光纖封裝及其製造方法

2023-07-11 21:47:26 1

專利名稱：光纖封裝及其製造方法
技術領域：
本發明涉及光纖封裝和製造光纖封裝的方法。
技術背景許多類型的光纖封裝都包括多個單獨的光纖設備，該多個光纖設 備光學耦合串聯在一起以使得一個單獨的光纖設備的輸出光纖耦合到另 一設備的輸入光纖。例如，在公開的國際申請PCT/GB2005/000078 (公開號為W0 2005/068950 Al )中記載了 一種兩光纖或三光纖加速 度計，其可以通過反射耦合器耦合在一起以形成加速度計封裝 (accelerometer package)， 用於沿著兩個或三個相互正交的方向 檢測加速度分量。這種封裝典型地這樣製造將預加工設備布置在封裝中，然後通 過熔接輸入和輸出光纖而把單獨的設備光學耦合在一起。在需要把另 一個部件(例如光纖耦合鏡)耦合到兩個設備之間的光路中時，需要 兩個熔接 一個是把第一設備的輸出光纖耦合到該部件的一端，第二 個是把該部件的另一端耦合到第二設備的輸入光纖。進行大規模熔接是耗時、複雜和昂貴的。必須在通過例如電弧熔 化之前把兩根光纖排列在例如V形槽支座中。這種接合的花費佔據了 完成的封裝(finished package)所需成本的大部分，妨礙了該光纖 封裝的商業發展，限制了該光纖封裝的多種潛在應用。熔接還會隨時 間而變得不可靠，成為完成的封裝的潛在故障點。而且，熔接還引入 了額外的不希望的光損耗。此外，該熔接過程的本質是被結合的光纖 必須相對較長以允許在接合期間出現多次失敗並允許使用熔接工具。 這意味著，封裝中的光學相鄰設備之間的連接光纖一般要比這些光纖 執行其功能所需的長度要長得多。所以必須在完成的封裝內裝填光纖的多餘長度，這就導致不必要地增大了封裝的尺寸。 發明內容本發明的目的是改善這些問題中的至少一個。根據本發明的第一方面，通過一個包括分別具有第一和第二光纖的第一和第二光纖設備 或部件的光纖封裝來實現該目的，其中該第一和第二光纖通過熔融光纖井禺合(fused—fibre coupling)而井禺合。在本說明書中，兩根光纖的"熔融光纖耦合"是指通過將各有一 定長度的每根光纖結合(join)在一起來耦合該兩根光纖，從而使得在 耦合之後， 一根光纖中所傳送的部分輻射可以通過輻射的倏逝波耦合 (evanescent coupling)而進入另一光纖。溶融光纖井禺合可以以多 種方式實現，例如通過將一定長度的兩個光纖互相纏繞並在火火焰中 用力拉它們(即熔錐耦合)，或者通過磨光一定長度的該光纖並把它 們互相膠粘來實現。該第一和第二光纖設備或部件可以是任何類型的 光纖設備，例如溫度傳感器、壓力傳感器等，或者是無源部件例如光 纖光柵(in-f ibre grating)。由於該第 一和第二光纖被熔融光纖耦合，就使得本發明;封裝具有比現有技術中更小的尺^。該完成的封裝還 更可靠，因為熔融光纖耦合提供了比熔接具有更長壽命的耦合。這在 該封裝被用於難以接近和/或危險環境中時是特別重要的。該封裝還可以包括具有第三光纖的第三光纖設備或部件，其中該 第三光纖通過熔融光纖耦合而耦合到第一光纖或第二光纖。在封裝需 要具有耦合到兩個其他設備/部件的設備/部件的場合，相對於現有 技術的封裝，這還使得封裝的尺寸減小並增加了可靠性。該第一和第二設備可以分別是第一和第二光纖加速度計，第三設 備可以是光纖耦合反射器(fibre-coupled reflector)，該第一和 第二設備可以分別是第 一加速度計的輸出光纖和第二加速度計的輸 入光纖，並且該封裝還包括熔融光纖耦合到該第一加速度計的輸入光 纖的第二光纖耦合反射器和熔融光纖耦合到該第二加速度計的輸出 光纖的第三光纖耦合反射器。這就提供了一種具有兩個單獨的光纖加 速度計的光纖加速度計封裝。為了提供一種具有三個單獨的光纖加速度計的加速度計封裝，該 封裝還可以包括第三光纖加速度計和第四光纖耦合反射器，該第三光 纖加速度計具有熔融光纖耦合到第二加速度計的輸出光纖的輸入光 纖以使得第三光纖耦合反射器耦合到該第二和第三加速度計之間的 光路，該第四光纖耦合反射器被熔融光纖耦合到該第三加速度計的輸出光纖。