光纖劃刻工具的制作方法
【專利說明】光纖劃刻工具
[0001]優(yōu)先權要求
[0002]本申請要求在2012年9月18日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/702，644的優(yōu)先權，其通過引用完全并入，如同在本文中完全闡述的那樣。下面提及的所有出版物都通過引用完全并入，如同在本文中完全闡述的那樣。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及光纖，特別涉及便利于光纖劈裂(cleaving)以縮短其長度并在所述光纖上產(chǎn)生平坦端部的工具。
【背景技術】
[0004]經(jīng)由光纖波導傳輸光能有許多優(yōu)勢，并且其用途是多樣的。單根或多根光纖波導可以被簡單地用于傳輸可見光到遠程位置。復雜的通信系統(tǒng)可以傳輸多個特定的光信號。這些設備通常需要光纖以端至端關系耦合，所述耦合代表一個光損失源。所述劈裂端部應當是光滑并且無缺陷的。如果光纖的端部是不均勻的，由于光在劈裂端面(例如，接頭或接合區(qū)域)處的反射和折射，能夠?qū)е逻^度的光損失。對于絕大多數(shù)的光纖應用，為了準備耦合，劈裂光纖使得光纖的端部完全平坦是重要的。當以端至端關系放置光纖時，為了減少光損失，希望的是使光纖的端面是平滑的，并位于與光纖軸線垂直或成特定角度的平面上。簡而言之，劈裂的光纖端面需要是具有鏡面質(zhì)量的單一平面，以最優(yōu)化在可拆卸連接器、永久接頭和光子器件中的光纖之間的耦合。
[0005]光纖在通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和其他信號傳輸系統(tǒng)中的相對廣泛并不斷增加的利用已經(jīng)產(chǎn)生了對互接端子的令人滿意和高效裝置的需求。目前，大多數(shù)可拆卸光纖連接器是出廠時已安裝好的。對于光纖的現(xiàn)場安裝，特別希望的是開發(fā)一種工藝，其能夠簡單地且可靠地部署以適當?shù)嘏压饫w，以便在光纖隨后被耦合時最小化光損失。
[0006]通過以受控的方式擴展裂紋生長，光纖可被劈裂以產(chǎn)生平坦的端面?？偟膩碚f，光纖劈裂需要兩個主要步驟:(a)圍繞光纖圓周劃刻(scribing)環(huán)形槽，其作為在表面上的初始淺槽，以及(b)施加合適的張應力以使裂紋橫跨光纖生長并擴展，在圓周處開始并徑向地朝向中心生長。
[0007]美國專利申請公開號US2012/0000956 Al (其已被共同轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過參考完全并入本文)公開了可以簡單并可靠地部署以適當?shù)嘏压饫w獲得光滑端部的工藝，以便在光纖隨后被耦合時最小化光損失。根據(jù)所述公開，軸向張力施加到已經(jīng)在預期劈裂位置處被劃擦(scored)的光纖上，其中，所述軸向張力以隨時間變化的方式施加以將用于光纖上裂紋的應力強度因子維持在可接受的水平內(nèi)，以產(chǎn)生從圓周到中心的在合理速度下的穩(wěn)定裂紋生長以劈裂光纖。所施加張力隨時間的仔細控制作用為通過維持基本恒定的應力強度因子來控制擴展裂紋的速度。在一個實施例中，所施加的軸向張力隨著時間和/或裂紋生長而減小。其結果是，在光纖材料中的應變能通過具有無需拋光的光學品質(zhì)表面的單個平面的形成而釋放。增強光學質(zhì)量的基本平坦的光學表面形成在光纖的劈裂端部處。
[0008]為了便利于諸如在美國專利申請公開號US2012/0000956 Al中所公開工藝的光纖劈裂工藝，有必要開發(fā)一種有效、方便并且可靠的劃刻工具以在表面上形成初始圓周淺槽，這也可以便利于在現(xiàn)場環(huán)境中的操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了方便并且可靠的劃刻工具，其可以有效地在光纖的圓周表面上形成初始淺槽，以便利于在工廠中的劈裂操作，并且同樣便利于在現(xiàn)場環(huán)境中的操作。所發(fā)明的劃刻工具的設計特征能夠以便攜式、手持工具的形式構造，其可以部署用于在現(xiàn)場的簡單操縱。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述劃刻工具包括主體或殼體，所述光纖支撐在其內(nèi)以相對于所述主體繞主體的軸線(例如，中心軸線)旋轉(zhuǎn)。光纖沿其軸線的運動被支撐件的限制。致動器大致正交于光纖軸線移動由硬質(zhì)材料(例如，金剛石、藍寶石或碳化鎢)制成的劃刻刃。通過在把劃刻刃壓靠在光纖表面上的同時轉(zhuǎn)動所述光纖，一個淺槽被劃刻在光纖的圓周表面上。在一個實施例中，所述凹槽繞光纖的整個圓周延伸。在另一實施例中，所述凹槽可部分地圍繞光纖的圓周延伸。
