專利名稱：光纖套管的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及光纖連接器使用的套管，尤其涉及具有物理接觸(PC)拋光面(finish)的CaTiO3或CeO2-ZrO2套管。
光纖已在利用光信號(hào)進(jìn)行高速通信和數(shù)據(jù)傳輸方面建立了廣泛的應(yīng)用。為此，已開發(fā)了光纖連接器，使光纖與其他光纖或光纖器件(即，光信號(hào)的源或接收器)耦合或分離。這類連接器必須在被連接的光纖端部處提供準(zhǔn)確的對準(zhǔn)和最小的間隔以保證光的順利傳輸。另外，連接器應(yīng)該能夠容易并可靠地連接、分離和重新連接。例如，在美國專利第5,101,463號(hào)、第5,134,677號(hào)、第5,052,774號(hào)、第5,212,752號(hào)和第5,222,169號(hào)中例示這種連接器。如這里所用，“連接器”一詞是指可以連接、分離和重新連接兩根光纖或一根光纖和一個(gè)光纖器件的裝置，它與“接頭”不同，接頭通常是指光纖間的永久連接。
光纖連接器的關(guān)鍵部件是套管。套管用于對準(zhǔn)、保持和保護(hù)連接點(diǎn)或端點(diǎn)處光纖的易損端，從而具有精確的尺寸公差。當(dāng)把光纖的末端插入并固定(通常是膠結(jié))在套管內(nèi)時(shí)，損壞它們的概率便大大降低，特別是在加工光纖末端光滑端面時(shí)所要求的研磨和/或拋光過程期間。當(dāng)把連接器安裝于現(xiàn)場時(shí)，就需手工完成研磨和拋光過程，因此難于控制。套管最好用熱膨脹系數(shù)小、彈性模量大并且硬度高的材料制作。陶瓷是優(yōu)選的材料，因?yàn)樗鼈兙哂猩鲜鎏匦裕⑶覓伖夤鉂嵍群推秸容^好。
性能特別優(yōu)良的連接器是一種使用了具有物理接觸(PC)拋光面的套管的連接器。PC拋光的套管具有一弧形(即，凸面的)接觸面。套管的接觸面即是光纖末端所處的表面，并且為了在被接光纖的兩末端之間形成光學(xué)連接，需將該表面與另一套管的接觸面接觸。還可使接觸面與一個(gè)產(chǎn)生光信號(hào)的器件接觸，例如激光器和光電二極管等，從而使終端接于套管中的光纖傳送該信號(hào)。同樣，可使接觸面緊靠這樣的器件，該器件接收用終端接于套管中的光纖所傳載的光信號(hào)，例如光電池等。使用PC拋光套管的連接器一般裝有能使套管的接觸面軸向偏離連接器的裝置(例如彈簧)，從而例如當(dāng)與另一連接器耦合時(shí)，推動(dòng)兩個(gè)套管的接觸面相互接觸。這時(shí)，弧形接觸面最好相互擠壓，稍稍變平，從而通過擴(kuò)大兩套管接觸面間的赫茲(Hertzian)接觸面積來提高光纖末端間緊密接觸的可能。例如，一對外直徑為2.5毫米的典型的PC拋光二氧化鋯套管，當(dāng)用傳統(tǒng)的PC連接器將其相互壓緊時(shí)，平的接觸區(qū)約為200毫米。
歷史上，氧化鋁是第一種用于制作套管的陶瓷。但是，隨著PC拋光套管的發(fā)展，工業(yè)上已認(rèn)識(shí)到用二氧化鋯制作套管的優(yōu)越性。盡管二氧化鋯比氧化鋁稍軟，但它具有更低的彈性模量，從而在壓力下更易變形。由此，較低的模量增大了弧形套管間的赫茲接觸面積，從而提高了產(chǎn)生良好光學(xué)連接的可能。當(dāng)用二氧化鋯制造光纖套管等模塑/燒結(jié)的物件時(shí)，它必須含有少量的穩(wěn)定劑(大約2至5摩爾百分?jǐn)?shù))，以穩(wěn)定正方晶相(tetragonal phase)并防止斷裂，否則就會(huì)在高溫?zé)Y(jié)期間向熱力學(xué)更穩(wěn)定的單斜晶相(monoclinic phase)過渡時(shí)伴隨出現(xiàn)收縮而引起斷裂。典型的穩(wěn)定劑包括氧化釔(Y2O3)、氧化鈣(CaO)和氧化鎂(MgO)。最通用的穩(wěn)定劑是氧化釔(Y2O3)。
