專利名稱：細(xì)絲組織器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在至少可部分地自動(dòng)化的多重處理操作中，用來方便地處理光纖形式的細(xì)絲的加工工藝和設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及在制造操作中，緊湊處理光線光纖，以通過包括機(jī)械剝離、酸蝕剝離、布拉格光柵刻寫(Bragggrating writing)和光纖重涂覆及測(cè)試的一系列制造操作，來在它們長度的至少一部分中包括諸布拉格光柵。
背景技術(shù)：
幾個(gè)世紀(jì)以來玻璃曾在多種科學(xué)和日常應(yīng)用中選做材料。從早期應(yīng)用棱形玻璃鏡把光線分離為元色開始，玻璃已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制或調(diào)整光束性質(zhì)的光學(xué)儀器中。玻璃結(jié)構(gòu)的光修正性質(zhì)的最新和迅速擴(kuò)展的應(yīng)用包括拉伸高純度的玻璃細(xì)絲(更常用的是稱作光纖)，它在光發(fā)射和接受位置之間引導(dǎo)光信號(hào)。
在二十世紀(jì)七十年代末，公用事業(yè)開始將光纖裝置用于內(nèi)部通訊，而在八十年代初，已經(jīng)建立起許多小型光纖網(wǎng)絡(luò)。從此，這些網(wǎng)絡(luò)的使用不斷增長，取代現(xiàn)有的同軸電纜系統(tǒng)。光纖通訊網(wǎng)絡(luò)提供的優(yōu)點(diǎn)包括較低的成本、使用較少的信號(hào)中繼器來校正信號(hào)失真和較同軸電纜網(wǎng)絡(luò)更高的信號(hào)運(yùn)載容量。
光纖系統(tǒng)的容量不斷地增長。在1980年，第一個(gè)系統(tǒng)每秒鐘可傳輸45兆比特。目前的系統(tǒng)傳輸高達(dá)每秒5吉比特。光纖系統(tǒng)在現(xiàn)代應(yīng)用中是如此之廣泛，以致光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本上代替了所有橫貫大陸的銅芯電纜網(wǎng)絡(luò)，并且不斷地創(chuàng)建全新的網(wǎng)絡(luò)。有預(yù)言聲稱在地球上每一個(gè)大陸將成為全球光纖網(wǎng)絡(luò)的一部分。
一個(gè)光纖系統(tǒng)包括發(fā)射線路及光源、光探測(cè)器及接收器線路和光纖等三個(gè)主要部分。發(fā)射線路轉(zhuǎn)換電子信號(hào)以便調(diào)制產(chǎn)生發(fā)射用的光信號(hào)的光源。從光源到一段長度的光纖的連接促進(jìn)光信號(hào)在光纖所占距離內(nèi)的傳輸。在光纖端部連接光探測(cè)器和接收器線路產(chǎn)生一通訊聯(lián)結(jié)。應(yīng)用多路通訊聯(lián)結(jié)可提供廣大的發(fā)送器和接收器網(wǎng)絡(luò)。
光纖網(wǎng)絡(luò)的互相連接需要光學(xué)連接器形式的高度精密的器件，這些連接器聯(lián)結(jié)光纖至外圍設(shè)備和其它光纖，并同時(shí)維持足夠的信號(hào)強(qiáng)度。在操作中光學(xué)連接器把小光纖定位在中心，從而使光線集結(jié)的內(nèi)芯直接位于光發(fā)射源或其它光纖上并與之對(duì)齊。光纖段可以用機(jī)械接合或熔接技術(shù)接合在一起。
連接在光纖網(wǎng)絡(luò)中的選出的、相對(duì)較短長度的光纖中可以內(nèi)置的特殊特征。光纖布拉格光柵表現(xiàn)一種光修改特征，通過簡(jiǎn)單地暴露在紫外線下，這種特征就可以引入或?qū)懭牍饫w?？虒戇@些光柵的能力可以制成多種器件。例如，布拉格光柵可以應(yīng)用在遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)中，以控制激光的波長、引入散射補(bǔ)償和以長周期光柵形式改變光纖放大器增益。除了遠(yuǎn)程通訊以外，光纖布拉格光柵的光纖應(yīng)用包括光譜學(xué)和遙感技術(shù)。將諸如布拉格光柵之類的特殊特征引入光纖，可能在一系列制造操作中包括一些需要處理相對(duì)較短長度的光纖的許多步驟。在使其修改其物理特性以包括布拉格光柵，光纖典型地需要除去保護(hù)覆層。在寫入布拉格光柵以后，光纖可以退火和重涂覆。
關(guān)于使光纖特性改變而賦予其折射率光柵的過程的自動(dòng)控制化問題很少有所披露。有些資料描述了一些個(gè)別過程步驟，但不是能綜合在自動(dòng)化序列中的類型。例如在美國專利U.S.5,988,556中描述光纖的裝載。該專利涉及連續(xù)長度的光纖從光纖供應(yīng)來源自動(dòng)纏繞到運(yùn)輸線軸的第一和第二區(qū)段上。纏繞器包括收集連續(xù)長度光纖第一部分并使其纏繞在線軸第一區(qū)段的第一裝置，和使連續(xù)光纖第二部分纏繞在線軸第二區(qū)段的第二裝置。沒有證據(jù)示出線軸上的光纖具有運(yùn)輸包裝以外的其它用途。美國專利U.S.6,027,062描述一種包括光纖供給和收集裝置的自動(dòng)纏繞器，該裝置移動(dòng)光纖至穿線裝置使光纖自動(dòng)穿線在線軸上。這與美國專利U.S.4,511,095的目標(biāo)相似，即用來形成纏繞在繞線筒或類似結(jié)構(gòu)上的光纖線圈。
在處理和組織光纖中使用可堆放的盒箱是眾所周知，特別用于貯存接合的光纖段。盒箱典型地包括用于容納松散盤繞的光纖的淺碟形保持器和外殼。松散的光纖線圈不具有線軸纏繞光纖那樣緊湊的結(jié)構(gòu)。用一種可夾持一段細(xì)絲形材料(在纏繞結(jié)構(gòu)下具有最小的彎曲半徑)的組件可產(chǎn)生在美國專利U.S.5,894,540中描述的盤卷光纖中間形式。細(xì)絲或光纖可以纏繞在附著在支承板上的線軸上。調(diào)整線軸的間距可消除纏繞在其上光纖的松散。通常緊隨在光纖段互相連接以后，光纖盒箱和相關(guān)的光纖夾持組件使光纖處于整齊的貯存狀態(tài)。美國專利U.S.6,088,503確認(rèn)在接合前、中和后使用光纖盒箱作為光纖保持器。該專利描述一種設(shè)計(jì)用于在光纖接合制作中對(duì)準(zhǔn)和夾持一對(duì)光纖端部的夾緊工具。
盒箱和有關(guān)光纖組織組件對(duì)于連接和接合的光纖部分周圍的光纖提供整齊的貯存。似乎沒有跡象說明在光纖裝置制造中，這些貯存容器可用于處理經(jīng)過整理的光纖段。一種制造過程需要除去保護(hù)性緩沖劑和覆層以裸露光纖的表面。已知幾種從光纖表面上除去保護(hù)層(如緩沖劑和覆層)的過程。這包括機(jī)械剝離、化學(xué)剝離和熱剝離。
光纖和有關(guān)覆層細(xì)絲的機(jī)械剝離需要把銳利并回火的金屬刀片小心地定位，以便裸露光纖的表面部分而不至于切割或刮傷之，或者造成其它在物理上對(duì)光纖表面的損傷。已知機(jī)械剝離的方法涉及切割刀片的設(shè)計(jì)和如何從光纖表面除去覆層。機(jī)械剝離的主要用途牽涉到在細(xì)絲端部聯(lián)結(jié)之前從光纖、絕緣電線和相關(guān)細(xì)絲端部除去保護(hù)層。美國專利U.S.4,434,554描述一種光纖剝離裝置，它包括一個(gè)具有多個(gè)深度合適的光纖接受溝道的平底基座，可以保證當(dāng)?shù)镀┩父矊訒r(shí)只從各光纖上除去緩沖層。刀片平行于光纖或一組光纖的軸線運(yùn)動(dòng)并利用剝削作用除去保護(hù)材料。根據(jù)光纖直徑?jīng)Q定對(duì)平底基座上的溝道尺寸的選擇，以提供可剝離光纖端部而不致傷害光纖本身的裝置。
避免傷害光纖裸露表面的一種方法需要使用特定設(shè)計(jì)的刀片，它可以穿透保護(hù)緩沖層或光纖覆層而不致達(dá)到光纖表面。適當(dāng)?shù)牡镀哂谢旧习雸A形的鋒利刀刃，其半徑少許大于裸露光纖的半徑。兩個(gè)對(duì)置的刀片，穿透圍繞光纖的保護(hù)層，在切割刀片到達(dá)光纖表面以前將互相抵觸。在穿透保護(hù)層以后，接近于光纖的端部，平行于光纖軸線的刀片運(yùn)動(dòng)除去一段保護(hù)層，使光纖端部裸露而不被刀片接觸。美國專利，包括U.S.4,630,406、U.S.5,269,206、U.S.5,481,638和U.S.5,684,910，描述從例如絕緣電線和光纖割去絕緣層的刀片的制造和設(shè)計(jì)。采用這些刀片成功的機(jī)械剝離可能需要附加的處理，包括如在U.S.5,481,638中軟化保護(hù)層而需要的充滿化學(xué)藥品的腔室，首先用來軟化包裹層，然后在剝離后從刀片清除塑料。美國專利U.S.5,684,910揭示了一種具有良好的機(jī)械可剝離性的光纖。改進(jìn)工作包括采用在光纖覆層和緩沖層之間易碎的邊界層，以促進(jìn)從裸露的光纖分離。以前的說明包括最初垂直于光纖軸線的運(yùn)動(dòng)，穿透覆層，隨后是平行于光纖軸線的運(yùn)動(dòng)，以除去保護(hù)層而裸露細(xì)絲的端部。
為制作裸露的光纖端部，化學(xué)剝離可以作為機(jī)械剝離的替代。美國專利U.S.4,865,411和U.S.5,976,596涉及受控制地除去覆層，其方法為通過逐步從化學(xué)品槽中回收光纖覆層，以便對(duì)裸露的玻璃光纖表面附近產(chǎn)生有輪廓的微小錐度。按照美國專利U.S.5,451,294，當(dāng)覆層光纖浸入化學(xué)品槽以便從端部溶解覆層時(shí)，有一個(gè)夾具提供支承?；瘜W(xué)剝離方法包括在處理化學(xué)品時(shí)涉及的普通問題，特別當(dāng)化學(xué)剝離物牽涉到腐蝕性液體時(shí)。
熱氣剝離可以替代機(jī)械或化學(xué)剝離。在美國專利U.S.6,123,801中描述的這一工藝的例子，采用熱惰性氣體熔化緩沖層并從光纖表面將其吹去。該工藝需要高壓氣體流和在800℃范圍內(nèi)的溫度以便從光纖剝離覆層。美國專利U.S.5,939,136描述一種制作光纖裝置的過程，包括從光纖熱除覆層，最好用加熱氣流來執(zhí)行。
從光纖除去保護(hù)緩沖層和相關(guān)覆層的理由是需要改變光纖的特性，諸如在光纖的芯線中寫入折射率光柵(也稱作布拉格光柵)。當(dāng)裸露的光纖暴露在紫外線激光或相似的裝置的輻射下時(shí)，折射率發(fā)生變化。大多數(shù)光纖的保護(hù)層吸收改變光纖的輻射。這就解釋了為什么需要在寫入折射率光柵前除去覆層。
不作進(jìn)一步加工，包括折射率光柵的光纖也具有在光纖裝置中使用前需要施加保護(hù)層的裸露部分。所廣泛接受的重新覆蓋光纖裸露部分的方法包括專用的覆層模具。相似于在其制造中用來涂制拉伸光纖的方法的方法也已經(jīng)有所描述。
在美國專利U.S.4,410,561中描述的重涂覆覆的方法利用接合模具構(gòu)造提供被覆覆層的光纖。封閉模具所形成空腔的尺寸和設(shè)計(jì)提供一個(gè)空間，使在注入可固化的、保護(hù)性液體重涂覆成份時(shí)被充滿。最好在模具空腔內(nèi)部避免截留空氣，因?yàn)檫@將導(dǎo)致有缺陷的重涂覆光纖段。使模具空腔完全充滿可包括有意識(shí)地施加壓力。美國專利U.S.5,022,735采用螺桿型柱塞以使注入傳統(tǒng)的重涂覆模具的重涂覆液體加壓。一些重涂覆模具包括固化裝置，以提供光滑的光纖重涂覆區(qū)段。例如美國專利U.S.4,662,307采用包括一個(gè)注入口和紫外線口的組合模具，通過該紫外線口的光線可固化重涂覆化合物。該固化過程需要多個(gè)光源。
在從預(yù)先成型拉伸的光纖上施加覆層典型地使出現(xiàn)的光纖處于垂直方位。當(dāng)光纖向下移動(dòng)時(shí)，它可以在離開孔口前通過覆層液體貯存器，孔口的尺寸設(shè)計(jì)成所要求的覆層光纖外部直徑。有可能將這種過程應(yīng)用于包括布拉格光柵的光纖裸露段的重涂覆覆，如在美國專利U.S.6,069,988中所述明的。在離開孔口時(shí)，光纖穿過固化輻射源。固化輻射不同于用于寫入布拉格光柵的輻射，使其不至于損壞或改變光柵的特性。
在日本專利JP 60-122754和JP 61-40846中有資料說明在離開拉伸塔的光纖上噴涂保護(hù)塑料覆層。在光纖的全部周緣進(jìn)行覆蓋需要采用多個(gè)噴涂頭或者專用的噴涂圍罩。采用多個(gè)噴涂頭只有部分噴涂物沉積在拉伸出的光纖上，而采用專用的圍罩則牽涉到復(fù)雜的光纖穿線。
在光纖剝離、改變和重涂覆過程的每一位置上，需要小心操作以防止損壞脆弱的光纖。光纖的損壞可能在物理接觸或受到拉伸、扭轉(zhuǎn)、扭曲和彎曲應(yīng)力時(shí)發(fā)生。過度彎曲可改變光纖的光學(xué)特性。不能滿足所要求的特性可導(dǎo)致光學(xué)裝置的被報(bào)廢并增加裝置制造的費(fèi)用。人們需要改進(jìn)用來處理拉伸加工后的光纖的裝置，以減小損傷的發(fā)生率，從而降低光學(xué)裝置的成本并增加其產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可滿足在制造操作中有效且緊湊地處理細(xì)絲材料的需求，所述制造操作包括在細(xì)絲中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和相關(guān)變化的工藝步驟。當(dāng)應(yīng)用于光纖時(shí)，一種器件，在此也稱作細(xì)絲組織器，提供對(duì)光纖的緊湊包容。細(xì)絲組織器使至少光纖的一部分相對(duì)地精確定位，以利于光纖與光耦合器、熔合耦合器和錐形光纖裝置之類的裝置相關(guān)的加工處理。光纖的修改也可以涉及改變光纖的固有特性或者將光纖結(jié)合到功能組件中所采取的行動(dòng)。光纖的固有特性隨著其折射率性質(zhì)的調(diào)整而改變，如在多種布拉格光柵的形成中那樣。將光纖結(jié)合到功能組件中可提供諸如溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w布拉格光柵之類的有用器件。折射率變化和功能性組件的生產(chǎn)，按照本發(fā)明，采用一細(xì)絲組織器，它在可鎖定的線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間分布光纖，以暴露需要改變的光纖的中間部分。
一種計(jì)算機(jī)控制，或程序控制的光纖分配器可以用來在安裝在一公共軸上的一對(duì)線軸之間裝載預(yù)先設(shè)定數(shù)量的、基本上無扭曲的光纖。在光纖裝載以后，各線軸被分開，使光纖在其間延伸，并安裝在細(xì)絲組織器上，以便進(jìn)行光纖的貯存和進(jìn)一步加工。結(jié)合細(xì)絲組織器使用計(jì)算機(jī)控制分配，使在細(xì)絲組織器的邊界范圍內(nèi)選定光纖段能精確一致地裝載和組織?？刂蒲b載過程允許產(chǎn)生許多包含以相似方式組織的、大體長度相等的光纖的保持器。在光纖成功地裝載后，細(xì)絲組織器提供一種方便的器件，以用于通過制造光纖裝置所需各項(xiàng)工藝操作處理光纖。較佳地，細(xì)絲組織器包括對(duì)于夾持在其中的光纖施加50克到100克的拉力的裝置。
多種裝置采用在結(jié)構(gòu)上修改過的光纖，這些光纖至少在其長度的一部分中包括同軸的光學(xué)波導(dǎo)折射率光柵。光柵物理性質(zhì)的變化使其適應(yīng)特定的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種通過一系列制造操作而獲得的光纖布拉格光柵，所述制造操作包括光纖的機(jī)械剝離、酸蝕剝離、引出線制作、光纖布拉格光柵寫入、退火和光學(xué)測(cè)量及隨后的重涂覆和測(cè)試。最后測(cè)試步驟、包括光纖檢驗(yàn)測(cè)試確定光纖布拉格光柵所要求的性能是否達(dá)到。
