专利名称：生产聚合物光波导光耦合器的方法
技术领域：
本发明涉及生产聚合物光波导光耦合器的一种简易方法。
在无源的光波导网络中，耦合器是用于使由输入光波导到输出光波导的光信号分开的光部件。这样的耦合器包括一个透明体，它被连接到光波导的光输入端和光输出端。除了那些当透明浇铸件与光波导连接或熔合时所产生的耦合器以外，那些将光波导束扭合在一起并在扭合处被延伸的耦合器产品也是已知的(参见Agarwal，FiberIntegr，Optics6(1)，27-53，1987)。
但是，混合型耦合器的生产是复杂而昂贵的。而且，重现已知耦合器的传输损耗是困难的。在不同的输出光纤之间，功率的波动大于1分贝。
因此，本发明的目的是找到一种简单的，费用低的生产耦合器的方法，而且用这种方法生产的耦合器的输出衰减小，并在输出光纤之间的功率波动小。
已经发现，如果采用一个塑料收缩套来捆扎住并熔合这些光波导，有可能以简单的方法生产出高效率的耦合器。
为此，本发明涉及了权利要求1所描述的方法。就是将光波导单向排列起来，用一个塑料收缩套包捆住2至105根光波导，将收缩套加热到50至330℃之间而使相同的光波导连接起来的生产聚合物光波导耦合器的方法。
按照本发明所描述的方法，将2到105根，最好是2到1000根聚合物光波导单向排列起来并捆扎在一起。可以把光波导扭在一起。一个塑料收缩套套在所形成的光纤连接面处。收缩套的长度是5至200毫米，最好是10至100毫米，直径为0.5至50毫米，最好是1至20毫米。
收缩套由聚烯烃，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，氯丁橡胶，1.1-二氟乙烯/六氟丙烯共聚物，硅橡胶，聚脂，氟化乙烯/丙烯共聚物或聚氟烷氧基共聚物，最好是聚烯烃，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯或硅橡胶组成。
收缩套可以是黑色的，透明的或彩色的。如果是透明的，其折射率n最好在1.35至1.6的范围中，也可以使用其内壁涂有折射率n在1.35至1.6范围的热塑性塑料的收缩套。通常，带有内涂层的收缩套是聚烯烃构成的。
此外，还可以采用双层收缩套，它包括一个外套和一个内套。当外套达到收缩温度时，内套已经是热塑性的了。由外收缩套所施加的压力，足以在收缩套和聚合物光波导之间产生良好的连接。可以想象，在套收缩套之前可用透明的热塑性塑料带或薄片捆扎光纤束。从高于收缩套的收缩温度或低于收缩套的收缩温度为确定温度开始，塑料带或薄片就成为热塑性的，特别是应用在未包覆的聚合物光波导中，起到了光隔离体的作用。带或薄片的折射率必须小于聚合物光波导芯的折射率。
然后将塑料收缩套加热到50℃至330℃，最好是80℃至200℃之间。在这个阶段，根据收缩套的性质，导管的直径缩小到1.2∶1至4∶1。
如果导管的加热温度T低于光波导的软化温度TE，确保了光波导束捆扎绷紧。如果T高于TE，则各个光波导熔合在一起。在这种方法中，由收缩套包裹的光纤束在加热过程中或加热后可能被对称地或非对称地延伸，因而在中间形成一带腰的双锥形轮廓(双锥形圆锥)。由于收缩套的中间部分加热比两端更强，在无延伸的情况也能得到这种双锥形轮廓。
在收缩状态下，收缩套壁厚在0.1至4毫米范围内。
本发明的方法适用于所有有光学包层和没有光学包层的聚合物光波导，或对于被熔接的部分已用机械方法或化学方法除去了光包层的聚合物光波导。在连接时，对用于传输数据光信号的耦合器最好采用接头上没有光包层的光波导，而为了采光应用的光纤束，最好采用接头上有光包层的光波导。能作热塑性处理的、合适的光波导的直径是0.1至3毫米，最好是0.5至1.5毫米，而光纤芯则用如PMMA(芯折射率nk＝1.49)，ps(nk＝1.59)或pc(nk＝1.585)的光纤芯。
按本发明的方法，可以方便地生产各种形式的耦合器。
对于星形耦合器，其中达到和从透明体(＝混合器)引出的光波导数是相同的(＝有传输混合器的星形耦合器)，其优点是生产技术非常简单，生产费用低，有良好的传输性能，特别是在各个接口之间光功率的波动低。另一个优点是本方法自然地增加了混合棒的机械强度，不再需要采取特别的稳定措施。
对于T型耦合器(一个输入端一两个输出端或两个输入端-一个输出端)也有制造方法简单，传输性能良好的优点。另一个优点是输出端和输入端的直径相同，所以对连接器的安装是方便的。在这里，混合棒的机械强度随收缩套而定。