氧化鋁和氧化釔-二氧化鋯比連接器連接的一般玻璃纖維的末端都要硬得多。這種硬度的不匹配會(huì)使光纖的拋光速度比陶瓷套管要快。從而令人誤認(rèn)為硬套管起到“阻止拋光”的作用，即當(dāng)光纖端面“向下拋光”到與套管表面共面處，就停止對光纖端面拋光，從而避免光纖“凹陷”。當(dāng)達(dá)到共面時(shí)，確實(shí)大大降低了對光纖的拋光速率。但是，柔軟的玻璃纖維通常以較周圍陶瓷套管更大的速率被繼續(xù)磨蝕。這就發(fā)生了光纖端面的“凹陷”(即，光纖端部被拋光至套管接觸面以下)。

圖1示出了這種凹陷的情況，其中套管1是一般的氧化鋁或氧化釔-二氧化鋯套管。光纖3的端面2已被拋光至套管1的接觸面4以下。這在光纖3的端面2和套管1的接觸面4之間產(chǎn)生一空隙5。該空隙一般有零點(diǎn)幾微米深。
由于光纖-套管的端面不再共面，所以必須對套管施加更大的力，才能產(chǎn)生使光纖末端接觸所需的變形。如果所加的力不夠，則光纖末端相互不接觸，光纖末端之間所形成的空隙會(huì)在被傳輸光信號(hào)中產(chǎn)生背向反射和其他類型的信號(hào)損耗現(xiàn)象。另外，凹陷能收集和保存拋光碎屑，這些碎屑隨后會(huì)散開并防礙套管/光纖間的接觸，從而當(dāng)兩個(gè)套管在光學(xué)連接器中相配時(shí)，光纖之間的間隔增大。
減小凹陷(同時(shí)有利于加速拋光過程)的一種方法是使用一種較軟的陶瓷來制作套管，以降低光纖和套管之間硬度的不匹配程度。但是，要放棄強(qiáng)度已知的二氧化鋯或氧化鋁陶瓷是很不情愿的，普通技術(shù)人員認(rèn)為這種強(qiáng)度能使套管經(jīng)受使用環(huán)境中遇到的嚴(yán)格要求。在這方面特別要注意的是，當(dāng)在光纖連接器中使用套管時(shí)，套管會(huì)經(jīng)歷反復(fù)的耦合/去耦合運(yùn)動(dòng)(這與接頭裝置不同，在接頭裝置中，套管自始至終只被耦合移動(dòng)一次)。在使用中，當(dāng)連接器套管與其他套管或光學(xué)器件連接/分離時(shí)，要將連接器套管反復(fù)插入和拆離稱作耦合器的金屬或陶瓷套管。套管和耦合器之間的間隙很小，致使套管每次插入和拆離耦合器時(shí)，在套管和耦合器之間都會(huì)產(chǎn)生摩擦力。這種摩擦力會(huì)引起磨損，磨損又會(huì)在連接器內(nèi)積起碎屑(磨損微粒)。盡管一定程度的磨損是不可避免的，但是過度的磨損會(huì)使磨損微粒存留在連接器裝置中，致使信號(hào)損耗和信號(hào)反射增大，性能降低。每次從耦合器上拆離連接器時(shí)都清理連接器的兩側(cè)是不切實(shí)際的。因此，應(yīng)該有一種連接器，它在被適當(dāng)清潔后無需重新清潔便可被反復(fù)再連接。
由此，本領(lǐng)域需要一些改進(jìn)的更柔軟的陶瓷，它們能減小光纖和套管之間硬度的不匹配，不會(huì)在一段時(shí)間后因光學(xué)連接處反復(fù)的耦合/去耦合移動(dòng)所引起的過度磨損和碎屑堆積而發(fā)生過早的或較大的信號(hào)損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種光纖套管，該套管包括a)第一凸端，該端具有某預(yù)定曲率半徑；b)第二端；和c)一個(gè)連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選自CaTiO3和CeO2-ZrO2。
