專利名稱：激光成形光纖以及光學總成和用于激光成形光纖的方法
技術領域：
本公開一般涉及激光成形光纖和具有機械接合的光學總成(諸如，現(xiàn)場安裝型連接器)以及用于激光成形光纖的方法。在一個實施例中，本公開針對一種用于切割光纖和使光纖激光成形的方法以及使用所述光纖的光學總成，所述光纖具有漸縮狀并且成角度的端面。
背景技術：
將光纖用于各種應用，所述應用包括語音通訊、數(shù)據(jù)傳輸和類似應用。很明顯，隨著光纖日益增加和變化的用途，需要接合光纖的有效方法。為了有效地耦合在各個光纖之間傳輸?shù)男盘?，接合所述光纖的方法必須不會顯著地衰減或改變所傳輸?shù)男盘?。目前，存在兩種用于接合光纖的主要方法熔接和機械接合。機械接合是光纖配套系統(tǒng)，在所述光纖配套系統(tǒng)中，兩根光纖的末端彼此進行實體接觸并通過機械力(諸如，“凸輪”閉鎖機構或壓接機構)固定在適當位置。換句話說，將光纖對準并對接在一起，并隨后將所述光纖在適當位置夾緊，以抑制光纖的機械接合之間的移動。傳統(tǒng)的機械接合方法通常涉及用折射率匹配凝膠填充光纖端面之間的任何間隙 (以下稱為“芯間隙”)。所述凝膠充當在現(xiàn)場光纖與短光纖之間傳送光的介質(zhì)。雖然機械接合通常提供可接受的信號傳輸特性，但是機械接合也可以反射一部分傳輸信號，以致產(chǎn)生相應的回波損耗。反射比至少部分是由現(xiàn)場光纖與短光纖各自的折射率之間的差異造成的。所述折射率匹配凝膠有助于減小纖芯與芯間隙之間折射率的差異。為產(chǎn)生傳統(tǒng)的機械接合，通常將兩根光纖的末端切割開并插入具有精確光纖對準特征結構的機械接合總成(諸如，縱向運行穿過總成的機械加工的或蝕刻的溝槽)中。溝槽的數(shù)目與溝槽各自的尺寸為容許光纖安置在溝槽內(nèi)的數(shù)目和大小。通常，使用機械切割刀將光纖切割開，所述機械切割刀垂直或以相對于所述光纖的縱軸預定角度來產(chǎn)生基本上平坦的光纖端面。機械切割物/切割刀可具有若干缺點。第一，所述機械切割物/切割刀具有固有的玻璃缺陷區(qū)域，所述玻璃缺陷區(qū)域是由機械刀刃敲擊玻璃光纖造成的。第二，所述機械切割物/切割刀在切割面與光纖外徑之間具有鋒利的邊緣。這種鋒利的邊緣可能會磨損機械接合總成的溝槽組件。第三，所述機械切割物/切割刀具有基本上平坦的光纖端面，所述光纖端面具有可能并不垂直于光纖外徑的切割角度。此角度可能在機械接合總成中光纖對接時增加纖芯間隙，這樣會增加衰減。除這些缺點之外，機械切割刀需要定期更換切割刀刃，并且由于長期不穩(wěn)定性，機械切割刀并不是自動化友好的裝置。為了減少背反射，尤其是大功率應用中的背反射，可以將光纖以預定角度機械切害I]。例如，機械接合可具有兩根配套光纖，所述配套光纖具有以一定角度(諸如，8度)切割的各自端面，以消除任何折射率轉(zhuǎn)變處的背反射。理想地，將機械接合中光纖的兩個角度 (即，配套光纖上的端面角度)匹配或?qū)?，以減小芯間隙，從而減小機械接合的光信號損耗。實際上，以可重復并且可再現(xiàn)的方式執(zhí)行成角度的切割是較為困難的任務。因此，需要在光纖中形成成角度的切割，以克服光學總成(諸如，機械接合連接器，尤其是載送大功率光信號的機械接合連接器)的上述缺點。所述方法應是可重復的、可靠的并且產(chǎn)生基本上沒有缺陷的光纖端面。產(chǎn)生可最小化應用中芯間隙的成形光纖端面也是所期望的，在所述應用中，所述成形光纖端面與使用機械成角度切割的現(xiàn)場制備光纖配套。處理方法優(yōu)選為自動化友好、穩(wěn)定的并且不具有會隨著不斷的使用而損耗并影響所述成角度切割的效能的消耗。

發(fā)明內(nèi)容