可以按照本发明的方法制作星形耦合器并将之对等分开，而使本方法有效地应用于采光用纤维束的生产中。这里，优点是生产技术非常简单，而且光纤维束具有很高的传输性能。这是因为在各光纤束的端面没有导致光损失的自由空间(称为间隙)。
下面用例子来进一步描述本发明。
例1带传输混合器的4×4星形耦合器的制作将4根直径为0.5毫米，没有光学包层的20米长的PMMA塑料光波导非相关的包捆起来。光纤折射率n＝1.49。
其后，将内径为1.2毫米，长3厘米的聚偏氟乙烯透明收缩套拉到该光波导束上，并放在中间。收缩套折射率n＝1.42。
然后，将光波导束的端部固定，并将收缩套部位的温度上升至180℃。到达此温度时，收缩套就开始收缩，而软化温度低于180℃的光纤就被互相熔合在一起。在熔合部位，有一长度L＝2.5厘米，直径d＝1毫米的园柱形物(称为混合器棒)。由于n＝1.42的聚偏氟乙烯收缩套的折射率低于PMMA的折射率(n＝1.49)，所以收缩套同时起到了光包层的作用。在混合器棒和聚偏氟乙烯收缩套的界面层，混合器中光的运行是全反射的，所以没有任何光透射到外面。对于易碎的混合器，收缩套也同时起到了保护套的作用。将凸出端浸泡在聚硅氧烷树脂清漆液的槽中。由于聚硅氧烷的折射率n＝1.43，低于光纤材料折射率(n＝1.49)，清漆层起到了全反射光包层的作品。
带传输混合器的4×4星形耦合器，在有0.6分贝的任意输出的光纤间的功率波动下，传输损耗是10分贝。
例21×2耦合器(T-型耦合器)的制作。
将用PMMA作为包层材料的两根15厘米长、1毫米厚的聚苯乙烯光波导对齐并扭在一起。先用机械方法除去将被熔合部位的PMMA包层。PS和PMMA的折射率分别是n＝1.59和n＝1.49。
之后，将内径为d＝2毫米，长4厘米的聚烯烃收缩套拉到扭在一起的光纤部位上，该部位的包层已用机械方法除去。将光纤束的两端固定。
在一个筒式加热器中加热至150℃以上，收缩套缩小。在150℃被热塑处理的扭在一起的光纤，在收缩力作用下就互相熔接在一起。熔接部位(称为混合器棒)的直径是d＝1.4毫米。因此，混合器棒与收缩套在140℃时一起被延伸直到混合器棒中各光纤直径为1毫米。冷却后，从中间将混合器棒分开，在混合器棒分开端的一厘米范围处将收缩套除去。然后，如例1所叙述的那样，对裸露端作浸泡。
该1×2耦合器随着4.2分贝的传输损耗而有1∶1的光功率/分束比。
例3采光应用中光纤束的制备将各自直径为0.5毫米，长1米的300根包裸有PMMA的光波导纤维包捆在一起。内径12毫米，长8厘米的聚乙烯收缩套拉进该光纤束的一端上。光纤束的两端在轻微的拉力下固定。将被收缩套覆盖的一端放在园形空筒式加热器中加热至140℃以上。收缩套缩小而光纤在收缩力的作用下熔合在一起。冷却后，光纤束的被收缩端缩短了3厘米。将光纤束的端面抛光而成。
该光纤束的熔合端的直径达8.6毫米。这样的照明用光纤束具有78%的光传输率。
权利要求
1.一种生产聚合物光波导光耦合器的方法，将相同的光波导单向排列起来，捆扎在一起并连接起来，其特征是用一个塑料收缩套包捆2至105根光波导，并将收缩套加热至温度为50至330℃。
2.根据权利要求1所述方法，其特征是收缩套加热至低于聚合物光波导的软化温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是收缩套加热至高于聚合物光波导的软化温度。
4.根据权利要求1所述方法，其特征是光波导束在加热过程或加热后被拉伸。
5.根据权利要求1所述方法，其特征是收缩套中部比两端受到更强的加热。
6.根据权利要求1所述方法，其特征是收缩套由聚烯烃，聚氯乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，氯丁橡胶，1.1-二氟乙烯/六氟丙烯共聚物，硅橡胶，聚酯，氟化乙烯/丙烯共聚物或聚氟烷氧基组成。
7.根据权利要求1所述方法，其特征是所采用的光波导在连接处没有光包层。
全文摘要
用一个塑料收缩套将光波导包捆起来并熔融时，将塑料收缩套加热至收缩温度以上，而获得聚合物光波导的高效光耦合器。该方法是简单而经济的。
文档编号B29C61/06GK1033883SQ88108839
公开日1989年7月12日 申请日期1988年11月1日 优先权日1987年11月7日
发明者捷克恩·卡特迪恩, 吉根·托比, 沃纳·格罗, 帕特·赫博瑞克-斯曼尔 申请人:赫彻斯特股份公司