CN103293335B - 光纤封装及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种包括通过熔融光纤耦合而耦合到一起的至少两个光纤设备或部件(102、104、106、118、120、122、124)的光纤封装。该封装典型地包括两个或更多光纤加速度计，并且由于减少了连接该设备或部件所需的光纤长度而具有比现有技术的光纤封装更小的尺寸。

Description

光纤封装及其制造方法

技术领域

本发明涉及光纤封装和制造光纤封装的方法。

背景技术

许多类型的光纤封装都包括多个单独的光纤设备，该多个光纤设备光学耦合串联在一起以使得一个单独的光纤设备的输出光纤耦合到另一设备的输入光纤。例如，在公开的国际申请PCT/GB2005/000078(公开号为WO 2005/068950 A1)中记载了一种两光纤或三光纤加速度计，其可以通过反射耦合器耦合在一起以形成加速度计封装(accelerometer package)，用于沿着两个或三个相互正交的方向检测加速度分量。

这种封装典型地这样制造：将预加工设备布置在封装中，然后通过熔接输入和输出光纤而把单独的设备光学耦合在一起。在需要把另一个部件(例如光纤耦合镜)耦合到两个设备之间的光路中时，需要两个熔接：一个是把第一设备的输出光纤耦合到该部件的一端，第二个是把该部件的另一端耦合到第二设备的输入光纤。

进行大规模熔接是耗时、复杂和昂贵的。必须在通过例如电弧熔化之前把两根光纤排列在例如V形槽支座中。这种接合的花费占据了完成的封装(finished package)所需成本的大部分，妨碍了该光纤封装的商业发展，限制了该光纤封装的多种潜在应用。熔接还会随时间而变得不可靠，成为完成的封装的潜在故障点。而且，熔接还引入了额外的不希望的光损耗。此外，该熔接过程的本质是被结合的光纤必须相对较长以允许在接合期间出现多次失败并允许使用熔接工具。这意味着，封装中的光学相邻设备之间的连接光纤一般要比这些光纤执行其功能所需的长度要长得多。所以必须在完成的封装内装填光纤的多余长度，这就导致不必要地增大了封装的尺寸。

发明内容

本发明的目的是改善这些问题中的至少一个。根据本发明的第一方面，通过一个包括分别具有第一和第二光纤的第一和第二光纤设备或部件的光纤封装来实现该目的，其中该第一和第二光纤通过熔融光纤耦合(fused-fibre coupling)而耦合。

在本说明书中，两根光纤的“熔融光纤耦合”是指通过将各有一定长度的每根光纤结合(join)在一起来耦合该两根光纤，从而使得在耦合之后，一根光纤中所传送的部分辐射可以通过辐射的倏逝波耦合(evanescent coupling)而进入另一光纤。熔融光纤耦合可以以多种方式实现，例如通过将一定长度的两个光纤互相缠绕并在火火焰中用力拉它们(即熔锥耦合)，或者通过磨光一定长度的该光纤并把它们互相胶粘来实现。该第一和第二光纤设备或部件可以是任何类型的光纤设备，例如温度传感器、压力传感器等，或者是无源部件例如光纤光栅(in-fibre grating)。由于该第一和第二光纤被熔融光纤耦合，所以它们通常可以在完成的封装内具有比熔接情况下更短的长度。这就使得本发明的封装具有比现有技术中更小的尺寸。该完成的封装还更可靠，因为熔融光纤耦合提供了比熔接具有更长寿命的耦合。这在该封装被用于难以接近和/或危险环境中时是特别重要的。

该封装还可以包括具有第三光纤的第三光纤设备或部件，其中该第三光纤通过熔融光纤耦合而耦合到第一光纤或第二光纤。在封装需要具有耦合到两个其他设备/部件的设备/部件的场合，相对于现有技术的封装，这还使得封装的尺寸减小并增加了可靠性。

该第一和第二设备可以分别是第一和第二光纤加速度计，第三设备可以是光纤耦合反射器(fibre-coupled reflector)，该第一和第二设备可以分别是第一加速度计的输出光纤和第二加速度计的输入光纤，并且该封装还包括熔融光纤耦合到该第一加速度计的输入光纤的第二光纤耦合反射器和熔融光纤耦合到该第二加速度计的输出光纤的第三光纤耦合反射器。这就提供了一种具有两个单独的光纤加速度计的光纤加速度计封装。