公開了具有激光成形光纖的光學總成(諸如，現(xiàn)場安裝型連接器)以及用于制造激光成形光纖的方法。本公開描述一般用于使用激光切割光纖端面并使光纖端面成形的各種方法，以及現(xiàn)場安裝型連接器的短光纖。以下所述光纖激光處理方法實質(zhì)上減少或消除玻璃缺陷區(qū)域、產(chǎn)生有助于在最小化磨損的同時將光纖插入機械接合總成中的邊緣半徑， 并產(chǎn)生通常為凸形或半球形角度的光纖端面，所述凸形或半球形角度的光纖端面最小化機械接合區(qū)段中的芯間隙。激光成形光纖可用于任何適合的光學總成，諸如，機械接合裝置， 如現(xiàn)場安裝型連接器。在一個實施例中，現(xiàn)場安裝型連接器包含套管，所述套管具有正面和背面以及縱向穿過所述套管界定的至少一個光纖孔；短光纖，所述短光纖設置于所述套管的至少一個光纖孔內(nèi)，所述短光纖具有遠端端面，所述短光纖的遠端端面延伸超過所述套管背面預定的距離；以及對準特征結構，所述對準特征結構用于對準短光纖和現(xiàn)場光纖。短光纖的遠端端面經(jīng)激光成形以具有漸縮狀并成角度的端面。在使用期間，將短光纖和現(xiàn)場光纖進行端對端的實體接觸并緊固于現(xiàn)場安裝型連接器內(nèi)的適當位置。 在其它實施例中，現(xiàn)場安裝型連接器可進一步包含彈簧元件，所述彈簧元件可操作用于向連接器殼體內(nèi)的套管提供浮動；以及套管固定器，所述套管固定器界定引入的特征結構，所述引入的特征結構可操作用于引導現(xiàn)場光纖進入對準特征結構。現(xiàn)場安裝型連接器可在現(xiàn)場進行裝配并機械接合至光纖電纜的端點。短光纖是通過首先旋轉(zhuǎn)光纖并將激光束在旋轉(zhuǎn)光纖間掃描而激光成形的，其中激光成形步驟是通過將形式為高斯(Gaussian) 型強度分布的一定量預定激光強度照射在短光纖上實現(xiàn)的。在光纖在光纖旋轉(zhuǎn)運動期間已充分“頸縮”之后，旋轉(zhuǎn)運動基本上停止，并且通過穿過光纖的掃描激光束而以預定角度 (諸如，八度或類似度數(shù))割斷或切斷光纖。 本公開也針對一種制造現(xiàn)場安裝型連接器的方法，所述現(xiàn)場安裝型連接器用于機械接合應用中。所述方法包含旋轉(zhuǎn)緊固于現(xiàn)場安裝型連接器的套管內(nèi)的短光纖，并且通過首先將以垂直于短光纖的縱軸的預定角度引導的一束激光旋轉(zhuǎn)光纖間來回掃描來切割短光纖的末端并使短光纖的末端成形。在光纖在光纖旋轉(zhuǎn)運動期間已充分“頸縮”之后，旋轉(zhuǎn)運動基本上停止，并且通過穿過光纖的掃描激光束而以預定角度割斷或切斷光纖。在一個實例中，以連續(xù)模式操作所述激光，但其它模式也是可行的。激光的振蕩運動可由間歇式正弦信號驅(qū)動，從而導致能量兩次沉積于光纖中，緊接于所述能量兩次沉積之后的是下次能量沉積發(fā)生之前的冷卻期?？深A定并調(diào)整激光的脈沖持續(xù)時間和能量強度，以便光纖材料逐漸地脫落，而不會使脫落的材料再沉積或使剩余的光纖幾何結構變形。在另一個實施例中，一種使光纖的端面激光成形的方法包括首先旋轉(zhuǎn)光纖，并且將以垂直于光纖的縱軸的預定角度引導的一束激光旋轉(zhuǎn)光纖間來回掃描。在光纖已充分 “頸縮”之后，旋轉(zhuǎn)運動基本上停止，并且掃描激光束以預定角度切割所述光纖。如先前實施例中，可以連續(xù)模式操作激光，激光的振蕩運動可由間歇式正弦信號驅(qū)動，從而導致能量兩次沉積于光纖中，緊接于所述能量兩次沉積之后的是下次能量沉積發(fā)生之前的冷卻期，并且可預定并調(diào)整激光的脈沖持續(xù)時間和能量強度，以便光纖材料逐漸地脫落，而不會使脫落的材料再沉積或使剩余的光纖幾何結構變形。激光的預定入射角 范圍可為從約10°至約60°，更優(yōu)選為從約15°至約25°。激光成形方法產(chǎn)生具有漸縮狀或圓形光纖末端的半球形光纖，所述光纖末端具有成角度的端面和伸出的纖芯。在另一個方法中，旋轉(zhuǎn)光纖，同時在第一位置處將激光束旋轉(zhuǎn)光纖間掃描，此后移動所述激光束或移動所述光纖，以便所述激光束的掃描發(fā)生在第二位置處，從而在光纖上形成“鉛筆尖端”端面。


