專(zhuān)利名稱(chēng)：合成光波導(dǎo)光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及合成光波導(dǎo)光纖，特別是涉及具有不同熱膨脹系數(shù)的圓柱玻璃體的熔接接合。
背景技術(shù)：
光通信系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了特種光波導(dǎo)光纖的開(kāi)發(fā)，這種光纖可提供多種信號(hào)條件處理機(jī)制，如光信號(hào)放大、色散補(bǔ)償及增益平坦化。為了與光通信系統(tǒng)形成一整體，這些特種光纖必須與光纖辮連結(jié)或直接與光波導(dǎo)傳輸光纖連結(jié)。這些特種光纖通常具有可導(dǎo)致不同于傳輸光纖的熱膨脹特性的化學(xué)成分，如二氧化硅光波導(dǎo)光纖(如可從美國(guó)紐約州的康寧公司獲得的SMF-28TM單模光波導(dǎo)光纖)和用作辮光纖的光波導(dǎo)光纖。
通常，這些特種光纖在光通信系統(tǒng)中的部署要求特種光纖與傳輸光纖連結(jié)。光波導(dǎo)光纖的相互連結(jié)可方便地實(shí)現(xiàn)，其通過(guò)使用電弧熔接接合器而將光纖的末端熔接接合在一起。傳統(tǒng)知識(shí)認(rèn)為在光纖具有同樣的外徑時(shí)可出現(xiàn)最有效的熔接接合。在特種光纖和傳輸光纖之間的熱膨脹特性的差異導(dǎo)致較弱的接合，這是因?yàn)樵趦晒饫w具有同樣的直徑時(shí)殘余應(yīng)力高，從而在高熱膨脹特種光纖和低熱膨脹傳輸光纖之間需要低殘余應(yīng)力接合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是光纖器件，其包括一具有第一熱膨脹系數(shù)、第一直徑及第一端的第一圓柱玻璃體。光纖器件還包括一光波導(dǎo)光纖。光波導(dǎo)光纖具有第二熱膨脹系數(shù)、第二直徑及熔接接合到第一端的第二端。第一直徑大于第二直徑，及第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)。圓柱玻璃體實(shí)質(zhì)上與光波導(dǎo)光纖的至少一縱向延伸端部部分同軸。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括一合成光波導(dǎo)光纖。合成光波導(dǎo)光纖包括一具有第一直徑和第一最外層的第一光波導(dǎo)光纖，第一最外層具有第一熱膨脹系數(shù)。合成光波導(dǎo)光纖還包括一與第一光波導(dǎo)光纖連結(jié)的第二光波導(dǎo)光纖。第二光波導(dǎo)光纖具有第二直徑和第二最外層，第二最外層具有第二熱膨脹系數(shù)。第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)，且第一直徑大于第二直徑。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括一應(yīng)力減小的光波導(dǎo)光纖接頭。應(yīng)力減小的光波導(dǎo)光纖接頭包括一具有第一外層、第一直徑、第一光導(dǎo)中心區(qū)及第一端的第一光波導(dǎo)光纖接頭。第一外層具有第一熱膨脹系數(shù)。應(yīng)力減小的光波導(dǎo)光纖接頭還包括一具有第二外層、第二直徑、第二光導(dǎo)中心區(qū)及熔接接合到第一端的第二端的第二光波導(dǎo)光纖。第二外層具有第二熱膨脹系數(shù)。第一直徑大于第二直徑，且第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)。第一光導(dǎo)中心區(qū)與第二光導(dǎo)中心區(qū)實(shí)質(zhì)上相互成一行。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其減小了由熔接接合的光波導(dǎo)光纖的熱膨脹系數(shù)的失配引起的殘余應(yīng)力。
本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的詳細(xì)描述中指出，根據(jù)那些描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言一部分將是顯而易見(jiàn)的或通過(guò)實(shí)施在此描述的發(fā)明而認(rèn)識(shí)到，包括下面的詳細(xì)描述、權(quán)利要求及附圖。
前面的總的描述及下面的詳細(xì)描述應(yīng)被理解為僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，其意為提供所要求保護(hù)的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和特征的概覽或框架。附圖也被包括進(jìn)來(lái)以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，且附圖被組合并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附解了本發(fā)明的不同實(shí)施例，其與這里的描述一起用于闡釋本發(fā)明的原理和工作。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一實(shí)施例的側(cè)面正視圖；圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的側(cè)面正視圖；及圖3為對(duì)于二氧化硅光纖到特種光纖，作為光纖直徑比的函數(shù)的最大應(yīng)力的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)參考本發(fā)明的有效實(shí)施方式，其例子在附圖中進(jìn)行圖解。只要可能，在整個(gè)附圖中將使用同樣的附圖標(biāo)記來(lái)表示同樣的或類(lèi)似的部分。本發(fā)明光纖器件的一個(gè)實(shí)施例在圖1中示出，并被總地指明為附圖標(biāo)記10。
