專利名稱：用于退火光纖線圈的支持器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及用來固定或支承一些在一加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱的制品的器具，特別涉及一種能在退火加工過程中固定一經(jīng)盤繞的光纖的模子或支持器，并特別涉及由此制成的、用于一法拉第效應(yīng)磁場傳感器的線圈子配件。
2.已有技術(shù)的描述在已有技術(shù)中，對磁場敏感的光纖是已知的，并正被日益用作電力行業(yè)的光學(xué)電流傳感器(OCT’s)。一種典型的OCT使用了一被制成一線圈的單模光纖，所述線圈裹繞著所述電導(dǎo)體。作為磁-光“法拉第”效應(yīng)的結(jié)果，任何橫向于光纖線圈的光的偏振均隨流過導(dǎo)體的電流的變化而變化。在轉(zhuǎn)讓給MimmesotaMining and Manufacturing Co.(3M一本發(fā)明的受讓人)的美國專利No.5,051,577中對場敏光纖有進(jìn)一步的論述。
由于光學(xué)媒質(zhì)的線性雙折射的增加，使得線圈對外部磁場更敏感并使偏振光信號失真，因此，光學(xué)媒質(zhì)變得越來越不適合在一法拉第效應(yīng)傳感器中使用。由于將一光纖環(huán)路制成一線圈會帶來可能會進(jìn)一步增加雙折射的物理應(yīng)力，因此在光纖選擇上需要特別小心。一種傳統(tǒng)的降低線性雙折射的方法是減少或消除存在于光纖線圈內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力。這些應(yīng)力可能是由在制造過程中施加于光纖上的彎曲作用力或者橫向壓力而產(chǎn)生，也可能是制成線圈時引發(fā)的應(yīng)力。通過在一會產(chǎn)生應(yīng)力松弛的溫度下對線圈進(jìn)行退火處理，就有可能改善場敏光纖線圈的性能。
在退火光纖線圈中使用的一種較為方便的器具可以由一種可機(jī)械加工的陶瓷材料制成，諸如由Corning公司銷售的MACOR，該器具由一陶瓷板組成，該陶瓷板具有一對經(jīng)機(jī)械加工或模制在上表面上、并導(dǎo)引指向一環(huán)槽的導(dǎo)槽，如文獻(xiàn)(例如，J.Lightwave Tech.第9卷，第1031-1037)所描述的那樣。所述環(huán)槽形成一圓柱形壁，所述光纖可以較松地纏繞在所述圓柱形壁的周圍。在完成了光纖線圈的退火加工后，將所述光纖線圈從所述板上拆下并放置在傳感器組件中。雖然可以精確地加工該板的表面，但是使用一陶瓷板將會出現(xiàn)以下幾個問題。首先，它將退火循環(huán)的溫度限制在850℃左右，正好低于退火構(gòu)成光纖整體的純二氧化硅的正常退火溫度。在這種較低的溫度下需要花費(fèi)50-100小時才能充分退火諸光纖，這就減慢了加工過程并消耗了大量的能量。其次，所述板非常脆弱，容易破裂，尤其是如果將該板反復(fù)地加熱至800℃或更高的溫度時更是如此。同樣，陶瓷光纖和二氧化硅光纖兩者的熱膨脹系數(shù)之間的巨大差異能導(dǎo)致諸光纖在退火過程中斷裂。也許是由于較難對二氧化硅這種材料進(jìn)行機(jī)械加工，因此還不曾使用過二氧化硅支持器。最后一點(diǎn)是較難移出光纖線圈并將它傳送給傳感器組件而不發(fā)生損傷或不在光纖上引發(fā)能增加雙折射的應(yīng)力。因此，人們希望能設(shè)計(jì)出一種用于光纖線圈的支持器，這種支持器能克服陶瓷支持器的缺陷而仍能較方便地將它鑄成適當(dāng)?shù)男螤?。如果這種支持器還能避免使光纖線圈在傳感器子配件的制造過程中受到損傷或使這種損傷減至最小，那就更理想了。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種用于退火光纖線圈的支持器，這種支持器包括一安裝在一二氧化硅襯底上，諸如一平板，或形成其內(nèi)的二氧化硅圓筒體或環(huán)形物。