專利名稱：光纖耦合器陣列的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造光纖耦合器陣列的裝置和方法，更準(zhǔn)確地說涉及制造寬帶4×4光纖耦合器陣列和混合連接熔接錐形裝置。
在遠(yuǎn)程通信局部回路中，越來越多地使用到無源光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。許多這種系統(tǒng)是依賴于大量單個(gè)(2×2和2×1)耦合器的共同連接來得到所要求的多路分支。這樣的耦合器陣列是巨大的，其性能差，生產(chǎn)耗費(fèi)時(shí)間長，并具有過高的額外損耗。
本發(fā)明的目的是提供克服了現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的光纖耦合器陣列的制造裝置和方法。
本發(fā)明通過形成由2×2光纖耦合器組成的方陣來提供制造n×n光纖耦合器的裝置，該裝置包含一形成每個(gè)2×2光纖耦合器的相應(yīng)的裝配單元，和以預(yù)定方式連接2×2光纖耦合器的連接裝置，每個(gè)裝配單元包含一個(gè)固定雙紐光纖的固定件、將光纖的溫度升高到它們的熔點(diǎn)的加熱裝置，以及拉直光纖的拉伸裝置，裝配單元的特征在于每個(gè)加熱裝置在拉伸過程中將有關(guān)的光纖在其恒定區(qū)域內(nèi)加熱。
利用矩陣在單個(gè)小型裝置中制造耦合器與將各個(gè)耦合器連接相比較具有許多優(yōu)點(diǎn)。從而，性能上得到全面改進(jìn)，光纖束減至最小，以及安裝耦合裝置的尺寸減小。制造成本和工時(shí)也大為減少。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，n＝4和m＝4。在這種情況下，該裝置可用于制做一個(gè)4×4寬帶耦合器裝置。盡管該裝置可用于制造具有較大陣列(例如4×8、16×16、32×32)的耦合器，但獲得成功產(chǎn)品的概率隨陣列的增加而降低。盡管2×4裝置也有用，但4×4裝置在性能、復(fù)雜性、尺寸和產(chǎn)生的產(chǎn)品之間給予最佳平衡。2×4和4×4裝置均為大分解矩陣提供實(shí)用的結(jié)構(gòu)單元。還有另一優(yōu)點(diǎn)是80%的不能成為4×4的裝置可產(chǎn)生滿意的2×4裝置。
便利地，每個(gè)固定件安裝于一個(gè)相應(yīng)的工作臺(tái)，工作臺(tái)由公共基座支撐進(jìn)行往復(fù)線性移動(dòng)，且每個(gè)工作臺(tái)裝有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)供其相對(duì)于基座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。更可取地，對(duì)于一個(gè)4×4裝置，工作臺(tái)成對(duì)安裝在加熱裝置的對(duì)側(cè)。
更好的是，加熱裝置由一對(duì)加熱配件組成，加熱配件放置在連接裝置的對(duì)側(cè)并與相應(yīng)的一對(duì)工作臺(tái)鄰接。方便地，每個(gè)加熱配件由一對(duì)煤氣燈組成，每一煤氣燈與相應(yīng)雙紐光纖對(duì)準(zhǔn)。與每個(gè)煤氣燈有關(guān)的也許有一個(gè)相應(yīng)的陶瓷坩堝，陶瓷材料坩堝圍繞雙紐光纖定尺寸并成形。
便利地，加熱配件由基座支撐以與工作臺(tái)同樣的方向作往復(fù)線性移動(dòng)，且每個(gè)加熱配件通過齒輪傳動(dòng)裝置由一個(gè)相鄰工作臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該齒輪傳動(dòng)裝置將加熱配件的移動(dòng)速度減小到相應(yīng)那對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)速度的一半。