本發(fā)明的第二方面提供了一種光纖連接器，它包括a)上述CaTiO3或CeO2-ZrO2套管一個(gè)；b)一具有第一端和第二端的外殼，其中套管被安裝在外殼內(nèi)，套管的第一端可從外殼的第一端中伸出；和c)一根光纖，該光纖穿過外殼和套管的第二端，并被固定在套管的孔內(nèi)，光纖的末端靠近套管的第一端。
本發(fā)明的第三方面提供了一種將光纖終端接在套管中的方法，該方法包括以下步驟a)提供一套管，該套管包括具有預(yù)定曲率半徑的第一凸端、第二端和連通第一和第二端的孔，其中制作所述套管的陶瓷材料選自CaTiO3和CeO2-ZrO2。
b)插入一光纖，使其穿過套管的第二端，并伸入孔中，致使光纖的端部從套管的第一端伸出；c)截?cái)嘣摱瞬浚构饫w可研磨或可拋光的部分仍從套管的第一端伸出；并且d)研磨或拋光所述光纖的所述可研磨或可拋光部分，形成與所述套管之所述第一端基本上共面的末端。
本發(fā)明的套管比標(biāo)準(zhǔn)的氧化釔-二氧化鋯套管或氧化鋁套管較為柔軟。因此，套管與玻璃光纖末端之間硬度的不匹配性被縮小。氧化釔-二氧化鋯和氧化鋁的Vickers穿透硬度分別大約為11-13千兆帕和15-18千兆帕，而CaTiO3(鈦酸鈣)的Vickers穿透硬度約為7-9千兆帕，CeO2-ZrO2(氧化鈰-二氧化鋯)的Vickers穿透硬度約為8-10千兆帕。一般玻璃光纖的Vickers穿透硬度約為4-6千兆帕。通過縮小套管和光纖末端硬度的不匹配，基本上減少或消除了在拋光光纖端面/套管接觸面時(shí)產(chǎn)生的凹陷。由此，也基本上縮小或消除了相鄰光纖末端之間的空隙。另外，用較軟的陶瓷制作套管具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)刺激。在完成對套管規(guī)定的精確尺寸容限的研磨和拋光過程中，縮短了研磨時(shí)間并降低了工具損耗。
令人驚訝的是，盡管本發(fā)明的鈦酸鈣套管比傳統(tǒng)的氧化釔-二氧化鋯套管或氧化鋁套管柔軟，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與氧化釔-二氧化鋯套管相比，鈦酸鈣套管的信號(hào)損耗隨時(shí)間的增長較小。如以下例4所證明的，當(dāng)反復(fù)把鈦酸鈣套管和氧化釔-二氧化鋯套管插入和拆離一耦合器時(shí)，鈦酸鈣套管的信號(hào)損耗沒有因反復(fù)插入而增大，而氧化釔-二氧化鋯套管則隨著反復(fù)插入顯現(xiàn)出可測的信號(hào)損耗。因此，本發(fā)明的鈦酸鈣套管具有上述所有與軟套管有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)(即，易于對光纖的末端拋光，但不產(chǎn)生凹陷)，而沒有產(chǎn)生大的和/或過早的信號(hào)損耗的缺點(diǎn)。
附圖概述圖1是用標(biāo)準(zhǔn)的氧化釔-二氧化鋯或氧化鋁制作的傳統(tǒng)套管的局部截面圖，示出了在這類套管中發(fā)生的光纖凹陷現(xiàn)象；圖2是內(nèi)含本發(fā)明PC拋光套管的標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器的截面圖；圖3是本發(fā)明PC拋光套管的截面圖，在套管的孔內(nèi)固定了一根光纖；圖4是圖2所示套管的局部截面圖；示出了光纖端面與套管接觸面共面；圖5是本發(fā)明另一套管實(shí)施例的局部截面圖，其中接觸面傾斜以盡可能減少背向反射；以及圖6是本發(fā)明一套管的截面圖，套管中的儲(chǔ)存腔內(nèi)含有粘性材料。