所述光纖纏繞在環(huán)形物的圓柱形壁周圍，所述環(huán)形物可以被模制至精確的尺寸。所述環(huán)形物(和襯底)上可以具有一孔以提供一導(dǎo)體通道由此可以將所述環(huán)形物(和襯底)與光纖線圈保持在一起并可以被裝入一法拉第效應(yīng)傳感器組件中。所述板可以具有一個或更多個導(dǎo)槽，這些導(dǎo)槽被噴砂或在槽內(nèi)研磨處理過以便在退火加工過程中固定光纖的端部，所述板或者可具有其它用來支承光纖端部的表面結(jié)構(gòu)。所述襯底本身可以是另一環(huán)形物，該環(huán)形物將所述第一環(huán)形物支承在一垂直位置上，從而在退火過程中使所述光纖的諸端部向下懸伸。
在另一實(shí)施例中，所述支持器是一同樣由二氧化硅制成的蛇形管。光纖線圈可以在該管內(nèi)進(jìn)行退火，并且所述線圈和管子固定在一起如同一個子配件，從而使所述管子能起到保護(hù)線圈的作用。所述管子可以具有一足夠大的節(jié)距以使線圈上的相鄰兩環(huán)之間的距離足夠大從而能將所述子配件圍繞一″無接頭(end-less)″載流導(dǎo)體設(shè)置。附加石英管可以被用來保護(hù)光纖線圈的諸端部，這些端部與偏振(PZ)或保偏(PM)光纖相熔接，并使這些光纖的端部與二氧化硅蛇形管的端部對齊。本發(fā)明還提供有裝置，用來保證使光纖線圈的諸端部與PZ或PM光纖呈適當(dāng)角度地對齊。
附圖簡要說明結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明，在各圖中

圖1是本發(fā)明線圈支持器的一實(shí)施例的立體圖，其中線圈環(huán)設(shè)置在一平襯底的表面內(nèi)；圖2是本發(fā)明的另一實(shí)施例的立體圖，其中線圈環(huán)安裝在平襯底上；圖3是本發(fā)明的又一實(shí)施例的立體圖，其中線圈環(huán)安裝在另一形成所述襯底的環(huán)形物上；圖4是本發(fā)明的再一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中所述線圈支持器包括一蛇形管(卷管)；圖5是圖4所示的管形殼體的前視圖，圖中其它構(gòu)件形成一用于一光電流傳感器的線圈子配件。
較佳實(shí)施例的描述現(xiàn)請參閱附圖，并特別參閱圖1。圖1示出了本發(fā)明光纖線圈支持器的一實(shí)施例10。線圈支持器10總地包括一由二氧化硅非晶體或二氧化硅晶體(石英)制成的圓筒體或環(huán)形物12，以及一二氧化硅襯底，該襯底可以制成一大體上呈矩形的板14。在該實(shí)施例中，環(huán)形物12通過在矩形板14的上表面上噴砂出一環(huán)形槽16而與矩形板14制成一體。還可將兩導(dǎo)槽18噴砂入所述矩形板的上表面以便為光纖線圈的諸終端提供導(dǎo)向作用。噴砂處理可以通過使用一些臨時粘結(jié)于矩形板14表面上的模版而完成。通過將一光纖松散地纏繞在由環(huán)形物12形成的圓柱形壁20的周圍，線圈支持器10能被用作一用來退火的模具或模子。由于線圈支持器內(nèi)的所有構(gòu)件均采用二氧化硅，從而能在更高的溫度(例如，1000℃至1250℃)下進(jìn)行退火作業(yè)，從而明顯降低了退火時間和總體能量消耗。同樣，環(huán)形物12采用二氧化硅消除了與已有技術(shù)噴砂模相關(guān)聯(lián)的、能導(dǎo)致光纖斷裂的熱膨脹不匹配。在完成噴砂作業(yè)之后，線圈即可進(jìn)行隨后的測試并將其制成一用于一法拉第效應(yīng)電流傳感器(偏振式或干涉型)的子配件。
