光电子组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及精确可靠地连接光纤端W防止损坏光纤的光电子组件。
【背景技术】
[0002] 本发明设及用于高功率光纤光缆的光电子组件，特别是用于针对高达20kW和超过 20kW的传输功率等级制成的光纤光缆的光电子组件。一般地，光纤光缆具有:用于入射光束 的输入端；W及出射端，在出射端处光束离开光纤。在工业应用中经常使用用于传输高光功 率的光纤。具体地，运些光纤被用于借助于高功率的激光福射的切割和焊接操作，而且还可 W将该类型的光纤用于其他工业应用例如在高溫环境下加热、检测或加工操作。借助于光 纤，可W设计用于将来自高功率激光源的激光束传输至工件的柔性制造系统。光纤典型地 具有内部玻璃忍和透明包围层、所谓的包层，该包层往往由渗杂的玻璃制成。包层的折射率 低于玻璃忍的折射率。包层的功能是保持光束局限于忍。忍和包层可W由保护缓冲层(或中 间层，buffer layer)和套层所覆盖。
[0003] 随着高功率光纤和具有高亮度的圆盘激光器的发展，光纤的功率处理能力已显著 提升。当设计用于高功率激光福射的光纤系统时，非常重要的是，对于传输光而言光纤是有 效的W及通过光纤保持光的高亮度。在利用来自激光器的大功率光工作时，光纤还必须在 应用期间承受该高功率光，运可W将高后向反射返回到系统中。运对光纤连接器的设计提 出较高要求W承受高功率激光损耗。光纤终止(terminate)于连接器，连接器精确且牢固地 保持光纤端，W防止损坏光纤W及满足即插即用要求。光纤连接器是由套筒包围的基本刚 性圆柱形圆筒，套筒将圆筒保持在其配合插座中。配合机构可W是例如推压点击装置、卡销 装置或螺纹装置。典型连接器通过除去外层的至少一部分并且清洁玻璃层来制备光纤端而 进行安装。在某些情况下，通过化学蚀刻或通过应用折射率比包层折射率更高的材料来向 玻璃包层施加模式消除器。玻璃圆筒被附接至光纤端，作为前面的终端。纤忍和玻璃圆筒呈 光学接触，W防止在该点上损耗和反射。针对供光纤连接器使用的特定波长来涂覆玻璃圆 筒。
[0004] 高功率激光应用的问题是，在连接器内由于从光纤泄漏的光而引起的损耗将会产 生热。在切割和焊接操作期间，背向反射的处理光可能在光纤的相反方向上造成很大的传 输损耗并且还可能造成对光纤和连接器的损坏。因此，需要一种改进连接器装置或者光电 子组件，其高度精确并且提供使损耗最小化的方案。在发生损耗的情况下，光纤连接器的设 计必须在没有损坏的情况下处理光学损耗。
【发明内容】
[0005] 通过如所附权利要求中所要求保护的光电子组件来解决上述问题。
[0006] 在下文中，术语"光"应当理解为优选地由激光器发出的光，该激光器但不一定是 供工业使用的高功率激光器。术语"光电子组件"用于定义光纤连接器，该光纤连接器包括 构成运样的光电子组件的所有部件零件和配件。
[0007] 本发明设及一种用于连接光纤的光电子组件，该组件包括具有轴向延伸腔的壳 体。该腔具有:第一端或输入端，在此处光被传输到光电子组件中；W及第二端或输出端，在 此处光被传输出光电子组件。根据一个示例，壳体包括位于腔的第一端处的透明窗口，该窗 口与光纤光学接触。窗口可W包括取决于要传输光的波长的任何合适材料。运样的材料的 示例为石英、烙融二氧化娃、玻璃、蓝宝石或通常用于诸如高能激光窗口的应用的其他类型 的透明玻璃材料。
[0008] 根据替代示例，壳体包括位于腔的第一端处的透明圆盘，该圆盘包括用于光纤的 孔。该圆盘可W由与上述透明窗口材料相同的材料制成。可W通过例如将光纤的外层烙接 至圆盘的玻璃材料来将光纤固定到圆盘。所述固定可W是胶，但对本发明并不是必须的。
[0009] 根据另外的替代示例，壳体包括位于腔的第一端处的金属圆盘，该圆盘包括用于 光纤的孔。该圆盘可W由与壳体相同的材料制成，或者由任何其他合适的金属材料制成。可 W通过例如将光纤的外层粘合至圆盘的金属材料来将光纤固定到圆盘。
[0010] 壳体还包括具有开口的终端部，该开口用于被设置在腔的第二端处的光纤，该终 端部用于将光纤固定在组件中的适当位置处，通常用粘合剂进行固定。终端部可W用作反 射器，在此情况下，终端部包括不仅具有反射特性而且还具有良好的导热性能的材料，例如 金、铜或铜合金。可替代地，终端部可W由对激光透明的材料例如玻璃、石英、陶瓷等制成。