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例參照圖2，圖中示出了光纖連接器10和本發(fā)明的套管12。連接器10可以是任何類型的光纖連接器，例如以ST、SC、FC、D4或FDDI等品名出售的連接器。例如，可以參閱美國專利第5,274,729號(hào)、第5,222,169號(hào)、第5,212,752號(hào)、第5,134,677號(hào)、第5,102,463號(hào)和第5,052,774號(hào)，它們都描述了這類連接器。如以下將更詳細(xì)說明的，套管12包含一CaTiO3(鈦酸鈣)或CeO2-ZrO2(氧化鈰-二氧化鋯)的陶瓷管體。套管12的陶瓷管體包括具有預(yù)定曲率半徑的第一凸端14、第二端16，以及貫穿管體并連通第一端14和第二端16的孔18。連接器10包括一具有第一端22和第二端24的外殼20。套管12被安裝在外殼20內(nèi)，并且一般將其固定，使套管的第一端14可從外殼20的第一端22伸出。通常，連接器10還包括消除應(yīng)變的護(hù)罩(boot)23和頸圈(collar)25。保護(hù)套23壓緊固定在光纖26的護(hù)套(protective jacket)28周圍，而頸圈25內(nèi)則含有一部分緩沖被覆層(buffer coating)29，該部分緩沖被覆層上的護(hù)套28已被剝除。
光纖26穿過外殼20的第二端24，穿過套管12的第二端16，然后例如用粘合劑將其固定在套管12的孔18內(nèi)。通常，在將光纖插入套管12的孔18中以前，要從光纖26的末端開始將護(hù)套28和緩沖被覆層29剝除一預(yù)定的長度。光纖26的末端30靠近套管12的第一端14。最好使末端30與套管12的第一端14共面。
與常規(guī)的連接器相同，位于外殼20內(nèi)的套管12可沿圖2中箭頭所示的平行于貫穿第一端22和第二端24的直線的方向滑動(dòng)。可以安裝諸如彈簧32等裝置，使套管12偏離外殼的第二端24。如圖所示，套管12的第二端16位于頸圈25內(nèi)，彈簧32又使頸圈25偏離。用這種方式，可以將套管12的第一端14推向所需的外表面(例如，另一套管的光纖末端或者光信號(hào)的源或接收器)，完成光纖連接。
適用于擠壓(extrusion)或注射(injection)成型的鈦酸鈣陶瓷粉可通過許多渠道買到。例如，可從紐約州Niagara瀑布城的Tam陶瓷股份有限公司，或者紐約州Penn Yan市的Ferro公司Transelco分公司獲得鈦酸鈣粉。鈦酸鈣粉一般由大小不一的顆粒組成，尺寸范圍通常為0.3-10毫米。
按照需要，鈦酸鈣套管可有選擇地包含其他材料。例如，其構(gòu)成可選擇包括重量百分?jǐn)?shù)范圍約為0-20的TiO2(二氧化鈦)。二氧化鈦可從Tam陶瓷股份有限公司、得克薩斯州Houston市的Kronos股份有限公司、新澤西州South Plainfield市的Whittaker，Clark，and Daniels公司，以及羅得艾蘭州Providence市的Reade Advanced Materials公司購得。二氧化鈦的熱膨脹系數(shù)比鈦酸鈣低(分別為8－10×10-6/℃與10－12×10-6/℃)，因此可用來降低套管總的熱膨脹系數(shù)。
