无环氧塑料光学纤维熔接设计和制造方法技术

本申请的发明专利技术名称是无环氧塑料光学纤维熔接设计和制造方法。一种无环氧、高耐久性和低成本的塑料光学纤维熔接设计和制造方法，其符合商业飞机环境要求。熔接设计：(1)不需要使用环氧将两个塑料光学纤维的端面连接起来；(2)合并双卷曲环，以为连接起来的塑料光学纤维提供高度持久的拉力；(3)使用熔接校准套筒内的小型挡块解决塑料光学纤维端面的任何振动问题；及(4)合并使用精密模塑或三维印刷工艺批量生产的熔接校准套筒。

Design and manufacturing method of fusion joint of epoxy free plastic optical fiber

【技术实现步骤摘要】
无环氧塑料光学纤维熔接设计和制造方法
技术介绍
本文公开的技术一般涉及将两个光学纤维熔接起来，更具体地，涉及将两个塑料光学纤维熔接起来的方法。如本文所用，术语“熔接(splicing)”是指光学结合两个光学纤维的端面，使得由一个纤维发射的光被另一个纤维接收。光学纤维是一种沿其轴传输光的圆柱形电介质波导。纤维由透明包层(claddinglayer)(下文称“包层(cladding)”)围绕的透明芯组成，两者均由电介质材料制成。光线由于全内反射现象而保持在芯中。为了将光学信号限制在芯中，芯的折射率大于包层的折射率。芯和包层之间的边界可以是突变的，如在阶跃折射率(step-index)纤维中，或者是渐变的，如在梯度折射率(graded-index)纤维中。纤维光学通信的重要方面是连接两个光缆，使得光学损失最小化。通过专门的光学纤维连接器进行临时或半永久连接。通常需要将光学纤维与另一个光学纤维对齐。这可以涉及仔细地对齐纤维并使其与设备接触，或者使用透镜以允许光学结合。在某些情况下，纤维的末端被抛光成弯曲的形状，使其充当透镜。塑料光学纤维(POF)是一种由聚合物材料制成的光学纤维。与玻璃光学纤维类似，POF通过纤维的芯传输光(用于照明或数据)。与玻璃产品其他方面相同，它比玻璃产品的主要优势方面是其在弯曲和拉伸下的坚固性。通常，芯由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或聚苯乙烯制成，而包层由氟化聚合物制成。在飞机数据总线网络中，塑料光学纤维可替代重型和庞大的铜导体。然而，在复杂的飞机布线过程中，塑料光学纤维的破裂并不少见。熔接可在飞机布线过程中快速修复破裂的塑料光学纤维。目前，没有商业现货的设计用于坚固的航空电子设备环境的航空电子级POF熔接。商业上可获得的POF熔接技术使用环氧来连接两个POF端面。将两个端面与环氧连接起来并不是很持久，因为大部分环氧会在高温下软化，从而增加熔接中POF的光学损失。使用现有的商业POF熔接技术，熔接的拉伸强度将在高温下降低。商业POF熔接不能解决由于高振动环境导致的端面损坏问题。此外，使用环氧需要紫外线或热量来固化。这不是在商业飞机的布线安装期间使用的优选方法。由于材料和纤维直径的差异，在纤维端面使用高温电弧的完善的玻璃光学纤维熔融熔接技术不适用于POF。当在POF端面施加电弧热时，POF将立即熔化。
技术实现思路
以下详细公开的技术通过采用无环氧、高耐久性和低成本POF熔接设计和制造方法——其符合商业飞机环境要求——解决了熔接塑料光学纤维的问题。更具体地，以下公开的POF熔接设计能够承受高振动(例如，10G)、高拉力(超过16磅)和极端温度循环(从-40至+100℃)。所提出的熔接设计：(1)不需要使用环氧将两个塑料光学纤维的端面连接起来；(2)合并双卷曲环，以便为连接起来的塑料光学纤维提供高度持久的拉力；(3)使用熔接校准套筒内的小型挡块解决POF端面的任何振动问题；以及(4)合并可以使用精密模塑或三维印刷工艺批量生产的熔接校准套筒。因为没有使用环氧，所以本文公开的熔接制造方法快速且容易。通过在熔接校准套筒的两端处卷曲金属卷曲环，塑料光学纤维在熔接校准套筒内光学结合。本文公开的POF熔接具有双重卷曲环以将POF端面保持在最大光学结合的位置，这减少了POF熔接的插入损失。卷曲环的机械力将塑料光学纤维保持在POF熔接所经受的极端温度和振动条件下的该最佳位置。本文公开的POF熔接还在两个POF端面界面处合并小型挡块，以消除由于高振动环境引起的POF端面损坏(例如，刻痕和划痕)。尽管以下将详细描述用于熔接塑料光学纤维的装置和方法的各种实施方式，但是这些实施方式中的一个或多个可以通过以下方面中的一个或多个来表征。