[发明专利]多电极系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，更具体地涉及用于接合和剥离(strip)光纤的系 统和方法。

背景技术

光纤熔接器通常利用放电来充分地加热光纤以使它们熔合在一起。所述 放电在工业中被称为“电弧(arc)”。然而，根据一些资料来源，这种电流级 别的放电不是真正的电弧，而是生成热等离子场的电晕放电。

近来，一些类型的电弧已经被用于从光纤剥离包覆层，并从被以机械方 式剥离的光纤清除剩余的碎片。电弧一般形成在间隔1mm至10mm的一对 电极的锐利的尖端之间，如图1A所示。对于一次接合多个光纤(例如，带 状光纤)以及对于较大直径的光纤，需要较大的电极间隔，如图1B所示。 一些接合器的光学设计也可以要求电极间隔“间隙”较大以防止电极以物理 方式阻塞光纤路径。

电极通常用钨制成。虽然在一些情况下，铈或钍与钨形成合金。这些元 素降低了电极的热离子工作性能，导致电极更容易离开电极的表面。这允许 用较低的起始电压来启动放电。可替换地，可以提供离子的外部源来帮助启 动电弧(例如，3SAE技术公司的离子增强冷等离子体(Ion Enhanced Cold Plasma)技术)。可以用普通的铁电极在没有外部离子化的情况下提供合适的 电弧，但是电弧特性的可重复性一般很差。

施加到电极的电压可以是直流电(一般与较小的电极间隔结合)或交流 电(允许电极端之间的较大间隔-10mm或更大)。启动放电所需要的电压 通过帕邢定律(Paschen′s Law)来确定，帕邢定律把电极之间的间隙的击穿电 压与存在于间隙(例如，一般为普通空气)中的间隙的(复杂和非线性)函 数、压力、湿度、电极形状、电极材料以及间隙距离联系起来。因为将帕邢 定律应用到该系统所需要的许多参数是未知的，所以完成了很少的接合器电 弧的定量理论分析。一般地，启动电压经验上被确定为在5kV-30kV的范围 内。

一旦电弧被启动，在放电中等离子体的持续离子化需要比初始施加的电 压低的电压。作为电路元件的等离子体的阻抗(即，施加的电压与电流的比) 很难预测。接合器电弧被怀疑在某些频率和电流级别上呈现出负阻抗。这些 特性使得接合器电弧的“恒定电压”操作很难实现。因此，大多数这样的系 统被控制来提供恒定的平均电流。这以合理预测的方式关联到被输送至放电 的观测功率和所产生的光纤温度。

提供改变被输送至光纤的电弧功率的方法以提供对于不同光纤类型的 正确的加热以及补偿不同的条件是很有用的。这可以通过改变被输送至持续 电弧的电流(用上面提到的控制电路)或通过脉冲开启(pulse on)和脉冲 关闭(pulse off)电弧来实现。

大多数普通光纤直径为80μm至125μm(不包括外部包覆层)，如图1A 中所示。然而，诸如高功率光纤激光器的一些应用要求光纤直径为1mm或 更大。大多数熔接器不接受光纤直径大于200μm。存在用于大直径光纤 (LDF)的专用接合器，根据设计特征而具有不同的最大直径性能。

用于LDF(＞600μm)光谱的较大端的成功的接合器一般使用电阻丝加 热或激光加热而不使用电弧。对于这些大的光纤，光纤材料的介电性质可以 导致电弧围绕光纤弯曲，而不包围在等离子场中的光纤的周围，如图1B所 示。这导致了对光纤的不均匀加热，造成较差的接合质量。

使用电弧来剥离光纤的装置也受到了不均匀的热效应。这些“电弧剥离 器”一般将光纤放置在等离子场外面(上面或下面)，从而来自电弧的热量 导致包覆层的分解。这必然导致光纤的一边比另一边热。对于大多数包覆层 来说，这不是问题。然而，某些包覆层具有用于有效移除的相对较窄的温度 窗口(temperature window)，并可以得益于更加均匀的热分布。

发明内容

提供了使用多个电极来生成用于一个或多个光纤的热处理的电弧的系 统和方法，包括但不限于：接合、退火、扩散、剥离、锥化(taper)和烧蚀。 所述系统和方法还可以用于其它应用和环境，例如用于实现光纤耦合。

根据本发明，多电极系统可以是被配置为在周围环境条件下、或在部分 真空或绝对真空中操作的三相系统。所述系统和方法有几个好处。