雖然本發(fā)明的線圈支持器10以及本發(fā)明的其它實(shí)施例可以用來退火任何類型的光纖，但是，當(dāng)使用具有100米或更長的有效線性脈動長度的玻璃光纖時，它還能用來制造更優(yōu)良的線圈子配件。在引作參考的美國專利申請NO.＿＿(在1994年1月17日前后與本申請同時提出申請)中具體討論了這些類型的光纖的制造細(xì)節(jié)。所述退火作業(yè)最好在一充氣烘箱或充氣爐內(nèi)進(jìn)行，并且在溫度為550-1250℃的范圍內(nèi)，最好在850-1050℃的范圍內(nèi)。在進(jìn)行退火之前，最好將光纖浸入一適當(dāng)溶劑內(nèi)，例如丙酮，以除去其上的任何覆層?；蛘撸趯⒐饫w裹繞在環(huán)形物12上之前在一種氧化氣體中加熱所述光纖以燒去所述覆層。在將所述線圈支持器放置在所述充氣爐內(nèi)之后，充氣爐的溫度可以上升得幾乎象加熱所述充氣爐那樣快；但是，在經(jīng)過5-15小時的駐留時間之后，應(yīng)該嚴(yán)格控制所述充氣爐冷卻速率，尤其是在經(jīng)過玻璃的轉(zhuǎn)變溫度時，最好在每小時溫度降低15-25℃的范圍內(nèi)，并最好是每小時溫度降低18℃。在退火之后，這個線圈冷卻曲線始終能使所得到的傳感器線圈呈現(xiàn)出所希望的線性和圓形雙折射水平。但是，本發(fā)明不是旨在光纖的制造或退火加工的各種參數(shù)；而是旨在在退火加工中使用的諸線圈支持器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及在包裝線圈子配件中使用的有關(guān)機(jī)械構(gòu)件。
雖然線圈支持器10的尺寸大小可以根據(jù)具體應(yīng)用而變化，但是，下列這些近似尺寸可以考慮作為示范性的尺寸。矩形板14為15厘米×30厘米×6毫米(6″×12″×0.25″)。環(huán)形物12通過噴砂一寬6毫米(0.25″)、深3毫米(0.125″)、內(nèi)徑為10厘米(2.25″)的槽16而形成。諸導(dǎo)槽18和凹槽16在切線處相交，并且諸導(dǎo)槽也是寬6毫米(0.25″)、深3毫米(0.125″)，雖然諸導(dǎo)槽最好朝著矩形板14的邊緣的方向向上傾斜至大約0.8毫米(0.03125″)深。一孔(未示)，例如直徑為10厘米(2.75″)或更小的孔，可以選擇完全研磨或噴砂在環(huán)形物12內(nèi)穿過矩形板14，從而提供一載流導(dǎo)體的通道，用來當(dāng)所述光纖線圈仍保持在模子上時進(jìn)行測試，或者最終結(jié)合成一法拉第效應(yīng)傳感器組件。
現(xiàn)請參閱圖2。在圖2示出的本發(fā)明的另一實(shí)施例22中，環(huán)形物24被構(gòu)造成與板26物理上隔開，并藉任何便利的裝置與板26相連，這種便利的裝置最好是一種無機(jī)粘結(jié)劑，諸如由紐約州Ossining市的Aremco Products，Inc.出售的、稱為Ceramabond 618的硅膠粘結(jié)劑。環(huán)形物24和板26也由一種具有與玻璃光纖即二氧化硅相同的熱膨脹系數(shù)的材料制成。所述光纖在與板26連接之前，可以繞著環(huán)形物24纏繞，并用例如膠帶作臨時固定。在將環(huán)形物24放置在板26上之后，光纖線圈的諸終端可以用膠帶固定在板26的邊緣附近，并除去光纖線圈上的膠帶。板26的所述邊緣應(yīng)該延伸伸出退火爐之外穿過一絕緣套從而使所述膠帶不會被燒焦。所述光纖線圈還可以通過使用例如所述Ceramabond618粘結(jié)劑而圍繞環(huán)形物24固定。在線圈支持器22上還可以設(shè)置一孔27以提供一導(dǎo)體通道從而使它能被直接裝入最終的電流傳感設(shè)備，并且經(jīng)退火的光纖線圈仍圍繞著環(huán)形物24固定在其位。
現(xiàn)請參閱圖3。通過提供一襯底28可以對前述實(shí)施例稍作變化，所述襯底也呈環(huán)形形狀并可基本上與環(huán)形物24相同；兩個環(huán)形物的外徑近似相等，并且環(huán)形物24的高度必須小于環(huán)形物28的內(nèi)徑。以這種方式，即環(huán)形物24垂直位于環(huán)形物28內(nèi)，所述光纖的諸終端可以垂直地懸掛并且線圈能保持它的形狀而不會被壓緊。這種用來進(jìn)行退火的位置關(guān)系避免了在退火過程中當(dāng)諸光纖相互重疊在一起時可能會發(fā)生的局部剪切點(diǎn)的混亂。