更可取地，連接裝置包含用通道形成的插件，用于在2×2光纖耦合器之間以預(yù)定路徑引導(dǎo)光纖。方便地，通道是如此形成即放置其中的光纖沒有一根以大于最小彎曲半徑的半徑彎曲。
本發(fā)明還提供一種制造n×n光纖耦合器的方法，該方法包含形成由2×2光纖耦合器組成的m方陣的步驟，并且以預(yù)定方式連接2×2光纖耦合器。
現(xiàn)借助實(shí)施例和參照附圖對(duì)用于制造寬帶4×4光纖耦合器陣列并根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的裝置進(jìn)行詳細(xì)描述，在附圖中

圖1是該裝置的平面示意圖;
圖2是制造工序流程圖;
圖3是該裝置的過程控制和監(jiān)控分布的圖形表示。
參照附圖，圖1表示光纖耦合器制造裝置具有4個(gè)工作臺(tái)1安裝于基座(未示出)。如圖3所示，該裝置是用來通過由4個(gè)2×2光纖耦合器C1至C4將光纖f1至f4中每一個(gè)與其它每個(gè)光纖耦合形成一個(gè)4×4耦合器陣列。由此，耦合器C1耦合光纖f1和f2，耦合器C2耦合光纖f3和f4，耦合器C3耦合光纖f1和f3，耦合器C4耦合光纖f2和f4。工作臺(tái)1是可移動(dòng)的，沿箭頭2所指的方向，由相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)。工作臺(tái)1成對(duì)安裝于一般由標(biāo)號(hào)4表示的光纖耦合器制造區(qū)域的對(duì)側(cè)，每個(gè)工作臺(tái)已固定到一個(gè)滑動(dòng)架5，在滑動(dòng)架5中可旋轉(zhuǎn)地安裝著一個(gè)相應(yīng)的卡盤6。每個(gè)卡盤6用一對(duì)平行的通道(未示出)形成，用于接收相應(yīng)的雙芯光纖光纜7的相應(yīng)光纖f1和f4。使用時(shí)，光纖f1至f4相對(duì)卡緊于卡盤6中，該卡盤相對(duì)于它們的滑動(dòng)架5是可旋轉(zhuǎn)的以扭轉(zhuǎn)光纖。
一個(gè)跨越支架8放置于區(qū)域4的中心位置，支架8支撐著插件9并固定于基座上。插件9由在區(qū)域4中容納和限制光纖f1至f4的通道(未示出)形成。在插件9的通道中，光纖f1至f4沒有一個(gè)以大于最小彎曲半徑的半徑彎曲。光纖f1至f4固定在插件9中的通道內(nèi)，例如通過粘合。
相應(yīng)的加熱配件10放置于跨越支架8和每對(duì)工作臺(tái)1之間。每個(gè)加熱配件10具有一對(duì)煤氣燈11，每個(gè)煤氣燈與一對(duì)相應(yīng)的光纖f1和f2，f3和f4，f1和f3，f2和f4對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)燈11裝有一個(gè)煤氣進(jìn)氣管12，和一排出氣孔13。所用煤氣是氧、氮、氫的混合物。每一加熱配件10分別裝有進(jìn)水和出水管14a，14b，借助于進(jìn)水管和出水管該配件可以由所通過的水進(jìn)行冷卻。一個(gè)加熱配件10裝有用來在出氣孔13點(diǎn)燃煤氣的火花點(diǎn)火器15，另一加熱配件具有用于測(cè)量溫度的熱電偶器16。熱電偶器的輸出傳遞給由軟件控制的控制站(未示出)。在每個(gè)煤氣燈11上有一相應(yīng)的U-型陶瓷材料坩堝(未示出)，每一個(gè)坩鍋圍繞相應(yīng)光纖對(duì)f1和f2，f3和f4，f1和f3，以及f2和f4安裝。坩鍋幫助確保每一光纖對(duì)均勻加熱，因此改善耦合器C1至C4的性能。