制造過程的各項(xiàng)操作或步驟需要將一個(gè)或多個(gè)細(xì)絲組織器附接在一個(gè)或多個(gè)專門為完成指定步驟而設(shè)計(jì)的細(xì)絲處理器或設(shè)備上。這需要細(xì)絲處理器的尺寸和形狀包諸方面的設(shè)計(jì)，使若干細(xì)絲處理器的方便地連接得以實(shí)現(xiàn)。如同使幾種形式的細(xì)絲處理器可以合適地連接一樣，對(duì)細(xì)絲組織器的一個(gè)重要要求是可以包含預(yù)定長度達(dá)到好幾米的光纖。較佳地，在光纖的情況，細(xì)絲組織器在一對(duì)線軸之間夾持大部分的細(xì)絲長度，而留下一細(xì)絲部分供加工處理。線軸在一個(gè)分隔的線軸芯子的分開的兩側(cè)夾持兩段同一方向纏繞的光纖。光纖的一段在一對(duì)線軸之間延伸而光纖的另一段提供可以立即從各線軸退繞的引出線。在連續(xù)段的光纖的各端部有一引出線。
在一對(duì)線軸之間纏繞一連續(xù)段的光纖并使線軸定位在支承板上后，可以預(yù)期以較少的損壞進(jìn)行光纖處理。采用細(xì)絲處理器也容易接近光纖的一部分。方便地接近光纖的這一部分使其可以通過除去其表面上的保護(hù)層、而此后使其承受改變物理及光學(xué)性質(zhì)的操作來進(jìn)行修改，所述改變物理及光學(xué)性質(zhì)的操作如把光纖布拉格光柵寫入光纖的裸露部分。細(xì)絲組織器使將要改變的光纖部分可以重復(fù)定位。重復(fù)定位可導(dǎo)致細(xì)絲或光纖的改變獲得可預(yù)測(cè)的結(jié)果，且通過可采用至少幾個(gè)步驟可自動(dòng)化的工藝過程來進(jìn)行所述操作。
如以上所指出，細(xì)絲組織器使細(xì)絲或光纖的一部分適當(dāng)?shù)囟ㄎ灰怨┘庸ぁ０凑毡景l(fā)明光纖布拉格光柵的形成要求在寫入光纖布拉格光柵以前除去任何聚合物保護(hù)層(在此也稱作緩沖覆層)。覆層可以用液體或機(jī)械或熱剝離。
覆蓋單層聚合物(在此稱作“初級(jí)緩沖層”)的光纖可以只需使用濃酸的液體剝離來除去緩沖層即可。去除多重保護(hù)層(按照本發(fā)明包括初級(jí)和次級(jí)緩沖層)較佳地采用先機(jī)械剝離、然后酸蝕剝離的組合方式。酸蝕剝離在此涉及在酸介質(zhì)中溶解剩余覆層材料，并用水漂請(qǐng)和對(duì)至少一部分光纖施行溶劑沖洗除去余酸。初步除去覆層需要特別設(shè)計(jì)的機(jī)械剝離設(shè)備，它與細(xì)絲組織器合作以便對(duì)于將從光纖除去保護(hù)層的部分進(jìn)行精確定位。機(jī)械剝離設(shè)備可以設(shè)計(jì)成為方便地加工處理一個(gè)或幾個(gè)組合在一單一堆疊結(jié)構(gòu)下的細(xì)絲組織器。這樣，根據(jù)細(xì)絲組織器的數(shù)量，就能一次處理一條或多條光纖。通過機(jī)械剝離除去覆層對(duì)裸露光纖形成空隙，接著通過這樣的空隙酸液穿透而更迅速地從光纖部分溶解覆層。
用酸剝離法除去覆層較佳地需要一種設(shè)備，它在包含在堆疊結(jié)構(gòu)中的各細(xì)絲組織器形成一光纖環(huán)。該設(shè)備建造成為使各細(xì)絲組織器的環(huán)具有大體相同的尺寸。各環(huán)的平面平行于其最鄰近環(huán)的平面。通過把環(huán)的弧形部分浸入酸槽，可以進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)光纖環(huán)的酸蝕剝離。各環(huán)浸入酸槽的深度控制著從光纖除去保護(hù)層的長度，以提供具有剝離到光纖二氧化硅表面的裸露部分的光纖。酸蝕剝離提供基本上無污染的裸露光纖表面。
在堆疊結(jié)構(gòu)中所有光纖已經(jīng)機(jī)械剝離和酸蝕剝離后，手工地退繞各光纖的引出端并用引出線連接器組織成組。引出端從各光纖組織器端大約拖出一米。
作為進(jìn)一步的精制，按照本發(fā)明細(xì)絲組織器可以包括傳統(tǒng)光纖連接器，用以將光纖端部終止在表面上并處于細(xì)絲組織器邊界以內(nèi)。用光學(xué)連接器使光纖終止可減少光纖的引出線部分的長度，而仍對(duì)外部光纖裝置提供方便的附接點(diǎn)。這種形式的光纖緊湊組織在細(xì)絲組織器表面上分布光纖長度而不使任何光纖部分懸掛在組織器邊緣以外。各種光纖裝置互相連接中任何一種可以用來通過縮短引出線端部來減少光纖總長度。光纖總長度的減少轉(zhuǎn)化成為節(jié)約成本，這與裝備連接到光纖連接器終端的尾光纖的各細(xì)絲組織器相關(guān)。
隨著通過對(duì)引出線端部的分組組織，在堆疊結(jié)構(gòu)中各細(xì)絲組織器提供準(zhǔn)備好在光纖布拉格光刪寫入設(shè)備中定位的一干凈、干燥的裸露光纖部分。在被細(xì)絲組織器夾持的光纖釋放拉力以后，布拉格光柵寫入設(shè)備在修改光纖的該部分以產(chǎn)生布拉格光柵之前，對(duì)該部分施加選定的拉力。產(chǎn)生具有基本上相同波長響應(yīng)的多重布拉格光柵需要精確的對(duì)準(zhǔn)并對(duì)于各裝入光纖布拉格光柵寫入設(shè)備的各光纖部分施加同樣拉力。光纖部分對(duì)于布拉格光柵寫入設(shè)備的精確對(duì)準(zhǔn)依賴于細(xì)絲組織器和光柵寫入設(shè)備分別設(shè)置于其中、用來一致地互相相對(duì)定位的特征。一致的裝載和光纖部分張緊依靠音圈驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和空氣懸掛軸承的使用，它們便于基本上無滯后的精細(xì)調(diào)整。
在拉力下的光纖的適當(dāng)部分被放置在光纖布拉格光柵寫入設(shè)備以后，通過觀察寫入過程產(chǎn)生的波長包絡(luò)線的示出，可對(duì)布拉格光柵的寫入進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控。信號(hào)信息通過設(shè)備和光纖的引出線端部之間的連接從光纖發(fā)射到適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控設(shè)備。這在寫入時(shí)提供對(duì)光柵質(zhì)量的反饋，并在其寫入時(shí)表示出接受或舍棄光纖布拉格光柵的方便的決定點(diǎn)。
光纖的退火在熱退火設(shè)備中進(jìn)行，并在完成寫入光纖布拉格光柵后滿足若干要求。過程中的這一步在大約為300℃的溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間為三分鐘以上。退火過程可在超過二十到二十五年時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定布拉格光柵，以防止波長飄移。
在退火和光學(xué)上確定光柵中心波長滿足要求后，光纖和相關(guān)布拉格光柵已準(zhǔn)備好在最后試驗(yàn)前進(jìn)行重涂覆。重涂覆操作采用設(shè)計(jì)用于根據(jù)本發(fā)明的細(xì)絲組織器或較佳地多個(gè)組織器的堆疊結(jié)構(gòu)的設(shè)備?？刹捎媚＞邇?nèi)重涂覆、噴涂重涂覆或擠出模覆層工藝來重涂覆各先前被剝離的光纖部分。注模覆層在此是指?jìng)鹘y(tǒng)的模具內(nèi)重涂覆。噴涂重涂覆采用的方法是光纖在噴涂頭和輻射固化源之間多次通過。擠出重涂覆過程采用組合模具，它設(shè)置在光纖周圍，以便在擠出頭在行進(jìn)過無覆層的光纖部分段時(shí)，在光纖周圍施加可固化的覆層化合物。較佳地模具頭包括一輻射源，擠出的覆層通過暴露在輻射源下而固化。這使重涂覆材料在涂覆后立即固化。
涂覆重涂覆材料以保護(hù)形成在光纖上的布拉格光柵表示可以用在遠(yuǎn)程通訊和相關(guān)應(yīng)用中的布拉格光柵過程的最后的加工操作。所得到的產(chǎn)品最后校驗(yàn)確定其是否通過抗拉強(qiáng)度和視覺檢查的要求。在成功地滿足這些要求后，夾持完成的光纖布拉格光柵的線軸可以從細(xì)絲組織器上拆下，并用于方便地夾持、包裝和運(yùn)輸最終產(chǎn)品。一種用于運(yùn)輸?shù)姆奖愕陌b形式需要在從細(xì)絲組織器取下后將光纖布拉格光柵的全連續(xù)段轉(zhuǎn)移至線軸。線軸的設(shè)計(jì)在全連續(xù)段的光纖轉(zhuǎn)移至線軸后為光纖布拉格光柵元件提供保護(hù)性覆蓋。
更具體地說，本發(fā)明提供一種制造光纖折射率光柵的方法。適當(dāng)?shù)姆椒☉?yīng)包括如下的步驟在第一線軸和第二線軸之間提供一段基本上無扭曲光纖段，將第一線軸和第二線軸到附接支承上。該支承具有面對(duì)第二表面的第一表面，以設(shè)置包括作為可鎖定的線軸的第一線軸和作為旋轉(zhuǎn)線軸的第二線軸的一細(xì)絲組織器。細(xì)絲組織器還包括連接在旋轉(zhuǎn)線軸上的拉緊器，以便至少對(duì)設(shè)置在可鎖定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間一光纖段的中間部分施加拉力。光纖在拉力下的進(jìn)一步加工包括在對(duì)光纖的中間部分施加受控制的拉力之前，從光纖的中間部分至少除去一緩沖覆層。然后，在將中間部分暴露在高強(qiáng)度光化學(xué)輻射的干涉圖案下的過程中，通過改變中間部分的折射率特性來寫入折射率光柵，從而產(chǎn)生折射率光柵。在形成之后光柵可以進(jìn)行退火，并且對(duì)所獲得的光纖裝置進(jìn)行校驗(yàn)測(cè)試，以確定所達(dá)到要求的性能特性。
以上描述的方法采用一種細(xì)絲組織器，它包括具有面對(duì)第二表面的第一表面，還包括連接于所述第一表面的組織器安裝座和附接于所述第二表面的間隔塊。細(xì)絲組織器具有鄰近支承的第一表面的一可鎖定的線軸、鄰近支承第二表面的一旋轉(zhuǎn)線軸和附接于支承的第二表面的一拉緊器。拉緊器包括固定于旋轉(zhuǎn)線軸的拉力線，以便對(duì)其施加拉力，并將拉力傳遞到設(shè)置在可鎖定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間的細(xì)絲上。拉力卸荷組件可有選擇地減少施加于細(xì)絲的拉力。拉力卸荷組件包括提供拉緊器和旋轉(zhuǎn)線軸之間的連接的拉力線、拉力線進(jìn)口和至少一個(gè)用作使拉力線對(duì)準(zhǔn)拉力線進(jìn)口的滑輪。細(xì)絲組織器的其它零件包括至少一個(gè)與支承一體形成并從其中向外延伸的安裝板，和至少一個(gè)形成可鎖定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間的細(xì)絲通路的導(dǎo)向裝置。此外，導(dǎo)向裝置可旋轉(zhuǎn)地安裝在安裝板上，鄰近支承的第一表面，以使細(xì)絲通路與支承有間隔。
在折射率光柵制造中，機(jī)械剝離裝置通過在細(xì)絲相對(duì)端部之間形成可移去的套筒部分來從樹脂覆層的細(xì)絲(呈光纖的形式)上除去樹脂。機(jī)械剝離裝置包括一安裝座，它具有附接于其的一第一夾鉗，用來將細(xì)絲夾持在第一位置。一第二夾鉗附接在安裝座上，與第一夾鉗有一間隔，并與其同軸對(duì)準(zhǔn)，用來將細(xì)絲夾持在第二位置。該裝置包括安裝在安裝座上鄰近第一夾鉗的一第一組切割刀片。第一組切割刀片包括第一上刀片和第一下刀片。上、下刀片各包括弧形的鋒利刀刃，用來切入靠近第一位置的圍繞樹脂覆層的細(xì)絲的樹脂。第二組切割刀片安裝在安裝座上并鄰近第二夾鉗，使第一組切割刀片與第二組切割刀片隔開一距離。在刀片之間的距離小于夾鉗之間的距離。第二組切割刀片包括第二上刀片和第二下刀片，各刀片包括弧形的鋒利刀刃，用來切入靠近第二位置的圍繞樹脂覆層的細(xì)絲的樹脂。一個(gè)固定在安裝座上并連接于第一組切割刀片和第二組切割刀片的刀片促動(dòng)器使上刀片和下刀片一起運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中，鋒利刀刃穿透靠近第一位置的圍繞樹脂覆層的細(xì)絲的樹脂。刀片促動(dòng)器也使第二上刀片和第二下刀片一起運(yùn)動(dòng)，以使刀片邊緣穿透靠近第二位置的圍繞樹脂覆層的細(xì)絲的樹脂。在從樹脂覆層的細(xì)絲上除去樹脂過程中，也設(shè)在安裝座上的一偏置部件使第一組切割刀片和第二組切割刀片互相向?qū)Ψ揭苿?dòng)，以形成可移去的套筒部分。
可移去的套筒部分可以用從處于相對(duì)的光纖端部之間的樹脂覆層的光纖上除去樹脂的方法來形成。該方法提供一種機(jī)械剝離裝置，它包括用來將光纖夾持在第一位置的第一夾鉗，和與第一夾鉗分開并與之同軸對(duì)準(zhǔn)而在第二位置夾持光纖的第二夾鉗。機(jī)械剝離裝置的第一組切割刀片鄰近第一夾鉗，用來切入靠近第一位置的圍繞樹脂覆層的細(xì)絲的樹脂。第二組切割刀片鄰近第二夾鉗，用來切入靠近第二位置的圍繞樹脂覆層的細(xì)絲的樹脂。第一組切割刀片與第二組切割刀片隔開一距離。該距離小于第一和第二夾鉗之間隔開的距離。第一組切割刀片和第二組切割刀片在從樹脂覆層的光纖上除去樹脂以形成可移去的套筒部分過程中，適合于互相向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)。樹脂的除去還包括在第一夾鉗中夾持一光纖和在第二夾鉗夾持該光纖，以使該光纖處于拉力下。操作第一組切割刀片和第二組切割刀片以切入樹脂，從而產(chǎn)生在其各端部具有空隙的可移去的套筒。在第一和第二切割刀片互相向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)時(shí)，在切割樹脂的過程中，在各端部的空隙暴露出一裸露的細(xì)絲部分，從而把可移去的套筒部分從錐形過渡部分段分開。
按照本發(fā)明在另一方面，在從細(xì)絲(例如光纖)上化學(xué)剝離樹脂以前，可采用一種裝置來在一段細(xì)絲中形成一環(huán)。該裝置包括一個(gè)容器，它包含具有前引導(dǎo)槽的前壁和具有后引導(dǎo)槽的后壁，后引導(dǎo)槽與前引導(dǎo)槽處于同一平面并且平行。該容器還包括具有至少一條形成于前壁與后壁之間并與之平行的狹縫的底板。第一細(xì)絲夾持器包括固定的彈性體滾子和可定位的圓筒，兩者在其第一位置上與其間夾持光纖。固定的彈性體滾子可轉(zhuǎn)動(dòng)地從前壁安裝到后壁，使可定位的圓筒裝在鄰近固定的彈性體滾子地前引導(dǎo)槽和后引導(dǎo)槽之間，以便在其中重新定位。第二細(xì)絲夾持器在第二位置上包括可活動(dòng)的彈性體滾子和可活動(dòng)的圓筒，并兩者間夾持細(xì)絲。第二細(xì)絲夾持器與第一細(xì)絲夾持器有一間隔，并且二者之間基本上軸向?qū)?zhǔn)。第二細(xì)絲夾持器朝向第一細(xì)絲夾持器移動(dòng)以減小間隔，使第一位置更靠近第二位置，從而在第一細(xì)絲夾持器和第二細(xì)絲夾持器之間產(chǎn)生細(xì)絲環(huán)。該細(xì)絲環(huán)穿過狹縫向下延伸到所述容器底板，在此它被引入其中有溶劑的貯液器中，從而包圍至少細(xì)絲環(huán)的一部分以溶解該部分的樹脂。按照本發(fā)明的環(huán)形成容器的尺寸可設(shè)置成為可容納一個(gè)或多個(gè)在可鎖定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間有一細(xì)絲的細(xì)絲組織器。在從樹脂覆層的細(xì)絲上(較佳地為光纖)用化學(xué)剝離樹脂的過程中可以包括用環(huán)形成容器形成一個(gè)或多個(gè)細(xì)絲環(huán)的步驟。
按照本發(fā)明細(xì)絲的加工處理需要采用一種細(xì)絲夾持夾具，它包括具有打開位置和關(guān)閉位置的夾持器。夾持器還包括下夾爪座和連接在下夾爪座上的下夾爪，下夾爪具有一平面表面和一個(gè)形成于其中端部開放的V-形溝槽，所述溝槽通向所述平面表面以接納至少一部分細(xì)絲。細(xì)絲夾持夾具還具有上夾爪座及上夾爪組件。上夾爪組件包括附接在上夾爪座上的支承凸緣。支承凸緣包括具有基本上為錐形的凹穴的支承面。包含在上夾爪組件中的光纖夾具有一個(gè)面對(duì)帶有特殊結(jié)構(gòu)的表面的接觸面。帶有特殊結(jié)構(gòu)的表面包括基本上呈矩形截面的端部開放的凹槽。在光纖夾的接觸面形成基本上呈錐形的凹進(jìn)部分。端部開放的凹槽和V-形溝槽縱向?qū)?zhǔn)，當(dāng)夾持器處于關(guān)閉位置時(shí)，它們至少接觸細(xì)絲的一部分。多個(gè)彈簧連接器將光纖夾保持在支承凸緣上。另外，由多個(gè)彈簧連接器產(chǎn)生的力使一個(gè)角度補(bǔ)償器限制在支承表面的凹陷部分和接觸面的下凹部分之間。角度補(bǔ)償器保持支承凸緣于光纖夾分離，以使它們能獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。這導(dǎo)致光纖夾可細(xì)微地調(diào)整，以便在夾持器從打開到運(yùn)動(dòng)到關(guān)閉位置后被夾持于其間的細(xì)絲(較佳地為光纖)與端部開放的凹槽和V-形溝槽的接觸點(diǎn)上施加基本上相等的力。