當參閱附圖閱讀以下詳細描述時，更易理解這些和其它特征、目的和優(yōu)點，其中圖1為拆卸后的現(xiàn)場安裝型連接器的立體圖，所述拆卸后的現(xiàn)場安裝型連接器具有短光纖，所述短光纖具有根據(jù)示范性實施例的激光成形的端面；圖2為圖1的連接器在根據(jù)示范性實施例的裝配配置中的剖面立體圖；圖3為根據(jù)示范性實施例的激光處理期間的光纖和套管總成的示意圖；圖4為間歇式正弦信號的圖式，所述間歇式正弦信號在根據(jù)示范性實施例的光纖處理期間控制激光的路徑；圖5為示出相對于根據(jù)示范性實施例的激光路徑的光纖位置的示意圖；圖6為示出激光相對于根據(jù)示范性實施例處理的光纖的方向的示意圖；圖7為圖示激光成形光纖的端面相對于垂直于光纖縱軸的平面的角度的圖；圖8和圖9分別示意性地呈現(xiàn)根據(jù)示范性實施例的正在激光成形的光纖和已激光成形光纖的放大圖；圖10為如本文所述正在激光成形的光纖的影像；圖11為放大情況下取得的激光成形光纖端面的影像；圖12和圖13示意性示出與傳統(tǒng)機械切割的光纖相比，使本文所述的光纖激光成形的優(yōu)點；以及圖14和圖15分別示意性地呈現(xiàn)根據(jù)另一個實施例的正在激光成形的光纖和已激光成形光纖的放大圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參閱附圖在下文中更充分地描述概念，在所述附圖中圖示優(yōu)選的實施例。 然而，可以許多不同的形式實施本發(fā)明，并且不應將本發(fā)明闡釋為限于本文所闡述的實施例。提供這些示范性實施例，以便本公開將是透徹和完整的，并且本公開將向本領域的技術人員充分地傳達所述概念的保護范圍。在各圖中相同元件符號代表相同的元件。現(xiàn)在參閱所述圖，圖1圖示現(xiàn)場安裝型連接器20(即，機械接合連接器)的示范性實施例，所述現(xiàn)場安裝型連接器20具有短光纖22，所述短光纖22具有激光成形的漸縮狀并成角度端面M。激光成形的短光纖代替現(xiàn)場安裝型連接器中傳統(tǒng)機械切割的短光纖。 在安裝連接器20期間，在工廠或現(xiàn)場裝配應用中，可將光纖在機械接合總成內(nèi)進行實體接觸。短光纖22為本領域中已知的任何光纖類型，例如，由二氧化硅或一或更多種其它適合的材料組成的單模或多模光纖。單模光纖中內(nèi)芯區(qū)域的直徑為約10 μ m，并且多模光纖中內(nèi)芯區(qū)域的直徑為約50 μ m。外包層區(qū)域通常的直徑為約125 μ m,并且所述包層包含比芯區(qū)的折射率更低的折射率。在現(xiàn)場中，將光纖電纜的光纖(通常稱為現(xiàn)場光纖，連接器20 將連接至所述現(xiàn)場光纖)的末端部分從與套管沈相對的末端插入連接器20中。將短光纖 22與現(xiàn)場光纖接觸，并將短光纖22通過凸輪閉鎖構件(諸如，由Coming Cable Systems, Hickory, NC提供出售的UniCam 機械接合總成)固定在機械接合總成內(nèi)的適當位置。現(xiàn)場安裝型連接器20包含極其精確的光纖對準特征結構，所述光纖對準特征結構可操作用于對準(即，自動定心)短光纖22和現(xiàn)場光纖。如圖1中所示，連接器20形成了電纜總成的一部分，所述部分具有SC套管沈，所述SC套管沈以可固定的方式緊固于短光纖22的一端。將短光纖22緊固于套管沈的光纖孔27內(nèi)，并且短光纖22延伸超過套管沈的背面預定距離，例如，從約2毫米至約15毫米，更優(yōu)選為從約5毫米至約8毫米。盡管圖示了 SC套管沈和相關連接器類型，但所述套管和連接器組件可用任何其它套管和連接器組件來代替，其它套管和連接器組件包括(但不限于)SC、ST、LC、FC、DC、MTP、MU、MT-RJ, UniCam 和其它類似的類型?，F(xiàn)場安裝型連接器20進一步包含連接器殼體28，套管沈存在于連接器殼體28中。彈簧元件30 (諸如，壓縮彈簧)可操作用于向連接器殼體觀內(nèi)的套管26提供浮動。對浮動程度的限制由各種因素來設定，所述因素諸如，可以從壓縮彈簧元件30獲得的壓縮量和壓縮彈簧元件30所需要的力。