加熱配件10可滑動(dòng)地安裝在基座上以箭頭2所指的方向移動(dòng)。進(jìn)而，每一配件10通過相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)3與鄰接工作臺(tái)1一起移動(dòng)。為了確保每個(gè)燈11加熱恒定長度的相關(guān)光纖對(duì)f1和f2，f3和f4，f1和f3，以及f2和f4，讓加熱配件10以相應(yīng)工作臺(tái)1一半的速率進(jìn)行移動(dòng)。這由導(dǎo)桿17和合適的齒輪傳動(dòng)裝置(未示出)來完成。彈簧18用來使加熱配件10在耦合器C1至C4形成之后返回它們的初始位置。加熱配件10的高度可由測(cè)距器19調(diào)節(jié)。
每個(gè)耦合器C1至C4是標(biāo)準(zhǔn)的錐形熔接耦合器，也就是說它是通過加熱和拉直一對(duì)雙紐光纖而形成的。象所有這種類型的耦合器一樣，具有精細(xì)的光纖拉伸控制是必不可少的。上述裝置通過精確控制熔接溫度和拉伸速度獲得這種控制，這些參量用由軟件控制的控制站進(jìn)行控制。作為進(jìn)一步的保護(hù)，一種滑動(dòng)離合器(未示出)與每個(gè)步進(jìn)電機(jī)3相關(guān)聯(lián)，滑動(dòng)離合器用于作為過載保護(hù)裝置以防止光纖f1至f4的過拉伸。
四個(gè)耦合器C1至C4同時(shí)進(jìn)行拉伸，在1300毫微米和1550毫微米時(shí)在所有耦合器中不斷監(jiān)測(cè)耦合速率。為達(dá)到這點(diǎn)，使用了四個(gè)激光器L1至L4(每個(gè)波長2個(gè))和4個(gè)積分球探測(cè)器D1至D4(見圖3)。兩個(gè)激光器L1至L2(每個(gè)波長一個(gè))是多路傳輸?shù)牟⑸淙牍饫wf1，其它兩個(gè)激光器L3和L4類似地射入光纖f4。光纖f1用于作為耦合器C1和C3的直通引線，類似地光纖f4用于供給耦合器C2和C4。
為了連續(xù)計(jì)算C1(或C2)的耦合率，有必要僅僅激發(fā)輸入該耦合器的激光器L1和L2(或L3和L4)。通過比較耦合器C3輸出的總功率與耦合器C4輸出的總功率形成耦合比率。
因此，對(duì)于耦合器C1，耦合率＝(D1+D2)的功率/(D1+D2+D3+D4)的功率。
對(duì)于耦合器C3和C4，該計(jì)算是每個(gè)輸出引線功率的直接比率。
因此，對(duì)于耦合器C3，耦合率＝D1的功率/(D1+D2)的功率。
如果耦合器C3或者耦合器C4的額外損耗過高，則計(jì)算耦合器C1和C2的耦合率時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，但是，由于目的是獲得實(shí)際上25%的端口至端口的耦合率，假若該裝置的總的額外損耗小于0.5dB，這是可以忽略的。
探測(cè)器D1至D4的輸出輸送給控制站，它控制步進(jìn)電機(jī)3和煤氣燈11以確保每個(gè)耦合器C1至C4具有0.5的耦合率。事實(shí)上，耦合率是連續(xù)計(jì)算的，當(dāng)獲得所期望的耦合率之后，則關(guān)掉步進(jìn)電機(jī)3。應(yīng)該注意，在熔接溫度的耦合率不同于室溫下的耦合率，因此控制站的軟件必須考慮到這點(diǎn)(通過給每個(gè)允許這種差異的耦合器C1至C4設(shè)置一個(gè)目標(biāo)耦合率)。
本裝置的操作現(xiàn)參照?qǐng)D2所示的流程圖進(jìn)行描述。隨著該程序的開始(在21)，首先設(shè)置參量，亦即步進(jìn)電機(jī)3的拉伸速度，步進(jìn)電機(jī)的加速和減速速率，以及每個(gè)燈11的溫度范圍(在步驟22)。所有輸出裝置(即步進(jìn)電機(jī)3和燈11)均禁止使用(步驟23)，由此防止這些裝置動(dòng)作直到實(shí)際需要。然后每對(duì)光纖之一插入相應(yīng)的卡盤6進(jìn)行預(yù)斜削(步驟24)。