如在此表現(xiàn)及圖1所描述的，光纖器件10包括一光波導(dǎo)光纖12，如可從美國(guó)紐約的康寧公司獲得的SMF-28TM單模光波導(dǎo)光纖，及一圓柱玻璃體14。光波導(dǎo)光纖具有小于圓柱玻璃體14的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。光波導(dǎo)光纖12包括一端部16。端部16準(zhǔn)備來(lái)用于通過(guò)使用玻璃體電弧熔接連結(jié)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)的傳統(tǒng)技術(shù)與圓柱玻璃體14的端部18熔接連結(jié)。類(lèi)似地，圓柱玻璃體14的端部18準(zhǔn)備來(lái)用于與光波導(dǎo)光纖12的端部16連結(jié)。玻璃體14的直徑大于光波導(dǎo)光纖12的直徑。光波導(dǎo)光纖12的端部16熔接連結(jié)到圓柱玻璃體14的端部18，其使用商業(yè)可用的電弧熔接接合器實(shí)現(xiàn)，如由Ericsson Network Technologies AB和Furukawa ElectricCo.，Ltd.生產(chǎn)的接合器。
圖2示出了本發(fā)明合成光波導(dǎo)光纖的一個(gè)實(shí)施例，并由附圖標(biāo)記20所指明。如在此表現(xiàn)及圖2所描述的，合成光波導(dǎo)光纖20包括一第一光波導(dǎo)光纖22。第一光波導(dǎo)光纖22由玻璃制成并包括一由最外玻璃層26包圍的第一光導(dǎo)中心區(qū)24。第一光波導(dǎo)光纖22還包括一第一端部28。最外玻璃層26具有第一熱膨脹系數(shù)。第一光波導(dǎo)光纖22可以是，例如，具有最外玻璃層26的光波導(dǎo)光纖，最外玻璃層26選自包括下述各種玻璃的玻璃家族硅酸矽(alkalide silicates)；硅酸銻(antimony silicates)；鍺酸銻(antimony germanates)；基于氧化鉍的玻璃(bismuth oxide based glasses)；硼硅酸鹽(borosilicates)；鋁酸鈣(calcium aluminates)；包括氟鋯酸鹽(fluorozircanates)、氟鋁酸(fluoroaluminates)、含鎵氟化物(fluorogallates)及氟化銦(fluoroindates)的氟化物玻璃(fluoride glasses)；摻磷硅酸鹽(phosphorous doped silicates)；硫化玻璃(sulfide glasses)包括基于鎵的硫化玻璃(gallium basedsulfide glasses)、基于砷的硫化玻璃(arsenic based sulfideglasses)、及基于鍺的硫化玻璃(germania based sulfide glasses)；及亞碲酸鹽(tellurites)。另外，第一光纖22的最外層可以是透明微晶玻璃材料。
硅酸銻玻璃的一個(gè)例子具有化學(xué)成分(摩爾百分比)77％ SiO2、2％ Al2F6、21％ Sb2O3，及約66×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。鋁酸鈣玻璃的一個(gè)例子具有化學(xué)成分(摩爾百分比)40％ Al2O3、60％ CaO，及約90×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。亞碲酸鹽玻璃的一個(gè)例子具有化學(xué)成分(摩爾百分比)75％ TeO2、20％ ZnO、5％ NaO，及約180×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。
合成光波導(dǎo)光纖20還包括一第二光波導(dǎo)光纖30。第二光波導(dǎo)光纖30由玻璃制成并包括一由第二最外玻璃層34包圍的第二光導(dǎo)中心區(qū)32。第二光波導(dǎo)光纖30還包括一第二端部36。第二光波導(dǎo)光纖30具有第二熱膨脹系數(shù)。第二熱膨脹系數(shù)小于第一熱膨脹系數(shù)。第二光波導(dǎo)光纖30的最外層可以是，例如，一層二氧化硅(SiO2)玻璃。
第一和第二端部28、36根據(jù)傳統(tǒng)接合準(zhǔn)備程序準(zhǔn)備，例如剝?nèi)ト魏伪Ｗo(hù)性覆層并劈開(kāi)。第一和第二光波導(dǎo)光纖22、30相互成一行，從而使得第一和第二光導(dǎo)中心24、32相互成一行，以允許光信號(hào)跨過(guò)第一和第二光導(dǎo)區(qū)24、32的接口38傳播。
第一和第二光導(dǎo)光纖22、30使用電弧熔接接合器而相互熔接接合在一起，電弧熔接接合器如可從美國(guó)田納西州布倫特伍德的Amherst FiberOptics獲得的Ericsson FSU 995。接合器的設(shè)置將取決于第一和第二光波導(dǎo)光纖22、30的直徑和成分，這可由光纖電弧熔接接合領(lǐng)域的一般技術(shù)人員確定。
圖3為對(duì)于特種光纖和二氧化硅光纖，闡明光纖直徑比和接合中的最大應(yīng)力之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖，其中特種光纖具有45.6MPa的楊氏模量、0.182的泊松比、及70×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)，二氧化硅光纖具有72.59MPa的楊氏模量、0.158的泊松比、及6.4×10-7/℃的熱膨脹系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，特種光纖具有較大的直徑，例如在二氧化硅光纖直徑為125μm、特種光纖直徑為約178.6μm時(shí)，具有0.7的直徑比。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明的各種修改和變化將是顯而易見(jiàn)的。從而本發(fā)明覆蓋所有在所附權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種光纖器件，包括一圓柱玻璃體，具有一第一熱膨脹系數(shù)；一第一直徑；及一第一端；一光波導(dǎo)光纖，具有一第二熱膨脹系數(shù)；一第二直徑；及一熔接接合到所述第一端的第二端；其中所述第一直徑大于所述第二直徑；其中所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二熱膨脹系數(shù)；及其中所述圓柱玻璃體實(shí)質(zhì)上與所述光波導(dǎo)光纖的至少一縱向延伸的端部部分同軸。