本發(fā)明還提供一種細(xì)絲拉緊裝置，用來可釋放地在拉力下固定細(xì)絲。拉緊裝置包括拉力保持器和一對(duì)夾持器。拉力保持器至少包括支承桿和可活動(dòng)地裝在支承桿上第一位置的第一滑架。第一滑架包括具有第一夾鉗的上表面和裝于其上以相對(duì)于支承桿運(yùn)動(dòng)的音圈。第二滑架可活動(dòng)地裝在支承桿上的第二位置，使第一位置和第二位位置之間存在一間隔。第二滑架包括具有第二夾鉗的上表面和安裝于其上以相對(duì)于支承桿移動(dòng)的負(fù)載傳感器。第二夾鉗與第一夾鉗軸向?qū)?zhǔn)，以便將經(jīng)過測(cè)量的、包括位于第一邊界與第二邊界之間的裸露部分的細(xì)絲固定在第一夾鉗和第二夾鉗之間。導(dǎo)向桿從音圈延伸，以便與負(fù)載傳感器接觸以調(diào)整第一位置與第二位置的間隔，從而在音圈致動(dòng)的過程中改變施加在經(jīng)過測(cè)量細(xì)絲部分上的拉力。拉緊裝置的一對(duì)夾持器與第一夾鉗和第二夾鉗軸向?qū)?zhǔn)，以基本上使經(jīng)過測(cè)量的細(xì)絲部分的裸露部分固定不動(dòng)。按照本發(fā)明的細(xì)絲拉緊裝置可包括一連接器，以附接一細(xì)絲組織器，以使細(xì)絲(較佳地為光纖)定位成被夾持在第一夾鉗和第二夾鉗之間。細(xì)絲組織器在可鎖定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間夾持細(xì)絲。
已經(jīng)除去樹脂的樹脂覆層的細(xì)絲可以通過使用按照本發(fā)明的細(xì)絲重涂覆裝置的方法來進(jìn)行覆層工作。該細(xì)絲重涂覆裝置包括可釋放地固定細(xì)絲的框架和安裝在框架上以在第一位置和第二位置之間擺動(dòng)的滑架。重涂覆裝置具有安裝在滑架上的第一細(xì)絲夾持夾具。第二細(xì)絲夾持夾具也安裝在滑架上并與第一細(xì)絲夾持夾具軸向?qū)?zhǔn)。兩夾具將包括位于第一邊界和第二邊界內(nèi)的裸露部分的已測(cè)量細(xì)絲部分固定在第一細(xì)絲夾持夾具和第二細(xì)絲夾持夾具之間。至少一個(gè)噴涂頭在第一位置處附接在框架上。輻射源在第二位置處附接在框架上。在滑架擺動(dòng)于第一位置和第二位置之間以將裸露部分放置成接受從噴涂頭噴出的可固化覆層的過程中，已經(jīng)測(cè)量的細(xì)絲部分在噴涂頭和輻射源之間移動(dòng)。噴涂頭從第一邊界到第二邊界涂覆可固化覆層。通過暴露在從輻射源發(fā)出的輻射下，可固化覆層發(fā)生固化?？晒袒矊踊衔锏男〉慰梢杂闷D(zhuǎn)器(諸如氣刀)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，以有選擇地將覆層化合物引向聚集在噴涂頭周圍的多個(gè)細(xì)絲(較佳地為光纖)的裸露部分?？梢詫?duì)細(xì)絲的裸露部分涂覆不同的覆層化合物，以使用一第一化合物重涂覆細(xì)絲并通過在第一覆層化合物上涂覆第二覆層化合物來對(duì)細(xì)絲進(jìn)行包覆。所得的細(xì)絲包括多重涂覆層。
按照本發(fā)明的一種供替代的細(xì)絲重涂覆裝置包括平面表面和固定在平表面上的擠出覆層組件。擠出覆層組件包括第一細(xì)絲夾持夾鉗和與第一細(xì)絲夾持夾鉗相對(duì)的第二細(xì)絲夾持夾鉗。包括位于第一邊界和第二邊界之間的裸露部分的經(jīng)過測(cè)量的細(xì)絲部分處于第一細(xì)絲夾持夾鉗和第二細(xì)絲夾持夾鉗之間。涂覆頭包括模板，該模板具有形成在其中的端部開放的溝槽，該溝槽包括具有鄰近輻射源的流體入口和氣口的壁。涂覆頭還包括具有形成在其中的端部開放的細(xì)長形狹槽的蓋模板。蓋模板具有連接至模板上的鉸鏈連接，以用于蓋模板在開放位置和關(guān)閉位置之間的旋轉(zhuǎn)。在關(guān)閉位置，蓋模板位于鄰近模板并且溝槽與細(xì)長形狹槽對(duì)準(zhǔn)，以形成穿過涂覆頭以包圍裸露部分的一個(gè)區(qū)段的管狀開口。鄰近涂覆頭的一線性運(yùn)輸機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向桿和可滑動(dòng)地安裝在桿上以沿導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)的滑架。從滑架至涂覆頭的連接桿在滑架運(yùn)動(dòng)以使涂覆頭從第一邊界運(yùn)動(dòng)到第二邊界的過程中向涂覆頭提供線性位移?？晒袒黧w可以從流體入口擠出，同時(shí)從輻射源發(fā)出的能量固化可固化的流體以重涂覆細(xì)絲的裸露部分。
一種用于擠出涂覆細(xì)絲方法包括下列步驟提供具有在固定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間延伸細(xì)絲的細(xì)絲組織器，以提供一細(xì)絲(較佳地為光纖)的已經(jīng)測(cè)量的細(xì)絲部分和裸露的細(xì)絲部分。在將細(xì)絲組織器附接在擠出覆層夾具之后，進(jìn)行細(xì)絲裸露部分的重涂覆，所述夾具包括導(dǎo)向桿和可活動(dòng)地安裝在導(dǎo)向桿上的滑架。包括覆層覆頭和輻射源的涂覆模具連接在滑架上。涂覆頭具有開口，它用來將可固化的覆層化合物引導(dǎo)到位于形成在覆層壓模中的溝槽中并在其中穿過的裸露細(xì)絲部分。可固化覆層化合物涂覆在裸露細(xì)絲部分上以提供重涂覆的細(xì)絲部分，其后通過將重涂覆細(xì)絲部分暴露在輻射源下，以對(duì)涂覆在裸露部分上的可固化覆層化合物進(jìn)行輻射固化。
定義術(shù)語“裸露光纖”、或“裸露光纖部分”、或“剝離光纖”或涉及這些名詞的短語在此涉及光纖的已經(jīng)除去保護(hù)層以暴露光纖的二氧化硅表面的部分。
如在此所使用，名詞“包覆層”涉及如圖所示光纖的外層。
術(shù)語“緩沖層”或“初級(jí)緩沖層”在此涉及貼近裸露光纖的聚合物或樹脂層。
“覆層”或“次級(jí)覆層”在此用于描述貼近于緩沖層或初級(jí)緩沖層的聚合物或樹脂層。
在此引用的名詞“樹脂”為通用名詞，描述特別是光纖的細(xì)絲的聚合物包覆層。
術(shù)語“細(xì)絲”在此涉及一種光纖結(jié)構(gòu)，較佳地為“二氧化硅細(xì)絲”。按照本發(fā)明光纖為較佳形式的細(xì)絲。
“錐形過渡部分”描述在覆層光纖承受按照本發(fā)明的機(jī)械剝離之后，最接近裸露光纖部分的緩沖層部分的較佳的是逐收地錐形的形狀。術(shù)語“帶狀化”涉及并排地形成單層的光纖，如扁平的帶狀結(jié)構(gòu)，它便于多光纖的端部的結(jié)合起來，以便插入光纖帶狀連接器的一端。
在此引用的術(shù)語“角度補(bǔ)償器”或“球窩接頭校平器”指插在夾持器的至少一個(gè)夾爪和其它零件之間的自調(diào)整聯(lián)結(jié)器，以獲得在夾爪接觸表面和物件之間的最佳位置關(guān)系，使物件上施加的壓力均勻。
采用“無接觸”方法來重涂覆光纖的裸露部分，是指光纖沒有任何部分接觸重涂覆裝置的任何部件。這是受益于光纖懸掛在細(xì)絲組織器中，該組織器可立即以光纖準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)噴涂頭的方式固定在重涂覆裝置中。
“組合整形模”為多部件光纖重涂覆頭，它可以開放以接受光纖，再關(guān)閉以便在光纖段表面周圍擠出可固化的重涂覆材料，并重新開放而釋放已涂覆的光纖。
術(shù)語“護(hù)罩”指在超聲波噴涂頭上防護(hù)物，用以引導(dǎo)惰性氣體流而夾帶并移動(dòng)一團(tuán)重涂覆化合物小滴朝向目標(biāo)表面，諸如光纖的裸露部分。
本發(fā)明已經(jīng)開發(fā)提供一種工藝和設(shè)備，可以方便地在多重加工處理操作中處理光纖形式的細(xì)絲，這些操作至少可以部分地自動(dòng)化而使用戶進(jìn)一步得益。關(guān)于本發(fā)明幾個(gè)問題方面和可替代的方案，這些改進(jìn)和益處將在下文中更詳細(xì)地描述。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器的立體圖。
圖2在分解立體圖中提供按照本發(fā)明細(xì)絲組織器的細(xì)節(jié)部分。
圖3示出對(duì)于按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器所包含的對(duì)細(xì)絲施加拉力的組件的立體圖。
圖4為細(xì)絲組織器的側(cè)視圖。
圖5提供在堆放結(jié)構(gòu)中多個(gè)細(xì)絲組織器的立體圖。
圖6為雙重涂覆層光纖的剖面圖。
圖7示出在酸蝕剝離后雙重涂覆層光纖的剖面。
圖8提供在機(jī)械剝離以獲得錐形過渡部分后的雙重涂覆層光纖的剖面。
圖9示出在機(jī)械剝離以產(chǎn)生分離的中心緩沖套筒后的光纖的側(cè)視圖。
圖10是示出為機(jī)械剝離而定位的覆層光纖的剖面圖。
圖11是示出在形成錐形過渡部分后的覆層光纖的剖面圖。
圖12示出在從光纖上機(jī)械剝離覆層時(shí)使用的按照本發(fā)明的切割刀片的立體圖。
圖13提供按照本發(fā)明的切割刀片的切割刃的詳圖。
圖14是示出覆層光纖和按照本發(fā)明的切割刀片的切割刃的相對(duì)位置的詳圖。
圖15是說明切割刃的切割深度和穿透圍繞光纖的次級(jí)緩沖層的上刀片定位的剖面圖。
圖16提供示出光纖在機(jī)械剝離次級(jí)緩沖層時(shí)上刀片和下刀片切割深度的剖面圖。
圖17是示出按照本發(fā)明細(xì)絲組織器和機(jī)械剝離裝置的相對(duì)定位的側(cè)視圖的示意性表示。
圖18提供在通過浸入容納在酸浴槽的酸液中以除去覆層時(shí)的覆層光纖環(huán)的剖面圖。
圖19為示出在形成光纖環(huán)前的按照本發(fā)明細(xì)絲組織器和含酸浴槽相對(duì)位置的局部剖面圖。
圖20為示出按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器的相對(duì)位置的局部剖面圖，包括從細(xì)絲組織器懸掛的一環(huán)，該細(xì)絲組織器用以將環(huán)的弧形部分浸入到酸面以下。
圖21為包括部分切去部分的立體圖，示出用于細(xì)絲組織器堆疊結(jié)構(gòu)的環(huán)形成器的內(nèi)部細(xì)節(jié)。
圖22提供按照本發(fā)明細(xì)絲組織器的側(cè)視圖，其中細(xì)絲的引出線部分已從貯存卷軸上退繞。
圖23為在改變光纖的剝離部分時(shí)的按照本發(fā)明細(xì)絲組織器的示意性側(cè)視圖，組織器位于音圈拉緊裝置中。
圖24提供夾夾爪的剖面圖，該夾爪用來在它進(jìn)行改變時(shí)防止光纖的一部分發(fā)生移動(dòng)。
圖25是示出在圖24中夾爪的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)剖面圖。
圖26是按照本發(fā)明夾爪組件的立體圖。
圖27是圖26中通過線27-27線的剖面。
圖28為按照本發(fā)明細(xì)絲組織器位于噴射重涂覆裝置中時(shí)的示意性側(cè)視圖。
圖29為按照本發(fā)明細(xì)絲組織器位于狹縫模板重涂覆裝置中時(shí)的示意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
參照各圖，其中同樣的數(shù)字在各圖中表示相同的零件。圖1是細(xì)絲組織器10的立體圖，包括具有相對(duì)置的側(cè)邊而基本上平面的支承板12。支承板12在其第一側(cè)邊14(這里也稱為其上邊)具有可鎖定線軸16和旋轉(zhuǎn)線軸18的附接點(diǎn)。線軸16、18具有纏繞在它們上和它們之間一段細(xì)絲20。支承板12可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向件24的安裝板22，導(dǎo)向件用來為從可鎖定線軸16延伸到旋轉(zhuǎn)線軸18的細(xì)絲20的一部分建立較佳的位置。導(dǎo)向件24附接在安裝板22上使導(dǎo)向件響應(yīng)細(xì)絲20的運(yùn)動(dòng)而作適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)。
按照本發(fā)明，支承板12可選擇地包括至少一個(gè)形成在其上的開口26，作為用手抓住支承板12的一方便的部位。開口26較佳地占據(jù)足夠地遠(yuǎn)離光纖20的位置，以防止無意中觸及細(xì)絲20(如一光纖)的表面、特別是其裸露表面。如圖1所示，當(dāng)位于可鎖定線軸16和旋轉(zhuǎn)線軸18之間并面對(duì)細(xì)絲20的暴露部分，開口26的定位合適地從細(xì)絲隔開。
圖2采用部分分解視圖示出按照本發(fā)明細(xì)絲組織器10的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。該視圖描述可鎖定線軸16、旋轉(zhuǎn)線軸18和一對(duì)導(dǎo)向件24可以如何固定在基本上為平面的支承板12。如先前建議，計(jì)算機(jī)控制的光纖分配器可以用來在一對(duì)線軸16、18之間裝載預(yù)定數(shù)量的光纖。一段連續(xù)的光纖較佳地具有三個(gè)區(qū)段，包括主段或中間段，其長度為若干米，并分隔兩相對(duì)端或兩引出線部分，各該兩部分約為一米長度。典型地中間段具有一到六米長度。各線軸16、18為光纖的引出線提供儲(chǔ)存場(chǎng)所。作為引出線部分的細(xì)絲匝圈以中間段細(xì)絲匝圈同樣的方向纏繞在線軸16、18上。線軸16、18各包括芯子分隔器(見圖4)，以便從光纖20的中間段分離引出線而在細(xì)絲加工處理中利于引出線的解開。
在光纖裝載以后，線軸16、18被分開并安裝在支承板12上作為儲(chǔ)存，且一段細(xì)絲伸展在線軸16、18之間。在線軸16的軸向溝槽28與固定在支承板12上的立柱30之間的滑動(dòng)接合中，線軸16、18之一成為可鎖定的線軸16。可鎖定線軸16的各面板32包括至少一對(duì)位于軸向溝槽28兩側(cè)的開口34。開口34為接合而與一對(duì)剛性地連接在支承板12上的栓釘36對(duì)齊。當(dāng)軸向溝槽28和開口34安置在立柱30和栓釘36上時(shí)，因?yàn)樗ㄡ?6限制其行動(dòng)，可鎖定的線軸16不能轉(zhuǎn)動(dòng)。如上所描述，在可鎖定的線軸16安裝后，在可鎖定的線軸16和旋轉(zhuǎn)線軸18之間細(xì)絲20長度的變化需要通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)線軸18來調(diào)整細(xì)絲20。旋轉(zhuǎn)線軸18的轉(zhuǎn)動(dòng)依靠在插座孔40中摩擦保持的軸承38，該孔40形成在細(xì)絲組織器10的支承板中。軸承38在一側(cè)利于線軸插座42的轉(zhuǎn)動(dòng)而在另一側(cè)利于拉力插座44的轉(zhuǎn)動(dòng)。線軸插座42具有心軸46和一對(duì)銷子48，以與旋轉(zhuǎn)線軸18的兩面板上的軸向孔50及接受孔52對(duì)準(zhǔn)。雖然是以固定的關(guān)系的保持住，但旋轉(zhuǎn)線軸18和線軸插座42具有由軸承38提供的旋轉(zhuǎn)自由。
圖2所示本發(fā)明的實(shí)施方案包括一對(duì)導(dǎo)向件24，各采取圍繞輪軸56旋轉(zhuǎn)的惰輪形式。輪軸56的一端連接到支承板12的第一面14。通過旋轉(zhuǎn)線軸18的轉(zhuǎn)動(dòng)，從線軸解開的細(xì)絲20，在可鎖定線軸16和旋轉(zhuǎn)線軸18之間產(chǎn)生足夠的細(xì)絲20，從可鎖定線軸16到旋轉(zhuǎn)線軸18的細(xì)絲20的路徑圍繞并各惰輪24通過。結(jié)果所得的組件，包括細(xì)絲20，如圖1所示(當(dāng)細(xì)絲為光纖20時(shí))，提供較佳的方位。例如在制造光纖布拉格光柵中，該方位把光纖20放置在可容易地接近的精確的空間上加工位置上。
