光纤划刻工具的制作方法
【专利说明】光纤划刻工具
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求在2012年9月18日提交的美国临时专利申请号61/702，644的优先权，其通过引用完全并入，如同在本文中完全阐述的那样。下面提及的所有出版物都通过引用完全并入，如同在本文中完全阐述的那样。
技术领域
[0003]本发明涉及光纤，特别涉及便利于光纤劈裂(cleaving)以缩短其长度并在所述光纤上产生平坦端部的工具。
【背景技术】
[0004]经由光纤波导传输光能有许多优势，并且其用途是多样的。单根或多根光纤波导可以被简单地用于传输可见光到远程位置。复杂的通信系统可以传输多个特定的光信号。这些设备通常需要光纤以端至端关系耦合，所述耦合代表一个光损失源。所述劈裂端部应当是光滑并且无缺陷的。如果光纤的端部是不均匀的，由于光在劈裂端面(例如，接头或接合区域)处的反射和折射，能够导致过度的光损失。对于绝大多数的光纤应用，为了准备耦合，劈裂光纤使得光纤的端部完全平坦是重要的。当以端至端关系放置光纤时，为了减少光损失，希望的是使光纤的端面是平滑的，并位于与光纤轴线垂直或成特定角度的平面上。简而言之，劈裂的光纤端面需要是具有镜面质量的单一平面，以最优化在可拆卸连接器、永久接头和光子器件中的光纤之间的耦合。
[0005]光纤在通信系统、数据处理和其他信号传输系统中的相对广泛并不断增加的利用已经产生了对互接端子的令人满意和高效装置的需求。目前，大多数可拆卸光纤连接器是出厂时已安装好的。对于光纤的现场安装，特别希望的是开发一种工艺，其能够简单地且可靠地部署以适当地劈裂光纤，以便在光纤随后被耦合时最小化光损失。
[0006]通过以受控的方式扩展裂纹生长，光纤可被劈裂以产生平坦的端面。总的来说，光纤劈裂需要两个主要步骤:(a)围绕光纤圆周划刻(scribing)环形槽，其作为在表面上的初始浅槽，以及(b)施加合适的张应力以使裂纹横跨光纤生长并扩展，在圆周处开始并径向地朝向中心生长。
[0007]美国专利申请公开号US2012/0000956 Al (其已被共同转让给本发明的受让人，并通过参考完全并入本文)公开了可以简单并可靠地部署以适当地劈裂光纤获得光滑端部的工艺，以便在光纤随后被耦合时最小化光损失。根据所述公开，轴向张力施加到已经在预期劈裂位置处被划擦(scored)的光纤上，其中，所述轴向张力以随时间变化的方式施加以将用于光纤上裂纹的应力强度因子维持在可接受的水平内，以产生从圆周到中心的在合理速度下的稳定裂纹生长以劈裂光纤。所施加张力随时间的仔细控制作用为通过维持基本恒定的应力强度因子来控制扩展裂纹的速度。在一个实施例中，所施加的轴向张力随着时间和/或裂纹生长而减小。其结果是，在光纤材料中的应变能通过具有无需抛光的光学品质表面的单个平面的形成而释放。增强光学质量的基本平坦的光学表面形成在光纤的劈裂端部处。
[0008]为了便利于诸如在美国专利申请公开号US2012/0000956 Al中所公开工艺的光纤劈裂工艺，有必要开发一种有效、方便并且可靠的划刻工具以在表面上形成初始圆周浅槽，这也可以便利于在现场环境中的操作。
【发明内容】
[0009]本发明提供了方便并且可靠的划刻工具，其可以有效地在光纤的圆周表面上形成初始浅槽，以便利于在工厂中的劈裂操作，并且同样便利于在现场环境中的操作。所发明的划刻工具的设计特征能够以便携式、手持工具的形式构造，其可以部署用于在现场的简单操纵。
