一种光纤耦合器及其制备方法和封装失效的检测方法技术

本发明专利技术涉及光纤耦合器的技术领域，公开了光纤耦合器及其制备方法和封装失效的检测方法，制备方法包括步骤：剥除光缆PVC外层；采用平行装夹熔融拉锥工艺制备光纤耦合器，并通过拉力检测光纤耦合器烧结完成后的纵向抗拉强度；将烧结的半成品进行第一道封装；接着进行第二道封装；将光纤终端进行烧球处理；将半成品置于95～105℃中烘烤1.5～2.5小时并冷却至常温，再将半成品置于-40～85℃温度中循环45～51小时，接着用85～95℃含氟油检查第二道封装的密封情况，筛选出不良品；再将良好的半成品进行第三道封装。本发明专利技术通过上述制备方法解决了传统光纤耦合器在低温状态度下插入损耗增大的问题，提高了光纤耦合器的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤耦合器及其制备方法和封装失效的检测方法
本专利技术涉及光纤耦合器的
，公开了一种光纤耦合器及其制备方法和封装失效的检测方法，光纤耦合器对光信号起到进行分路和合路的作用，在光纤通信、CATV、光纤陀螺、光纤水听器和光纤传感等诸多领域都有着广泛的应用。
技术介绍
光纤耦合器对光信号起到进行分路和合路的作用，在光纤通信、CATV、光纤陀螺、光纤水听器和光纤传感等诸多领域都有着广泛的应用。熔融拉锥法是目前制备光纤耦合器最成熟、最简便的方法。利用熔融拉锥法制备光纤耦合器时，需先将两根或多根Φ0.25mm光纤的涂覆层剥除，再在拉锥机的夹具上用平行装夹法或扭结装夹法并拢光纤，在高温加热下熔融，夹具同时带动光纤向两侧拉伸，最终使加热区的光纤变成一体化的双锥结构，再用基板、圆管和钢管等对锥区进行保护封装而成。熔融拉锥法具有易于批量生产、结构牢固、环境性能好、附加损耗低等优点。但熔融烧结工艺中火焰的温度场及拉伸速度参数控制，会对烧结后的光纤强度产生影响，传统制备工艺中，没有光纤强度检测工艺要求，且对耦合器内部光纤悬空长度没有进行控制，因此，仅能保证一定抗冲击强度的要求，不能满足高抗冲击性能要求。在熔融拉锥时，光纤的装夹方式主要有平行装夹法和扭结装夹法。采用扭结装夹法将两根光纤扭结使其并紧在一起，在两端的扭结点处，扭应力较大，尤其是制备小尺寸耦合器时，两个扭结点距离较近，扭应力更大；而且耦合器锥区两侧在烧结过程中，处于火焰外侧边缘处，光纤内应力也较大，因此，在受到外界冲击应力作用下较容易发生耦合臂断裂失效，耦合器的可靠性较低。而采用平行装夹法，则有效避免了扭烧应力的问题，大大提高了可靠性。在熔融拉锥时，常用的加热方式有直接加热法(如用氢氧焰加热)和间接加热法(如电热丝加热等)。氢氧焰是氢气在氧气中燃烧所得，其温度为1100～1400℃(若增加一路氧气，燃烧的温度可达1500～1700℃)，因氢气燃烧会产生大量水蒸气，其中有部分会在高温环境下迅速扩散到熔融拉锥区，导致光传输至呈双锥体的拉锥区时，由于氢氧离子对1360～1420nm的红外光产生强烈的吸收，所以光纤耦合器在1360～1420nm处的附加损耗较大(光纤耦合器水峰损耗)；间接加热法因辐射到光纤上的温度只有1000～1200℃，距离石英的熔点较远(1700℃左右)，达不到强熔效果，因此制备的耦合器拉锥区光纤熔合不充分、易受外界环境(湿气)的影响，因而长期稳定性较差(PDL-偏振相关损耗、PL变化大)。另外，用Φ0.25mm光纤制作的光纤耦合器存在光纤易缠绕和线损问题，为了保护光纤，通常在Φ0.25mm光纤外加上Φ0.9mm松套管。但是，因光纤和松套管的膨胀系数不一致，在低温状态度下光纤在松套管内弯曲而导致插入损耗增大甚至折断光纤。制备高可靠光纤耦合器，封装是极其重要的一环。光纤耦合器拉锥区受潮气入侵后，其主要性能(PDL-偏振相关损耗、IL-插入损耗)就会发生变化，因此光纤耦合器的封装工艺和密封效果检测是关键。光纤耦合器不同部件之间存在间隙，这些间隙需用粘接效果优良、防潮性能较好的环氧胶来密封。