40，其是作成可使凸轮表面36，在施加力量于连接元件35，如箭头41所示时，拉伸连接元件35。连接元件在纵长方向的弹性变形的长度，系以连接元件被强制挤入铺展凸轮39的距离加以控制。或者，元件的凸轮表面可设计成可以特选力量剪切而得所要延伸。插入经处理的纤维端后，即将元件关闭使纤维夹住固定，并除去先前加诸于元件的铺展力。铺展力除去后，元件中储存的能量即会引起元件35收缩，使纤维的相对光学对齐端在纵长压缩下或是紧密轴向接触。
图12概略显示经改良元件36及铺展凸轮39的端面图。
图13及14显示另一改良，其中连接元件45是长方形，在上表面有一纵长V-沟槽46，而纤维端则在连接元件45与V-沟槽46的纵长中央附近并在V-沟槽中确实接触。然后在纵长沟槽相反两端将纤维牢牢固定。在将元件两端的位置固定于外壳的同时，将力量48，见图15，垂直施加于元件45的上表面以促使元件弯曲。施加的弯曲力应足以使元件45塑性变形而成弧形，固定的纤维在内表面上。元件塑性变形的结果，在元件下表面的物料即被拉长，而在亦含有容纳纤维的V-沟槽的上表面的物料则被压缩。就是这种元件45与上表面物料压缩上的差异应力才使得纤维端正面在轴向，也就是说，纵长压缩下。
本发明已如上说明，但应了解的是，本发明可在物料上或某些方面作修正，而不偏离随附申请专利范围的本发明精神。
权利要求
1．一种连接具透光芯之光纤的方法，包括纤维端的处理步骤，以使(a)纤维端连接成紧接关系，(b)纤维端进入纤维连接元件纤维对齐通道相反两端的每一端，直至纤维端互相接触为止，(c)连接元件驱动而作用于纤维端，及(d)元件中的该纤维端之界面维持轴向压缩力，而在0度至40℃的整个温度循环内使纤维芯保持紧密接触。
2．根据权利要求1所述的方法，其中该压缩力是在驱动连接元件之前施加于该纤维。
3．根据权利要求1所述的方法，其中该轴向压缩力是在元件驱动之前将元件加热至80℃以上，然后将元件冷却而施加。
4．根据权利要求1所述的方法，其中该压缩力是在驱动前将元件拉伸使元件弹性变形而施加。
5．根据权利要求1所述的方法，其中该元件是在驱动夹住纤维端之前在纤维对齐通道的纵长方向弹性变形。
6．根据权利要求1所述的方法，其中该元件在驱动施加压缩力于纤维端的界面之后进行塑性变形。
7．一种连接光纤端之方法，包含以下步骤；(a)将纤维端切开成可连接，(b)将至少一支纤维的切开端磨斜面，(c)在连接元件对齐通道中，将磨斜面纤维安置成紧接关系，(d)将连接元件置于物理应力下，(e)在该元件在该应力下时，将该连接元件关闭夹住纤维端，(f)让连接元件回复至正常状况，以将压缩负荷置于相对两紧接纤维端。
8．根据权利要求7所述的方法，其中该应力是由元件加热所引起。
9．根据权利要求7所述的方法，其中该应力是由该元件弹性拉伸所引起。
10．一种连接光纤之方法，包含下列步骤(a)将欲连接之每一支纤维之一端插入金属纤维连接元件的纤维通道的相对两端，直至两端在连接元件中央附近互相接触为止，(b)将该金属纤维连接元件加热至温度80℃以上，及(c)驱动该连接元件夹住纤维端以在连接元件冷却之时维持纤维端紧密接触，由此施加压缩力于纤维端间的界面并保持。
11．根据权利要求10所述的连接光纤端的方法，其中该方法包括将欲连接的纤维端切开的步骤。
12．根据权利要求10所述的连接光纤端的方法，其中该方法包括将欲连接的纤维端切开，并将该纤维至少一支之一端磨成斜面以在该至少一支纤维形成斜面或锥面端。
13．根据权利要求10所述的连接光纤端的方法，其中该纤维端系在连接元件驱动前在连接元件中压缩接触。