為裝配連接器20，將激光成形(即，漸縮狀并成角度的端面)短光纖22插入由接合部分32界定的縱向延伸的對準特征結構(例如，V形槽31)中。接合部分32示出為交錯配置圖示。短光纖22和現(xiàn)場光纖在接合部分32內(nèi)進行端對端的實體接觸。套管固定器 34可操作用于罩住接合部分32。套管固定器34界定引入管35，引入管35可操作用于引導現(xiàn)場光纖進入套管固定器34并進入接合部分32。凸輪系統(tǒng)機構由兩個組件36、38組成，并且凸輪系統(tǒng)機構可操作用于對接合部分32的中肋39施加壓力，以便向內(nèi)徑向地壓縮接合部分32。凸輪系統(tǒng)機構組件38界定凹槽40，將凹槽40插入由套管固定器34界定的溝槽 41中。在短光纖22和現(xiàn)場光纖進行實體接觸之后，旋轉(zhuǎn)凸輪系統(tǒng)組件38，而凸輪系統(tǒng)組件 38接著旋轉(zhuǎn)套管固定器34，套管固定器34又接著對接合部分32的中肋39施加力。在裝配時，現(xiàn)場安裝型連接器20將短光纖22和現(xiàn)場光纖緊固在適當位置。參閱圖2，圖示裝配后的現(xiàn)場安裝型連接器。盡管未圖示，但現(xiàn)場光纖將被插入由套管固定器34界定的開孔中并緊固于接合部分32內(nèi)。使光纖的端面激光成形的方法應用于短光纖、現(xiàn)場光纖，然而，可使用用于現(xiàn)場光纖的傳統(tǒng)技術機械切割所述光纖中的一種。 可在現(xiàn)場裝配連接器20并將連接器20機械接合至端點。盡管未圖示，但可在裝配之后將橡膠護套放置于連接器20上方，所述護套可操作用于密封并保護連接器20和機械接合點與環(huán)境隔離。參閱圖3，圖示套管旋轉(zhuǎn)總成50的示意圖。總成50包括安裝于光纖22上的套管 26。為了為光纖22繞光纖22的縱軸旋轉(zhuǎn)作準備，將所述光纖固定在界定反向V形槽的靜態(tài)套管固定器52與適合的旋轉(zhuǎn)機構M (諸如，伺服驅(qū)動輪)之間的適當位置。靜態(tài)套管固定器52表示可操作以在旋轉(zhuǎn)期間維持套管沈的位置的任何已知構件。旋轉(zhuǎn)機構M表示可操作以使套管26旋轉(zhuǎn)并使套管沈各自的光纖22圍繞光纖22的縱軸旋轉(zhuǎn)的任何已知構件。靜態(tài)套管固定器52應在沒有過度摩擦的情況下提供支撐。舉例來說，在所述方法的第一步驟期間，光纖22可以任何適合的旋轉(zhuǎn)速率(諸如，約2Hz)旋轉(zhuǎn)，但其它旋轉(zhuǎn)速度也是可行的。對于第二步驟，光纖/套管總成基本上停止旋轉(zhuǎn)。光纖22的尖端由第二靜態(tài)固定器58支撐，所述第二靜態(tài)固定器58包含V形槽，以最小化滑出的影響。伸出第二靜態(tài)固定器58外的光纖量應足夠長，以容許使用激光切割光纖22的末端并使光纖22的末端成形， 并且所述伸出的光纖量不應過長，過長會導致在第一步驟期間正在成形的部分可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏心。盡管使用術語第一步驟和第二步驟，但其它步驟也可能發(fā)生在本文所述的第一步驟和第二步驟之前、第一步驟和第二步驟期間、第一步驟和第二步驟之間或之后。例如，可在處理期間將激光相對于光纖分度，以形成具有更多如“鉛筆尖端”的剖面的光纖。在第一和第二步驟期間，將激光束光纖22來回掃描。市售CO2激光器(諸如，由 Synrad Inc. (Mukilteo, Washington)提供出售的60瓦特密封管(X)2激光器)的能量聚焦至約150 μ m至200 μ m的光斑。在一個實例中，所述激光可聚焦至略大于光纖22外徑的光斑大小?？梢灶l率為約20kHz的連續(xù)模式操作所述激光。激光的振蕩運動可由如圖4中所示的間歇式正弦信號驅(qū)動。舉例來說，個別正弦波的頻率可為約50Hz，而間歇式色同步脈沖頻率可為約12Hz。以元件符號60示出峰間幅值。以元件符號62示出1/色同步脈沖頻率。