圖4示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，該圖示出了一由二氧化硅制成的蛇形管或螺旋線圈支持器30。在該示范性實(shí)施例中，蛇形管30被纏繞540°，并具有一約為15厘米(6″)的內(nèi)徑。終端32和34可在兩個相隔2.5厘米的平面內(nèi)被任意轉(zhuǎn)向(最好是以約為2.5厘米(1″)的半徑轉(zhuǎn)向)呈彼此面對，并且兩終端彼此相距約為6毫米。從終端32和34至線圈的最近部分(圖5中突出的平坦部分)的距離約為4.4厘米(1.75″)。形成線圈支持器30的所述蛇形管本身最好具有3毫米(0.1″)的外徑以及1毫米(0.04″)的內(nèi)徑。
一光纖穿入線圈支持器30內(nèi)并被放置在所述充氣爐內(nèi)；所述光纖可以被懸掛起來。當(dāng)然，所述光纖必須比線圈支持器30未經(jīng)盤繞的長度長，并且應(yīng)該具有足夠長的多余長度以便能疊接其它光纖。通過使一種氣體或液體，諸如水、甲醇或丙酮，朝著行將插入光纖的方向流過線圈可以將所述光纖穿過線圈，這也除去了所述光纖上的任何無機(jī)覆層，諸如醋酸纖維素。所述覆層也可以通過在退火加工中將空氣流過線圈支持器30，經(jīng)燃燒而去除并同時帶走任何煙灰。除了標(biāo)準(zhǔn)空氣之外的氣體(例如氮、氬)可以被用來通過排除水而幫助維系光纖的強(qiáng)度。該工序能被用來將各種材料(經(jīng)汽化)施加在所述光纖上，以提高光纖的性能即在已經(jīng)除去任何有機(jī)覆層之后在光纖上提供一鈍化表層。所述線圈能被制成具有很大的節(jié)距以便使所述線圈能和一″無接頭″的電線纏繞在一起，即與一電纜遠(yuǎn)離其實(shí)際端部并且不應(yīng)該被割斷的那部分纏繞在一起。所述光纖還能被插設(shè)在一直管內(nèi)，所述直管隨后即被制成所述線圈。在所述直管內(nèi)可以選用一種防振封裝材料以便能為所述光纖提供緩沖作用以抵制在線圈組件運(yùn)動過程中出現(xiàn)的振動。
如圖5進(jìn)一步所示，線圈支持器30不僅可以被用來退火一光纖，而且還可以直接裝入一用于法拉第效應(yīng)磁性傳感器的線圈子配件36內(nèi)。光纖線圈兩端與兩個偏振(PZ)或保偏(PM)光纖38和40的端部相連接。諸連接處最好是熔接接頭，以避免氣接并有助于保持光學(xué)準(zhǔn)值和機(jī)械穩(wěn)定性。使用最好由二氧化硅制成的諸直管來保護(hù)諸連接接頭，并且在連接之前，可以將這些直管穿至光纖38和40的端部上。這些直管還為PZ或PM光纖引線提供了應(yīng)變消除作用。在圖5所示的實(shí)施例中僅僅使用了一個這種類型的直管42。
在圖5所示的特定實(shí)施例中，光纖38和40是偏振光纖并且線圈子配件36是為一測定偏振的傳感器而設(shè)計(jì)的。對于這樣一種子配件來說，由于光纖在線圈支持器30內(nèi)延伸，因此重要的是所述第二PZ光纖40的偏振平面應(yīng)該相對于第一PZ光纖38的偏振平面呈45°。本發(fā)明還設(shè)想了一種能改善諸光纖的角度取向的方法和子配件。在這個揭示的實(shí)施例中，第一PZ光纖38與線圈支持器30內(nèi)的光纖線圈的一端相熔接，而第二PZ光纖40不是直接與所述線圈相連接。相反，一尾光纖44與所述光纖線圈的一端48相熔合，所述尾光纖被預(yù)端接于一套管46內(nèi)(該套管主要由一種陶瓷材料制成，諸如二氧化鋯)。所述尾光纖是一段單模光纖，最好與用來制造線圈的光纖相同。一種低應(yīng)力環(huán)氧樹脂，諸如可從馬薩諸塞州Medford的TRA-CON，INC.購得的TRA-BOND F112可被用來將光纖44粘結(jié)入套管46內(nèi)。然后，將所述套管拋光至一PC(physical contact，或physical convex)光潔度。所述光纖44的另端被截?cái)鄰亩苡凶銐虻墓饫w突伸出套管46以便能制成一熔接接頭。