光纖布拉格光柵的形成經(jīng)常需要施加拉力于夾持在按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器10中的細(xì)絲20、即光纖。參照?qǐng)D3說明一種使用附接于支承板12下側(cè)面60上的拉緊器58以對(duì)細(xì)絲20施加拉力的裝置。拉緊器58對(duì)細(xì)絲20或光纖施加恒定的力，以維持細(xì)絲20在輕微的拉力下。從拉緊器58輸出的力可以通過包括連接在拉力器58和拉力插座44之間的拉力線62在內(nèi)的一系列部件傳遞到細(xì)絲20。拉力插座44作用在線軸插座42上，因?yàn)槎咧g有直接的連接。線軸插座42的運(yùn)動(dòng)促使旋轉(zhuǎn)線軸18相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中線軸18中心定位在心軸46上，并被附接在線軸插座42上銷子48的運(yùn)動(dòng)所驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)線軸18的運(yùn)動(dòng)在細(xì)絲20或光纖上產(chǎn)生拉力，其值與拉緊器58產(chǎn)生的恒常力成正比。
拉緊器58中的拉力以20克到200克的力作用在拉力線62上。通過拉力線62和拉力插座44分布的力，導(dǎo)致在細(xì)絲20(夾持在細(xì)絲關(guān)組織器10中)中形成50克到100克拉力的合力。拉力插座44典型地約為旋轉(zhuǎn)線軸18直徑的一半。
拉力線62可以無阻礙地通過拉緊器58和拉力插座44之間。不過，較佳地拉力線62區(qū)段的位置允許接近和調(diào)整拉力線62位置，以便從細(xì)絲20除去拉力。去除恒力拉緊器58效果可采用一種減力組件，它包括在支承板12邊緣上所形成凹口66兩側(cè)的一對(duì)滑輪64。拉力線62，繞滑輪64通過并越過缺口66，可以夾住在缺口附近，并平行于板12的邊緣朝向最近的導(dǎo)向件24稍微延伸。1.0毫米到2.0毫米的移動(dòng)可釋放由拉緊器58施加在細(xì)絲20上的拉力。在準(zhǔn)備重新對(duì)光纖再張緊前，釋放拉力可松弛細(xì)絲20(光纖形式)。光纖20的松弛和再加張緊一已知的和布拉格光柵寫入過程所需的可重復(fù)量的拉力，使結(jié)果所得的光纖布拉格光柵將展示基本上呈同樣的波長響應(yīng)。
在細(xì)絲處理中，在拉力下將細(xì)絲20在細(xì)絲組織器10上以后，一段幾米長的細(xì)絲可以受保護(hù)的用線軸卷起的狀態(tài)方便地在處理工位之間運(yùn)載。細(xì)絲處理的早期方法需要操作者手工運(yùn)送長度超過六米的細(xì)絲。要求小心避免尾隨的細(xì)絲接觸地板和其它可能造成污染的表面，并減少細(xì)絲設(shè)備的產(chǎn)量。按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器10可以利用支承板12上開口26來進(jìn)行處理。開口26的位置可盡量減少不希望的、無意手地與任何細(xì)絲20的暴露部分的接觸。
圖4示出按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器10的側(cè)視圖，說明在支承板12的上側(cè)面14和下側(cè)面60上的部件相對(duì)位置。該圖示出在支承板12下側(cè)面上的拉緊器58、隔離塊70、線軸插座44、拉力線62和滑輪64。支承板12的上側(cè)面提供附接組織器安裝座72、可鎖定線軸16和旋轉(zhuǎn)線軸18的表面，其中在線軸之間如前所描述夾持在輕微拉力下的光纖20。用于儲(chǔ)存一段光纖20的線軸16、18為分隔的線軸，因?yàn)榭涉i定線軸16包括分隔壁15而旋轉(zhuǎn)線軸具有離境隔壁17。位于線軸16、18之間的部分光纖20占用在各分隔壁15和隔離壁17下方線軸16、18的下芯19。這使各線軸的上芯部分21、即在分隔壁15和隔離壁17上面接受連續(xù)光纖20段的引出線端部。在光纖處理中，利用儲(chǔ)存線軸16、18的下芯部分19和上芯部分21，從光纖20的端頭或引出線端分出中間段，利于只解開光纖20的引出線部分。
在合適設(shè)計(jì)中，可以聯(lián)合二個(gè)或更多的細(xì)絲組織器10形成細(xì)絲組織器10的組合。如圖5所述明，術(shù)語“堆疊結(jié)構(gòu)68”在此描述一種細(xì)絲組織器10的組合。設(shè)計(jì)中考慮的問題包括在支承板12的下表面上放置穩(wěn)定間隔塊70以便與設(shè)定在支承板12上表面14上的組織器安裝座72配準(zhǔn)。間隔塊70可能沒有足夠的高度夾持拉緊器58而避開細(xì)絲組織器10可能在形成堆疊結(jié)構(gòu)68前已經(jīng)設(shè)置于其上的表面。這個(gè)問題可以采用在支承板12的下表面60和平面表面之間具有適當(dāng)輪廓外形的間隔塊來克服。正確堆疊結(jié)構(gòu)68的形成要求一個(gè)細(xì)絲組織器10疊加在另一個(gè)的頂上，其中面向下方的細(xì)絲組織器70和面向上方的組織器安裝座72適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)，以通過細(xì)絲組織器10之間的配準(zhǔn)產(chǎn)生穩(wěn)定的堆疊結(jié)構(gòu)68。間隔塊70和組織器安裝座72的組合高度在細(xì)絲組織器10之間提供足夠的間距。間隔塊70和組織器安裝座72的對(duì)準(zhǔn)所產(chǎn)生的堆疊結(jié)構(gòu)68以預(yù)定的關(guān)系整齊地組織對(duì)應(yīng)于細(xì)絲組織器10的數(shù)量的一定數(shù)量的細(xì)絲20。該關(guān)系促成堆疊結(jié)構(gòu)68對(duì)于細(xì)絲處理設(shè)備的最佳方位。在堆疊結(jié)構(gòu)68中細(xì)絲20的間距為12.5毫米(0.5英寸)至27.5毫米(1.2英寸)，較佳地為18毫米(0.7英寸)至23毫米(0.9英寸)。
間隔塊70和組織器安裝座72可以認(rèn)為是一個(gè)細(xì)絲組織器10相對(duì)其最鄰近組織器對(duì)準(zhǔn)的主要部件。實(shí)際光纖20的定位和間隔依賴于在支承板12上間隔塊70和組織器安裝座72的位置和相對(duì)高度。這意味著支承板12的設(shè)計(jì)決定一段細(xì)絲20的位置，使它可以方便地設(shè)置在堆疊結(jié)構(gòu)68中。在此以外，細(xì)絲20在支承板12上占據(jù)已知位置，其中光纖20對(duì)支承板12其它部分具有一致的間距，其它部分指諸如安裝板22和支承板12的上側(cè)面14及下側(cè)面60。這些特征對(duì)聯(lián)合細(xì)絲組織器10、68到各種設(shè)備(其中設(shè)置一條或多條細(xì)絲10準(zhǔn)備加工)提供參考點(diǎn)。這提供一種細(xì)絲組織器10和堆疊結(jié)構(gòu)68適合于自動(dòng)化處理的應(yīng)用而不需要操作者干涉。
處理在堆疊結(jié)構(gòu)68中多個(gè)細(xì)絲組織器10的裝置包括堆放連接器74的安裝臺(tái)，所述堆放連接器可選地包括攜帶夾76。較佳地堆放連接器74包括一個(gè)或多個(gè)插入包括在支承板12中的通孔80(見圖1)的桿78。桿78可以包括作為在堆疊結(jié)構(gòu)68中最低細(xì)絲組織器10的支承的凸緣。作為替代，當(dāng)堆放連接器74包括用螺紋旋入通過多個(gè)細(xì)絲組織器10的附加的桿78時(shí)，可以用撐架連接鄰近在堆疊結(jié)構(gòu)68中最低細(xì)絲組織器10的下表面60的桿78的端部。攜帶夾76可以通過任何一種連接方法固定在堆放連接器74上。從堆疊結(jié)構(gòu)68突出的桿78可以包括螺紋端部分，它可以被攜帶夾76中的管狀開孔(不可見)所接納。帶螺蚊的螺帽或相似的保持件82可以固定夾76在堆放連接器74上。這提供一種穩(wěn)定的多細(xì)絲組織器10的堆疊結(jié)構(gòu)68，它可諸工位之間輕松地運(yùn)送，以在單批或自動(dòng)化操作中處理多條細(xì)絲10。
光纖形式的細(xì)絲20一旦安裝在細(xì)絲組織器10中，需要一系列步驟以便在光纖20的選出的部分上產(chǎn)生折射率改變的特征。采用拉伸塔的光纖制造通常地包括在光纖段上敷設(shè)保護(hù)層。可使用多種術(shù)語來區(qū)別光纖保護(hù)層，這些術(shù)語包括緩沖層和覆層。術(shù)語“緩沖層”通常認(rèn)為是直接涂覆覆在裸光纖上的材料?！案矊印蓖ǔＶ竿扛哺苍诰彌_層上的保護(hù)材料。
圖6為示出保護(hù)覆層的諸層的光纖剖面圖。在此使用的術(shù)語“初級(jí)緩沖層”是指緩沖層100，而術(shù)語“次級(jí)緩沖層”102是指涂覆覆于初級(jí)緩沖層100的覆層。光纖布拉格光柵的制造需要從儲(chǔ)存在細(xì)絲組織器10中光纖20的中間部分上除去初級(jí)緩沖層100和次級(jí)緩沖層102。一種剝離緩沖層的方法要求把光纖浸入熱濃硫酸浴槽中。較佳地，在加熱和從光纖剝離緩沖層100、102以前，硫酸濃度為至少95％。酸蝕剝離發(fā)生在150℃以上。酸蝕剝離與其它用來除去緩沖層100、102的方法比較，較少可能發(fā)生對(duì)玻璃芯106的損傷，因?yàn)椴Ａ悄退岬摹?br> 熱酸浴槽為除去單獨(dú)緩沖層提供有效的介質(zhì)，但有些光纖形式可能具有不同溶化速度的多重涂覆層。這些形式的光纖可能包括在較軟的、初級(jí)緩沖保護(hù)層100上面相對(duì)不可溶解的、硬質(zhì)次級(jí)緩沖層102，如圖6和圖7所示。在熱酸蝕剝離中，較軟的初級(jí)緩沖層100可能較次級(jí)緩沖層102更快溶解。從裸光纖106溶解聚合物的過程可能伴隨著由于濃硫酸侵襲造成的磺化解聚的化學(xué)分解。聚合物分解產(chǎn)物可能損害按照本發(fā)明改變的光纖的外觀和性能。
在次級(jí)緩沖層102下設(shè)置初級(jí)緩沖層100能夠?qū)е鲁跫?jí)緩沖層100優(yōu)先除去。初級(jí)緩沖層100的優(yōu)先除去在次級(jí)緩沖層102下產(chǎn)生低切104，這使次級(jí)緩沖層102向內(nèi)向裸光纖106坍陷。在次級(jí)緩沖層102坍陷時(shí)，它能夠在裸光纖106面上截留酸液或氣泡。截留包括酸和其它液體或氣體的材料能夠產(chǎn)生導(dǎo)致對(duì)于所設(shè)計(jì)的應(yīng)用中的光纖20過早的損壞。
過早損壞的一個(gè)促成因素，如先前所述明，可能是在強(qiáng)酸處理后存在分解的聚合物物質(zhì)。可以用中間機(jī)械剝離方法，在初級(jí)緩沖層100和裸光纖106之間提供切割的錐形過渡部分108(如圖所示)而避免這種情況。錐形過渡部分108，如前所描述，可以防止次級(jí)緩沖層102的坍陷。按照本發(fā)明，當(dāng)機(jī)械剝離時(shí)，在酸蝕剝離之前形成的錐形端部108可以在初級(jí)緩沖層100和光纖106的裸露表面之間的結(jié)合處呈現(xiàn)較佳的幾何形狀。
圖9示出如何可以用一對(duì)切割刀片沿其長度的兩點(diǎn)之間剝離光纖20中間的中心部分。待剝離的中間部分較佳地處于按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器10中。機(jī)械的光纖剝離裝置容納細(xì)絲組織器10，可提供從光纖20剝離緩沖層100、102正確的方位。該裝置控制切入次級(jí)緩沖層102的刀片(未示出)，這在一對(duì)錐形過渡部分108之間產(chǎn)生分離的緩沖套筒110，當(dāng)初級(jí)緩沖層100和次級(jí)緩沖層102已除去時(shí)，錐形過渡部分108限定裸露光纖的長度。緩沖套筒110的各端包括剝離頸圈112，提供接近光纖106裸露表面的空隙。
圖10和圖11澄清剝離覆層光纖20中間部分所需要的基本部件和步驟。第一夾鉗120夾持覆層光纖20一部分的一端。覆層光纖20包括外涂一層或更多層保護(hù)樹脂層100、102的光纖芯線106。第二夾鉗122夾持覆層光纖一部分的另一端。夾鉗120、122均夾持相對(duì)地較硬的次級(jí)緩沖層102的外表面。這防止損壞下面的光纖芯線106。較佳地夾鉗120、122包括諸如橡膠的摩擦夾持表面，或彈性體夾持表面，在機(jī)械剝離中它們可以抵抗光纖移動(dòng)。
固定不動(dòng)的覆層光纖處于輕微的拉力下，較佳地為50克。第一夾鉗和第二夾鉗之間的典型間隔為50.0毫米(2.0英寸)至100毫米(4.0英寸)，較佳地為75毫米(3.0英寸)至90毫米(3.5英寸)。在限制光纖在一對(duì)夾鉗120、122之間移動(dòng)后，至少一組切割刀片124緊靠覆層光纖20放置，其中上切割刀片126的鋒利刀刃抵靠在圍繞光纖20的覆層102表面上。要求的位置由第一組切割刀片124相對(duì)于夾住的覆層光纖20的位置示出。在圖10中所示的第二組切割刀片130位于在穿透光纖20的次級(jí)緩沖層102后的一位置。各組切割刀片包括上刀片126和下刀片128。各切割刀片126、128的鋒利刀刃包括至少一個(gè)缺口，其半徑與涂覆覆在裸光纖106上的任何初級(jí)緩沖層100相同。在光纖剝離時(shí)，上刀片126和下刀片128向內(nèi)移動(dòng)，如第二組切割刀片130所示，切穿次級(jí)緩沖層102，一直到在穿透初級(jí)緩沖層100前它們互相接觸。在該點(diǎn)上，第一組切割刀片124和第二組切割刀片120之間的距離典型地為30毫米(1.2英寸)至40毫米(1.5英寸)。在切穿外部或次級(jí)緩沖層102后，施加適當(dāng)?shù)牧α恳苿?dòng)第二組切割刀片120使其更接近第一組切割刀片124并平行于光纖20的軸線。第二組切割刀片130的這一橫向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生剝離作用，并導(dǎo)產(chǎn)生致光纖20芯線106周圍覆層中的空隙132。剝離作用使在空隙132中的光纖裸露部分暴露。該空隙132的一側(cè)在初級(jí)緩沖層100中、從裸光纖106到次級(jí)緩沖層102具有呈一定外形的錐形過渡部分段108。空隙的另一端包括壓縮的、剝離頸圈112(由剝下的100、102層構(gòu)成)。當(dāng)切割和剝離操作在覆層光纖部分的一端已經(jīng)完成，光纖20的對(duì)面一端可以通過第一組切割刀片124切割動(dòng)作開始剝離。如圖9所闡明，這在裸露光纖106周圍的覆層中產(chǎn)生第二空隙134。第二空隙134包括一相似于第二組切割刀片130的切割動(dòng)作所產(chǎn)生的錐形過渡部分108的錐形過渡部分108。
對(duì)機(jī)械剝離光纖應(yīng)用酸蝕剝離，如圖9所示，較佳地只暴露緩沖套筒110供酸液侵蝕。只要錐形端108(這里也稱作錐形過渡部分)保持在強(qiáng)酸液以外，它們可保持不被侵蝕，并化學(xué)上不變化。在該情況下，錐形過渡部分段108具有與重涂覆化合物更兼容的表面能量。這使重涂覆化合物，緊隨著細(xì)絲中心部分的改變，容易地潤濕錐形過渡部分段108的表面。表面兼容性和容易被再涂成分潤濕的特性在從前涂覆和重涂覆光纖區(qū)段之間產(chǎn)生無缺陷的連結(jié)。在光纖過渡區(qū)域中存在例如氣泡之類的缺陷可能不利地影響光纖裝置的機(jī)械強(qiáng)度和光傳輸性能，使其不適合所預(yù)定的用途。
圖12示出用于切割次級(jí)緩沖層102和除去初級(jí)緩沖層100以使初級(jí)緩沖層100從裸光纖106分離的刀片部件的設(shè)計(jì)。如圖12所示，刀片140提供可能包含在切割刀片124、130中的詳細(xì)特征。刀片包括同時(shí)剝離若干條光纖20的設(shè)備。最好同一刀片140可以用來剝離單獨(dú)或多條光纖20，視插入剝離裝置(見圖17)的細(xì)絲組織器10數(shù)量而定。