以元件符號64示出1/信號頻率。圖5為示出相對于激光路徑的光纖22位置的示意圖。在一個實施例中，光纖22 的位置可位于正弦激光路徑的波峰與激光的無效或暫停位置之間的半途周圍。這種定位使得能量兩次沉積于光纖22中，緊接于所述能量兩次沉積之后的是下次能量沉積發(fā)生之前的冷卻期。以元件符號66示出激光的燒痕，并且以元件符號68示出激光掃描的中心。在圖5中也示出激光掃描的峰間幅值60。使用至少兩步法來實現(xiàn)本文所公開的光纖的端面的激光成形。第一步驟在光纖旋轉(zhuǎn)時形成光纖的端面，并且第二步驟在旋轉(zhuǎn)基本上停止之后形成光纖的端面。如本文所使用的，“基本上停止”或“已基本上停止”指的是光纖的旋轉(zhuǎn)停止或減慢至(諸如)較小的旋轉(zhuǎn)速度，在所述旋轉(zhuǎn)速度下，激光束可在光纖間掃描，以在光纖芯處產(chǎn)生成角度的端面。例如，兩個步驟都將形式為高斯型強度分布的一定量預定激光強度照射在將要成形的光纖22 上。在(X)2激光的輻射與光纖22接觸之后，在光纖22的表面處吸收所述(X)2激光的輻射。 當熱量傳導至光纖22的材料中時，表面處的玻璃溫度升高至玻璃的汽化溫度以上并脫落掉。激光在表面處維持的時間越久，熱量穿透的深度越深。因此，強烈的短脈沖可用以引起表面包層脫落，而使下層材料熔化最少。預定并調(diào)整激光束的脈沖持續(xù)時間和能量強度，以便光纖材料逐漸地脫落，而不會使脫落的材料再沉積或使剩余的光纖幾何結構變形。所述光纖處理方法容許使光纖的末端精確成形。激光以振蕩運動光纖22間掃描，以實現(xiàn)光纖的脫落并優(yōu)選地最小化由非剝離性區(qū)域中能量造成的過熱。此外，在旋轉(zhuǎn)光纖時用激光使光纖成形也抑制由重力或類似原因造成的光纖外表面附近的下垂形變。圖6為示出激光相對于光纖22的方向的示意圖。來自激光源70的激光束可以入射角9引導，轉(zhuǎn)至所示光纖22的端面中，所述入射角9自垂直于光纖22的縱軸的方向偏離約5度至約60度之間。在優(yōu)選的實施例中，所述角度范圍可為自垂直于光纖22的縱軸的方向偏離約5度至約35度。在更優(yōu)選的實施例中，所述角度范圍可為約15度至約25度。 所述角度用以克服激光束的直徑間近似的高斯型能量分布并在光纖上產(chǎn)生成角度的端面。如圖7中所示，激光成形的光纖22具有以角度α形成的成角度端面部分。光纖端面的角度α相對于與光纖芯處的光纖縱軸LA垂直的平面PP為介于2度與12度之間。 更具體地說，所述成角度的光纖端面的角度測量為光纖芯處半球形表面的切線與垂直于光纖的縱軸LA的平面PP之間的角度。在優(yōu)選的實施例中，成角度端面的角度介于4度與8 度之間，但使用所公開的概念，其它適合的角度也是有可能的。光纖芯將具有半球形表面， 其中光纖的邊緣也為彎曲(即，圓形)的，以抑制鋒利的邊緣(圖11)。圖8和圖9示意性地呈現(xiàn)根據(jù)示范性實施例正在激光成形的光纖22的放大圖。 所述方法的第一步驟通過如圖8中所示當光纖正在旋轉(zhuǎn)時使一部分光纖脫落而使光纖“頸縮”。光纖的旋轉(zhuǎn)脫落可繼續(xù)進行達到任何適合的深度并且甚至進入光纖芯中，但并未割斷或切斷光纖。在割斷或切斷光纖之前，光纖的激光脫落和旋轉(zhuǎn)運動基本上停止。如圖8所示，一部分光纖顯示出由第一方法步驟的旋轉(zhuǎn)運動期間的光纖脫落造成的沙漏形狀?？蛇x地，可通過在處理期間對光纖施加拉力來拉長光纖的沙漏形狀。當光纖基本上停止并且以相對于垂直于光纖縱軸的平面的預定角度切斷光纖時， 第二方法步驟重新開始進行激光脫落。圖9示意性地示出切斷或割斷之后的光纖。成角度端面被切割的位置通常符合通過第一方法步驟產(chǎn)生的光纖的一部分“頸縮”區(qū)域。在優(yōu)選的實施例中，光纖的旋轉(zhuǎn)運動停止，以便光纖為靜態(tài)的，從而產(chǎn)生高質(zhì)量的成角度端面。