熔接尾光纖44最好能當(dāng)利用一小型工具，諸如一其外徑稍稍大于套管46的鋁棒(未示)，并借助于一形成在一端上用來容納套管的孔以臨時固定套管46的自由端。所述鋁棒的外徑可以近似等于線圈支持器30的外徑從而使一較大的石英管或套筒50能穿過所述鋁棒并隨后滑過所述套管而置于線圈支持器30的端部32上。在熔接過程中，所述鋁棒可以放置在一切入一板內(nèi)的V形槽內(nèi)，并且所述板與所述熔融接頭器相連(未示)。線圈支持器30的端部32可以同樣地固定在另一板上，并安裝于所述接頭器的另一側(cè)上。當(dāng)將所有的夾具都固定就位時，即制成了所述接頭。隨后，最好將諸板與所述接頭器松開，并以不產(chǎn)生相對移動(諸如用一小型千斤頂)的方式將諸板拆下，以將任何在熔接接頭點(diǎn)處出現(xiàn)的應(yīng)力減至最小。隨后，可以將一具有另一V形槽的第三板放置在所述接頭器下，位于前述兩板之間，以便在將套筒滑過所述經(jīng)熔接的光纖并置于線圈支持器30的端部32上時，能支承套筒50。一旦將套筒50固定就位，如圖5所示，即可利用任一種方便裝置，尤其是一種UV可固化的環(huán)氧樹脂，諸如一種可以從康涅狄格州New Milford的Electronic Materials，Inc.購得的EM CAST XP 1060-930-45-1A，固定線圈支持器30和套管46。當(dāng)環(huán)氧樹脂熟化后(cured)，諸板和鋁棒即被拆拆卸下來。
所述光纖線圈的另一端(圖5中看不見)直接與所述第一PZ光纖38相熔接。在進(jìn)行熔接之前，利用一小型石英管54、最好是一與制成線圈支持器30的管子相同的管子，較松地固定住所述光纖38。另一套筒56穿過管子54和光纖38。在進(jìn)行熔接加工中，可以使用與以上所用相同的V形槽板來臨時固定線圈支持器30和管子54。制造該熔接接頭時可以不必考慮偏振角度。在熔接之后，再次利用所述千斤頂來將所述諸板從所述接頭器上頂起，并再次利用所述第三板來將套筒56導(dǎo)入圖5所示的位置。利用上述環(huán)氧樹脂，將套筒56與線圈支持器30和管子54相粘連。利用另一中UV可熟化(curable)的環(huán)氧樹脂，諸如一種可以從新澤西州New Brunswick的Norland Products，Inc購得的環(huán)氧樹脂(epoxy#65)，可以將長度最好為5厘米(2″)左右的管子54固定于第一PZ光纖38。
在完成了尾光纖44和第一PZ光纖38的連接之后，當(dāng)適當(dāng)?shù)囟ㄏ虻诙Z光纖40的偏振平面時，可以連接第二PZ光纖40。這個作業(yè)可以利用另一套管58來完成，所述套管利用與以上所用相同的環(huán)氧樹脂固定于光纖40的一端上，并也最好經(jīng)拋光至一PC光潔度。然后，將套管58安裝在一轉(zhuǎn)子內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子不會在所述光纖自身上誘發(fā)任何應(yīng)力，并將線圈支持器30安裝在一微定位設(shè)備上并將光聚焦入第一PZ光纖38的自由端內(nèi)。預(yù)先準(zhǔn)備好兩板(同樣最好由二氧化硅制成)，其上鉆有孔，孔徑大小既能使套管46和58穿過又能阻礙套筒的50和56的通過。每一板分別被較松地放置在位于諸套管上方的位置上。隨后，幾種對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說較明顯的方法可以被用來確定偏振狀態(tài)。其中一種方法要求諸套管46和58應(yīng)該對接放置，而將一光源與第一PZ光纖38的自由端相連接，將一光檢測器與所述第二PZ光纖40的自由端相連接，調(diào)節(jié)所述微定位設(shè)備直到測量到最大光強(qiáng)，以使諸套管橫向適當(dāng)對齊。