为了提供一种具有三个单独的光纤加速度计的加速度计封装，该封装还可以包括第三光纤加速度计和第四光纤耦合反射器，该第三光纤加速度计具有熔融光纤耦合到第二加速度计的输出光纤的输入光纤以使得第三光纤耦合反射器耦合到该第二和第三加速度计之间的光路，该第四光纤耦合反射器被熔融光纤耦合到该第三加速度计的输出光纤。可选择的，该第三加速度计的输出光纤可以被劈开(cleaved)(或劈开并且对露出端镀银)以形成其反射端。

该光纤加速度计优选地被定向以沿着基本上相互正交的方向检测该封装的加速度分量。

该一个或多个光纤耦合反射器每个可以包括具有劈开端或劈开并镀银端的一定长度的光纤。

根据本发明的第一方面，提供一种光纤封装，该封装包括分别具有第一和第二光纤的第一和第二光纤设备或部件，其中该第一和第二光纤通过熔融光纤耦合而耦合。该封装还可以包括通过该第一光纤直接光学连接到该第一设备/部件的第三光纤设备/部件。这就提供了不需要光纤耦合来光学连接该第一和第二设备/部件的优点。这是这样实现的，即通过使用单个的一定长度的光纤一起制造该第一和第三设备以形成该第一和第三设备以及连接它们的光纤。

该第一和第三设备可以分别是第一和第二光纤加速度计，第二设备可以是光纤耦合反射器，该封装还包括熔融光纤耦合到该第一加速度计的输入光纤的第二光纤耦合反射器和熔融光纤耦合到该第二加速度计的输出光纤的第三光纤耦合反射器。该第一和第二加速度计可以使用单个的光纤形成。

为了提供一种具有三个单独的光纤加速度计的光纤加速度计封装，第三光纤加速度计可以被直接光学连接到该第二加速度计的输出光纤，并且第四光纤耦合反射器被熔融光纤耦合到该第三加速度计的输出光纤。例如，这三个单独的光纤加速度计可以利用单个的光纤形成。代替提供第四个光纤耦合反射器，可以劈开(或劈开并对露出端镀银)该第三加速度计的输出光纤以形成其反射端。

该光纤加速度计优选地被定向以沿着基本上相互正交的方向检测该封装的加速度分量。

该一个或多个光纤耦合反射器每个可以包括具有劈开端或劈开并镀银端的一定长度的光纤。

本发明的第二方面提供一种制造光纤封装的方法，包括步骤：

(i)制作分别具有第一和第二光纤的第一和第二光纤设备或部件；和

(ii)通过熔融光纤耦合来耦合该第一和第二光纤。

该方法可以包括步骤：

(i)由单个光纤形成单独的第一、第二和第三光纤加速度计；

(ii)将第一光纤耦合反射器熔融光纤耦合到该第一和第二加速度计之间的光纤；

(iii)将第二光纤耦合反射器熔融光纤耦合到该第二和第三加速度计之间的光纤；

(iv)将第三光纤耦合反射器熔融光纤耦合到该第一加速度计的输入端的光纤；和

(v)将第四光纤耦合反射器熔融光纤耦合到该第三加速度计的输出端的光纤，

从而形成加速度计封装。

该耦合两根光纤的步骤可以通过熔锥耦合来实现，即将一定长度的一根光纤绕一定长度的另一光纤扭转并加热光纤交叠的区域以形成耦合区。该耦合区自身优选地被封装。

附图说明

下面通过仅仅是示例的方式并结合附图来说明本发明的实施例，其中：

图1-4示出了制造现有技术中的光纤加速度计封装的各个阶段；

图5-8示出了制造本发明的第一示例光纤加速度计封装的各个阶段；

图9-11示出了制造本发明的第二示例光纤加速度计封装的各个阶段；和

图12-14示出了制造本发明的第三示例光纤加速度计封装的各个阶段。

具体实施方式

图1示出了构造现有技术的光纤加速度计封装的一个阶段。三个单独的光纤加速度计52、54、56是具有光纤线圈的类型，被放置在支架64中。各个加速度计线圈的轴58、60、62基本上是互相垂直的。四个预加工的反射耦合器76、78、80、82(每个都具有如图2所示的结构)如图3所示被连接到单独的加速度计52、54、56的输入和输出光纤。这是通过7个熔接(例如70)来实现的。将每个反射耦合器连接到相邻加速度计的光纤需要大量多余的长度以允许该熔接的多种故障并允许使用熔接装置。