2.一種合成光波導(dǎo)光纖，包括一第一光波導(dǎo)光纖，其具有第一直徑和第一最外層，第一最外層具有第一熱膨脹系數(shù)；及一與所述第一光波導(dǎo)光纖連結(jié)的第二光波導(dǎo)光纖，所述第二光波導(dǎo)光纖具有第二直徑和第二最外層，所述第二最外層具有第二熱膨脹系數(shù)；及其中，所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二熱膨脹系數(shù)；及其中，所述第一直徑大于所述第二直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導(dǎo)光纖，其中所述第二直徑與第一直徑的比小于0.95。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導(dǎo)光纖，其中所述第二直徑與第一直徑的比小于0.90。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導(dǎo)光纖，其中所述第二直徑與第一直徑的比小于0.80。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成光波導(dǎo)光纖，其中所述第二最外層包括一層SiO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成光波導(dǎo)光纖，其中所述第一最外層包括一層透明微晶玻璃(glass-ceramic)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成光波導(dǎo)光纖，其中所述第一最外層包含一層選自玻璃家族的玻璃，該玻璃家族包括硅酸矽；硅酸銻；鍺酸銻；基于氧化鉍的玻璃；硼硅酸鹽；鋁酸鈣；包括氟鋯酸鹽、氟鋁酸、含鎵氟化物及氟化銦的氟化物玻璃；摻磷硅酸鹽；硫化玻璃基于鎵的硫化玻璃、基于砷的硫化玻璃及基于鍺的硫化玻璃；及亞碲酸鹽。
10.一種應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，包括一第一光波導(dǎo)光纖，具有一第一外層，所述第一外層具有第一熱膨脹系數(shù)；一第一直徑；一第一光導(dǎo)中心區(qū)；及一第一端；一第二光波導(dǎo)光纖，具有一第二外層，所述第二外層具有第二熱膨脹系數(shù)；一第二直徑；一第二光導(dǎo)中心區(qū)；及一與所述第一端熔接接合的第二端；其中所述第一直徑大于所述第二直徑；其中所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二熱膨脹系數(shù)；及其中所述第一光導(dǎo)中心區(qū)和所述第二光導(dǎo)中心區(qū)實(shí)質(zhì)上相互成一行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第一熱膨脹系數(shù)大于60×10-7/℃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第二熱膨脹系數(shù)小于10×10-7/℃。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)的比大于6。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)的比小于30。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第二直徑與所述第一直徑的比大于0.60。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第二直徑與所述第一直徑的比小于0.99。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中所述第二直徑與所述第一直徑的比小于0.90。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應(yīng)力小于118MPa。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應(yīng)力小于110MPa。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應(yīng)力小于100MPa。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應(yīng)力小于90MPa。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應(yīng)力小于80MPa。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，由于所述第一熱膨脹系數(shù)與所述第二熱膨脹系數(shù)之間的差，在熔接接頭中的殘余應(yīng)力小于70MPa。
24.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)力減少的光波導(dǎo)光纖接頭，其中，所述第一熱膨脹系數(shù)為約70×10-7/℃；其中所述第二熱膨脹系數(shù)為約6.4×10-7/℃；及其中所述第二直徑與所述第一直徑的比小于0.90。
全文摘要
本發(fā)明包括一合成光波導(dǎo)光纖(12)。該合成光波導(dǎo)光纖包括一第一光波導(dǎo)光纖(12)。第一光波導(dǎo)光纖(12)具有一第一直徑和一第一最外層，第一最外層具有第一熱膨脹系數(shù)。合成光波導(dǎo)光纖還包括一與第一光波導(dǎo)光纖(12)連結(jié)的第二光波導(dǎo)光纖(14)。第二光波導(dǎo)光纖(14)具有一第二直徑和一第二最外層，第二最外層具有第二熱膨脹系數(shù)。其中第一熱膨脹系數(shù)大于第二熱膨脹系數(shù)，及其中第一直徑大于第二直徑。
文檔編號(hào)G02B6/02GK1561459SQ02819247
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者道格拉斯·C.·艾倫 申請(qǐng)人:康寧公司