[发明专利]高可靠光纤耦合器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤耦合器的制备方法，光纤耦合器对光信号起到进行分路和合路的作用，在光纤陀螺、光纤水听器、光纤电流传感器等光纤传感领域有着广泛的应用。

背景技术

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，光纤陀螺、光纤水听器、光纤电流传感器等光纤传感领域有着广泛的应用。

熔融拉锥法制备光纤耦合器就是将两根去除涂覆层的光纤平行或扭结并靠在一起，利用火焰加热使光纤熔融，同时以一定的速度向两侧拉伸，在光纤局部加热区形成拉锥形状，渐逝场向外扩展而实现传输功率的耦合。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。

另外，扭烧工艺过程将两根光纤通过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。采用平行烧结工艺后，避免了扭烧应力问题，大大提高了可靠性。同时，剥离光纤涂层时，采用热剥工艺或其它无损剥除工艺，剥离后进行光纤包层质量检查；拉锥完成后进行内部光纤质量监控检查，可进一步提高光纤耦合器的可靠性。

烧结完光纤耦合器以后要进行封装，传统的封装方式是先将光纤两端带有涂层光纤部分固定在石英槽中，然后将石英槽套在石英圆管内，最后再套上不锈钢管进行保护，两端用胶封装，这种封装方式没有考虑减震措施，光纤耦合器的抗冲击性能较差，很难满足有高抗冲击环境(冲击加速度大于3000g，冲击频率1000～5000Hz)的应用要求。

中国专利92108997.X，发明名称“一种加强光纤耦合器的方法”中采用了加强基底方式提高光纤耦合器的可靠性；中国专利94100528.3，发明名称“光纤耦合器保护结构及其保护方法”，通过一个由具有光纤相同热膨胀系数的材料构成的盒子以及支撑光纤的突起部分来封装光纤耦合器。以上两个专利中提到的方法，封装工艺较复杂，封装材料成本高，主要解决了光纤耦合器的温度稳定性，封装结构可靠性和抗高冲击性能没有描述。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种光纤耦合器的制备方法，该方法可以提高光纤耦合器的可靠性。

本发明的技术解决方案是：高可靠光纤耦合器制备方法，包括下列步骤：

(1)采用平行烧结强熔拉锥工艺制备光纤耦合器，通过拉力检测光纤耦合器烧结完成后的纵向抗拉强度，要求其纵向抗拉强度值大于1N；

(2)利用热固化胶将烧结后的光纤耦合器两端固定在石英U型槽中，并在石英槽两端内部填充紫外胶，缩短中间光纤悬空长度；

(3)将所述的光纤耦合器套在石英圆管中，石英圆管两端用热固化胶固定；

(4)对所述的光纤耦合器进行高温处理，所述的高温处理为首先在温度83～87℃条件下，贮存2～3小时；然后在温度108～112℃条件下，贮存1～2小时；

(5)在石英圆管上涂硅橡胶后套不锈钢管，将不锈钢管两端密封。

所述步骤(1)中的平行烧结强熔拉锥工艺中，光纤涂层采用热剥离方式处理，火焰中心温度要求大于1500℃，烧结完成后光纤纵向抗拉强度大于1N。

所述的热固化胶采用环氧树脂胶。

所述步骤(2)中的在石英槽两端内部填充紫外胶，采用低玻璃化温度的紫外胶，玻璃化温度低于-50℃。

所述步骤(5)中的石英圆管外径与不锈钢管内径之差至少为0.6mm。

所述步骤(5)中的涂硅橡胶厚度在0.3mm以上。

本发明的工作原理是：光纤耦合器的工作原理是基于“渐逝场”理论和光波导模式耦合理论。光纤耦合器的制作方法是将两根去除涂覆层的光纤通过扭结或平行方式并靠在一起，在高温下加热使光纤熔融，同时以一定的速度向两侧拉伸，光纤局部加热区的光纤逐渐变细，形成拉锥形状，渐逝场向外扩展而实现传输功率的耦合。将一根光纤看作是另一光纤的扰动，在弱耦合近似下，耦合方程组为：