以下详细公开的主题的一个方面是用于引导光波传播的装置，其包括：第一塑料光学纤维电缆，该第一塑料光学纤维电缆包括第一塑料光学纤维和围绕除了终止于第一端面的第一塑料光学纤维的末端部分之外的第一塑料光学纤维的第一护套；第二塑料光学纤维电缆，该第二塑料光学纤维电缆包括第二塑料光学纤维和围绕除了终止于第二端面的第二塑料光学纤维的末端部分之外的第二塑料光学纤维的第二护套；和塑料光学纤维熔接组件，其配置为将第一和第二端面相互光学结合，塑料光学纤维熔接组件包括：第一终端，其具有围绕第一塑料光学纤维的末端部分的第一纵向部分和围绕第一护套的一部分的第二纵向部分，第一终端由热塑性材料制成；第二终端，其具有围绕第二塑料光学纤维的末端部分第一纵向部分和围绕第二护套的一部分的第二纵向部分，第二终端由热塑性材料制成；熔接校准套筒，其围绕第一和第二终端的第一纵向部分和第一和第二终端的第二纵向部分的部分，熔接校准套筒由热塑性材料制成；第一卷曲环，其具有围绕且卷曲在第一终端的第二纵向部分的一部分上的第一纵向部分和围绕且卷曲在熔接校准套筒的一个末端部分上的第二纵向部分，第一卷曲环由金属材料制成；和第二卷曲环，其具有围绕且卷曲在第二终端的第二纵向部分的一部分的第一纵向部分和围绕且卷曲在熔接校准套筒的另一个末端部分上的第二纵向部分，第二卷曲环由金属材料制成；优选地，第一和第二端面不相互接触。为防止端面接触，熔接校准套筒可包括孔隙挡块，其在第一和第二端面之间保持间隙。熔接校准套筒的内部空间不含环氧。根据前段所描述的装置的一个实施方式，该装置进一步包括：第一保护罩，其具有围绕第一终端的第二纵向部分的另一部分和第一塑料光学纤维电缆的第一护套的一部分两者的纵向部分；第二保护罩，其具有围绕第二终端的第二纵向部分的另一部分和第二塑料光学纤维电缆的第二护套的一部分两者的纵向部分；围绕并卷曲在第一保护罩的纵向部分上的第三卷曲环，该第三卷曲环由金属材料制成；和围绕并卷曲在第二保护罩的纵向部分上的第四卷曲环，该第四卷曲环由金属材料制成。第一终端被处于各自的卷曲状态的第一和第三卷曲环压缩到第一塑料光学纤维电缆的第一护套上，并且第二终端被处于各自的卷曲状态第二和第四卷曲环压缩到第二塑料光学纤维电缆的第二护套上。以下详细公开的主题的另一方面是将第一和第二塑料光学纤维熔接起来的方法，该方法包括：(a)从第一塑料光学纤维电缆的第一塑料光学纤维的末端部分剥离第一塑料光学纤维电缆的第一护套的一部分；(b)从第二塑料光学纤维电缆的第二塑料光学纤维的末端部分剥离第二塑料光学纤维电缆的第二护套的一部分；(c)使由热塑性材料制成的第一终端滑动到第一塑料光学纤维电缆上，至其中第一终端的第一纵向部分围绕第一塑料光学纤维的末端部分并且第一终端的第二纵向部分围绕第一护套的一部分的位置；(d)使由热塑性材料制成的第二终端滑动到第二塑料光学纤维电缆上，，至其中第二终端的第一纵向部分围绕第二塑料光学纤维的末端部分并且第二终端的第二纵向部分围绕第二护套的一部分的位置；(e)使由金属材料制成的第一卷曲环滑动到第一终端上，至其中第一卷曲环的第一纵向部分围绕第一终端的第二纵向部分的第一部分的位置；(f)使由金属材料制成的第二卷曲环滑动到第二终端上，至其中第二卷曲环的第一纵向部分围绕第二终端的第二纵向部分的第一部分的位置；(g)使第一卷曲环的第一纵向部分卷曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于引导光波传播的装置，其包括：/n第一塑料光学纤维电缆，其包括第一塑料光学纤维和围绕除了终止于第一端面的所述第一塑料光学纤维的末端部分之外的所述第一塑料光学纤维的第一护套；/n第二塑料光学纤维电缆，其包括第二塑料光学纤维和围绕除了终止于第二端面的所述第二塑料光学纤维的末端部分之外的所述第二塑料光学纤维的第二护套；和/n一种塑料光学纤维熔接组件，其被配置为将第一和第二端面相互光学结合，所述塑料光学纤维熔接组件包括：/n第一终端，其具有围绕所述第一塑料光学纤维的所述末端部分的第一纵向部分和围绕所述第一护套的一部分的第二纵向部分，所述第一终端由热塑性材料制成；/n第二终端，其具有围绕所述第二塑料光学纤维的所述末端部分的第一纵向部分和围绕所述第二护套的一部分的第二纵向部分，所述第二终端由热塑性材料制成；/n熔接校准套筒，其围绕所述第一和第二终端的所述第一纵向部分和所述第一和第二终端的所述第二纵向部分的部分，所述熔接校准套筒由热塑性材料制成；/n第一卷曲环，其具有围绕并卷曲至所述第一终端的所述第二纵向部分的一部分上的第一纵向部分，和围绕并卷曲至所述熔接校准套筒的一末端部分上的第二纵向部分，所述第一卷曲环由金属材料制成；和/n第二卷曲环，其具有围绕并卷曲至所述第二终端的所述第二纵向部分的一部分上的第一纵向部分，和围绕并卷曲至所述熔接校准套筒的另一末端部分上的第二纵向部分，所述第二卷曲环由金属材料制成。/n...