[0011]在本發(fā)明的另一方面中，所述致動器是機電致動器，其可以是壓電致動器(例如，由壓電陶瓷(PZT)材料制成)、微機械或納米機械等。這些致動器可以提供納米級的位移，以確保所述環(huán)形槽以不會導致光纖內(nèi)部開裂的塑性模式切割。
[0012]在一個實施例中，致動器朝向劃刻刃移動所述光纖(即，光纖的軸線相對于所述劃刻工具主體橫向地移動，或光纖在垂直于光纖旋轉(zhuǎn)軸的方向上移動)。在另一實施例中，致動器朝向所述光纖移動劃刻刃，光纖的軸線相對劃刻工具主體的橫向運動被支撐件限制。
[0013]在一個實施例中，所述劃刻工具具有單個劃刻刃，在這種情況下，為了在光纖的表面上形成完整的圓周凹槽，所述光纖需要被旋轉(zhuǎn)360度。在另一實施例中，所述劃刻工具具有多個(N個)可以同時抵靠所述光纖施加的劃刻刃，在這種情況下,為了在光纖的表面上形成完整的圓周凹槽，所述光纖僅需要被旋轉(zhuǎn)360/N度。
【附圖說明】
[0014]為了更全面地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)勢，以及優(yōu)選的使用模式，應當參考結合附圖閱讀的以下詳細描述。在附圖中，同樣的參考標號在整個附圖中表示同樣或相似的部件。
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于光纖的劃刻工具的示意性軸向剖視圖。
[0016]圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于光纖的劃刻工具的示意性軸向剖視圖。
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的劃刻工具的端部透視圖。
[0018]圖4是圖3中的劃刻工具的另一端部透視圖。
[0019]圖5是圖3中的劃刻工具的正視圖。
[0020]圖6是沿圖5中的線6-6截取的剖視圖。
[0021]圖7是根據(jù)本發(fā)明又一實施例的劃刻工具的端部透視圖。
[0022]圖8是圖7中的劃刻工具的另一端部透視圖。
[0023]圖9是沿著圖8中的線9-9截取的剖視圖。
[0024]圖10是沿著圖8中的線10-10截取的剖視圖。
[0025]圖11是沿著圖10中的線11-11截取的剖視圖。
[0026]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例的劃刻工具的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明參考參照附圖的各種實施例在下面進行描述。雖然本發(fā)明是根據(jù)用于實現(xiàn)此發(fā)明目標的最佳模式而描述的，本領域技術人員應該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，這些教導可以包括各種變化。
[0028]所發(fā)明的劃刻工具參考一個劈裂過程而進行討論，所述過程涉及，首先，或者完全地繞所述光纖的圓周或者在圍繞圓周的選擇性區(qū)域中，在它的外直徑上將凹槽劃擦或劃刻到所述光纖中，然后在光纖的縱向軸線上施加張力以將光纖的兩個縱向段分離。在其被劃擦時，所述光纖最初可以被保持在軸向張力下或可以不被保持。所述劃痕是通過劃刻工具(也稱為被一些人視為劃擦工具)機械地產(chǎn)生的。仔細控制的劃擦過程僅提供具有所需凹槽深度的初始表面凹槽，而沒有亞表面損傷(即，在所劃擦的凹槽的底表面下沒有裂紋)；初始凹槽限定了橫穿光纖的裂紋擴展以足夠的軸向張力開始的位置。具體地，凹槽的劃擦產(chǎn)生了具有幾十納米深度的初始表面凹槽(通常不超過100納米)，據(jù)此，所述劃擦工具以塑性模式而不是脆性模式切割光纖材料，從而避免了在所劃出凹槽的底部之下的亞表面裂紋。在劃擦過程中，切口的較淺深度(在幾十