光纤套管制造技术

一种陶瓷光纤套管，由ＣａＴｉＯ↓［３］或ＣｅＯ↓［２］－ＺｒＯ↓［２］构成。套管经抛光成物理接触弧形，因此它包括具有预定曲率半径的第一凸端、第二端和连通第一和第二端的轴向孔。光纤被固定在孔内，并且运用规范的抛光或研磨技术形成光纤的末端，光纤末端与套管的第一凸端共面。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及光纤连接器使用的套管，尤其涉及具有物理接触(PC)抛光面(finish)的CaTiO3或CeO2-ZrO2套管。光纤已在利用光信号进行高速通信和数据传输方面建立了广泛的应用。为此，已开发了光纤连接器，使光纤与其他光纤或光纤器件(即，光信号的源或接收器)耦合或分离。这类连接器必须在被连接的光纤端部处提供准确的对准和最小的间隔以保证光的顺利传输。另外，连接器应该能够容易并可靠地连接、分离和重新连接。例如，在美国专利第5,101,463号、第5,134,677号、第5,052,774号、第5,212,752号和第5,222,169号中例示这种连接器。如这里所用，“连接器”一词是指可以连接、分离和重新连接两根光纤或一根光纤和一个光纤器件的装置，它与“接头”不同，接头通常是指光纤间的永久连接。光纤连接器的关键部件是套管。套管用于对准、保持和保护连接点或端点处光纤的易损端，从而具有精确的尺寸公差。当把光纤的末端插入并固定(通常是胶结)在套管内时，损坏它们的概率便大大降低，特别是在加工光纤末端光滑端面时所要求的研磨和/或抛光过程期间。当把连接器安装于现场时，就需手工完成研磨和抛光过程，因此难于控制。套管最好用热膨胀系数小、弹性模量大并且硬度高的材料制作。陶瓷是优选的材料，因为它们具有上述特性，并且抛光光洁度和平整度较好。性能特别优良的连接器是一种使用了具有物理接触(PC)抛光面的套管的连接器。PC抛光的套管具有一弧形(即，凸面的)接触面。套管的接触面即是光纤末端所处的表面，并且为了在被接光纤的两末端之间形成光学连接，需将该表面与另一套管的接触面接触。还可使接触面与一个产生光信号的器件接触，例如激光器和光电二极管等，从而使终端接于套管中的光纤传送该信号。同样，可使接触面紧靠这样的器件，该器件接收用终端接于套管中的光纤所传载的光信号，例如光电池等。使用PC抛光套管的连接器一般装有能使套管的接触面轴向偏离连接器的装置(例如弹簧)，从而例如当与另一连接器耦合时，推动两个套管的接触面相互接触。这时，弧形接触面最好相互挤压，稍稍变平，从而通过扩大两套管接触面间的赫兹(Hertzian)接触面积来提高光纤末端间紧密接触的可能。例如，一对外直径为2.5毫米的典型的PC抛光二氧化锆套管，当用传统的PC连接器将其相互压紧时，平的接触区约为200毫米。历史上，氧化铝是第一种用于制作套管的陶瓷。但是，随着PC抛光套管的发展，工业上已认识到用二氧化锆制作套管的优越性。尽管二氧化锆比氧化铝稍软，但它具有更低的弹性模量，从而在压力下更易变形。由此，较低的模量增大了弧形套管间的赫兹接触面积，从而提高了产生良好光学连接的可能。当用二氧化锆制造光纤套管等模塑/烧结的物件时，它必须含有少量的稳定剂(大约2至5摩尔百分数)，以稳定正方晶相(tetragonal phase)并防止断裂，否则就会在高温烧结期间向热力学更稳定的单斜晶相(monoclinic phase)过渡时伴随出现收缩而引起断裂。典型的稳定剂包括氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。最通用的稳定剂是氧化钇(Y2O3)。氧化铝和氧化钇-二氧化锆比连接器连接的一般玻璃纤维的末端都要硬得多。这种硬度的不匹配会使光纤的抛光速度比陶瓷套管要快。从而令人误认为硬套管起到“阻止抛光”的作用，即当光纤端面“向下抛光”到与套管表面共面处，就停止对光纤端面抛光，从而避免光纤“凹陷”。当达到共面时，确实大大降低了对光纤的抛光速率。但是，柔软的玻璃纤维通常以较周围陶瓷套管更大的速率被继续磨蚀。这就发生了光纤端面的“凹陷”(即，光纤端部被抛光至套管接触面以下)。附图说明图1示出了这种凹陷的情况，其中套管1是一般的氧化铝或氧化钇-二氧化锆套管。