轉(zhuǎn)動所述轉(zhuǎn)子直到光傳輸為最小，并隨后再轉(zhuǎn)動(45°以使第二PZ光纖40的偏振平面相對于第一PZ光纖38和光纖線圈的偏振平面偏離45°。一種精度較底的方法是轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子直到所傳輸?shù)墓獾竭_(dá)最大值的一半。當(dāng)諸套管呈適當(dāng)對齊時，將一折射率匹配的環(huán)氧樹脂，諸如Norland epoxy#181，施加在該兩套管之間。在所述環(huán)氧樹脂熟化后，板60和62被一起推進(jìn)，并將一種較強(qiáng)環(huán)氧樹脂，諸如上述的EM caste-poxy，噴射在諸板之間并圍繞每一套管，并熟化。在進(jìn)行熔接的過程中，偏振對齊還可以有其它實(shí)施例，而不再需要套管，并能使用經(jīng)熟化的套筒和二氧化硅管子以除去線圈支持器30的馬蹄形端部。在熔接過程中的對齊可以通過以下方式來完成，即用一與管子54相同的單石英管替代諸套管和板，所述第二PZ光纖40粘結(jié)于該管。然后，用上述其中一種方法旋轉(zhuǎn)該管以使偏振對齊，并立即熔融該熔接接頭。再次使用較大的石英管50以將該輔助管附加于線圈支持器30。
當(dāng)完成了線圈子配件36的組裝后，通過將第一PZ光纖38的自由端與一光源相連，諸如一傳統(tǒng)型激光器(未示)，并將第二PZ光纖40的自由端與一傳統(tǒng)型光檢測器(未示)相連，可以將該子配件裝入一制成的法拉第效應(yīng)傳感器內(nèi)。隨后，任何流過光纖線圈的電纜電流的變化將會以流過第二PZ光纖40的偏振光光強(qiáng)的形式反映在光測器上。
雖然已結(jié)合幾個特定實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是這種描述并非限制性。對于那些本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說較為明顯的是，只要結(jié)合本發(fā)明的描述，還可以對本發(fā)明作出各種變化以及其它實(shí)施例。例如，在具有一環(huán)形物的線圈支持器的幾個實(shí)施例中，所述環(huán)形物具有的外圓柱形壁，一種等效的形式可以是在所述襯底上具有一孔，并且所述光纖線圈沿一種所述孔的內(nèi)壁推進(jìn)。因此，可以預(yù)料，還能作出不背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神或范圍的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種在退火過程中用來固定一位于一線圈內(nèi)的光纖的制品，所述光纖具有一已知的熱膨脹系數(shù)，所述制品包括一襯底，所述襯底由一種其熱膨脹系數(shù)與光纖熱膨脹系數(shù)近似相等的材料制成，并能承受至少1000℃的高溫；以及一環(huán)形物，與所述襯底相連，并由一種其熱膨脹系數(shù)與光纖熱膨脹系數(shù)近似相等的材料制成，并能在至少為1000°的溫度下反復(fù)承受至少5小時，所述環(huán)形物形成一圓柱形壁用來接納所述光纖的螺旋形裹繞長度。
2.如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，所述襯底和環(huán)形物材料均為二氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，所述襯底是一板；以及所述環(huán)形物與所述板隔開，并與所述板的一表面相連。
4.如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，所述襯底是一板；所述環(huán)形物通過在所述板的一表面上噴砂一環(huán)槽而與所述板制成一體；以及所述板還具有噴砂入所述板的所述表面內(nèi)的第一和第二導(dǎo)槽，用來容納光纖線圈的終端，所述兩導(dǎo)槽大體上相平行并與所述環(huán)槽正切相交。