14．一种两单模式光纤间的光学连接，包含一具有纵长通道，可在该通道中间点附近接受该两纤维端的连接元件，及该纤维端是在无任何折射率匹配材料下互相轴向压缩。
15．根据权利要求14所述的连接，其中该光纤至少一支之一端切开并磨斜面。
16．根据权利要求14所述的连接，其中纤维端系经磨光。
17．根据权利要求14所述的连接，其中该纤维端，由于施加于该等纤维端的压缩力之故，在0与40℃间的任何温度下都保持紧密接触。
18．根据权利要求14所述的连接，其中该纤维端间的轴向压缩力是由该纤维端插入该通道并被夹住在该通道内后该连接元件热收缩所产生。
19．根据权利要求14所述的连接，其中该纤维端由于连接元件塑性变形及其两端间连接元件物料位移而在界面紧密接触。
20．根据权利要求14所述的连接，其中该切开并磨斜面纤维的端正面，在界面的直径为介于0.001寸与0.002寸-(0.025与0.05mm)之间。
21．根据权利要求14所述的连接，其中该连接元件在两端弯曲并变形是为将通道置于压缩下及将纤维端置于压缩下。
22．根据权利要求18所述的连接，其中该连接元件是金属类。
23．根据权利要求14所述的连接，其中该连接元件是由金属作成。
24．根据权利要求23所述的连接，其中金属是铝。
25．根据权利要求24所述的连接，其中该纤维端是在连接元件关闭及夹住该纤维端之前在轴向压缩力下接触。
26．根据权利要求24所述的连接，其中该纤维端在连接元件驱动之前原置于加热至温度80℃以上的纤维连接元件中，且该压缩力系籍元件冷却施加。
27．根据权利要求24所述的连接，其中该连接元件系在元件驱动前拉伸以使元件弹性变形而在拉伸力消除后仍施加该压缩力于该纤维端。
28．根据权利要求14所述的连接，其中元件是在驱动夹住纤维端之前在纤维对齐通道的纵长方向上弹性变形。
29．根据权利要求24所述的连接，其中元件在驱动将压缩力施加于纤维端界面之后已进行塑性变形。
30．一种用以完成二光纤间连接的工具，包含基座，在该基座上用以接受连接元件的窝，在该窝中用以加热置于该窝中的该连接元件的加热装置，及用以支撑纤维使端部置于该连接元件中的装置。
31．根据权利要求30所述的工具，其中该基座支撑用以施加力量于该纤维至少一支以在该连接元件中提供纤维界面间的轴向压缩的装置。
32．一种用以完成两光纤间连接的工具，包含基座，在该基座上用以接受连接元件的窝，使置于该窝中的该连接元件驱动以抓住欲连接二光纤末端之驱动杆，在该基座上用以夹住其末端一般位于该连接元件中途的纤维之一的装置，及用以夹住另一光纤以在该连接元件施加轴向压缩力于该等纤维界面的装置。
33．根据权利要求31所述的工具，其中该窝包括用以加热该连接元件的装置。
34．根据权利要求32所述的工具，其中该用以夹住另一光纤的滑动装置包括具有压缩弹簧以施加轴向压缩力于光纤的直线球形滑件。
35．根据权利要求32所述的工具，其中该用以夹住另一光纤的滑动装置包括可移动纤维夹钳及压力计以强制该可移动纤维夹钳移向该窝而施加该轴向压缩力于光纤上。
全文摘要
一种不使用任何具有匹配折射率的凝胶物料的机械光纤连接,其中纤维末端经处理以供紧密轴向压缩接触,且由于连接元件加热,弹性变形或塑性变形之故,纤维末端正面在连接元件中,在轴向压力下保持光学对齐紧密接触。
文档编号G02B6/24GK1213434SQ97192967
公开日1999年4月7日 申请日期1997年2月21日 优先权日1996年3月27日
发明者詹姆斯·B·卡彭特, 高登·D·汉森, 迈克·A·麦斯, 理查·A·帕特森 申请人:明尼苏达矿业和制造公司