按照本發(fā)明剝離刀140包括作為刀片140的一部分的至少一個(gè)斜面142，該斜面包括若干條機(jī)加工在其上面的溝槽144。溝槽144通向斜面142的邊緣146，而鋒利的缺口148具有大致為半圓的截面(當(dāng)如圖14所示地從斜面142對(duì)面觀察時(shí))。圖13所示詳細(xì)視圖澄清包括在此機(jī)加工溝槽144的斜面142結(jié)構(gòu)。在圖14中包括一覆層光纖20，以示出在次級(jí)緩沖層102被切割刀片140的鋒利的缺口148穿透以前的較佳位置。鋒利缺口148的刀片較佳地只達(dá)到光纖20的初級(jí)覆層100的外表面而不切入其中。當(dāng)使用作為從光纖20剝離覆層時(shí)，缺口148在光纖芯線106周圍切出圓形路徑，如圖15和圖16所示。在圖15示出中鋒利的缺口148看來似乎在上切割刀片126穿透光纖20的次級(jí)緩沖層102之后。這涉及如圖10所示第二組切割刀片130的位置。第二組切割刀片130的上刀片126和下刀片128之間的關(guān)系在圖16的示意性表示中示出。上刀片126和下刀片128的鋒利缺口148已經(jīng)穿透次級(jí)緩沖層102而未達(dá)到初級(jí)緩沖層100的表面。因?yàn)榈镀?26、128的前進(jìn)刃口146已經(jīng)在此接觸，所以兩刀片126、128均不能再前進(jìn)。
按照本發(fā)明剝離刀片126、128執(zhí)行雙軸向運(yùn)動(dòng)。刀片126最初的朝向光纖芯線的運(yùn)動(dòng)在刀片穿透光纖20的次級(jí)緩沖層102時(shí)產(chǎn)生切割。在穿過次級(jí)緩沖層102的厚度后，刀片開始平行于其軸線向光纖20的中央移動(dòng)。該移動(dòng)破壞覆層100、102，在較軟的初級(jí)緩沖層100中產(chǎn)生明顯清晰的錐形部分108。在某些情況，如圖11所示錐形部分可以延伸進(jìn)入次級(jí)緩沖層。錐度108提供從覆蓋的緩沖結(jié)構(gòu)100、102分離出裸光纖的錐形邊界。
如上所述，機(jī)械剝離裝置包括兩組垂直打開和關(guān)閉的切割刀片124、130，適合于先垂直然后水平運(yùn)動(dòng)或者獨(dú)立地或者同時(shí)地運(yùn)動(dòng)。處于切割刀片的兩側(cè)的一對(duì)夾鉗120、122在剝離過程中在已說明的條件下夾持可剝離的細(xì)絲。機(jī)械剝離裝置的另一實(shí)施方案在切割過程中變化進(jìn)入角度以改變錐形過渡部分108的形狀。當(dāng)?shù)镀?24、130向夾緊的光纖20周圍的覆層100、102閉合時(shí)，帶角度的斜面或偏置的凸輪表面偏移刀片的路徑，使其按預(yù)定的進(jìn)入角度切入覆層102，以提供一種受控制的錐形過渡部分。這通過斜角地移動(dòng)刀片124、130進(jìn)入覆層產(chǎn)生一種有目的性的成角度切削。凸輪表面角度任何變化在錐形過渡部分段108的角度上產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使覆層100、102一致地可復(fù)制的輪廓緊靠光纖裸露部分的兩側(cè)。合適地選擇凸輪角度所產(chǎn)生的錐形過渡部分段108具有利于光纖裸露部分基本上無缺陷重涂覆的輪廓和尺寸。提供錐形過渡部分的成功機(jī)械剝離可以在大氣環(huán)境下進(jìn)行，如以前所指出。不過有些緩沖層樹脂的模量處于使錐形過渡部分的形成復(fù)雜化的范圍。在這些情況下，試圖使用機(jī)械剝離過程產(chǎn)生所要求的錐形過渡部分之前，必須通過加熱或施加化學(xué)作用來進(jìn)行軟化。
機(jī)械過程下光纖剝離的完成使光纖20的中間部分具有保護(hù)緩沖層100、102構(gòu)成的中間套筒110，它是在光纖芯線106上的緩沖層100、102剩余部分中分離出來。在套筒110和緩沖層100、102的剩余部分之間的相對(duì)的空隙132、134為熱酸提供穿入中間套筒110下面的部位，利于除去溶解于熱酸的套筒110。較佳地酸液并不到達(dá)以前用機(jī)械剝離的覆層光纖20的錐形過渡部分段108。在除去溶解在熱酸中的中間套筒后，緊隨著在水和酒精中漂洗，剩下清潔的光纖裸露部分106處于進(jìn)一步加工的合適狀態(tài)。依照機(jī)械剝離的有效性，多數(shù)破壞的緩沖套筒110可從光纖裸露部分剔除。這減少在酸蝕剝離中需要從光纖20溶解的緩沖層的量。
從光纖20剝離保護(hù)緩沖層可以使用為該任務(wù)適當(dāng)設(shè)計(jì)的設(shè)備，在自動(dòng)化或半自動(dòng)化過程中進(jìn)行。較佳地，設(shè)備的設(shè)計(jì)容許多光纖20在一次操作中進(jìn)行。圖17示出細(xì)絲組織器10相對(duì)于機(jī)械剝離裝置150的定位。按照本發(fā)明機(jī)械剝離裝置150包括安裝座152，它作為光纖夾鉗120、122和切割刀片組124、130的安裝平臺(tái)。光纖夾鉗120、122可以相對(duì)于安裝座152移動(dòng)或者固定在其上。夾鉗120、122任選的固定，有利于光纖20在其由細(xì)絲組織器設(shè)定的初始拉力下或者在可移動(dòng)夾鉗120、122產(chǎn)生的拉力下進(jìn)行機(jī)械剝離。
切割刀片組124、130可滑動(dòng)地接合安裝座152的表面。切割刀片組124、130的滑動(dòng)接合有利于刀片124、130的軸向運(yùn)動(dòng)以形成錐形過渡部分，如以前所描述。假如細(xì)絲20、夾鉗120、122和切割刀片124、130對(duì)齊在一公共的軸線上，可以通過合適的方法相對(duì)繼續(xù)剝離裝置150懸掛細(xì)絲組織器10。
在初步機(jī)械剝離光纖20的中間部分以后，酸蝕剝離可能需要形成從細(xì)絲組織器10中懸掛的環(huán)。懸掛的環(huán)可以浸沒在熱濃硫酸中。酸浴是一種方便清潔的從抗酸的玻璃上除去緩沖覆層的方法。
一種已知的方法使用酸來從光纖除去保護(hù)層。該方法需要單獨(dú)地處理各光纖的長度達(dá)六到八米。由于細(xì)絲結(jié)構(gòu)的小直徑和透明度，需要小心處理這樣的光纖。如果光纖在處理時(shí)鉤住一個(gè)物件，玻璃光纖芯線可能斷裂而不立即示出損壞的跡象。
形成環(huán)狀的手工方法包括在兩個(gè)分隔距離大約為六英寸的擋塊上延伸光纖。第一擋塊160對(duì)第二擋塊162的合攏產(chǎn)生環(huán)164，如圖18所示。該圖也包括酸液浴槽166，該槽能將擋塊160、162和環(huán)164懸掛在酸液168(較佳地為硫酸)中適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，以便從U-形環(huán)164上溶解緩沖層100、102。從光纖20上除去覆層100、102的長度將視光纖環(huán)164延伸在酸液面170以下的深度而定。
相對(duì)地比較容易使環(huán)具有所要求的尺寸和形狀，但個(gè)別的光纖需要小心處理，以避免損壞暴露的玻璃表面。光纖20的“U”形環(huán)164靠在一對(duì)擋塊160、162的一側(cè)，其中相對(duì)地較長的拖出光纖端172從擋塊160、162的相對(duì)側(cè)延伸。在該結(jié)構(gòu)中，環(huán)164和光纖端部172處于斷裂或相關(guān)損壞的危險(xiǎn)。損壞以各種方式發(fā)生，包括不經(jīng)意的接觸或者在光纖處理操作中的沖擊，這些操作包括從光纖20酸蝕除去緩沖層100、102、寫入光纖布拉格光柵、光纖退火、光纖重涂覆以及諸如此類的操作。這一問題可以利用按照本發(fā)明細(xì)絲組織器10避免。光纖20形式的細(xì)絲可容易地裝載到細(xì)絲組織器上而無損壞。細(xì)絲組織器的設(shè)計(jì)也容許堆放多個(gè)組織器以增加加工的產(chǎn)量。細(xì)絲組織器的堆疊結(jié)構(gòu)68使細(xì)絲(即光纖20)以合適間隔關(guān)系放置，以便進(jìn)行從光纖的剝離處理到光纖布拉格光柵重涂覆的加工，如以下進(jìn)一步描述。
圖19示出用于酸蝕剝離的一細(xì)絲組織器10結(jié)構(gòu)布置，它使用一種可在細(xì)絲組織器10中重新定位光纖20的裝置，以便產(chǎn)生相似于以前描述的在擋塊160、162之間形成的環(huán)164的懸掛光纖環(huán)。該裝置如圖19所示在沿其長度的兩點(diǎn)上夾持覆層光纖20。如圖20所示，當(dāng)這兩點(diǎn)互相靠近移動(dòng)時(shí)就形成光纖環(huán)。該光纖一端夾持在一對(duì)光纖卷180之間的點(diǎn)上，而在第二點(diǎn)由第二對(duì)光纖卷182夾持。各對(duì)光纖卷180、182的下輥184、188覆蓋一層彈性體。各輥直徑根據(jù)光纖可取的最小彎曲直徑以避免在光纖形成環(huán)形的操作中引起損壞的彎曲應(yīng)力。彈性體可提供對(duì)低接觸應(yīng)力的順應(yīng)性，減少光纖滑動(dòng)，并同時(shí)夾持多條光纖。
各對(duì)光纖卷180、182聚合以捏持光纖20。其次，各對(duì)的上輥186、190相對(duì)旋轉(zhuǎn)，造成在光纖20中淺度彎曲。當(dāng)成對(duì)光纖卷180、182互相朝向?qū)Ψ揭苿?dòng)時(shí)，該淺度彎曲建立起被機(jī)械形成的環(huán)所占據(jù)的平面。通過使用二個(gè)可移動(dòng)上輥186、190和二個(gè)固定的下輥186、188成環(huán)方法可使光纖托盤10上。
在其實(shí)施方案之一中，本發(fā)明有利于在一次操作中進(jìn)行多條光纖的酸蝕剝離過程。成功地處理多條光纖需要幾個(gè)特征，這在使用本發(fā)明的細(xì)絲組織器時(shí)是可能的。特別重要的是使用使光纖20成為環(huán)形且同時(shí)盡量減少光纖損壞的工具。合適的成環(huán)工具以重復(fù)的尺寸和形狀形成環(huán)。一旦成型，較佳地光纖環(huán)不從其平面中彎曲出去。這一特征對(duì)于多光纖的處理是重要的，如果發(fā)生彎曲出平面以外多光纖趨于互相干涉。另外，采用多光纖堆疊結(jié)構(gòu)形成的環(huán)具有基本上同樣的尺寸和形狀，如自動(dòng)化或半自動(dòng)化處理所要求的那樣。
圖21示出按照本發(fā)明環(huán)成形器200的立體圖，包括在環(huán)成形容器202內(nèi)細(xì)絲組織器10的堆疊結(jié)構(gòu)68的位置細(xì)節(jié)。環(huán)成形容器202基本上是封閉盒，包括底板204、前壁(未示)、后壁206和第一208及第二210側(cè)壁。在容器內(nèi)，第一壁架212占據(jù)鄰近第一側(cè)壁208和底板204之間連接處的位置。第二壁架214占據(jù)相似的鄰近第二側(cè)壁210和底板204之間連接處的位置。底板204包括多個(gè)正交地設(shè)置朝向第一壁架212和第二壁架214的縱向狹縫216。前壁和后壁206包括大體U-形的導(dǎo)向槽218(在圖21中用虛線表示)。較佳地導(dǎo)向槽218包括在一端連接至斜角槽222而另一端至相對(duì)的斜角槽224的水平槽220。落座的輥226包括輪軸228，其一端接合環(huán)成形容器202前壁和后壁206中水平槽220。該落座的輥226較佳地具有彈性體材料的包覆層?？苫顒?dòng)的輥230包括兩軸端232，其端部延伸進(jìn)入前壁和后壁206上的水平槽220。可活動(dòng)的輥230沿水平槽220的長度上是可重復(fù)定位的，以便于從位于環(huán)成形容器202中細(xì)絲組織器10的堆疊結(jié)構(gòu)68中形成多條延伸光纖環(huán)234。
環(huán)成形器200容納細(xì)絲組織器10的堆疊結(jié)構(gòu)68。在環(huán)成形容器202中安裝堆疊結(jié)構(gòu)68要求堆疊結(jié)構(gòu)68定向成光纖20與容器202的底板204上多條狹縫216對(duì)準(zhǔn)。這可以通過用支承板12中開口26夾持堆疊結(jié)構(gòu)68，隨后把堆疊結(jié)構(gòu)68下放進(jìn)入環(huán)成形容器202，一直到細(xì)絲組織器10的安裝板22靠在第一壁架212和第二壁架214上而完成(如圖21所示)。堆疊結(jié)構(gòu)68安裝時(shí)，落座的輥226和可活動(dòng)的輥230分別裝在水平槽220的相對(duì)兩端。堆疊結(jié)構(gòu)68相對(duì)于落座輥226和可活動(dòng)輥230的正確定位各細(xì)絲20和輥226、230的表面之間提供平穩(wěn)的接觸。在此情況下，細(xì)絲20應(yīng)該仍處于拉力下并且沒有彎曲。
在堆疊結(jié)構(gòu)68定位于環(huán)成形容器202以后，其中細(xì)絲20觸及完全分開的輥226、230，第一桿236被插入通過前壁的斜角槽222，并延伸跨越容器202進(jìn)入環(huán)成形容器202的后壁206中的斜角槽222。插入后，第一桿236占據(jù)斜角槽22的臺(tái)階238。第二桿相似地定位在相反斜角槽224的缺口242上，如此完成第一對(duì)光纖卷180和第二對(duì)光纖卷182。跟隨斜角槽222和相反斜角槽224輪廓的第一桿236和第二桿240運(yùn)動(dòng)初步建立起桿236、240和細(xì)絲20之間的接觸。伸展在各對(duì)光纖卷180、182端部上面的彈性體帶拉攏輥接近以增加收入其對(duì)細(xì)絲20的握持力。在持續(xù)柔和的驅(qū)動(dòng)下，桿236、240繼續(xù)朝向水平槽220運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)使桿236、240并排放置，同時(shí)相應(yīng)輥230、226處于水平槽220的各端。在該運(yùn)動(dòng)中細(xì)絲20開始響應(yīng)由桿236、240施加的向下力而纏繞在輥226、230上。該施加的力也從各旋轉(zhuǎn)線軸18拉引細(xì)絲，結(jié)果形成完成的環(huán)具有大約等于桿236、240直徑的高度。通過第一對(duì)光纖卷180朝向第二對(duì)光纖卷182的運(yùn)動(dòng)，完成的環(huán)成為具有更大高度的延伸環(huán)234。這創(chuàng)建一個(gè)暴露的環(huán)234，通過在環(huán)成形容器202底板204上的狹縫216突出。在設(shè)計(jì)上，狹縫216限制細(xì)絲20離開平面的彎曲量。各狹縫216的設(shè)計(jì)特征包括環(huán)入口244，其寬度為15.0毫米(0.625英寸)，以及較狹的光纖環(huán)工位246，其寬度為1.6毫米(0.064英寸)。環(huán)入口244比光纖環(huán)工位246寬，以防止在最初暴露的、延伸環(huán)234的形成階段中，光纖20的機(jī)械剝離光纖部分與狹縫216的側(cè)邊或其它部分接觸。當(dāng)環(huán)234的高度增加時(shí)，光纖的機(jī)械剝離部分從環(huán)成形容器202的底板下面伸出。在這一點(diǎn)上，處于狹縫216中的任何光纖20具有緩沖層的覆蓋，以保護(hù)光纖避免與任何狹縫216表面接觸。如此，在保護(hù)下環(huán)形的光纖234進(jìn)入較狹的光纖環(huán)工位246，它將在用酸蝕剝離法除去剩余的初級(jí)和次級(jí)緩沖層過程中逗留在該工位上。環(huán)入口244對(duì)環(huán)成形容器202底板204的上、下表面開放。較佳地底板204上表面的開口寬度(15.0毫米)，大于底板204朝向底板204的下表面開口寬度(12.5毫米)。這一描述說明各狹縫216的環(huán)入口244具有稍許V-形的截面以協(xié)助控制各暴露的、延伸環(huán)的空間定位。由各狹環(huán)工位246提供的環(huán)控制抵消在光纖形式的細(xì)絲20的制造中引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。易于認(rèn)識(shí)到，各延伸環(huán)234懸掛在環(huán)成形容器202的底板204下面準(zhǔn)備浸入含酸浴槽166，如圖20所示。