如图4所示，然后在该完成的加速度计封装50形成期间，将该反射耦合器76、78、80、82和连接光纤装填到支架中。

参照图5，通过将单个光纤116缠绕到三个中空圆柱成型器103、105、107中的每个上来形成三部件加速度计，其中该中空圆柱成型器103、105、107被安装在临时支撑杆101上。然后该被缠绕的成型器被完成以形成三个单独的光纤加速度计102、104、106，单个光纤116连接它们并形成它们各自的检测线圈。可选的，可以在完成之前从该支撑杆101上移除该成型器以形成最终的加速度计。在公开的国际申请PCT/GB2005/000078(公开号为WO 2005/068950 A1)中记载了一种用于加速度计102、104、106的适合的架构示例。

参照图6，该单独的加速度计被固定安装在支架114内，以使得它们的轴基本上互相垂直。这就使得该完成的封装可以沿着三个基本上互相垂直的方向检测该封装的加速度分量。

参照图7，然后通过熔融光纤耦合将四个光纤耦合反射器118、120、122、124在其端部附近和在其连接光学相邻的加速度计的部分耦合到光纤116。为实现这一目的，光纤耦合反射器的该光纤的部分被缠绕在其要耦合的光纤116的部分上或者邻近光纤116要耦合的部分，并且通过例如火焰来加热。每个光纤耦合反射器可以通过例如小心劈开光纤的端部来形成，并且还能够对该端部镀银。

然后单独封装该光纤耦合反射器118、120、122、124和它们所附着的光纤116的部分以形成子封装126、128、130、132，该子封装126、128、130、132被装填在支架114内以形成基本完成的本发明的光纤加速度计封装100，如图8所示。

沿图7所示方向的光纤耦合反射器118、120、122、124的耦合规定了光纤116的端部116A是该完成的光纤加速度计封装100的输入端。

图9-11示出了制造本发明的光纤加速度计封装的第二示例的各个阶段。

参照图9，三个单独的光纤加速度计202、204、206被布置在支架(未示出)中，它们的检测轴(未示出)基本上互相垂直。如图10所示，相邻加速度计的输入和输出光纤通过熔融光纤耦合在201和203耦合。

参照图11，光纤耦合反射器218、220、222分别通过熔融光纤耦合而耦合到加速度计202、204、206的光纤的第一端216、217、219。光纤耦合反射器224还通过熔融光纤耦合而耦合到加速度计226的光纤的第二端221。然后封装该光纤耦合反射器218、220、222、224及其各自毗邻的光纤耦合部分以形成被装填在该加速度计封装内的子封装226、228、230、232。

光纤耦合镜218、220、222、224的方向规定了光纤216是该完成的加速度计封装的输入光纤。

图12-14示出了制造本发明的光纤加速度计封装的第三示例的各个阶段。单独的光纤加速度计302、304、306被固定安装在支架(未示出)中，它们的轴基本上互相垂直(图12)。如图13所示，劈开(还能够对其镀银)每个加速度计302、304、306的光纤的一端以形成反射器320、322、324。参照图14，然后通过熔融光纤耦合来耦合相邻的加速度计，并且还通过熔融光纤耦合将光纤耦合反射器318耦合到加速度计302的光纤的自由端。光纤316是完成的加速度计封装的输入光纤。然后光纤的耦合区域与邻近的反射器以及反射器324被形成为子封装326、328、330、332，并且被装填在完成的光纤加速度计封装中。

Claims (4)

1.一种形成封装的方法，所述封装包括按阵列连接的两个或更多的加速度计，其中一个或更多的光纤连接部分在加速度计之间延伸，其中所述连接部分没有熔接并且形成延伸穿过所述阵列的单个连续光纤的部分，所述方法包括通过在连接的加速度计之间延伸的光纤连接部分上进行熔锥耦合来耦合一个或更多的反射器到所述单个连续光纤上，

其中第二光纤耦合的反射器被熔融光纤耦合到第一加速度计的输入光纤而第三光纤耦合的反射器被熔融光纤耦合到第二加速度计的输出光纤。

2.如权利要求1所述的方法，还包括将第三光纤加速度计光学连接到第二加速度计的所述输出光纤以及将第四光纤耦合的反射器熔融光纤耦合到所述第三光纤加速度计的输出光纤。

3.如权利要求1或权利要求2的方法，还包括定向所述加速度计以沿着基本上相互正交的方向检测该封装的加速度分量的步骤。

4.如权利要求1或权利要求2的方法，其中每个光纤耦合反射器包括光纤，并且劈开该光纤的端部以在该光纤内提供辐射反射。