用于光波導(dǎo)的套圈的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)依據(jù)專利法要求2012年10月15日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)61/713, 805 的優(yōu)先權(quán)，依據(jù)專利法要求2013年3月12日申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)序號(hào)13/795, 979的優(yōu)先權(quán)， 本文中依賴其中每個(gè)申請(qǐng)的內(nèi)容并且所述內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開的方面大體上涉及用于光纖連接器的套圈系統(tǒng)，和制造并使用所述套圈系 統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 用于制造附接到硬化套圈的光纖的典型實(shí)務(wù)包括，使用環(huán)氧樹脂將剝皮后的光纖 附接到硬化套圈。將光纖以機(jī)械方式劈裂或激光劈裂，然后半手工地打磨光纖和套圈的末 端，這可能是工作繁重并且成本昂貴的。為了加速制造，希望能夠使用激光，尤其是工業(yè)C02激光，來(lái)劈裂并且打磨光纖和套圈。然而，申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，以將會(huì)適用于劈裂并且加工光纖 的強(qiáng)度、脈沖重復(fù)率、掃描速度、極化等使用工業(yè)化〇)2激光可能會(huì)在套圈中誘發(fā)斷裂。需 要促進(jìn)使用高功率激光在不基本上損壞套圈的情況下進(jìn)行劈裂并且加工的套圈系統(tǒng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本文公開的技術(shù)包括用于套圈的組合物、無(wú)機(jī)組合物彈性模量、組合物孔隙度、組 合物幾何形狀以及制造并且使用所述組合物的過(guò)程，所述套圈在一些實(shí)施方案中允許在不 會(huì)有套圈損壞的情況下進(jìn)行激光加工，同時(shí)保持所述套圈中的良好機(jī)械性質(zhì)。
[0006] 本實(shí)用新型提供了一種用于光波導(dǎo)的套圈，其包括：所述套圈的外部；所述套圈 的內(nèi)部，其中界定有被構(gòu)型來(lái)接納光波導(dǎo)的孔；以及處于所述套圈的所述內(nèi)部與所述套圈 的所述外部之間的應(yīng)力隔離區(qū)，其中所述應(yīng)力隔離區(qū)的材料的彈性模量小于所述套圈的所 述內(nèi)部和外部的材料的彈性模量，因此所述應(yīng)力隔離區(qū)限制應(yīng)力在所述內(nèi)部與所述外部之 間的傳遞。
[0007] 所述應(yīng)力隔離區(qū)是多孔的，并且其中所述應(yīng)力隔離區(qū)的平均空隙率為至少3%。
[0008] 所述應(yīng)力隔離區(qū)具有孔梯度，以使得孔隙度從所述應(yīng)力隔離區(qū)中的一個(gè)位置到另 一個(gè)位置隨著距離增加。
[0009] 所述應(yīng)力隔離區(qū)是多孔的，并且其中所述應(yīng)力隔離區(qū)的平均空隙率為至少3%。
[0010] 所述套圈的所述內(nèi)部和外部不是多孔的，并且其中所述套圈的所述內(nèi)部和外部是 密閉的。
[0011] 所述應(yīng)力隔離區(qū)是層，并且其中所述層在所述套圈的所述內(nèi)部和外部之間并且圍 繞所述孔延伸。
[0012] 所述層的橫截面是環(huán)形的，并且其中所述層在所述套圈的所述內(nèi)部和外部之間的 厚度大于20微米。
[0013] 所述應(yīng)力隔離區(qū)的彈性模量小于所述套圈的所述外部的模量的90%并且小于所 述套圈的所述內(nèi)部的模量的90 %。
[0014] 所述套圈的所述內(nèi)部包括玻璃或玻璃陶瓷。
[0015] 所述套圈的所述外部包括玻璃。