可選擇的，該第三加速度計的輸出光纖可以被劈開(cleaved) (或劈開並且對露出端鍍銀)以形成其反射端。該光纖加速度計優選地#皮定向以沿著基本上相互正交的方向鬥企 測該封裝的加速度分量。該一個或多個光纖耦合反射器每個可以包括具有劈開端或劈開 並鍍銀端的一定長度的光纖。根據本發明的第一方面，提供一種光纖封裝，該封裝包括分別具 有第一和第二光纖的第一和第二光纖設備或部件，其中該第一和第二光纖通過熔融光纖耦合而耦合。該封裝還可以包括通過該第一光纖直 接光學連接到該第 一設備/部件的第三光纖設備/部件。這就提供了 不需要光纖耦合來光學連接該第一和第二設備/部件的優點。這是這 樣實現的，即通過使用單個的一定長度的光纖一起製造該第一和第三 設備以形成該第 一和第三設備以及連接它們的光纖。該第一和第三設備可以分別是第一和第二光纖加速度計，第二設備可以是光纖耦合反射器，該封裝還包括熔融光纖耦合到該第 一加速 度計的輸入光纖的第二光纖耦合反射器和熔融光纖耦合到該第二加 速度計的輸出光纖的第三光纖耦合反射器。該第 一和第二加速度計可 以使用單個的光纖形成。為了提供一種具有三個單獨的光纖加速度計的光纖加速度計封 裝，第三光纖加速度計可以被直接光學連接到該第二加速度計的輸出 光纖，並且第四光纖耦合反射器被熔融光纖耦合到該第三加速度計的 輸出光纖。例如，這三個單獨的光纖加速度計可以利用單個的光纖形 成。代替提供第四個光纖耦合反射器，可以劈開(或劈開並對露出端 鍍銀)該第三加速度計的輸出光纖以形成其反射端。該光纖加速度計優選地被定向以沿著基本上相互正交的方向檢 測該封裝的加速度分量。該一個或多個光纖耦合反射器每個可以包括具有劈開端或劈開 並鍍銀端的一定長度的光纖。本發明的第二方面提供一種製造光纖封裝的方法，包括步驟 (i)製作分別具有第一和第二光纖的第一和第二光纖設備或部 件；和(ii )通過熔融光纖耦合來耦合該第一和第二光纖。(i) 由單個光纖形成單獨的第一、第二和第三光纖加速度計；(ii) 將第一光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第一和第二加速 度計之間的光纖；(iii )將第二光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第二和第三加 速度計之間的光纖；(iv) 將第三光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第一加速度計的 輸入端的光纖；和(v) 將第四光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第三加速度計的 輸出端的光纖，從而形成加速度計封裝。該耦合兩根光纖的步驟可以通過熔錐耦合來實現，即將一定長度 的一根光纖繞一定長度的另一光纖扭轉並加熱光纖交疊的區域以形 成耦合區。該耦合區自身優選地被封裝。


下面通過僅僅是示例的方式並結合附圖來說明本發明的實施例， 其中圖1 - 4示出了製造現有技術中的光纖加速度計封裝的各個階段； 圖5-8示出了製造本發明的第一示例光纖加速度計封裝的各個 階段；圖9 - 11示出了製造本發明的第二示例光纖加速度計封裝的各個 階段；和圖12-14示出了製造本發明的第三示例光纖加速度計封裝的各 個階段。
具體實施方式
圖1示出了構造現有技術的光纖加速度計封裝的一個階段。三個 單獨的光纖加速度計52、 54、 56是具有光纖線圈的類型，被放置在 支架64中。各個加速度計線圈的軸58、 60、 62基本上是互相垂直的。 四個預加工的反射耦合器76、 78、 80、 82 (每個都具有如圖2所示的 結構)如圖3所示被連接到單獨的加速度計52、 54、 56的輸入和輸出光纖。這是通過7個熔接(例如70)來實現的。將每個反射耦合器 連接到相鄰加速度計的光纖需要大量多餘的長度以允許該熔接的多 種故障並允許使用熔接裝置。如圖4所示，然後在該完成的加速度計封裝50形成期間，將該 反射耦合器76、 78、 80、 82和連接光纖裝填到支架中。