圖22示出在機(jī)械剝離和酸蝕剝離的過程步驟以后光纖20的狀態(tài)，提供一段光纖，具有無緩沖層的裸露中間部分250，適當(dāng)?shù)販?zhǔn)備用于與布拉格光柵寫入相關(guān)的折射率改變。在實(shí)際寫入光柵發(fā)生前，從線軸上解開的光纖端部段提供光纖的引出線252，它適合于形成光纖20之間的接合或連接。在過程的這一點(diǎn)，在裝載在細(xì)絲組織器10中的光纖各端的引出線252，提供一個(gè)連接點(diǎn)，使光柵寫入的進(jìn)程和精確度可以在寫入過程中光學(xué)上得到監(jiān)控。
光纖布拉格光柵可以在多條各具有裸露中間部分250的光纖20上寫入。按照本發(fā)明使用在堆疊結(jié)構(gòu)68中的細(xì)絲組織器10可方便地處理這些光纖20。各光纖20的引出線252需要用夾具定位，以使光纖端部準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)監(jiān)控光纖布拉格光柵寫入進(jìn)程的設(shè)備。該夾具為光纖連接器，包括具有對(duì)置的光纖接受端的中間主體。監(jiān)控設(shè)備可以用光纖或者無接觸連接至引出線端以完成光回路。從堆疊結(jié)構(gòu)68中各細(xì)絲組織器10到光纖20的連接采用適合插入連接器的引出線端部。連接器可容納具有單獨(dú)光纖20或具有以前按照多光纖連接器要求制造引出線端的多條光纖20。術(shù)語“帶狀化的”曾應(yīng)用于終端的一種形式，其中光纖引出線段端部并排放置，形成具有扁平帶狀外觀的單排光纖。引出線端的定位使其與多光纖連接器配合。
圖23說明用于夾持在按照本發(fā)明細(xì)絲組織器10中光纖20的進(jìn)一步處理的細(xì)絲拉緊裝置。如以前所討論，在光纖20放置在支承板12上后，位于細(xì)絲組織器10的安裝板22之間的部分處于拉緊器58所施加拉力的狀態(tài)。在準(zhǔn)備寫入光柵的過程中，選出的(見圖10)細(xì)絲組織器10的拉力線62可能被握持在缺口66鄰近，并且平行于板12的邊緣略微延伸向最近的導(dǎo)向件24。1.0毫米到2.0毫米的移動(dòng)可釋放由拉緊器58所施加于細(xì)絲20的拉力。較佳地是，細(xì)絲組織器10位于一臺(tái)分度單元平臺(tái)上的堆疊結(jié)構(gòu)68之一。分度單元采用任何一種機(jī)械或液壓結(jié)構(gòu)舉起或放下堆疊結(jié)構(gòu)68。在一個(gè)實(shí)施方案中，平臺(tái)與一個(gè)或多個(gè)垂直立柱或橫梁的滑動(dòng)接合使平臺(tái)和其支承的堆疊結(jié)構(gòu)能向上或向下運(yùn)動(dòng)。該平臺(tái)可包括為配合在最低細(xì)絲組織器上間隔塊接合的組織器安裝座，以使堆疊結(jié)構(gòu)68合適地與各細(xì)絲組織器(可接近光纖拉緊裝置260)的光纖20對(duì)準(zhǔn)。
在光纖拉緊裝置260趨近以對(duì)堆疊結(jié)構(gòu)68中各光纖20的中間部分施加夾鉗和夾持器時(shí)，分度單元保持不動(dòng)。光纖拉緊裝置的趨近可以由對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)方便的實(shí)行，以便在光纖20和光纖拉緊裝置的夾鉗162、264之間進(jìn)行最佳定位。最佳對(duì)準(zhǔn)并不一定需要固定分度單元在光纖拉緊裝置260上。
在光纖20承受選定的拉力前，附接在中間無負(fù)載光纖部分20各端的夾鉗262、264使中間部分保持其無負(fù)載狀態(tài)。夾鉗包括光纖布拉格光柵張緊保持器的諸部件。在布拉格光柵寫入中，拉力保持器266用于使光纖20在預(yù)定拉力下伸展。按照本發(fā)明拉力保持器266包括作為負(fù)載施加器的音圈及負(fù)載傳感器270，后者測(cè)量夾持光纖中間部分的一對(duì)夾鉗262、264之間施加的負(fù)載。在準(zhǔn)確施加所要求選出的拉力后，一對(duì)夾持器272、274隔離在夾鉗262、264之間已測(cè)量的光纖段部分276，設(shè)立起獨(dú)立于外界拉力變化的拉力區(qū)域。這在已經(jīng)測(cè)量的光纖部分276上維持預(yù)定的負(fù)載，并防止光纖相對(duì)于夾持器272、274(因此也對(duì)于夾鉗262、264)的任何滑動(dòng)。光纖布拉格光柵可以寫入在夾持于一對(duì)夾持器272、274之間已測(cè)量的隔離光纖段276的裸露部分250上。在光柵已經(jīng)寫入后以及在一條軸向地拉緊并經(jīng)測(cè)量的光纖部分276從一對(duì)夾持器272、274中釋放以后，施加于夾緊的光纖20的拉力預(yù)期將發(fā)生收縮，變動(dòng)光柵部件之間的分隔。
音圈驅(qū)動(dòng)的拉力保持器266可選用若干種可能使用的負(fù)載施加設(shè)備中的任何一種，包括直流伺服電動(dòng)機(jī)和編碼器組合、精密氣動(dòng)氣缸、高精度微動(dòng)線性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)械平衡梁，更受重視。例如，精密氣動(dòng)氣缸不能提供足夠的光纖拉力和細(xì)微的壓力控制，以精確地對(duì)光纖施加預(yù)定的拉力量。高精度微動(dòng)線性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)同樣不能提供要求的精確拉力調(diào)整。使用機(jī)械平衡梁的相關(guān)問題包括，根本上這是手動(dòng)過程，并不特別有助于自動(dòng)化。
音圈促動(dòng)的夾緊結(jié)構(gòu)是眾所周知的。例如，美國專利U.S.4,653,681描述一種應(yīng)用于線材粘合中的音圈促動(dòng)的細(xì)線夾鉗。在微處理器的控制應(yīng)用音圈，夾鉗的夾爪可以從正常關(guān)閉位置移動(dòng)到開放位置。美國專利5.114.066中所描述的一種可編程音圈線材張緊器也利于線材粘合。這說明在線材粘合應(yīng)用中使用音圈是已知的。不過，使用計(jì)算機(jī)控制的聲頻電動(dòng)機(jī)還沒有應(yīng)用于對(duì)光纖可重復(fù)地施加精確的拉力，以達(dá)到具有基本上同樣波長響應(yīng)的光纖布拉格光柵連貫一致的生產(chǎn)。
音圈促動(dòng)器268有利的使用提供相應(yīng)于可以細(xì)微控制的輸入電流的線性輸出力。高精度電源供應(yīng)與音圈促動(dòng)器268一起產(chǎn)生穩(wěn)定的信號(hào)，導(dǎo)致顯著地恒常的輸出力。這容許選擇廣泛范圍的輸出力，只受線圈與磁鐵之間能量轉(zhuǎn)移幅度的限制。促動(dòng)器268的輸出力與輸入電流成正比，相似于直流電動(dòng)機(jī)。根據(jù)聲頻促動(dòng)器的拉力方法出現(xiàn)在響應(yīng)線圈和磁鐵之間能量的無軸承通路。提供較之過去的采用添加和除去靜態(tài)重量以增加或減少光纖上拉力的方法，使用該方法的拉力調(diào)整具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
圖23示出音圈和負(fù)載傳感器用的安裝座278、280包括空氣軸承滑架282、284，使對(duì)于支承桿286達(dá)到最小摩擦。空氣軸承滑架282、284在系統(tǒng)中減少靜摩擦達(dá)到很低的、甚至微不足道的水平。在軸襯282、284中減少摩擦促使精確地施加相應(yīng)于作用在負(fù)載傳感器270力的光纖拉力。這導(dǎo)致音圈促動(dòng)器268產(chǎn)生的力得到改進(jìn)的控制，并且對(duì)光纖20更一致地施加拉力。各滑架282、284包括附接于光纖20中間部分的夾鉗262、264。夾鉗262、264之間的分離表明需施加拉力的光纖20的中間部分。附著在聲頻促動(dòng)器268的移動(dòng)線圈上的延伸導(dǎo)向桿288推動(dòng)負(fù)載傳感器270而增加兩滑架之間的分離。增加滑架282、284之間的分離通過夾鉗262、264使它們互相移開而對(duì)光纖20添加應(yīng)變。在達(dá)到所要求的拉力后，一對(duì)夾持器272、274握住光纖20的內(nèi)部已測(cè)量的光纖部分276。已測(cè)量的光纖部分276稍微短于夾鉗262、264之間的中間部分。精確地維持力在選定的水平上促成寫入合適的光纖布拉格光柵。力的選擇和控制涉及使用負(fù)載傳感器270測(cè)量和示出最初施加于光纖20并維持在寫入過程中的拉力。負(fù)載傳感器270也可以在計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化光纖布拉格光柵的寫入中提供反饋。
寫入光纖光柵的一個(gè)重要方面是需要夾持已測(cè)量的光纖部分276在整個(gè)過程處于固定不動(dòng)的狀態(tài)中。這需要使用特別固定在夾持器272、274中的夾爪組件290，以便可活動(dòng)地固定已測(cè)量的光纖段276在要求的不動(dòng)狀態(tài)下。附接在細(xì)絲拉緊裝置260的夾鉗262、264可以使用同一夾爪組件290或者另外提供對(duì)光纖20中間部分足夠的夾持。
圖24示出附著適當(dāng)設(shè)計(jì)的夾爪組件290的光纖部分夾持器272。夾爪組件290包括附連在夾持器272端部的下夾爪292和與下夾爪292接合以握持并使已測(cè)量的光纖段276固定不動(dòng)的上夾爪294，在圖24中的截面所示。
圖25提供形成在下夾爪292上表面的V-形溝槽296和在上夾爪294下表面的矩形截面凹槽298的詳圖。夾爪組件290的各溝槽296和凹槽298的尺寸相當(dāng)于夾持于不動(dòng)狀態(tài)下已測(cè)量光纖部分276的直徑。
夾爪組件290設(shè)計(jì)需要光纖20尺寸與V-形溝槽296和矩形凹槽298的尺寸的相匹配。尺寸的匹配使得在已測(cè)量光纖部分276周圍的接觸點(diǎn)上施加基本上相等的壓力，該光纖部分被夾持不動(dòng)以便按照本發(fā)明寫入布拉格光柵。較佳地光纖20在其圓周周圍各接觸點(diǎn)上施加相等的壓力的狀態(tài)下，夾持在V-形溝槽296和矩形凹槽298之間。這在圖25中由以下事實(shí)所述明，即光纖20與V-形溝槽296的兩接觸點(diǎn)和光纖與凹槽298的接觸點(diǎn)離裸露的光纖106是等距的。均勻施加壓力導(dǎo)致在已測(cè)量光纖部分276的直徑上應(yīng)力均勻分布，以減少光纖損壞到最低限度，同時(shí)考慮到夾持器272、274需要的壓力以夾持已測(cè)量光纖部分276處于固定不動(dòng)狀態(tài)。V-形卡盤對(duì)于夾緊光纖是已知的，如在美國專利U.S.4,623,156和U.S.5,340,371所述明。在這兩種情況中均不示出已經(jīng)考慮對(duì)于光纖周圍各點(diǎn)施加的壓力進(jìn)行均衡。
在本發(fā)明較佳的實(shí)施方案中，光纖20圓周周圍的壓力平衡需要使用浮動(dòng)的上夾爪組件295，如圖26所示。自動(dòng)調(diào)整浮動(dòng)上夾爪組件295包括光纖夾300、支承凸緣302和把光纖夾300從支承凸緣隔開的角度補(bǔ)償器304(見圖27)。光纖夾300可以在此稱作細(xì)絲夾。各夾持器272、274在此情況包括上夾爪安裝座306和下夾爪安裝座308。下夾爪292附著在下夾爪安裝座308上而上夾爪組件295通過支承凸緣302附著在上夾爪安裝座306上。從支承凸緣302懸掛光纖夾300較佳地采用彈簧承載的連接器310。作用在光纖夾300和支承凸緣302之間的彈簧拉力使角度補(bǔ)償器304保留在其間。在細(xì)絲20鎖住在夾持器272、274的下夾爪292和上夾爪294之間時(shí)，使用浮動(dòng)的上夾爪組件295能施加握持力于細(xì)絲20而基本上不使細(xì)絲20移位或旋轉(zhuǎn)。夾鉗262、264也可以包括浮動(dòng)的夾爪組件。
圖27示出在浮動(dòng)夾爪組件295和下夾爪292之間握持細(xì)絲20的結(jié)果。當(dāng)浮動(dòng)夾爪組件向下夾爪292移動(dòng)時(shí)，細(xì)絲夾持器292的矩形凹槽298與位于下夾爪292的V-形溝槽296中的細(xì)絲發(fā)生接觸。當(dāng)接觸發(fā)生時(shí)，細(xì)絲夾300可少許調(diào)整以便均勻地對(duì)細(xì)絲施加握持力而不干擾之。調(diào)整細(xì)絲夾300依靠由于角度補(bǔ)償器304(使其從支承凸緣302分隔)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。按照本發(fā)明較佳的角度補(bǔ)償器304包括防止細(xì)絲夾300和支承凸緣302接觸的球形元件。較佳地角度補(bǔ)償器304坐落在光纖夾300中基本上錐形的凹陷部分301和在支承凸緣302上的基本上錐形凹窩303之間。角度補(bǔ)償器304使支承凸緣302從細(xì)絲夾300分開以便它們獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)。此外，角度補(bǔ)償器304的球形結(jié)構(gòu)使細(xì)絲夾300能使圓周有效地變化角度。
前面的討論描述了在寫入布拉格光柵時(shí)使用包括對(duì)光纖施加拉力的使拉力保持器260的設(shè)備定位、夾緊和握持單根光纖的描述。該描述牽涉到細(xì)絲組織器10和拉力保持器266之間的相對(duì)定位。當(dāng)細(xì)絲組織器10代表在堆疊結(jié)構(gòu)68中組織器10之一時(shí)，布拉格光柵的寫入可以用多種方法完成。例如光纖布拉格光柵可以用一步驟一次寫入一個(gè)，并重復(fù)過程移動(dòng)在選出的細(xì)絲組織器10中裝載的光纖20進(jìn)入正確位置，相對(duì)于拉力保持器266以執(zhí)行布拉格光柵的寫入。如以前所描述，在布拉格光柵寫入中，光纖20的波長響應(yīng)可以被監(jiān)控。作為順序?qū)懭氩祭窆鈻诺奶娲桨缚梢圆捎靡幌盗欣Ρ３制?66和有關(guān)的寫入裝置，以便同時(shí)寫入多個(gè)布拉格光柵。
使用分度器以在堆疊結(jié)構(gòu)68中重新定位的步驟和過程，例如較佳地用上下方向的運(yùn)動(dòng)，對(duì)布拉格光柵寫入裝置提供新的光纖。堆疊結(jié)構(gòu)68裝在分度器的平臺(tái)上，后者適合于以已知的位置關(guān)系，并利用間隔塊70和組織器安裝座72的對(duì)準(zhǔn)，在堆疊結(jié)構(gòu)68和平臺(tái)之間提供配合。在建立起堆疊結(jié)構(gòu)68相對(duì)于分度器的較佳設(shè)置，并且在形成光纖引出線252對(duì)光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的連接后，掃描各光纖以確認(rèn)可靠光學(xué)連接的存在。
在光纖光學(xué)上連接至光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)下的堆疊結(jié)構(gòu)68在分度器上的安放領(lǐng)先于連續(xù)的布拉格光柵寫入過程，其中分度器起初使用光學(xué)傳感器掃描細(xì)絲組織器10計(jì)算堆疊結(jié)構(gòu)68中的數(shù)量。這一過程指明在堆疊結(jié)構(gòu)68中的第一細(xì)絲組織器10。一系列的操作改變夾持在第一細(xì)絲組織器10中光纖20。在改變光纖本身前，消除恒常力拉緊器58的作用，如以前所描述，使用包括一對(duì)滑輪64(處于形成在支承板12邊緣上缺口66的兩側(cè))。拉力線62，通過滑輪64周圍并越過缺口66，可以握持在缺口66的附近并且平行于板12的邊緣而朝向最近的導(dǎo)向器24略微延伸。這可釋放細(xì)絲組織器10中旋轉(zhuǎn)線軸18上的拉力，由此釋放細(xì)絲或光纖20的拉力。