[0016] 至少一個(gè)實(shí)施方案涉及一種套圈，其包括具有至少兩個(gè)不同熱膨脹區(qū)的主體，其 中通過(guò)所述主體中的低模量層來(lái)減少熱膨脹應(yīng)變和應(yīng)力。在一些實(shí)施方案中，所述主體是 玻璃或陶瓷。
[0017] 至少另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種套圈，其包括具有低膨脹玻璃內(nèi)部、低模量無(wú)機(jī)應(yīng) 變隔離層和較高膨脹陶瓷和/或玻璃外部的玻璃和/或陶瓷主體。
[0018] 至少另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種套圈，當(dāng)用激光加工所述套圈所支撐的光波導(dǎo)和套 圈表面時(shí)，激光與內(nèi)部低膨脹材料的相互作用不會(huì)損壞所述套圈。此外，所述套圈同時(shí)是機(jī) 械上可靠的，這意味著所述套圈可以在極端環(huán)境條件下連接并且斷開許多次。
[0019] 本文公開的技術(shù)的額外方面包括用于制造套圈的快速自動(dòng)化過(guò)程，其包括將低膨 脹玻璃和/或玻璃陶瓷激光燒結(jié)和/或焊接到套圈，如堅(jiān)韌耐用的氧化鋯套圈。
[0020] 本文公開的技術(shù)允許對(duì)用于光纜的光纖和/或套圈的自動(dòng)化劈裂、打磨和/或加 工，這加速了波導(dǎo)電纜組件的制造。在一些實(shí)施方案中，低彈性模量無(wú)機(jī)層允許用具有廣泛 不同的熱膨脹系數(shù)的材料在應(yīng)力得以減小的情況下構(gòu)建光波導(dǎo)套圈。例如，低模量層用來(lái) 解除由熱膨脹差異引起的應(yīng)變。在一些實(shí)施方案中，可以在不會(huì)有斷裂的情況下加以激光 加工的二氧化硅芯區(qū)可以包含于氧化鋯外殼內(nèi)，其中通過(guò)低模量層的應(yīng)變（例如壓縮）來(lái) 減輕熱膨脹相關(guān)應(yīng)力的影響。
[0021] 額外的特征和優(yōu)點(diǎn)在以下的詳述中加以陳述，并且部分地將由本領(lǐng)域技術(shù)人員根 據(jù)描述容易理解并且通過(guò)實(shí)踐如書面描述和本文的權(quán)利要求以及附圖中所描述的實(shí)施方 案加以認(rèn)識(shí)。應(yīng)理解，前面的大體描述和以下的詳述都僅僅是示例性的，并且意圖提供綜述 或框架來(lái)理解權(quán)利要求的本質(zhì)和特性。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 包括附圖以便提供進(jìn)一步理解，并且附圖并入本說(shuō)明書中且構(gòu)成本說(shuō)明書的一部 分。這些圖示出一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，并且與詳述一起用來(lái)解釋各種實(shí)施方案的原理和操 作。因而，本公開將從結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳述得以更全面地理解，在附圖中：
[0023] 圖1是根據(jù)示例性實(shí)施方案的套圈的橫截面示意圖。
[0024] 圖2是根據(jù)另一示例性實(shí)施方案的套圈的橫截面示意圖。
[0025] 圖3是根據(jù)示例性實(shí)施方案的具有低模量區(qū)的四個(gè)燒結(jié)層的掃描電子顯微鏡 (SEM)顯微照片。
[0026] 圖4至圖6是根據(jù)示例性實(shí)施方案的套圈主體的二氧化硅、氧化鋯和玻璃微結(jié)構(gòu) 的SEM顯微照片。
[0027] 圖7至圖8是根據(jù)示例性實(shí)施方案的二氧化硅芯的SEM顯微照片，所述二氧化硅 芯燒結(jié)在包括玻璃和氧化鋯的低模量材料中。
[0028] 圖9至圖10是根據(jù)示例性實(shí)施方案的套圈的主體中的一個(gè)層的低模量材料的Sffl 顯微照片。
[0029] 圖11是兩部分套圈的應(yīng)力相對(duì)于離中心的距離的繪圖，所述套圈具有二氧化硅 芯和在二氧化硅芯外部的氧化鋯與玻璃材料。
[0030] 圖12是三部分套圈的應(yīng)力相對(duì)于離中心的距離的繪圖，所述套圈具有二氧化硅 芯、低模量層和在二氧化硅芯、低模量層外部的氧化鋯與玻璃材料。