參照圖5,通過將單個光纖116纏繞到三個中空圓柱成型器103、 105、 107中的每個上來形成三部件加速度計，其中該中空圓柱成型器 103、 105、 107被安裝在臨時支撐杆101上。然後該被纏繞的成型器 被完成以形成三個單獨的光纖加速度計102、 104、 106，單個光纖116 連接它們並形成它們各自的檢測線圏。可選的，可以在完成之前從該 支撐杆101上移除該成型器以形成最終的加速度計。在公開的國際申 請PCT/GB2005/000078 (公開號為WO 2005/068950 Al )中記載了一 種用於加速度計102、 104、 106的適合的架構示例。參照圖6，該單獨的加速度計被固定安裝在支架114內，以使得 它們的軸基本上互相垂直。這就使得該完成的封裝可以沿著三個基本 上互相垂直的方向檢測該封裝的加速度分量。參照圖7，然後通過熔融光纖耦合將四個光纖耦合反射器118、 120、 122、 124在其端部附近和在其連接光學相鄰的加速度計的部分 耦合到光纖116。為實現這一目的，光纖耦合反射器的該光纖的部分 被纏繞在其要耦合的光纖116的部分上或者鄰近光纖116要耦合的部 分，並且通過例如火焰來加熱。每個光纖耦合反射器可以通過例如小 心劈開光纖的端部來形成，並且還能夠對該端部鍍銀。然後單獨封裝該光纖耦合反射器118、 120、 122、 124和它們所 附著的光纖116的部分以形成子封裝126、 128、 130、 132,該子封裝 126、 128、 130、 132被裝填在支架114內以形成基本完成的本發明的 光纖加速度計封裝IOO,如圖8所示。沿圖7所示方向的光纖耦合反射器118、 120、 122、 124的耦合 規定了光纖116的端部116A是該完成的光纖加速度計封裝100的輸 入端。圖9-11示出了製造本發明的光纖加速度計封裝的第二示例的各 個階段。參照圖9，三個單獨的光纖加速度計202、 204、 206被布置在支架(未示出)中，它們的檢測軸(未示出)基本上互相垂直。如圖10 所示，相鄰加速度計的輸入和輸出光纖通過熔融光纖耦合在201和203 耦合。參照圖11，光纖耦合反射器218、 220、 222分別通過熔融光纖耦 合而耦合到加速度計202、 204、 206的光纖的第一端216、 217、 219。 光纖耦合反射器224還通過熔融光纖耦合而耦合到加速度計226的光 纖的第二端221。然後封裝該光纖耦合反射器218、 220、 222、 224及 其各自毗鄰的光纖耦合部分以形成被裝填在該加速度計封裝內的子 封裝226、 228、 230、 232。光纖耦合鏡218、 220、 222、 224的方向規定了光纖216是該完 成的加速度計封裝的輸入光纖。圖12-14示出了製造本發明的光纖加速度計封裝的第三示例的 各個階段。單獨的光纖加速度計302、 304、 306被固定安裝在支架(未 示出)中，它們的軸基本上互相垂直(圖12)。如圖13所示，劈開 (還能夠對其鍍銀)每個加速度計302、 304、 306的光纖的一端以形 成反射器320、 322、 324。參照圖14，然後通過熔融光纖耦合來耦合 相鄰的加速度計，並且還通過熔融光纖耦合將光纖耦合反射器318耦 合到加速度計302的光纖的自由端。光纖316是完成的加速度計封裝 的輸入光纖。然後光纖的耦合區域與鄰近的反射器以及反射器324被 形成為子封裝326、 328、 330、 332，並且被裝填在完成的光纖加速度計封裝中。
權利要求
1. 一種包括兩個或更多光纖加速度計的封裝，所述加速度計利用在加速度計之間延伸的一個或多個光纖連接部分而連接成陣列，其中至少一個所述連接部分包括熔融光纖耦合。
2. 如權利要求1所述的封裝，其中所述連接部分形成通過該陣 列延伸的單個連續光纖的局部， 一個或多個反射器通過熔融光纖耦合 被耦合到所述連續光纖的連接部分。
3. 如權利要求1所述的封裝，其中每個加速度計包括具有至少 一個露出端的光纖，並且其中至少一個所述連接部分通過熔融光纖耦 合兩個連接的加速度計的露出端而形成。
4. 如權利要求3所述的封裝，其中所述相鄰加速度計的所述輸 出端被劈開以形成反射器。
5. —種光纖封裝，包括分別具有第一和第二光纖的第一和第二 光纖設備或部件，其中該第 一和第二光纖通過熔融光纖耦合而被耦 合。