改變光纖形式的細(xì)絲20的準(zhǔn)備工作需要使用聯(lián)合細(xì)絲拉緊裝置260和干涉圖案發(fā)生器(未示)的裝置固定光纖的無拉力部分。各細(xì)絲拉緊裝置260和干涉圖案發(fā)生器可以分別移動(dòng)，最初如以前所討論使光纖20固定和定位，然后改變光纖的結(jié)構(gòu)。
如以前所討論，細(xì)絲拉緊裝置260使用第一夾鉗262和第二夾鉗264握持光纖20。在兩夾鉗262、264之間所操作的力對(duì)它們之間的光纖20部分施加拉力。該力可以用聲頻促動(dòng)器268產(chǎn)生。拉力的量是預(yù)定的并用負(fù)載傳感器270測(cè)量。此時(shí)光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)提供對(duì)光纖20參考性掃描，包括在夾鉗262、264之間在拉力下夾持的部分。
為可重復(fù)地改變光纖20，較佳地光纖20的已測(cè)量的部分保持在由握持光纖并夾持之的第一夾持器272和第二夾持器274夾持的固定狀態(tài)。一旦光纖的已測(cè)量部分已經(jīng)被固定，干涉圖案發(fā)生器移動(dòng)到緊靠光纖20的已測(cè)量部分276之處。從容器內(nèi)激光源發(fā)出的光穿過開放的快門和包括干涉圖案發(fā)生器的光學(xué)系統(tǒng)以產(chǎn)生干涉圖案。干涉圖案發(fā)生器靠近光纖20可使其提供足夠的能量以復(fù)制在光纖20芯線106的干涉圖案或干涉照片的線性特性，且較佳地是在已測(cè)量光纖部分內(nèi)復(fù)制。作為在被輻射影響的光纖芯線106部分折射指數(shù)變化的結(jié)果，由紫外線激光產(chǎn)生的光化學(xué)輻射的沖擊可產(chǎn)生光纖布拉格光柵。折射率指數(shù)的調(diào)制對(duì)應(yīng)于由干涉圖案發(fā)生器產(chǎn)生的干涉照片。光纖芯線中干涉照片復(fù)制的進(jìn)程可利用數(shù)據(jù)采集的光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)加以監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集跟蹤著時(shí)間而發(fā)展的布拉格光柵傳輸光譜的變化。在探測(cè)到所要求的傳輸光譜時(shí)，光學(xué)探測(cè)系統(tǒng)關(guān)閉快門以防止光纖進(jìn)一步暴露在激光下。
在完成光纖改變和從已測(cè)量光纖部分鄰近移去干涉圖案發(fā)生器之后，夾持器272、274和夾鉗262、264從光纖20退出，使細(xì)絲拉緊裝置移動(dòng)到在堆疊結(jié)構(gòu)68中的下一個(gè)細(xì)絲組織器10。一旦細(xì)絲組織器10從布拉格光柵寫入設(shè)備分開，拉力減少組件釋放光纖并把它又一次放置在細(xì)絲組織器10的拉緊器58產(chǎn)生的拉力下。這完成了給定光纖20的改變，在重復(fù)布拉格光柵寫入循環(huán)前，使分度器可重新調(diào)整，并使堆疊結(jié)構(gòu)68中下一個(gè)細(xì)絲組織器10中的光纖20對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲拉緊裝置和干涉圖案發(fā)生器。
使用退火爐在300℃下10分鐘的退火對(duì)使光纖折射率改變產(chǎn)生的布拉格光柵穩(wěn)定。經(jīng)退火的布拉格光柵通過重涂覆光纖20中間部分而得到保護(hù)，該光纖以前被剝?nèi)ケＷo(hù)覆層。任何一種方法均可用來對(duì)光纖布拉格光柵實(shí)施保護(hù)性的重涂覆，包括對(duì)光纖用可固化液體的模內(nèi)涂覆、擠出覆層和噴涂。對(duì)于模內(nèi)涂覆液體的覆層配方有商業(yè)上可供的設(shè)備。光纖段模內(nèi)重涂覆的質(zhì)量隨著操作者在模腔中把光纖仔細(xì)定位的技術(shù)熟練度而變化。此外，產(chǎn)品的產(chǎn)出量由于與光纖處理和區(qū)段重涂覆相關(guān)的覆層缺陷和光纖強(qiáng)度而減少。作為替代，噴涂或擠出覆層可以用來重涂覆按照本發(fā)明包括布拉格光柵的光纖。
按照本發(fā)明細(xì)絲組織器10可以有利地用來使光纖20的無覆層部分250在光纖的重涂覆模具中定位。由于細(xì)絲組織器10也對(duì)光纖20施加拉力，附接于模具重涂覆器(由新澤西州的，Morganville市，Vytran公司供應(yīng)的型號(hào))的對(duì)準(zhǔn)板是光纖校正定位在分開模裝置的諸如半圓形或V-形凹槽中的光纖的唯一要求。對(duì)準(zhǔn)板可以有意識(shí)地設(shè)置的螺柱以接合細(xì)絲組織器10平面支承板12上的通孔80。這消除模具用微操縱器平臺(tái)之類定位的要求。凹槽的有效直徑稍大于光纖剩余覆層部分的直徑。由于光纖通過細(xì)絲組織器預(yù)先張緊，可以消除通常外部張緊的需要。一旦脆弱的光纖20的無覆層部分250已經(jīng)懸置且在未及凹槽表面，鉸接的模具閉合，而重涂覆的材料被注入凹槽一直到它延伸至光纖的有覆層部分。模塑材料然后被固化而產(chǎn)生重涂覆區(qū)段，其尺寸特性基本上與原來的覆層光纖全同。
以上簡(jiǎn)單地描述的光纖重涂覆器類型包括組合鋼模，其各部分包含配合的半圓形凹槽以容納光纖。當(dāng)夾合在一起，凹槽形成圓柱形的稍大于覆層光纖的外徑的通孔以容許在注射覆層材料時(shí)空氣逃逸。在該結(jié)構(gòu)中原有的覆層保持未涂覆區(qū)段懸置在通孔中。未涂覆的短光纖段典型地不大于半英寸，使因?yàn)榕c通孔接觸的損壞可能性盡量減少。另外，一系列附接在中間光纖部分兩側(cè)的夾鉗防止未涂部分接觸通孔。在注入重涂覆液體以前，模具的上半部分夾定在位以形成圓柱形通孔?？晒袒闹赝扛惨嚎梢允窃谑覝叵鹿袒沫h(huán)氧樹脂或其它在更高溫度下固化或者響應(yīng)適當(dāng)?shù)闹T如紫外線輻射的輻射能而固化的樹脂。
圖28闡明使用細(xì)絲組織器10儲(chǔ)存具有裸露部分250的光纖20，它已經(jīng)改變以包括布拉格光柵。暴露的布拉格光柵在細(xì)絲組織器10定位于適當(dāng)?shù)膰娚渲赝扛惭b置320內(nèi)后可以重涂覆。對(duì)于使相對(duì)于噴射重涂覆裝置320正確定位的細(xì)絲組織器，光纖的裸露部分250處于從重涂覆噴涂頭322射出的噴霧路徑中。這樣的正確的定位可以通過任何方法和裝置之一獲得。其中之一利用適當(dāng)?shù)叵鄬?duì)定位于噴射重涂覆裝置的板，并且包括接合在細(xì)絲組織器10中通孔的對(duì)準(zhǔn)螺柱以放置光纖20的裸露部分250在施加重涂覆噴霧的最佳位置。
噴射重涂覆裝置320包括至少一個(gè)重涂覆噴涂頭322和一輻射源324。細(xì)絲組織器10適合于在重涂覆噴涂頭322和輻射源之間光纖20的裸露部分的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。較佳地，重涂覆噴涂頭322的位置離光纖20從1厘米到2厘米，以防止噴涂頭322與沉積層彼此接觸。噴射重涂覆方法提供可控制的局部重涂覆，所獲得的性能特性是在傳統(tǒng)的模內(nèi)重涂覆過程中不可能獲得的。這是一種無接觸方法，因?yàn)榘懵恫糠?50的光纖20并不接觸重涂覆設(shè)備的任何部分。這說明在細(xì)絲組織器10中懸掛光纖20的另一點(diǎn)益處，即可以立即在光纖對(duì)噴涂頭322的精確對(duì)準(zhǔn)下附接至重涂覆裝置。噴射重涂覆的另一個(gè)益處牽涉在重涂覆化合物上面再涂另一種示出不同性質(zhì)材料，以便在光纖周圍產(chǎn)生多層緩沖結(jié)構(gòu)，包括在諸如模量以及耐久性或硬度等的性質(zhì)上不同的覆層。
采用噴射重涂覆過程容許靈活地在從重涂覆噴涂頭射出的噴射或噴霧路徑中設(shè)置單根或多根光纖。在細(xì)絲組織器10提供處理光纖20較佳的裝置之處，幾個(gè)細(xì)絲組織器10可以在變化的方位下接近地設(shè)置，以便在單獨(dú)的噴射或定向噴霧路徑中設(shè)置多條光纖。相比傳統(tǒng)空腔模具重涂覆，噴射重涂覆的另外的優(yōu)點(diǎn)是可提供能被調(diào)整或轉(zhuǎn)移到不同段的裸露光纖部分的噴射重涂覆頭322。
當(dāng)光纖20的裸露部分250來回移動(dòng)重涂覆噴涂頭322時(shí)，裸露光纖部分250的一側(cè)接受從可固化重涂覆化合物噴霧中小滴的輕微沉積。細(xì)絲組織器的運(yùn)動(dòng)然后把小滴的沉積放置在輻射源324的照明路徑中。輻射固化重涂覆化合物覆層。回到重涂覆噴涂頭322的位置，細(xì)絲組織器10翻轉(zhuǎn)以暴露以前裸露光纖部分250的反面至可固化重涂覆化合物的噴射中。這使重涂覆化合物的細(xì)霧施加在暴露的光纖表面。這一覆層可以如前所描述地固化。隨著細(xì)絲組織器10擺動(dòng)和翻轉(zhuǎn)通過覆層和固化反復(fù)的過程，光纖涂覆具有多層重涂覆化合物的保護(hù)層。由于形成相繼的覆層材料層，所以再涂的光纖表面具有不光滑的外觀，。通過用ELFA STEP機(jī)械觸針光度儀(Tencor Corporation可供)的表面掃描，在顯微鏡承物玻璃片表面上可以示出覆層的表面起伏高達(dá)15μm(微米)。
大約施加五十次重涂覆化合物，著每次通過后進(jìn)行固化，在重涂覆段上形成一層，其厚度相似于光纖20其它部分原始緩沖覆層的厚度。這一技術(shù)使重涂覆化合物的覆層涂覆在光纖的表面上，以在裸露的光纖106上形成具有厚度為從10微米到100微米的保護(hù)覆層。噴射覆層光纖的直徑可以用顯微鏡和QUADRA-CHEK 2000(新罕布什爾州，Bedford市，Metronics Inc.提供)來測(cè)量。覆層厚度可以按照應(yīng)用的要求變化。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供第二種重涂覆噴涂頭326和可選地第二種輻射源328，它們?cè)O(shè)置在以前討論的重涂覆噴涂頭322和輻射源324對(duì)面。多噴涂頭326和輻射源328描述為占據(jù)對(duì)面的或交錯(cuò)對(duì)面的位置，包括位置對(duì)準(zhǔn)，但不局限于此?？梢栽诠饫w重涂覆過程中使用有意識(shí)地設(shè)置任何數(shù)量的噴涂頭。在光纖20的兩側(cè)設(shè)置噴涂頭和輻射源利于重涂覆裸露光纖部分250的兩側(cè)，且無需翻轉(zhuǎn)細(xì)絲組織器10 180°。如以前所述明，采用附加的輻射源328是任選的，因?yàn)閺膯蝹€(gè)輻射源328出來的光束可能導(dǎo)致使重涂覆光纖周圍固化。
噴涂于裸露光纖106的小滴沉積的輪廓將反映從噴涂頭322發(fā)射小滴云團(tuán)的尺寸和形狀。如果需要，一種修正小滴云團(tuán)的裝置可在光纖表面上產(chǎn)生要求的小滴圖案。合適的整形裝置包括模板、其它類型的掩蔽裝置和諸如氣刀之類的氣流偏轉(zhuǎn)器。
按照本發(fā)明較佳的重涂覆過程，使用氣刀引導(dǎo)霧化氣流與光纖20在各種角度下接觸。氣刀調(diào)整小滴云團(tuán)形狀和其與光纖20的沖擊角度可容許使用最少噴涂頭322、326來獲得最佳光纖重涂覆的均勻度和同心度。此外，當(dāng)與在日本專利JP 60-122754中描述的相對(duì)高容量噴涂頭發(fā)散氣流的控制相比較，使用氣刀偏轉(zhuǎn)小容量重涂覆化合物有其優(yōu)點(diǎn)。美國專利US 5,219,120說明使用氣角，它可提供移動(dòng)的空氣薄層，以產(chǎn)生基本上均勻的霧化液體的線性彌散，且在氣角上方運(yùn)動(dòng)并基本上跨越氣角寬度延伸。氣角分布霧化液體彌散物到一個(gè)適合噴涂線路板的平面的寬度。這樣小滴云團(tuán)的廣泛分布并不直接施加于諸如光纖之類的較狹曲面。此外，在US 5,219,120中所描述的氣角是與液體霧化器分開的結(jié)構(gòu)。
較佳地按照本發(fā)明氣刀偏轉(zhuǎn)是通過使用配合在噴涂頭的出口噴嘴上面氣刀附件出現(xiàn)的。氣刀附件包括一對(duì)接受室，至少在噴涂頭兩側(cè)各一，空氣可以引入該室。各接受室在連接至貯氣器的一端處有一入口。各室的對(duì)面一端包括一氣刀狹縫，它與噴涂頭的軸線成一角度地引出。從氣刀狹縫發(fā)出的空氣偏轉(zhuǎn)噴射云團(tuán)(例如由超聲霧化噴涂頭所產(chǎn)生)，其角度對(duì)應(yīng)于狹縫和噴涂頭軸線之間形成的角度。如上所述，各氣刀獨(dú)立的操作促使噴霧有選擇地偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度引導(dǎo)小滴云團(tuán)朝向光纖的無覆層部分。小滴云團(tuán)有選擇性地偏轉(zhuǎn)使數(shù)條光纖圍繞噴涂頭的噴嘴定位。從空氣接受室的發(fā)射狹縫射出的空氣沖擊使霧化的噴射在各種不同角度下偏轉(zhuǎn)，以便利用按照本發(fā)明的細(xì)絲組織器10順序地重涂覆夾持在噴涂頭周圍的多條光纖。使用空氣偏轉(zhuǎn)較佳地需要重涂覆化合物是不抑制氧的。這并不阻止使用氧抑制重涂覆液體，只要惰性氣體連接到氣刀附件的接受室即可。
光纖20的裸露部分250的重涂覆過程可以使用根據(jù)噴墨或超聲霧化技術(shù)的噴涂頭322、326。較佳地，對(duì)光纖20應(yīng)用可固化重涂覆化合物使用超聲霧化技術(shù)小粒(小于50微米)液體(其粘度為40到900厘泊，較佳地為40到400厘泊)分配到光纖20的裸露部分上。粘度測(cè)量在25℃的溫度下進(jìn)行，并采用BOHLIN CS-50流變儀。按照本發(fā)明重涂覆光纖的覆層化合物其它要求視重涂覆光纖裝置的用途(如用于布拉格光柵)而定。表1的例子1提供負(fù)載承受覆層，較佳地具有高模量、高玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和對(duì)于選定的應(yīng)用在上操作溫度以上的溫度穩(wěn)定性。例子2和3產(chǎn)生的固化覆層可與光纖的重涂覆部分一起撓曲和彎折。在此情況，較佳地覆層化合物有相似于原來施加于光纖的未改變的緩沖層的熱機(jī)械性能。這樣的覆層立即固化將減少導(dǎo)致成珠狀或不良同心度的不理想的凝聚。
超聲霧化過程不同于噴射霧化過程在于，需要空氣速度將可噴射的化合物打碎成小滴。噴射霧化過程的小滴尺寸較大(50到100微米直徑)，而在其低壓～20磅/平方英寸時(shí)，噴射速度用力推進(jìn)小滴使其在沖擊到光纖表面時(shí)散布開。因速度相對(duì)地較高，空氣噴霧對(duì)于光纖的沖擊力造成凝聚小滴氣泡的集結(jié)，并伴隨著不同心覆層的形成。
超聲霧化過程產(chǎn)生極小的覆層化合物體積容量，采用從Popper & Sons購得的2.0毫升玻璃針筒其流量范圍在在0.001到0.010毫升/分鐘內(nèi)。分配基本上無方向的、小于50微米直徑小滴云團(tuán)的流動(dòng)速率取決于噴霧頭前面掃描光纖的速度。低速流動(dòng)的氮?dú)饣蚱渌栊詳y帶氣體朝向目標(biāo)表面引導(dǎo)重涂覆化合物的超細(xì)小滴云團(tuán)。小體積云團(tuán)和極小的小滴尺寸造成在光纖表面形成斷續(xù)的有織紋的包覆層。雖然對(duì)于噴涂應(yīng)用覆層粘度已足夠地低，但較佳的覆層化合物在覆層上面施加之后、覆層之前呈現(xiàn)最小的流動(dòng)。因?yàn)橹赝扛不衔镌趹?yīng)用后立即經(jīng)歷暴露在輻射源324、328的固化輻射下，所以流動(dòng)和小滴凝聚被更進(jìn)一步限制。反復(fù)施加重涂覆化合物在光纖的裸露部分250上以形成保護(hù)覆層。重涂覆的光纖較佳地具有相對(duì)較光滑的外觀，即無氣泡外表。該要求引導(dǎo)用于準(zhǔn)備按照本發(fā)明重涂覆化合物材料的選擇。
合適的重涂覆化合物包括低分子量、低粘度的環(huán)氧功能的100％固體樹脂，它較佳地通過陽離子光致引發(fā)劑(其中特別是碘鹽引發(fā)劑)引發(fā)的離子機(jī)構(gòu)進(jìn)行光致交聯(lián)。這樣的覆層對(duì)于光纖的未剝離緩沖層以及光纖的裸露表面均具有良好粘著力。離子固化的發(fā)生不排除氧。在惰性環(huán)境中也可以使用原子團(tuán)的固化重涂覆化合物。光致交聯(lián)的合適輻射源包括具有在藍(lán)色/可見和光譜的紫外波長區(qū)域內(nèi)的發(fā)射波長的輻射源。固化覆層按照本發(fā)明。