通過所公開的方法處理的光纖優(yōu)選為具有漸縮狀或較大的邊緣半徑，所述漸縮狀或較大的邊緣半徑使得芯間隙在成角度的機械接合(諸如，如在圖13中示意性地圖示的類似現(xiàn)場安裝型連接器)中有所減小并有助于光纖插入機械接合總成中。換句話說，光纖的遠端端面具有圓形邊緣，以便所述遠端端面易于滑入機械接合連接器的對準機構或類似物中。此外，將纖芯定位于半球形和漸縮狀端面的頂點附近，以便光纖芯可與鄰接的光纖進行實體接觸。圖10為在成角度部分形成于端面上之前，如本文所述正在激光成形的光纖的影像。換句話說，所述光纖并未完全割斷。如圖所示，激光成形步驟形成漸縮狀區(qū)域(即，“頸縮”區(qū)域)，在所述漸縮狀區(qū)域處，激光剖面使一部分光纖脫落。激光使光纖的外環(huán)形部分脫落，從而形成“頸縮”或沙漏部分。因為激光具有有限束寬，所述有限束寬具有近似高斯 (psedo-gaussian)強度分布(即，強度在中心附近大些，并且強度向著如圖8中所示出的光束的邊緣下降)，所以形成“頸縮”或沙漏部分，從而在光束中心附近脫落的光纖最多。圖11為約600X放大情況下取得的激光成形光纖端面的影像。如圖所示，所述光纖具有圓形邊緣以及漸縮狀并成角度的端面。使用60瓦特(X)2激光器并以約2Hz旋轉(zhuǎn)光纖使此光纖激光成形。個別正弦波的頻率為約40Hz，而間歇式色同步脈沖頻率為約6Hz。以 30百分比工作周期操作所述激光器。旋轉(zhuǎn)步驟花費約1.5秒，并且靜態(tài)步驟花費約1秒。 當然，使用許多其它參數(shù)(諸如，旋轉(zhuǎn)速度、頻率、功率電平、入射角等等)可能得到其它適合的結果。
本文所公開的概念有利于機械接合連接器和類似物。說明性地，圖12和圖13分別示意性地示出傳統(tǒng)的機械地成角度切割的短光纖122和激光成形的短光纖222與現(xiàn)場切割光纖112的鄰接，以圖示激光成形的短光纖222的優(yōu)點。具體地說，圖12圖示傳統(tǒng)的機械地成角度切割的短光纖122的對準和鄰接的最壞情形，所述傳統(tǒng)的機械地成角度切割的短光纖122與現(xiàn)場切割光纖112配套，其中機械切割的成角度端面相位差為約180度。如圖12中所示，在光纖芯(由中心陰影部分表示)之間存在實質(zhì)的間隙。圖12中光纖芯之間的此間隙通過增加背反射比并抑制光信號在光纖芯之間傳輸而降低光學效能(即，增加光衰減)，從而降低所述機械接合的質(zhì)量。另一方面，圖13圖示本文所公開的激光成形的短光纖222與現(xiàn)場切割光纖112的鄰接的最壞情形。如圖所示，不管光纖之間的旋轉(zhuǎn)方向如何，各個光纖的光纖芯(由中心陰影部分表示)都非常接近。因此，由于不管光纖的位置如何，機械接合的光衰減都相對較低，所以所述工藝可在現(xiàn)場執(zhí)行高質(zhì)量的機械接合。換句話說，由于光纖之間的方向不會趨向于增加或減小光纖之間的間隙，所以由光纖的旋轉(zhuǎn)位置造成的機械接合的光學效能 (即，衰減)通常是可重復的。因此，所述工藝可有利地在現(xiàn)場中以可靠的和可重復的方式進行高質(zhì)量機械接合。使光纖的端面激光成形的其它方法也是可行的。例如，圖14和圖15分別示出形成有“鉛筆尖端”端面的光纖322和完成的光纖的端面。“鉛筆尖端”指的是所述端面具有相對較長的漸縮狀部分，所述相對較長的漸縮狀部分產(chǎn)生具有光纖芯的端面。所述鉛筆尖端端面可具有如以上所論述的成角度端面，或者所述鉛筆尖端端面可具有非成角度的端面。形成鉛筆尖端端面的方法類似于本文所述的方法的第一步驟，但形成鉛筆尖端端面的方法進一步涉及移動激光束或移動光纖以使激光束的掃描發(fā)生在第二位置304處的步驟。換句話說，當旋轉(zhuǎn)光纖以形成如圖8中所示的“頸縮”區(qū)域時，在光纖的第一位置302處執(zhí)行第一步驟。隨后向著光纖將被割斷的部分移動(即，移動激光及/或光纖)脫落，以產(chǎn)生光纖的較長漸縮狀部分(即，鉛筆尖端形狀)。圖14示出由箭頭表示的從第一位置302至第二位置304的移動。例如，所述移動可以是適合的距離(諸如，介于2微米與300微米之間)，但任何適合的距離也是可行的。