[0011] 在此情况下，假定光纤包括：中央忍；W及一个或更多个包层，该包层包括适当的 玻璃材料。光纤还包括外套层或具有外套层的缓冲层。如果使用单个套层，则运可W通常地 包含丙締酸醋材料。如果使用缓冲层和套层，则缓冲层可W包含有机娃，并且套层可W包含 尼龙或氣基塑料例如Tefzel?。运些材料仅仅是构成光纤的合适材料的示例。
[0012] 壳体中的腔形成冷却室，该冷却室被提供有包围所述光纤的包络面的流动冷却 剂。冷却剂可W是水或任何其它合适的液体。可W在壳体的一端处提供冷却剂而从另一端 排出冷却剂，或者从同一端提供和排出冷却剂。在至少后一种情况下，挡板或导引物围绕贯 穿腔的光纤进行设置W控制冷却剂的流速和/或流动方向，W便确保使所需区域和/或构成 组件的连接器部件被充分冷却。在下文中，术语"腔"和"冷却剂腔"用于表示相同的特征。此 夕h术语"第一开口"用于表示冷却剂的入口，W及"第二开口"用于表示冷却剂的出口。光纤 与所述窗口光学接触，并且通过终端部延伸到组件外部。光纤穿过终端部并且通过导引胶 被固定在终端部中的预定位置处。
[0013] 导引胶的折射率低于光纤的折射率，运使得导引胶能够导引光纤中的光束并且使 光保持在所述光纤的包层内。通常，期望的是使光保持在光纤的忍内，但是可能会发生光泄 漏到包层中。因此，导引胶的折射率应当低于与胶接触的包络面的折射率。导引胶对于由激 光器发出的所传输光的波长是光学透明的或半透明的。在此情况下，包络面可W是套层、缓 冲层或包层，也就是光纤的与导引胶接触的外层。
[0014] 导引胶被布置成至少在终端部的轴向延伸部分上完全包围光纤，W便在终端部中 形成冷却剂密封。除了将光纤固定到终端部中的某一位置处之外，导引胶被布置成固定光 纤W保持光纤不与沿轴向延伸的终端部接触。在终端部的面向冷却室的一侧，导引胶的端 部可W暴露于冷却室，并且通过与冷却剂直接接触而被冷却。
[0015] 光纤包括忍、至少一个包层和至少一个套层，其中套层终止于涂覆光纤的导引胶 内。可替代地，光纤还可W包括与套层接触的至少一个缓冲层。缓冲层终止于导引胶内，或 者终止于导引胶外部、冷却剂腔中的预定距离处。缓冲层可w由丙締酸醋材料、娃酬、或类 似的合适材料制成。套层被设置在缓冲层的外侧，并且可W由合适的塑料材料例如尼龙或 基于氣的塑料材料制成。
[0016] 光纤的精确设计和组合与本发明本身不相关。相关特征是光纤的折射率，特别是 光纤的玻璃材料(忍和包层）的折射率，运决定了导引胶的折射率的上限。光纤的玻璃材料 包括忍和包层。折射率的示例是:在loeonm波长处，烙融二氧化娃的折射率为1.46,或娃氧 烧的折射率为1.41;折射率取决于所传输光的波长。
[0017] 根据第一示例，缓冲层和套层终止于导引胶内。根据第二示例，套层终止于导引胶 内，而缓冲层终止于导引胶外部、冷却室内的预定距离处。根据另外的示例，贯穿整个腔延 伸的包层在至少其延伸的一部分上是经处理的表面，W形成模式消除器。
[0018] 导引胶可W包括相对于光纤具有期望折射率的任何合适的粘合剂材料。合适材料 的非限制性示例为有机娃、丙締酸类高聚合物、丙締酸醋树脂和环氧树脂中的一个或更多 个。丙締酸类高聚合物可W包括由甲基丙締酸醋、丙締酸乙醋、丙締酸和丙締酸下醋中的一 个或更多个共聚的物质。环氧树脂可W包括自由基环氧树脂、双组分环氧树脂或双阳离子 环氧树脂中的一个或更多个。
[0019] 包围且涂覆光纤的导引胶优选地被设置成遍布形成壳体端壁的终端部。可替代 地，导引胶还可W至少部分地被设置于从终端部的面向冷却室内的表面延伸预定距离的中 空部内。优选地但不是必须的，中空部是终端部的组成部分。中空部可W例如是筒状或者具 有可提高热传输的任何合适的横截面例如径向凸缘。
[0020] 根据又一示例，至少中空部是从终端部延伸到冷却室中的反射器。中空反射器包 括不仅具有反射特性而且还具有良好导热特性的材料例如金、铜或铜合金，W便将热传递 给冷却剂并且避免胶及周边部件受热。在中空部的一端处，导引胶的端部暴露于冷却室并 且通过与冷却剂直接接触而被冷却。终端部本身也可W被布置成用作反射器，并且可W由 与中空部相同或相似的材料制成。上述反射器设计避免了由于泄漏出的光进入到冷却剂腔 中而引起导引胶受热。反射器表面的反射率较高W便不吸收任何激光。导热材料的使用使 得当胶暴露于