每對(duì)光纖中的一條進(jìn)行預(yù)斜削使得每對(duì)光纖具有不同的傳導(dǎo)比率。這防止光纖的100%過耦合，并確保在從1250到1600毫微米的波長范圍內(nèi)有相同的耦合率。通過在全功率時(shí)輸入所有4個(gè)激光器L1至L4并將探測(cè)器調(diào)整到100%，探測(cè)器D1至D4則被校準(zhǔn)(步驟25)。然后設(shè)置預(yù)斜削的長度(步驟26)，起動(dòng)步進(jìn)電機(jī)3(步驟27)，打開煤氣燈11(步驟28)。對(duì)光纖預(yù)斜削進(jìn)行不斷的檢查直到達(dá)到預(yù)置極限(步驟29)，這之后關(guān)掉煤氣燈11(步驟30)，并關(guān)掉電機(jī)3(步驟31)。本程序的這一初始化階段結(jié)束于對(duì)過量損耗的檢查(步驟32)。這項(xiàng)檢測(cè)用激光器L1至L4以及探測(cè)器D1至D4進(jìn)行。如果具有過量損耗，則移去光纖(步驟33)，并重新開始整個(gè)過程。
如果不存在過量損耗，光纖在它們的探測(cè)器末端被分解(步驟34)，以確保探測(cè)器D1至D4的穩(wěn)定功率輸出。然后光纖對(duì)f1和f2，f3和f4，f1和f3，以及f2和f4裝入它們的卡盤6(步驟35)。然后重新校準(zhǔn)探測(cè)器D1至D4(步驟36)，考慮到初始化程序階段所引入的任何損耗，有必要進(jìn)行這種重新校準(zhǔn)，接下來每對(duì)光纖以360°與720°之間的典型角度進(jìn)行扭絞(步驟37)。電機(jī)3和煤氣燈11接通(分別在步驟38和39)。然后開始耦合程序(步驟40)，亦即對(duì)所有激光器L1至L4功率在探測(cè)器D1至D4得到監(jiān)測(cè)，耦合器C1至C2的耦合率以探測(cè)器測(cè)得的功率計(jì)算，并將所測(cè)得的耦合率與預(yù)置耦合率進(jìn)行比較。由控制站軟件控制程序繼續(xù)運(yùn)行直到所測(cè)得的耦合率與預(yù)置耦合率匹配，在這個(gè)階段結(jié)束耦合程序(步驟41)。讓光纖冷卻之后(步驟42)，進(jìn)行檢查(步驟43)以確定耦合率是否與預(yù)置值匹配。如果不匹配，則移去光纖(步驟33)并且整個(gè)過程重新開始。
如果耦合率是符合的，則裝配插件9(步驟44)。這需要每個(gè)耦合器C1至C4上粘接3毫米直徑的U-形硅通道部件。然后大面積的硅晶扯與插件9及通道部件粘合(步驟45)。最后，分解所有8個(gè)光纖的末端(步驟46)，并從本裝置移去已完成的耦合器陣列(步驟47)。然后結(jié)束該程序(步驟48)。
盡管以上對(duì)本裝置的描述是特別用于形成4×4光纖耦合器，很明顯能夠?qū)λM(jìn)行修改用于形成具有不同結(jié)構(gòu)(例如2×4、8×8等等)的耦合器。本裝置也可用于制造串級(jí)的WDM三輥拉伸機(jī)以及馬赫-倫德爾裝置。
權(quán)利要求
1.通過形成由2×2光纖耦合器組成的m方陣來制造nxn光纖耦合器的裝置，該裝置包含用于形成每個(gè)2×2光纖耦合器的相應(yīng)裝配單元，以預(yù)定方式連接2×2光纖耦合器的連接裝置，每個(gè)裝配單元包括固定雙紐光纖的固定件，將光纖的溫度升高到它們的熔接溫度的加熱裝置，以及用于拉直光纖的拉伸裝置，裝配單元的特征在于每個(gè)加熱裝置在拉伸過程中在它的恒定區(qū)域內(nèi)加熱相關(guān)聯(lián)的光纖。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其特征在于n＝4和m＝4。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于每個(gè)固定件安裝于相應(yīng)的工作臺(tái)，這些工作臺(tái)由公共基座支撐作往復(fù)線性移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于每個(gè)工作臺(tái)提供有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)供工作臺(tái)相對(duì)于基座作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