本發(fā)明的套管還可以用氧化鈰-二氧化鋯來構(gòu)造。在陶瓷管體中，氧化鈰的重量百分比范圍約12-21，而二氧化鋯的重量百分比范圍約為79-88。氧化鈰-二氧化鋯套管的優(yōu)點(diǎn)是它們比氧化鋁或氧化釔-二氧化鋯具有較大的韌性。氧化鈰-二氧化鋯的KIC斷裂韌度一般約為15-17兆帕(毫米)1/2，而氧化鋁和氧化釔-二氧化鋯的KIC斷裂韌度一般分別為3-5兆帕(毫米)1/2和8-10兆帕(毫米)1/2。氧化鈰-二氧化鋯套管的韌性較高是有益的，因?yàn)楫?dāng)這類套管在使用環(huán)境中跌落或經(jīng)受其他較大的沖擊應(yīng)力時(shí)，它們不易斷裂或碎裂。氧化鈰-二氧化鋯陶瓷粉可從例如佐治亞州，Atlanta市的Tosoh USA股份有限公司、英格蘭Stafford市的Unitec Ceramics股份有限公司，以及佐治亞州Atlanta市的Zirconia Sales(美國)股份有限公司購得。氧化鈰-二氧化鋯顆粒的大小范圍為0.1-5毫米。
本發(fā)明的鈦酸鈣或氧化鈰-二氧化鋯套管可以通過任何傳統(tǒng)的陶瓷制造過程用常規(guī)的粘合劑(binder)和添加劑生產(chǎn)。除了鈦酸鈣或氧化鈰-二氧化鋯粉末以外，在陶瓷成型原料中使用的粘合劑包括，例如聚苯乙烯、聚乙烯、石蠟、聚丙烯、聚丙烯酸樹脂、聚酰胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和蜂蠟等。按常規(guī)，還可將增塑劑/潤滑劑添加到原料中，諸如石油、硬脂酸脂、硬脂酸、油酸、蠟、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二丁酯或者石蠟等。陶瓷成型原料中一般還包括諸如步魚油(menhaden fish oil)、磷酸酯、三油酸甘油酯、聚合脂肪酯、聚乙烯-亞胺、聚丙烯酸鈉、二辛基磺基琥珀酸鈉(sodium dioctylsulfosuccinate)、聚丙烯酸銨和檸檬酸銨等表面活性劑。
套管可用傳統(tǒng)的注射或擠壓成型技術(shù)制備，例如擠壓成型、注射成型、粉末壓塑(powder compaction)或各向均勻壓模(isostatic pressing)等技術(shù)。例如，鈦酸鈣套管可以依照美國專利第4,456,713號(hào)、第5,087,594號(hào)，或第5,248,463號(hào)中揭示的技術(shù)形成，上述專利文獻(xiàn)的內(nèi)容通過援引包括在此。氧化鈰-二氧化鋯套管可用美國專利第4,690,911號(hào)中所揭示的方法制備，該專利文獻(xiàn)的內(nèi)容通過援引包括在此。一般，使用常規(guī)的注射成型機(jī)和模具時(shí)，注射壓力范圍約為1,000-10,000磅/英寸2(70千克/厘米2-700千克/厘米2)，注射速度范圍約為0.04-4英寸/秒(0.1-10厘米/秒)，注射噴嘴溫度的范圍約為175-250°F(80-120℃)，并且模腔溫度的范圍約為70-110°F(20-45℃)。在使用鈦酸鈣的情況下，以大約0.1-3℃/分鐘的加熱速率將注射成型原料燒結(jié)至大約1100-1350℃的溫度范圍。氧化鈰-二氧化鋯原料則以大約0.1-3℃/分鐘的加熱速率燒結(jié)至大約1350-1600℃的溫度范圍。眾所周知，最好按需要調(diào)節(jié)上述處理參數(shù)，以獲得接近全密度的燒結(jié)陶瓷。
在完成成型過程和燒制各陶瓷部件后，制成陶瓷套管的“毛坯”。然后，用常規(guī)的方式對毛坯研磨和/或拋光，形成本發(fā)明的套管。圖3示出了這種套管(如下文將作描述的，隨后再將光纖插入)。按常規(guī)，這類套管一般呈圓柱形，長度范圍約為5-15毫米，直徑范圍約為1-4毫米。另外，孔18的直徑均勻，大小范圍一般為0.05-1.0毫米。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，上述尺寸不是嚴(yán)格的，可按需要變化，以滿足使用本發(fā)明套管的特殊應(yīng)用的需要。