此后，所述激光束在光纖間掃描，以切割所述光纖。當光纖在第二位置處旋轉(zhuǎn)時，將激光束在光纖間掃描形成如圖15中所示的光纖端面。換句話說，所述鉛筆尖端端面具有與垂直于光纖縱軸的平面成約零度的角度?；蛘?，可通過在光纖如所描述的基本上停止時將激光束在光纖間掃描，而在光纖的末端上形成成角度端面(例如， 介于2度與12度之間的角度)。盡管已參閱方法的優(yōu)選的實施例和實例描述使光纖的端面激光成形的方法，其他實施例和實例可執(zhí)行類似的功能及/或?qū)崿F(xiàn)類似的結果。所有這些等效實施例和實例都在本發(fā)明的精神和保護范圍內(nèi)，并且所有這些等效實施例和實例意欲由以上權利要求書涵
至
ΓΤΠ ο
10
權利要求
1.一種現(xiàn)場安裝型連接器，所述現(xiàn)場安裝型連接器包含套管，所述套管具有正面和背面以及縱向穿過所述套管界定的至少一個光纖孔；短光纖，所述短光纖設置于所述套管的所述至少一個光纖孔內(nèi)，并且所述短光纖具有遠端端面，所述短光纖的所述遠端端面延伸超過所述套管的所述背面預定距離，所述短光纖的所述遠端端面經(jīng)激光成形以具有漸縮狀并成角度的端面；以及對準特征結構，所述對準特征結構用于對準所述短光纖與現(xiàn)場光纖。
2.如權利要求1所述的現(xiàn)場安裝型連接器，其中所述短光纖的所述遠端端面具有成角度端面，所述成角度端面相對于垂直于所述短光纖軸的平面的角度介于2度與12度之間。
3.如權利要求1或2所述的現(xiàn)場安裝型連接器，其中使用凸輪系統(tǒng)結構將所述短光纖和所述現(xiàn)場光纖緊固在適當位置。
4.如權利要求1至3所述的現(xiàn)場安裝型連接器，所述現(xiàn)場安裝型連接器進一步包含彈簧元件，所述彈簧元件用于向連接器殼體內(nèi)的所述套管提供浮動。
5.如權利要求1至4所述的現(xiàn)場安裝型連接器，所述現(xiàn)場安裝型連接器進一步包含套管固定器，所述套管固定器界定引入特征結構，所述引入特征結構可操作用于將所述現(xiàn)場光纖引導至所述對準特征結構中。
6.如權利要求1至5所述的現(xiàn)場安裝型連接器，其中所述連接器可在現(xiàn)場進行裝配并機械地接合至光纖電纜的端點。
7.如權利要求1至6所述的現(xiàn)場安裝型連接器，其中通過包含以下步驟的方法產(chǎn)生所述短光纖的所述遠端旋轉(zhuǎn)所述光纖并將激光在所述旋轉(zhuǎn)光纖間掃描，并且隨后基本上停止所述短光纖的所述旋轉(zhuǎn)，并將所述激光束在所述光纖間掃描，以形成所述漸縮狀并成角度的端面。
8.如權利要求1至7所述的現(xiàn)場安裝型連接器，其中所述遠端端面具有圓形邊緣。
9.一種切割光纖并使所述光纖的末端成形的方法，所述方法包含旋轉(zhuǎn)所述光纖；將激光束在所述旋轉(zhuǎn)光纖間掃描；以及基本上停止所述光纖的所述旋轉(zhuǎn)并將所述激光束在所述光纖間掃描，從而以預定角度切割所述光纖的端面，所述預定角度偏離所述光纖縱軸小于90度，以便所述光纖的所述端面具有漸縮狀并成角度端面。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述光纖的所述端面具有成角度端面，所述成角度端面相對于垂直于所述短光纖軸的平面的角度介于2度與12度之間。
11.如權利要求9或10所述的方法，其中以連續(xù)模式或脈沖模式操作所述激光。
12.如權利要求9至11所述的方法，其中所述激光的振蕩運動由間歇式正弦信號驅(qū)動， 從而導致能量兩次沉積于所述光纖中，緊接于所述能量兩次沉積之后的是下次能量沉積發(fā)生之前的冷卻期；以及其中預定并調(diào)整所述激光的脈沖持續(xù)時間和能量強度，以便光纖材料逐漸地脫落，而不會使所述脫落的材料再沉積或使剩余的光纖幾何結構變形。
13.如權利要求9至12所述的方法，其中所述方法產(chǎn)生半球形光纖末端，所述半球形光纖末端具有伸出的纖芯。
14.如權利要求9至13所述的方法，其中所述光纖為現(xiàn)場安裝型連接器的短光纖。