光纤3的端面2已被抛光至套管1的接触面4以下。这在光纤3的端面2和套管1的接触面4之间产生一空隙5。该空隙一般有零点几微米深。由于光纤-套管的端面不再共面，所以必须对套管施加更大的力，才能产生使光纤末端接触所需的变形。如果所加的力不够，则光纤末端相互不接触，光纤末端之间所形成的空隙会在被传输光信号中产生背向反射和其他类型的信号损耗现象。另外，凹陷能收集和保存抛光碎屑，这些碎屑随后会散开并防碍套管/光纤间的接触，从而当两个套管在光学连接器中相配时，光纤之间的间隔增大。减小凹陷(同时有利于加速抛光过程)的一种方法是使用一种较软的陶瓷来制作套管，以降低光纤和套管之间硬度的不匹配程度。但是，要放弃强度已知的二氧化锆或氧化铝陶瓷是很不情愿的，普通技术人员认为这种强度能使套管经受使用环境中遇到的严格要求。在这方面特别要注意的是，当在光纤连接器中使用套管时，套管会经历反复的耦合/去耦合运动(这与接头装置不同，在接头装置中，套管自始至终只被耦合移动一次)。在使用中，当连接器套管与其他套管或光学器件连接/分离时，要将连接器套管反复插入和拆离称作耦合器的金属或陶瓷套管。套管和耦合器之间的间隙很小，致使套管每次插入和拆离耦合器时，在套管和耦合器之间都会产生摩擦力。这种摩擦力会引起磨损，磨损又会在连接器内积起碎屑(磨损微粒)。尽管一定程度的磨损是不可避免的，但是过度的磨损会使磨损微粒存留在连接器装置中，致使信号损耗和信号反射增大，性能降低。每次从耦合器上拆离连接器时都清理连接器的两侧是不切实际的。因此，应该有一种连接器，它在被适当清洁后无需重新清洁便可被反复再连接。由此，本领域需要一些改进的更柔软的陶瓷，它们能减小光纤和套管之间硬度的不匹配，不会在一段时间后因光学连接处反复的耦合/去耦合移动所引起的过度磨损和碎屑堆积而发生过早的或较大的信号损耗。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种光纤套管，该套管包括a)第一凸端，该端具有某预定曲率半径；b)第二端；和c)一个连通第一和第二端的孔，其特征在于，制成所述套管的陶瓷材料选自CaTiO3和CeO2-ZrO2。本专利技术的第二方面提供了一种光纤连接器，它包括a)上述CaTiO3或CeO2-ZrO2套管一个；b)一具有第一端和第二端的外壳，其中套管被安装在外壳内，套管的第一端可从外壳的第一端中伸出；和c)一根光纤，该光纤穿过外壳和套管的第二端，并被固定在套管的孔内，光纤的末端靠近套管的第一端。本专利技术的第三方面提供了一种将光纤终端接在套管中的方法，该方法包括以下步骤a)提供一套管，该套管包括具有预定曲率半径的第一凸端、第二端和连通第一和第二端的孔，其中制作所述套管的陶瓷材料选自CaTiO3和CeO2-ZrO2。b)插入一光纤，使其穿过套管的第二端，并伸入孔中，致使光纤的端部从套管的第一端伸出；c)截断该端部，使光纤可研磨或可抛光的部分仍从套管的第一端伸出；并且d)研磨或抛光所述光纤的所述可研磨或可抛光部分，形成与所述套管之所述第一端基本上共面的末端。本专利技术的套管比标准的氧化钇-二氧化锆套管或氧化铝套管较为柔软。因此，套管与玻璃光纤末端之间硬度的不匹配性被缩小。氧化钇-二氧化锆和氧化铝的Vickers穿透硬度分别大约为11-13千兆帕和15-18千兆帕，而CaTiO3(钛酸钙)的Vickers穿透硬度约为7-9千兆帕，CeO2-ZrO2(氧化铈-二氧化锆)的Vickers穿透硬度约为8-10千兆帕。一般玻璃光纤的Vic本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤套管（１２），其特征在于，包括：ａ）第一凸端（１４），该端具有一预定的曲率半径；ｂ）第二端（１６），和ｃ）一连通所述第一和第二端的孔（１８），其中制成所述套管的陶瓷材料选自ＣａＴｉＯ↓［３］和ＣｅＯ↓［２］－ＺｒＯ↓［２ ］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特G弗雷，蒂莫西D弗莱彻，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]