6. 如權利要求5所述的封裝，還包括具有第三光纖的第三光纖 設備或部件，其中該第三光纖通過熔融光纖耦合而被耦合到該第一光 纖或第二光纖。
7. 如權利要求6所述的封裝，其中該第一和第二設備分別是第 一和第二光纖加速度計，該第三設備是光纖耦合反射器，並且該第一 和第二光纖分別是該第一加速度計的輸出光纖和該第二加速度計的輸入光纖，其中該封裝還包括熔融光纖耦合到該第一加速度計的輸入 光纖的第二光纖耦合反射器和熔融光纖耦合到該第二加速度計的輸出光纖的第三光纖耦合反射器。
8. 如權利要求7所述的封裝，還包括第三光纖加速度計和第四 光纖耦合反射器，該第三光纖加速度計具有熔融光纖耦合到該第二加 速度計的輸出光纖的輸入光纖，從而使得該第三光纖耦合反射器被耦 合到該第二和第三加速度計之間的光路，該第四光纖耦合反射器熔融 光纖耦合到該第三加速度計的輸出光纖。
9. 如權利要求7或8所述的封裝，其中該加速度計被定向以沿 著基本上相互正交的方向檢測該封裝的加速度分量。
10. 如權利要求7-9中任何一項所述的封裝，其中每個光纖耦 合反射器包括這樣的光纖，該光纖的端部被劈開以在該光纖內提供輻 射反射。
11. 如權利要求5所述的封裝，還包括通過該第一光纖直接光學 連接到該第 一設備或部件的第三光纖設備或部件。
12. 如權利要求11所述的封裝，其中該第一和第三設備是第一 和第二光纖加速度計，該第二設備是光纖耦合反射器，並且其中該封 裝還包括熔融光纖耦合到該第一加速度計的輸入光纖的第二光纖耦 合反射器和熔融光纖耦合到該第二加速度計的輸出光纖的第三光纖 耦合反射器。
13. 如權利要求12所述的封裝，還包括光學連接到該第二加速 度計的輸出光纖的第三光纖加速度計和熔融光纖耦合到該第三加速 度計的輸出光纖的第四光纖耦合反射器。
14. 如權利要求12或13所述的封裝，其中該加速度計被定向以沿著基本上相互正交的方向檢測該封裝的加速度分量。
15. 如權利要求12-14中任一項所述的封裝，其中每個光纖耦合反射器包括這樣的光纖，該光纖的端部被劈開以在該光纖內提供輻 射反射。
16. —種基本上如上所述和圖8所示的光纖封裝。
17. —種形成包括連接成陣列的兩個或更多加速度計的封裝的方 法，所述方法包括在連接的加速度計之間延伸的光纖連接部分上執行 熔融光纖耦合。
18. —種製造光纖封裝的方法，包括步驟(i )製作分別具有第一和第二光纖的第一和第二光纖設備或部 件；和(ii )通過熔融光纖耦合來耦合各有一定長度的該第一和第二光纖。
19. 如權利要求18所述的方法，包括步驟(i)由單個光纖形成單獨的第一、第二和第三光纖加速度計； (ii )將第一光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第一和第二加速 度計之間的光纖；(iii)將第二光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第二和第三加速度計之間的光纖；(iv)將第三光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第一加速度計的 輸入端的光纖；和(v )將第四光纖耦合反射器熔融光纖耦合到該第三加速度計的 輸出端的光纖。
20. 如權利要求18或19所述的方法，其中通過以下步驟熔融光 纖耦合兩個光纖將一定長度的一個光纖繞一定長度的另一光纖扭轉 並加熱光纖交疊的區域以形成耦合區。
21. 如權利要求20所述的方法，還包括封裝光纖的耦合區的步驟。
全文摘要
一種包括通過熔融光纖耦合而耦合到一起的至少兩個光纖設備或部件(102、104、106、118、120、122、124)的光纖封裝。該封裝典型地包括兩個或更多光纖加速度計，並且由於減少了連接該設備或部件所需的光纖長度而具有比現有技術的光纖封裝更小的尺寸。
文檔編號G01P15/08GK101283302SQ200680037859
公開日2008年10月8日 申請日期2006年10月3日 優先權日2005年10月11日
發明者P·J·納什 申請人:秦內蒂克有限公司