在封装操作过程中，少数产品会出现脱胶现象，有的产品只有经过高低温循环后才出现脱胶现象。有脱胶现象的产品，就极容易被潮气入侵。有的厂商采用在器件内填充干燥剂的办法来提高光纤耦合器的防潮效果，但这种办法在高温高湿(85℃、85％RH)试验进行到1000H后，干燥剂就会因吸饱潮气而失去功效，从而使光纤耦合器的PDL和IL发生变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光纤耦合器及其制备方法和封装失效的检测方法，旨在解决现有技术中，传统的松套管光纤耦合器在低温状态度下插入损耗增大问题。本专利技术是这样实现的，提出了一种光纤耦合器的制备方法，包括如下步骤：(1)剥除光缆的PVC外层，要求不损伤光纤的涂覆层，并将光缆上被环切的PVC外层烫熔；(2)采用平行装夹熔融拉锥工艺制备光纤耦合器，并通过拉力检测光纤耦合器烧结完成后的纵向抗拉强度；(3)利用环氧胶将烧结后的光纤耦合器两端固定在U型石英基板两端完成第一道封装，其中环氧胶封住无涂覆层的裸光纤，有涂覆层的光纤处于U型石英基板的外侧3～4mm处；(4)将所述U型石英基板置于石英圆管内正中间，并将石英圆管的两端注入环氧胶密封，使环氧胶封住裸光纤，并加热使环氧胶固化完成第二道封装；(5)将所述光纤耦合器的光纤终端进行烧球处理，且使球心偏离纤芯，球心至纤芯的距离≥0.04mm；(6)将所述光纤耦合器置于95～105℃的条件下，烘烤1.5～2.5小时，并自然冷却至常温，再将冷却至常温的光纤耦合器半成品置于-40～85℃的温度中循环45～51小时，接着用85～95℃的含氟油检查光纤耦合器第二道封装的密封情况，筛选出空胶或者脱胶的不良品；(7)将石英圆管置于不锈钢管内正中间，用模具固定，再用硅胶灌注和固化完成第三道封装。优选地，所述步骤(1)中，光纤耦合器采用的光纤材料为Φ0.89～0.91mm的光缆。优选地，所述步骤(2)中的平行装夹熔融拉锥工艺中，采用CO2激光器或者电弧对光纤进行加热。优选地，所述步骤(3)中的环氧胶采用的是HYJ01环氧胶，用于U型石英基板上两端的HYJ01环氧胶的长度均为4～5mm，使光纤双锥体的弦长跨度小于等于20mm。近一步地，所述HYJ01环氧胶的调配比例范围为，主剂:固化剂:石英粉＝10:1:(9～11)。优选地，所述步骤(4)中的环氧胶采用的是HYJ03环氧胶，该HYJ03环氧胶封住裸光纤后，在80～90℃的加热平台上加热固化。优选地，所述步骤(5)中，光纤耦合器及其待烧球的光纤与水平的陶瓷挡板之间的夹角为40～50°。优选地，所述步骤(7)中，所述硅胶采用的是具有良好弹性的GJ01硅胶。本专利技术提出了一种光纤耦合器，该光纤耦合器采用了上述的方法制备，该光纤耦合器包括不锈钢管，置于所述不锈钢管中的石英圆管，置于所述石英圆管中的U型石英基板，以及依次穿过不锈钢管、石英圆管和U型石英基板的光纤，置于所述U型石英基板的部分光纤为光纤耦合区。本专利技术还提出了一种光纤耦合器封装失效的检测方法，包括如下步骤：(1)将上述光纤耦合器的制备方法中，完成第二道封装及烧球处理后的光纤耦合器半成品置于95～105℃的条件下烘烤1.5～2.5小时，接着将其自然冷却至常温；(2)将冷却至常温的光纤耦合器半成品置于-40～85℃温度中循环45～51小时；(3)将温度循环后的光纤耦合器半成品用85～95℃的含氟油检查第二道封装的密封情况，筛选出空胶或者脱胶的不良品。