[0031] 圖13是根據(jù)示例性實(shí)施方案的多光纖套圈的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 在轉(zhuǎn)向詳細(xì)示出示例性實(shí)施方案的以下詳述和附圖之前，應(yīng)理解，本公開不限于 在詳述中陳述或在附圖中示出的細(xì)節(jié)或方法。例如，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將理解，與在附圖 中的一個(gè)中展示或在與實(shí)施方案中的一個(gè)相關(guān)的文字中描述的實(shí)施方案相關(guān)聯(lián)的特征和 屬性可以恰當(dāng)?shù)剡m用于在附圖中的另一個(gè)中展示或在文字中的其它地方描述的其它實(shí)施 方案。
[0033] 本文中公開的技術(shù)涉及組合物、無(wú)機(jī)組合物彈性模量、組合物孔隙度、組合物幾何 形狀以及用于制造并且使用套圈11〇、210的過(guò)程，其允許在不會(huì)有套圈損壞的情況下對(duì)套 圈110、210進(jìn)行激光加工，同時(shí)保持套圈110、210中的良好機(jī)械性質(zhì)。
[0034] 圖1包括套圈110的示意圖，所述套圈110具有二氧化娃芯112以及低模量層114 和較高模量耐磨外部116。圖2包括套圈210的示意圖，所述套圈210具有二氧化硅芯212 以及低模量主體214和密閉式外部216。
[0035] 大體參考圖1至圖2,套圈主體110、210具有至少兩個(gè)不同熱膨脹特性區(qū)，其中通 過(guò)主體中的低彈性模量層114、214減輕由熱膨脹引起的應(yīng)變和應(yīng)力。在一些這類實(shí)施方 案中，部分玻璃、部分陶瓷的主體具有：低膨脹玻璃內(nèi)部112、212,其界定套圈110、210的孔 118、218 ;低模量無(wú)機(jī)應(yīng)變隔離層114、214 ;以及較高熱膨脹陶瓷和/或玻璃材料密閉式外 部116、216。當(dāng)加工孔118、218中的光波導(dǎo)（參見如圖13所示的光波導(dǎo)320)和套圈表面 122、222時(shí)，激光與內(nèi)部低膨脹材料112、212的相互作用不會(huì)損壞套圈110、210。同時(shí)，套 圈110、210是機(jī)械上可靠的，這意味著套圈110、210可以在極端環(huán)境條件下連接并且斷開 許多次。本文中公開的技術(shù)允許用于制造光纜、電纜組件和連接化光纖系統(tǒng)的套圈11〇、210 和/或波導(dǎo)的快速自動(dòng)化加工和打磨。
[0036] 根據(jù)示例性實(shí)施方案，套圈110、210(具有低模量區(qū)114、214)的內(nèi)部112、212是 低熱膨脹材料，優(yōu)選地低于40x l〇7°C，更優(yōu)選地低于30x 17/°C。根據(jù)示例性實(shí)施方案， 套圈110、210的內(nèi)部112、212優(yōu)選地包括硼硅酸鹽或二氧化硅玻璃，更優(yōu)選地包括二氧化 硅玻璃。在一些實(shí)施方案中，套圈110、210的橫截面是圓形的，并且套圈110、210的內(nèi)部 是環(huán)形管118、218,其直徑大于200微米但小于2. 3mm，其直徑優(yōu)選地大于300微米但小于 1_、更優(yōu)選地小于600微米。
[0037] 根據(jù)示例性實(shí)施方案，套圈110、210具有中間區(qū)或?qū)?14、214(例如應(yīng)力隔離帶）， 其材料（例如無(wú)機(jī)材料）的楊氏彈性模量小于相鄰區(qū)112、212或116、216的最高楊氏彈性 模量的90%。
[0038] 根據(jù)示例性實(shí)施方案，套圈110、210的外部區(qū)或?qū)?16、216包括陶瓷或陶瓷加玻 璃。在一些實(shí)施方案中，外部區(qū)116、216的陶瓷優(yōu)選地是氧化鋯，更優(yōu)選地是四方氧化鋯， 其中陶瓷超過(guò)外部區(qū)或?qū)?16、216的組合物的40體積％。
[0039] 在一些實(shí)施方案中，套圈110、210的內(nèi)部112、212是二次拉伸