在研磨和拋光過程中，可使套管12的第一端14成弧形，以形成凸出的接觸面。另一種方法是在把一光纖插入其孔18中后將第一端14制成弧形。按常規(guī)，第一端14的曲率半徑范圍約為2-30毫米，最好是15-20毫米。但是，也可以使用其他的曲率半徑，而并不偏離本發(fā)明的范圍。第一端14的曲率半徑可用任何適當(dāng)?shù)难心セ驋伖膺^程獲得，例如在一彈性背墊上用硬研磨材料(例如金剛石)進(jìn)行靠模磨削(profile grinding)或多步驟研磨。
在完成套管12制造后，將一光纖插入孔18中。該步驟可以在制成套管后馬上進(jìn)行，或者在以后的某時(shí)進(jìn)行，例如在現(xiàn)場把光纖與一光學(xué)器件或光電器件或者另一光纖相連時(shí)。在任何一種情況下，應(yīng)首先將保護(hù)緩沖被覆層從光纖的末端開始剝除一預(yù)定的長度。然后，如圖3所示，將光纖26通過第二端16插入孔18中，直至光纖26的一部分40從第一端14伸出。在第二端16處可以簡便地設(shè)置一個(gè)導(dǎo)入漏斗34，便于插入光纖。
可以用任何常規(guī)的方式將光纖26固定在孔18內(nèi)，例如使用粘合劑或光纖夾。如圖所示，可用粘合劑36將光纖26與套管12中限定孔18的那些部分固定。任何合適的粘合劑都可用使用，諸如熱固性(例如，環(huán)氧樹脂)或熱塑性(例如，熱融性)粘合劑等。美國專利第4,790,622號(hào)的再公告RE 34,005中揭示了合適的環(huán)氧樹脂，而在美國專利第4,984,865號(hào)中揭示了合適的熱融性粘合劑。最好，在將光纖26插入套管12之前，將粘合劑36布置在孔18的內(nèi)側(cè)，并在第一端14上形成粘合劑液滴(adhesive bead)38。當(dāng)粘合劑處于被融化或固化前的狀態(tài)時(shí)，將光纖26推過孔18，直至部分40從第一端14和液滴38中穿出。
當(dāng)冷卻或固化粘合劑36時(shí)，粘合劑液滴38固化，為光纖26的伸出部分提供橫向支持。在該支持作用下，可以截?cái)喙饫w26的伸出部分40，然后對其磨蝕拋光，例如研磨或拋光。按常規(guī)，在粘合劑液滴38的頂尖42處截?cái)嗌斐霾糠?0，只留下光纖26中被粘合劑液滴38包住的可研磨或可拋光的部分44仍伸出在套管12的第一端14之外。然后，可以同時(shí)對部分44和粘合劑液滴38研磨或拋光，在光纖26上形成一終接端面。用任何適當(dāng)?shù)姆绞蕉伎梢赃M(jìn)行研磨或拋光，例如，依照美國專利第4,815,809號(hào)和日本公開專利申請昭63 -205618號(hào)中揭示的技術(shù)。如圖4所示，最好連續(xù)研磨或拋光，直至形成與套管12的第一端14基本共面的末端30。“共面”一詞的意思是指，末端30的曲率半徑基本與套管12第一端14的曲率半徑相同，并且末端30基本與第一端齊平。由于第一端14和末端30的曲率非常小，所以這兩個(gè)表面在其會(huì)合處附近有效地形成一個(gè)面。
與標(biāo)準(zhǔn)的氧化釔-二氧化鋯套管或氧化鋁套管相比，本發(fā)明的鈦酸鈣套管或氧化鈰-二氧化鋯套管能夠更容易達(dá)到這種共面，因?yàn)樘坠芎筒ＡЧ饫w之間的硬度更加匹配。也就是說，氧化釔-二氧化鋯和氧化鋁的Vickers穿透硬度分別約為11-13千兆帕和15-18千兆帕，而鈦酸鈣的Vickers穿透硬度約為7-9千兆帕，氧化鈰-二氧化鋯的Vickers穿透硬度約為8-10千兆帕。玻璃光纖的Vickers穿透硬度一般約為4-6千兆帕。通過縮小套管12和光纖26之間硬度的不匹配，基本上減少或消除了拋光或研磨光纖26的剩余部分44和周圍粘合劑液滴38時(shí)所產(chǎn)生的凹陷。由此，如圖4所示，很容易使末端30與第一端14共面。用這種方法，當(dāng)使套管12的第一端14與一光學(xué)器件或者另一套管光學(xué)接觸時(shí)，末端30和另一光學(xué)表面之間將不會(huì)產(chǎn)生空隙。因此，本發(fā)明的套管降低了發(fā)生背向反射和其他類型信號(hào)損耗的可能性，如果光連接處存在空隙的話，那么光連接處會(huì)產(chǎn)生上述現(xiàn)象。