5.如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，所述環(huán)形物包括一具有一已知外徑和高度的第一環(huán)形物；以及所述襯底包括一第二環(huán)形物，所述第二環(huán)形物的外徑與所述第一環(huán)形物的所述外徑近似相等，并且其內(nèi)徑小于所述第一環(huán)形物的所述高度，從而當(dāng)所述第二環(huán)形物放置在一水平表面上時，所述第一環(huán)形物可以被所述第二環(huán)形物支承在一垂直位置上。
6.一種用于光纖電流傳感器的、使用如權(quán)利要求1所述的制品的光纖線圈，其特征在于，所述光纖線圈已經(jīng)被退火；以及所述環(huán)形物和所述襯底上具有一些構(gòu)成一載流導(dǎo)體通道的、對齊的孔。
7.如權(quán)利要求4是的制品，其特征在于，每一所述導(dǎo)槽具有一與所述凹槽相交的第一端以及一位于所述板的一邊緣上的第二端；以及所述諸導(dǎo)槽的所述第一端的深度與所述凹槽的深度近似相等，并朝著所述導(dǎo)槽的所述第二端向上傾斜。
8.一種用來在退火加工中將一光纖固定在一線圈內(nèi)的制品，所述光纖具有已知的熱膨脹系數(shù)，所述制品包括一經(jīng)盤繞的、具有第一和第二端部的管形支持器，并由一種其熱膨脹系數(shù)與光纖的熱膨脹系數(shù)近似相等的材料制成，并能在至少為1000°的溫度下反復(fù)承受至少5小時，所述經(jīng)盤繞的管形支持器的內(nèi)徑稍稍大于所述光纖的外徑。
9.如權(quán)利要求8所述的制品，其特征在于，所述材料是二氧化硅。
10.如權(quán)利要求8所述的制品，其特征在于，所述經(jīng)盤繞的管形支持器具有一足夠大的線圈節(jié)距從而能使所述支持器與一載流導(dǎo)體相互纏繞在一起。
11.一種使用如權(quán)利要求8所述的制品的光纖線圈子配件，還包括一插入所述經(jīng)盤繞的管形支持器內(nèi)的經(jīng)退火的光纖線圈，具有分別從所述支持器的所述第一和第二端伸出的第一和第二端部；一在一第一接頭處與所述光纖的所述第一端相連的第一光纖；一在第二接頭處與所述光纖的所述第二端相連的第二光纖；用來保護(hù)所述第一接頭的第一管裝置；以及用來保護(hù)所述第二接頭的第二管裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的光纖線圈子配件，其特征在于，所述第一管裝置包括一管件，所述第一光纖延伸穿過所述管件，并且所述管件位于所述第一接頭的附近；以及一具有第一和第二端部的第一套筒，所述套筒的所述第一端固定于所述經(jīng)盤繞的管形支持器的所述第一端，并且所述套筒的所述第二端固定于所述管件。
13.如權(quán)利要求11所述的光纖線圈子配件，其特征在于，所述第二光纖是一尾光纖，并且所述第二管裝置包括一套管，所述光纖線圈的所述第二端終止在所述套管內(nèi)，并且所述套管位于所述第一接頭的附近；以及一具有第一和第二端的套筒，所述套筒的所述第一端固定于所述經(jīng)盤繞的管形支持器的所述第二端，并且所述套筒的所述第二端固定于所述管件。
14.如權(quán)利要求12所述的光纖線圈子配件，其特征在于，所述第二光纖是一尾光纖，所述第二管裝置包括一第一套管，所述光纖線圈的所述第二端終止在所述套管內(nèi)，并且所述套管位于所述第一接頭的附近；以及一具有第一和第二端的第二套筒，所述套筒的所述第一端固定于所述經(jīng)盤繞的管形支持器的所述第二端，并且所述套筒的所述第二端固定于所述管件。
15.如權(quán)利要求14所述的光纖線圈子配件，還包括一第二套管；一其一端終止在所述第二套管內(nèi)的第三光纖；以及用來將所述第一和第二套管固定成強(qiáng)制對接的板裝置。
16.如權(quán)利要求14所述的光纖線圈子配件，其特征在于，所述將盤繞的管子支持器、所述管件、所述第一套筒和所述第二套筒均由二氧化硅制成。