[0010]根据本发明的一个方面，所述划刻工具包括主体或壳体，所述光纤支撑在其内以相对于所述主体绕主体的轴线(例如，中心轴线)旋转。光纤沿其轴线的运动被支撑件的限制。致动器大致正交于光纤轴线移动由硬质材料(例如，金刚石、蓝宝石或碳化钨)制成的划刻刃。通过在把划刻刃压靠在光纤表面上的同时转动所述光纤，一个浅槽被划刻在光纤的圆周表面上。在一个实施例中，所述凹槽绕光纤的整个圆周延伸。在另一实施例中，所述凹槽可部分地围绕光纤的圆周延伸。
[0011]在本发明的另一方面中，所述致动器是机电致动器，其可以是压电致动器(例如，由压电陶瓷(PZT)材料制成)、微机械或纳米机械等。这些致动器可以提供纳米级的位移，以确保所述环形槽以不会导致光纤内部开裂的塑性模式切割。
[0012]在一个实施例中，致动器朝向划刻刃移动所述光纤(即，光纤的轴线相对于所述划刻工具主体横向地移动，或光纤在垂直于光纤旋转轴的方向上移动)。在另一实施例中，致动器朝向所述光纤移动划刻刃，光纤的轴线相对划刻工具主体的横向运动被支撑件限制。
[0013]在一个实施例中，所述划刻工具具有单个划刻刃，在这种情况下，为了在光纤的表面上形成完整的圆周凹槽，所述光纤需要被旋转360度。在另一实施例中，所述划刻工具具有多个(N个)可以同时抵靠所述光纤施加的划刻刃，在这种情况下,为了在光纤的表面上形成完整的圆周凹槽，所述光纤仅需要被旋转360/N度。
【附图说明】
[0014]为了更全面地理解本发明的性质和优势，以及优选的使用模式，应当参考结合附图阅读的以下详细描述。在附图中，同样的参考标号在整个附图中表示同样或相似的部件。
[0015]图1是根据本发明一个实施例的用于光纤的划刻工具的示意性轴向剖视图。
[0016]图2是根据本发明另一实施例的用于光纤的划刻工具的示意性轴向剖视图。
[0017]图3是根据本发明又一实施例的划刻工具的端部透视图。
[0018]图4是图3中的划刻工具的另一端部透视图。
[0019]图5是图3中的划刻工具的正视图。
[0020]图6是沿图5中的线6-6截取的剖视图。
[0021]图7是根据本发明又一实施例的划刻工具的端部透视图。
[0022]图8是图7中的划刻工具的另一端部透视图。
[0023]图9是沿着图8中的线9-9截取的剖视图。
[0024]图10是沿着图8中的线10-10截取的剖视图。
[0025]图11是沿着图10中的线11-11截取的剖视图。
[0026]图12是根据本发明的一个可选实施例的划刻工具的局部剖视图。
【具体实施方式】
[0027]本发明参考参照附图的各种实施例在下面进行描述。虽然本发明是根据用于实现此发明目标的最佳模式而描述的，本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，这些教导可以包括各种变化。
[0028]所发明的划刻工具参考一个劈裂过程而进行讨论，所述过程涉及，首先，或者完全地绕所述光纤的圆周或者在围绕圆周的选择性区域中，在它的外直径上将凹槽划擦或划刻到所述光纤中，然后在光纤的纵向轴线上施加张力以将光纤的两个纵向段分离。在其被划擦时，所述光纤最初可以被保持在轴向张力下或可以不被保持。所述划痕是通过划刻工具(也称为被一些人视为划擦工具)机械地产生的。仔细控制的划擦过程仅提供具有所需凹槽深度的初始表面凹槽，而没有亚表面损伤(即，在所划擦的凹槽的底表面下没有裂纹)；初始凹槽限定了横穿光纤的裂纹扩展以足够的轴向张力开始的位置。具体地，凹槽的划擦产生了具有几十纳米深度的初始表面凹槽(通常不超过100纳米)，据此，所述划擦工具以塑性模式而不是脆性模式切割光纤材料，从而避免了在所划出凹槽的底部之下的亚表面裂纹。在划擦过程中，切口的较浅深度(在几十