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术采用平行装夹法装夹光纤，避免了扭结烧结工艺中光纤存在的大内应力缺陷，提高了光纤耦合器的烧结强度，并且采用拉力检测耦合器纵向抗拉强度，保证耦合器内光纤的高强度，提高了耦合器的可靠性；(2)在熔融拉锥工艺中，采用CO2激光器或者电弧对光纤进行加热，其温度可达1500～1800℃，经过熔融拉锥得到的双锥体能够达到强熔效果，有效减少了光纤耦合器的水峰损耗，提高了耦合器的稳定性；(3)光纤终端采用烧球处理，且球心偏离纤芯，要求球心至纤芯的距离≥0.04mm，保证了光纤终端(球体)的法线与光纤轴心之间有一个大于8°的夹角θ，从而保证了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤耦合器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)剥除光缆的PVC外层，要求不损伤光纤的涂覆层，并将光缆上被环切的PVC外层烫熔；(2)采用平行装夹熔融拉锥工艺制备光纤耦合器，并通过拉力检测光纤耦合器烧结完成后的纵向抗拉强度；(3)利用环氧胶将烧结后的光纤耦合器两端固定在U型石英基板两端完成第一道封装，其中环氧胶封住无涂覆层的裸光纤，有涂覆层的光纤处于U型石英基板的外侧3～4mm处；(4)将所述U型石英基板置于石英圆管内正中间，并将石英圆管的两端注入环氧胶密封，使环氧胶封住裸光纤，并加热使环氧胶固化完成第二道封装；(5)将所述光纤耦合器的光纤终端进行烧球处理，且使球心偏离纤芯，球心至纤芯的距离≥0.04mm；(6)将所述光纤耦合器置于95～105℃的条件下，烘烤1.5～2.5小时，并自然冷却至常温，再将冷却至常温的光纤耦合器半成品置于‑40～85℃的温度中循环45～51小时，接着用85～95℃的含氟油检查光纤耦合器第二道封装的密封情况，筛选出空胶或者脱胶的不良品；(7)将石英圆管置于不锈钢管内正中间，用模具固定，再用硅胶灌注和固化完成第三道封装。

【技术特征摘要】
1.一种光纤耦合器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)剥除光缆的PVC外层，要求不损伤光纤的涂覆层，并将光缆上被环切的PVC外层烫熔；(2)采用平行装夹熔融拉锥工艺制备光纤耦合器，并通过拉力检测光纤耦合器烧结完成后的纵向抗拉强度；(3)利用环氧胶将烧结后的光纤耦合器两端固定在U型石英基板两端完成第一道封装，其中环氧胶封住无涂覆层的裸光纤，有涂覆层的光纤处于U型石英基板的外侧3～4mm处；(4)将所述U型石英基板置于石英圆管内正中间，并将石英圆管的两端注入环氧胶密封，使环氧胶封住裸光纤，并加热使环氧胶固化完成第二道封装；(5)将所述光纤耦合器的光纤终端进行烧球处理，且使球心偏离纤芯，球心至纤芯的距离≥0.04mm；(6)将所述光纤耦合器置于95～105℃的条件下，烘烤1.5～2.5小时，并自然冷却至常温，再将冷却至常温的光纤耦合器半成品置于-40～85℃的温度中循环45～51小时，接着用85～95℃的含氟油检查光纤耦合器第二道封装的密封情况，筛选出空胶或者脱胶的不良品；(7)将石英圆管置于不锈钢管内正中间，用模具固定，再用硅胶灌注和固化完成第三道封装。2.如权利要求1所述的光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，光纤耦合器采用的光纤材料为Φ0.89～0.91mm的光缆。3.如权利要求1所述的光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的平行装夹熔融拉锥工艺中，采用CO2激光器或者电弧对光纤进行加热。4.如权利要求1所述的光纤耦合器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的环氧胶采用的是HYJ01环氧胶，用于U型石英基板上两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘奕凤，朱少军，岳超瑜，叶铭森，
申请(专利权)人：深圳朗光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44