【技术特征摘要】
20180726 US 16/046,7191.一种用于引导光波传播的装置，其包括：
第一塑料光学纤维电缆，其包括第一塑料光学纤维和围绕除了终止于第一端面的所述第一塑料光学纤维的末端部分之外的所述第一塑料光学纤维的第一护套；
第二塑料光学纤维电缆，其包括第二塑料光学纤维和围绕除了终止于第二端面的所述第二塑料光学纤维的末端部分之外的所述第二塑料光学纤维的第二护套；和
一种塑料光学纤维熔接组件，其被配置为将第一和第二端面相互光学结合，所述塑料光学纤维熔接组件包括：
第一终端，其具有围绕所述第一塑料光学纤维的所述末端部分的第一纵向部分和围绕所述第一护套的一部分的第二纵向部分，所述第一终端由热塑性材料制成；
第二终端，其具有围绕所述第二塑料光学纤维的所述末端部分的第一纵向部分和围绕所述第二护套的一部分的第二纵向部分，所述第二终端由热塑性材料制成；
熔接校准套筒，其围绕所述第一和第二终端的所述第一纵向部分和所述第一和第二终端的所述第二纵向部分的部分，所述熔接校准套筒由热塑性材料制成；
第一卷曲环，其具有围绕并卷曲至所述第一终端的所述第二纵向部分的一部分上的第一纵向部分，和围绕并卷曲至所述熔接校准套筒的一末端部分上的第二纵向部分，所述第一卷曲环由金属材料制成；和
第二卷曲环，其具有围绕并卷曲至所述第二终端的所述第二纵向部分的一部分上的第一纵向部分，和围绕并卷曲至所述熔接校准套筒的另一末端部分上的第二纵向部分，所述第二卷曲环由金属材料制成。


2.权利要求1所述的装置，其进一步包括：
第一保护罩，其具有纵向部分，该纵向部分围绕所述第一终端的所述第二纵向部分的另一部分和所述第一塑料光学纤维电缆的所述第一护套的一部分两者；和
第二保护罩，其具有纵向部分，该纵向部分围绕所述第二终端的所述第二纵向部分的另一部分和所述第二塑料光学纤维电缆的所述第二护套的一部分两者。


3.权利要求2所述的装置，进一步包括：
第三卷曲环，其围绕并卷曲到所述第一保护罩的所述纵向部分上，所述第三卷曲环由金属材料制成；和
第四卷曲环，其围绕并卷曲到所述第二保护罩的所述纵向部分上，所述第四卷曲环由金属材料制成。


4.权利要求3所述的装置，其中所述第一终端被处于各自的卷曲状态的所述第一和第三卷曲环压缩到所述第一塑料光学纤维电缆的所述第一护套上，并且所述第二终端被处于各自的卷曲状态的所述第二和第四卷曲环压缩到所述第二塑料光学纤维电缆的所述第二护套上。


5.权利要求1所述的装置，其中所述熔接校准套筒具有外径，并且所述第一终端的所述第二纵向部分的外径小于所述熔接校准套筒的内径，所述第一卷曲环的所述第二纵向部分的内径等于或大于所述熔接校准套筒的外径，并且所述第一卷曲环的第一纵向部分的内径等于或大于所述第一终端的所述第二纵向部分的外径。


6.权利要求5所述的装置，其中所述第一终端的所述第一纵向部分具有第一和第二径向向外突出的环形突块，所述环形突块在它们之间形成环形凹槽。


7.一种使第一和第二塑料光学纤维熔接起来的方法，所述方法包括：
(a)从所述第一塑料光学纤维电缆的第一塑料光学纤维的末端部分剥离第一塑料光学纤维电缆的第一护套的一部分；
(b)从所述第二塑料光学纤维电缆的第二塑料光学纤维的末端部分剥离第二塑料光学纤维电缆的第二护...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·G·寇世子，E·Y·陈，T·K·特若，K·Q·A·纽根，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US