15.一種根據(jù)如權利要求9至14所述的方法形成的光纖。
16.一種制造現(xiàn)場安裝型連接器的方法，所述現(xiàn)場安裝型連接器用于機械接合應用，所述方法包含將緊固于所述現(xiàn)場安裝型連接器的套管內(nèi)的短光纖旋轉(zhuǎn)； 將激光束在所述旋轉(zhuǎn)短光纖間掃描；以及基本上停止所述光纖的所述旋轉(zhuǎn)并將所述激光束在所述光纖間掃描，從而以預定角度切割所述光纖的端面，所述預定角度偏離所述光纖縱軸小于90度，以便所述光纖的所述端面具有漸縮狀并成角度端面。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述光纖的所述端面具有成角度端面，所述成角度端面相對于垂直于所述短光纖軸的平面的角度介于2度與12度之間。
18.如權利要求16或17所述的方法，其中以連續(xù)模式或脈沖模式操作所述激光。
19.如權利要求16至18所述的方法，其中所述激光的振蕩運動由間歇式正弦信號驅(qū)動，從而導致能量兩次沉積于所述光纖中，緊接于所述能量兩次沉積之后的是下次能量沉積發(fā)生之前的冷卻期；以及其中預定并調(diào)整所述激光的脈沖持續(xù)時間和能量強度，以便光纖材料逐漸地脫落，而不會使所述脫落的材料再沉積或使剩余的光纖幾何結構變形。
20.如權利要求16至19所述的方法，其中在對準特征結構中以實體接觸端對端的方式緊固所述短光纖和現(xiàn)場光纖，所述對準特征結構可操作用于自動定心所述短光纖和所述現(xiàn)場光纖。
21.如權利要求16至20所述的方法，其中使用凸輪系統(tǒng)構件將所述短光纖和所述現(xiàn)場光纖緊固在適當位置。
22.—種切割光纖并使所述光纖的末端成形的方法，所述方法包含 旋轉(zhuǎn)所述光纖；在第一位置處將激光束在所述旋轉(zhuǎn)光纖間掃描；移動所述激光束或移動所述光纖，以便所述激光束的所述掃描發(fā)生在第二位置處；以及在第二位置處將所述激光束在所述光纖間掃描。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述光纖在所述激光束在所述第二位置處掃描時旋轉(zhuǎn)。
24.如權利要求22或23所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟基本上停止所述光纖的所述旋轉(zhuǎn)并將所述激光束在所述光纖間掃描，以在所述光纖上產(chǎn)生成角度端面。
25.如權利要求22至M所述的方法，其中所述光纖具有鉛筆尖端端面。
26.一種根據(jù)如權利要求22至25所述的方法形成的光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有激光成形光纖的光學總成(諸如，現(xiàn)場安裝型連接器)以及用于使光纖激光成形的方法?，F(xiàn)場安裝型連接器包括套管，所述套管具有相對的正面和背面以及縱向穿過所述套管界定的至少一個光纖孔；短光纖，所述短光纖(stub optical fiber)具有遠端，所述遠端具有激光成形端面，所述短光纖設置于所述套管的至少一個光纖孔內(nèi)，所述短光纖延伸超過所述套管的背面預定距離；以及對準特征結構，所述對準特征結構可操作用于對準短光纖與現(xiàn)場光纖。一種使光纖激光成形的方法包括旋轉(zhuǎn)所述光纖并將激光束在所述光纖間掃描，并且隨后基本上停止所述光纖的旋轉(zhuǎn)并將所述激光束在所述光纖間掃描，以將所述光纖切割為具有漸縮狀并成角度端面。其它方法可包括將激光相對于光纖移動，以在所述光纖上產(chǎn)生“鉛筆尖端”末端。
文檔編號G02B6/38GK102460256SQ201080028468
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權日2009年5月29日
發(fā)明者杰弗里·D·丹利, 約耳·C·羅森 申請人:康寧光纜系統(tǒng)有限責任公司