典型固化重涂覆化合物具有至少等于并較佳地大于玻璃的延伸率，即7％。此外，固化重涂覆化合物具有韌性和對(duì)玻璃足夠的粘度，以抵抗在處理重涂覆的光纖時(shí)意外的與其它物件的摩擦或接觸。
表1 細(xì)絲覆層配方


*注環(huán)氧樹脂A是從Union Carbide Corporation購得的CYRACUREUVR-6105。
環(huán)氧樹脂B是從Resolution Performance Products購得的HELOXY 107。
環(huán)氧樹脂C是從Resolution Performance Products購得的EPONEX 1510。
環(huán)氧樹脂D是從Resolution Performance Products購得的HELOXY 7。
聚醚乙二醇是從E.I.du Pont Nemours & Company購得的TERATHANE650。
碘鹽溶液是從General Electric Company供應(yīng)的UV 9380C。
覆層化合物粘度測(cè)量使用BOHLIN CS-50型控制應(yīng)力流變儀來測(cè)量按照本發(fā)明的重涂覆細(xì)絲的覆層化合物粘度。試驗(yàn)方法采用平行板幾何和“應(yīng)力粘度測(cè)定法”模式。在粘度測(cè)量開始時(shí)把覆層化合物放置在平行板幾何的基座表面。裝在心軸上旋轉(zhuǎn)的第二表面下放到與覆層化合物接觸，一直到在平行幾何的表面之間存在一個(gè)規(guī)定的空隙為止。旋轉(zhuǎn)心軸以提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度到每分鐘多轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生預(yù)先定義的應(yīng)力(扭矩)。計(jì)算粘度值包括考慮到表面的幾何、扭矩和空隙。這里引用的粘度是在25℃下、所采用的表面直徑為20毫米，表面之間空隙為0.3毫米和應(yīng)力為93.8帕斯卡的條件下獲得的。
包括超聲霧化器的噴涂頭用來將可固化的重涂覆配方(表1所示)應(yīng)用到幾種例子的二氧化硅光纖的裸露表面，各光纖的直徑為125微米。各配方通過超聲霧化器(從Sono-Tek購得)的霧化氣角的尖端分配。超聲霧化器的電源供應(yīng)設(shè)置為5.4瓦的水平。具有粘度范圍從40厘泊到400厘泊的重涂覆配方的成功霧化是通過采用經(jīng)過超聲霧化器的噴嘴體中心的微孔液體輸送管來實(shí)現(xiàn)的。最好覆層化合物所具有粘度為200厘泊。重涂覆配方液體在針筒泵輸送率0.015毫升/分鐘下供應(yīng)到微孔管。較佳的方法使用從佛羅里達(dá)州邁阿密市的Small Parts Inc.購得的21.5規(guī)格的微孔管。這提供對(duì)供應(yīng)到霧化點(diǎn)的小量重涂覆化合物的精確控制。
以上描述的超聲霧化產(chǎn)生無方向性覆層化合物的霧化物，這需要被夾帶在定向性的氣流中。較佳地，定向性氣流包括在微通孔管周圍的護(hù)罩控制下的惰性氣體，例如氮?dú)?。?.0升/分鐘的速率流過霧化器周圍護(hù)罩的氮?dú)鈿饬鳟a(chǎn)生合適地控制的重涂覆化配方的霧化物。調(diào)整空氣護(hù)罩改變氣流的輪廓，由此改變沖擊在選定表面上的可固化重涂覆配方小滴流的尺寸、形狀和覆蓋范圍。只需施加4到6次覆層配方就可在表面上形成連續(xù)覆層。不過，根據(jù)處理過程的情況，施加覆層配方可能需要重復(fù)40到60次，以在選定的表面上形成達(dá)到250微米的覆層厚度。
下面示出了一種細(xì)絲重涂覆配方，它用以產(chǎn)生供噴墨印刷/噴涂頭應(yīng)用的合適材料流例子4環(huán)氧樹脂A 76.0％(重量)環(huán)氧樹脂B 19.0％(重量)光致引發(fā)劑溶液5.0％(重量)光致引發(fā)劑溶液包含40份甲基碘、60份癸基醇和4份異丙基噻噸酮。
噴墨印刷/噴涂頭在70℃的溫度下工作。選用康涅狄格州Brookfield市的Trident International Inc.購得的噴墨印刷/噴涂頭對(duì)幾種直徑為125微米的二氧化硅光纖樣品施加重涂覆化合物。印刷頭具有64個(gè)噴嘴，各為50微米直徑。在施加重涂覆化合物之前，使用裝在細(xì)絲重涂覆裝置上的細(xì)絲組織器提供適當(dāng)?shù)墓饫w與噴墨印刷/噴涂頭的對(duì)準(zhǔn)。在5個(gè)二氧化硅光纖樣品的每一光纖一側(cè)上，在1厘米的長度上噴涂化合物的微粒。帶有紫外波段的EFOSULTRACURE輻射源(加拿大，安大略，Mississauga，EFOS Inc.)被用來將能量引導(dǎo)到覆層樣品以引發(fā)固化。在重涂覆噴涂頭下反復(fù)通過，隨后進(jìn)行紫外線輻射固化，從而對(duì)裸露的光纖產(chǎn)生足夠的覆蓋。
圖29提供一較佳組合模具擠出覆層法的示意性表示圖，其中應(yīng)用重涂覆液體擠出裝置330，它具有包圍光纖20以重涂覆含有布拉格光柵的裸露光纖部分250的模具頭組件232的模具頭組件332。發(fā)表與1998年6月11日的Electronics Letters雜志第34卷第12期刊載了一研究報(bào)告，它說明分一種模具重涂覆工藝，用以將聚酰亞胺溶液涂覆到光纖裸露部分。該工藝涉及將光纖牽引穿過充滿流體的組合模具，然后在70℃驅(qū)走溶液，隨后在300℃的溫度下烘烤聚酰亞胺重涂覆段。
按照本發(fā)明組合模具擠出重涂覆對(duì)于包括受控涂覆和相對(duì)較低溫度固化重涂覆化合物的光纖重涂覆所提供改進(jìn)如下。以上所述模具頭組件包括組合整形模334和包圍光纖20周圍的在同軸輻射固化室336。在細(xì)絲組織器10與重涂覆液體擠出裝置330接合時(shí)，為了重涂覆和保護(hù)布拉格光柵，精確地定位光纖20。任何一種方法可以用來接合細(xì)絲組織器10與擠出裝置330，只要模具頭組合332可活動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)以在需要重涂覆的光纖部分250周圍沉積基本上均勻的覆層即可。在重涂覆中，光纖20的裸露光纖部分250在光纖定位器之間保持不動(dòng)。組合整形模334處于裸露光纖部分250的一端附近，從該端可固化的重涂覆化合物將施加在裸露部分250的剩余部分上。當(dāng)模具336越過光纖裸露部分250整個(gè)長度時(shí)，可光致固化的覆層從定徑模336的前導(dǎo)邊緣擠出。輻射固化室336與跟隨在后定徑模334一起移動(dòng)，以使可光致固化的重涂覆化合物在其沉積在光纖20的表面上后立即固化。重涂覆化合物固化反應(yīng)較佳地需要惰性的大氣環(huán)境。為此目的，惰性氣體輸送管338引導(dǎo)氮?dú)饬鬟M(jìn)入輻射固化室336，該室用適當(dāng)?shù)妮椛湓凑丈?，較佳的是紫外線輻射。
鄰近涂覆頭332的線性運(yùn)送機(jī)構(gòu)350包括導(dǎo)向桿352和裝在導(dǎo)向桿352上以便沿導(dǎo)向桿352移動(dòng)的滑架354。從滑架到涂覆頭332的連接桿356在滑架354的運(yùn)動(dòng)中提供涂覆頭組件332的線性運(yùn)動(dòng)，以將涂覆頭332從光纖20的裸露部分250的第一邊界移動(dòng)到第二邊界?？晒袒后w可以從整形模334中擠出，從輻射源336發(fā)射的能量用于在光纖20的裸露部分250重涂覆過程中固化流體。
在其運(yùn)動(dòng)中，組合模具334沿光纖段20施加基本上均勻厚度的重涂覆化合物，該光纖段包括裸露部分250和在兩端的覆蓋原來次級(jí)緩沖層的邊緣。帶有重涂覆化合物同心層的光纖20的均勻覆蓋取決于細(xì)絲組織器10的定位精度，以較佳地將光纖20放置成與整形模334同軸。輻射固化室336具有一個(gè)尺寸，使其內(nèi)部表面無論在固化前還是后都不接觸重涂覆化合物層。當(dāng)同心地涂覆時(shí)，裸露部分250將只與重涂覆化合物接觸。定徑模334的可開結(jié)構(gòu)和輻射固化室336使光纖20在重涂覆流體擠出裝置330中容易地定位。正確的光纖定位，如前所述，是細(xì)絲組織器10與重涂覆流體擠出裝置330精確接合的結(jié)果。在模具頭組件332重新開放后，在完成重涂覆和固化過程后，在重涂覆光纖20和輻射固化室336內(nèi)部表面之間的空隙使光纖20從組件無阻礙地取出。
裸露光纖部分250長度的變化可以通過調(diào)整模具頭組件332在擠出重涂覆化合物時(shí)可能移動(dòng)的距離來適應(yīng)。在到達(dá)輻射固化室336前，重涂覆化合物的表面拉力將消除覆層中的任何不規(guī)則形狀，即使模具頭組件332只有6.0毫米到7.5毫米的長度。長度短的優(yōu)點(diǎn)在于其避免被重涂覆化合物污染。此外，少量剩余重涂覆化合物可能相對(duì)地容易從組件332內(nèi)部清除。
雖然裸露光纖部分250在施加保護(hù)性重涂覆化合物時(shí)具有水平方位，但在光纖拉伸涂覆的過程中，移動(dòng)的擠出模334產(chǎn)生了與垂直操作的涂覆頭相似的結(jié)果。整形模334和和光纖20之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬拉伸過程。這消除諸如溢料、澆口痕跡、下陷和覆層分層等由于覆層粘結(jié)在模具表面而產(chǎn)生的模具重涂覆缺陷。
在裸露光纖部分250兩端上的端部邊緣的擠出意味著由于擠出的最初沉積發(fā)生在仍舊被原來覆層100、102所保護(hù)的光纖20區(qū)域。這基本上防止傳統(tǒng)地與光纖裝入傳統(tǒng)的重涂覆模具相關(guān)的光纖強(qiáng)度損失。按照本發(fā)明用組合模具擠出重涂覆的裸露光纖部分250通過超過800千磅/平方英寸水平的Vitran耐用性考驗(yàn)試驗(yàn)證明可保持其強(qiáng)度。
已經(jīng)描述的光纖布拉格光柵的制造過程，說明一個(gè)緊湊的細(xì)絲組織器10如何可以用來在各種形式的處理設(shè)備之間處理和運(yùn)載光纖20。各處理設(shè)備可以包括一對(duì)安裝銷子，它們對(duì)準(zhǔn)并插入細(xì)絲組織器10的通孔80，以便光纖20的中間部分正確定位于所選擇的裝置。這樣容易的定位也促進(jìn)至少部分布拉格光柵的制造過程自動(dòng)化，而不似過去的相似過程完全依賴于操作者的技巧使光纖正確定位。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到安裝銷子和通孔之間的接合只是過程中對(duì)準(zhǔn)光纖方法之一。
按照要求這里披露本發(fā)明的細(xì)節(jié)，不過，應(yīng)該理解披露的實(shí)施方案僅是示范性的。因此，這里披露的特定的結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)認(rèn)為是一種限制，而僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)和供本行業(yè)熟練人員在各方面應(yīng)用本發(fā)明代表性的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)絲組織器，包括一支承，具有在一第二表面對(duì)面的一第一表面；一可鎖定的線軸，附接在所述的支承上；一旋轉(zhuǎn)線軸，附接在所述的支承上；以及一拉緊器，附接在所述的支承上和連接到在所述旋轉(zhuǎn)線軸上以對(duì)設(shè)置在所述可鎖定的線軸和所述旋轉(zhuǎn)線軸之間的一細(xì)絲施加拉力。
2.如權(quán)利要求1的細(xì)絲組織器，其特征在于，所述可鎖定的線軸鄰接于所述支承的第一側(cè)面。
3.如權(quán)利要求2的細(xì)絲組織器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)線軸處于鄰近所述支承的所述第一側(cè)面的一位置。
4.如權(quán)利要求1的細(xì)絲組織器，其特征在于，所述拉緊器包括一拉力線，以將所述拉緊器連接至所述旋轉(zhuǎn)線軸以對(duì)其施加拉力。
5.如權(quán)利要求1的細(xì)絲組織器，其特征在于，還包括至少一個(gè)安裝板，所述安裝板與所述支承一體成形并從其向外延伸。
6.如權(quán)利要求5的細(xì)絲組織器，其特征在于，還包括至少一個(gè)導(dǎo)向器，所述導(dǎo)向器在所述可鎖定的線軸和所述旋轉(zhuǎn)線軸之間形成一細(xì)絲路徑，一所述導(dǎo)向器可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在一所述安裝板上，且鄰近于所述支承的所述第一表面，以提供所述細(xì)絲與所述支承的間隔。
7.如權(quán)利要求1的細(xì)絲組織器，其特征在于，所述細(xì)絲是光纖。
8.一種細(xì)絲組織器，它包括一支承，具有在一第二表面對(duì)面的一第一表面，并且還包括連接到所述第一表面的多個(gè)組織器安裝座和多個(gè)附接在所述第二表面上的間隔塊；一可鎖定線軸，鄰接于所述支承的所述第一表面；一旋轉(zhuǎn)線軸，鄰接于所述支承的所述第一表面；一拉緊器，附接在所述的支承的第二表面上，所述拉緊器包括一拉力線，用來附接在所述旋轉(zhuǎn)線軸上以對(duì)其施加拉力，以將拉力傳遞到設(shè)置在所述可鎖定線軸和所述旋轉(zhuǎn)線軸之間的一細(xì)絲上；一拉力卸荷組件，用來減小施加于細(xì)絲的拉力，其中所述拉力卸荷組件包括一所述拉力線，處于所述拉緊器和所述旋轉(zhuǎn)線軸之間；一拉力線進(jìn)口，形成在所述支承上；以及至少一個(gè)滑輪，鄰近所述拉力線進(jìn)口，用來將所述拉力線與所述拉力線進(jìn)口對(duì)準(zhǔn)；至少一個(gè)安裝板，與所述支承一體成形并從其向外延伸；以及至少一個(gè)導(dǎo)向器，在所述可鎖定的線軸和所述旋轉(zhuǎn)線軸之間形成一細(xì)絲通路，一所述導(dǎo)向器可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝在一所述安裝板上，且鄰近于所述支承的所述第一表面，以提供所述細(xì)絲途經(jīng)與所述支承的間隔。
9.一種細(xì)絲組織器的堆疊結(jié)構(gòu)，各所述細(xì)絲組織器包括一支承，具有在一第二表面對(duì)面的一第一表面，所述支承還包括連接到所述第一表面的多個(gè)組織器安裝座和多個(gè)附接在所述第二表面上的間隔塊；一可鎖定線軸，附接在所述支承上；一旋轉(zhuǎn)線軸，附接在所述支承上；以及一拉緊器，連接在所述旋轉(zhuǎn)線軸上以對(duì)設(shè)置在所述可鎖定線軸和所述旋轉(zhuǎn)線軸之間的一細(xì)絲施加拉力，所述堆疊結(jié)構(gòu)通過將所述組織器安裝座與所述間隔塊對(duì)準(zhǔn)并可拆卸地互相連接所述多個(gè)細(xì)絲組織器來形成。
全文摘要
一種細(xì)絲組織器(10)，具有鄰接于支承(12)的第一表面(14)的一可鎖定線軸(16)和一旋轉(zhuǎn)線軸(18)。一拉緊器(58)安裝在支承的第二側(cè)面，并包括附接至旋轉(zhuǎn)線軸上的一拉力線(62)。這樣可以施加拉力于旋轉(zhuǎn)線軸，該線軸將拉力傳遞到設(shè)置于可鎖定線軸和旋轉(zhuǎn)線軸之間的一細(xì)絲上。細(xì)絲組織器特別是用來在諸如剝離和重涂覆的制造和加工處理操作中和在諸如光纖光柵組件的功能組件中處理光纖。一堆疊結(jié)構(gòu)(68)包括若干間隔塊(70)和若干組織器安裝座(72)，以對(duì)齊諸細(xì)絲組織器(10)。
文檔編號(hào)G02B6/245GK1493012SQ01823036
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月13日
發(fā)明者A·加蒂卡, D·L·拉布拉克, A 加蒂卡, 拉布拉克 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司