5.在權(quán)利要求2上增補(bǔ)如權(quán)利要求3和權(quán)利要求4兩者中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于工作臺(tái)成對(duì)安裝于加熱裝置的對(duì)側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于加熱裝置由一對(duì)加熱配件組成，加熱配件放置于連接裝置的對(duì)側(cè)并與相應(yīng)的一對(duì)工作臺(tái)鄰接。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于每個(gè)加熱配件由一對(duì)煤氣燈組成，每一個(gè)與相應(yīng)的雙紐光纖對(duì)準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于一相應(yīng)的陶瓷坩鍋與每個(gè)煤氣燈相聯(lián)系，陶瓷坩鍋圍繞雙紐光纖定尺寸和成形。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于基座上支撐的加熱配件以與工作臺(tái)同樣的方向往復(fù)線性移動(dòng)，其特征還在于每一個(gè)加熱配件通過齒輪傳動(dòng)裝置由某一相鄰工作臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪傳動(dòng)裝置將加熱配件的移動(dòng)速度減至有關(guān)工作臺(tái)對(duì)移動(dòng)速度的一半。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于連接裝置包括與通道形成的插件，用來以2×2光纖耦合器之間的預(yù)定路徑引導(dǎo)光纖。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于通道中放置的光纖沒有一根以大于最小彎曲半徑的半徑進(jìn)行彎曲。
12.一種制造n×n光纖耦合器的方法，該方法包括由2×2光纖耦合器形成m方陣的步驟，并以預(yù)定方式連接2×2光纖耦合器。
13.如權(quán)利要求12中所述的方法，其特征在于每個(gè)2×2光纖耦合器由加熱和拉直雙紐光纖形成。
14.如權(quán)利要求13中所述的方法，其特征在于每對(duì)雙扭光纖的加熱是如此進(jìn)行的，即在有關(guān)光纖對(duì)的拉伸期間使光纖在恒定區(qū)域加熱。
全文摘要
通過形式2x2光纖耦合器(C1至C4)的4階方陣來制造4x4光纖耦合器。本裝置包括用于形成每一2x2光纖耦合器(C1至C4)的相應(yīng)裝配單元，以及用于以預(yù)定方式連接2x2光纖耦合器的連接裝置(9)。每個(gè)裝配單元包含用于固定雙紐光纖的固定件(5、6)，用于將光纖溫度升高到它們的熔接溫度的加熱裝置(11)，以及用于拉直光纖的拉伸裝置(13)。裝配單元的特點(diǎn)是每個(gè)加熱裝置在光纖拉伸過程中在其恒定區(qū)域加熱有關(guān)光纖(f1至f4)。
文檔編號(hào)G02B6/28GK1050264SQ9010780
公開日1991年3月27日 申請(qǐng)日期1990年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月13日
發(fā)明者西蒙·托馬斯·尼科爾斯, 阿德里安·霍華德·斯塔德 申請(qǐng)人:英國電訊公司