17.一種用來制造一用于法拉第效應(yīng)傳感器的光纖線圈子配件的方法，包括以下步驟獲取一具有已知熱膨脹系數(shù)的光纖；將所述光纖插入穿過一經(jīng)盤繞的管子支持器，所述支持器具有第一和第二端，并由一種其熱膨脹系數(shù)與光纖的熱膨脹系數(shù)近似相等的材料制成；以及通過對所述支持器和所述光纖在至少500℃下加熱至少5小時將所述光纖退火以形成一光纖線圈，所述光纖線圈的第一和第二端分別從所述支持器的所述第一和第二端伸出。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟將一第一偏振光纖的第一端穿過一管件；將第一套筒滑過所述偏振光纖和所述管件的所述第一端；將所述偏振光纖的所述第一端與所述光纖線圈的所述第一端熔接；以及將所述套筒的一第一端固定于所述支持器的所述第一端，并將所述套筒的一第二端固定于所述管件。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟獲取一具有第一和第二端的尾光纖，所述尾光纖的所述第一端終止在一套管內(nèi)；將所述尾光纖的所述第二端與所述光纖線圈的所述第二端相熔接；將一套筒滑過所述套管的所述第一端、所述尾光纖以及所述支持器的所述第二端；以及將所述套筒的一第一端固定于所述套管，并將所述套筒的一第二端固定于所述支持器的所述第二端。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括以下步驟獲取一具有第一和第二端的尾光纖，所述尾光纖的所述第一端終止在一第一套管內(nèi)；將所述尾光纖的所述第二端與所述光纖線圈的所述第二端相熔接；將一第二套筒滑過所述套管的所述第一端、所述尾光纖以及所述支持器的所述第二端；以及將所述第二套筒的一第一端固定于所述套管，并將所述第二套筒的一第二端固定于所述支持器的所述第二端。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟獲取一具有第一和第二端的一第二偏振光纖，所述第二偏振光纖的所述第一端終止在一第二套管內(nèi)；將所述第一和第二套管與所述第二偏振光纖的所述終端相對齊，所述第二偏振光纖光學(xué)連接于所述尾光纖的所述第一端；將光射入所述第一偏振光纖的一第二端內(nèi)；當(dāng)所述第二套管轉(zhuǎn)動時，檢測從所述第二偏振光纖的所述第二端射出的光的光強(qiáng)，以定位所述第一和第二套管的相對角度方向以便能進(jìn)行所期望的光傳輸；以及當(dāng)所述兩套管均位于所述相對的角度方向上時，將所述第一套管與所述第二套管相粘連。
全文摘要
一種用來退火一光纖線圈的支持器在一二氧化 硅襯底上使用一二氧化硅環(huán)形物，或二氧化硅管形線圈。所述 二氧化硅環(huán)形物或二氧化 硅管形線圈均可被直接裝 入一用于法拉第效應(yīng)傳感 器的線圈子配件內(nèi)。所述環(huán) 形物可以通過噴砂或研磨 而被形成在一二氧化硅板 上，或單獨(dú)地制成并粘結(jié)于 所述板上。在管形支持器的 實(shí)施例中，使用二氧化硅管 和套筒來保護(hù)位于光纖線 圈的諸端部和偏振光纖之間的熔融接頭。所述子配件的大部分 構(gòu)件均使用二氧化硅，從而使所述子配件的熱膨脹系數(shù)與所述 光纖的熱膨脹系數(shù)相一致，并且還使所述線圈能在極高溫度下 退火。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)光纖時，退火能降低光纖線圈的雙折射。諸 套管被用來調(diào)節(jié)諸光纖相對于其偏振平面的夾角。
文檔編號G02B6/255GK1143355SQ95191902
公開日1997年2月19日 申請日期1995年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月3日
發(fā)明者布賴恩·J·克朗克, 特德·F·哈欽森, 戴爾R·盧茨, 特雷弗W·麥克杜格爾, 詹姆斯R·昂斯托特 申請人:美國3M公司