現(xiàn)在參照圖5，描述本發(fā)明的另一實(shí)施例。套管112除了以下特征，其他方面都與套管12相似，即套管112的第一凸端114相對孔18傾斜一角度“A”，該角度的范圍為0-10°。第一端114的曲率半徑范圍仍然為2-30毫米。但是，第一端114的凸形頂部46相對孔18偏離0-10°。除了光纖26的末端30與第一端114共面之外，該結(jié)構(gòu)還有助于在末端30與光學(xué)器件或另一光纖間的光連接處減少使信號(hào)減弱的背向反射。美國專利第4,978,193號(hào)對該技術(shù)作了進(jìn)一步的描述。
圖6顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，在該例中，套管212包括一儲(chǔ)存腔48，該儲(chǔ)存腔可流動(dòng)連通孔18。儲(chǔ)存腔48被安置在套管212的第二端16，并內(nèi)含粘合劑136。粘合劑136最好是熱融性的粘合劑。這允許在現(xiàn)場將光纖方便地插入套管中，即通過簡單加熱套管212，使粘合劑136融化，然后將光纖的末端插入孔18，直至光纖伸出第一端14。冷卻后，可截?cái)喙饫w的伸出部分，然后對其研磨或拋光，形成與第一端14共面的末端。
現(xiàn)通過以下非限制性的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例例1用鈦酸鈣∶二氧化鈦的百分重量為95∶05的混合物進(jìn)行注射成型，制造了許多鈦酸鈣套管。使用了“Ticon 65”鈦酸鈣粉末和“Ticon TO-(HG)”粉末，兩者都是從Tam陶瓷股份有限公司購得的。用于制作套管毛坯的粉末制備和注射成型過程與美國專利第5,087,594號(hào)和第5,248,463號(hào)中所揭示的相似。在1240℃下將套管燒結(jié)4小時(shí)。冷卻后，對套管研磨，制成ST-型PC-拋光套管，即套管接觸端的曲率半徑為15毫米，套管長度為10.5毫米，套管外直徑為2.499毫米，并且孔的直徑為0.127毫米。例2通過用熱融性粘合劑將裸露的光纖末端粘結(jié)固定至每根套管的孔內(nèi)，用例1的鈦酸鈣套管制造ST-型跨接線(jumper)。在美國專利第4,984,865號(hào)中描述了所用的熱融性粘合劑。還準(zhǔn)備了一個(gè)對照組(control group)，它由許多相似的以ST商品名出售的，用可買到的標(biāo)準(zhǔn)ST-型氧化釔-二氧化鋯套管制成的跨接線組成。所用的光纖是工業(yè)上廣泛使用并可買到的62.5/125微米多模光纖。通過在套管表面附近截?cái)喙饫w去除伸出每根套管弧形端的多余光纖。最后，用以下三個(gè)步驟的拋光過程對被截后光纖的頂尖進(jìn)行拋光步驟1用6微米的金剛石拋光膜(lapping film)拋光36秒；步驟2用1.5微米的金剛石拋光膜拋光42秒；步驟3用0.05微米的金剛石拋光膏拋光7秒。例3對例2制造的每根鈦酸鈣和氧化釔-二氧化鋯跨接線測量光纖末端與套管弧形端之間的共面性。用諸如1978年Ann Arbor科學(xué)出版社出版的由McCrone等著作的“Polarized Light Microscopy”一書中描述的規(guī)范的光學(xué)干涉測量法測量了共面性。特別是，用光學(xué)干涉測量法測量了光學(xué)末端相對每個(gè)套管弧形端表面的凹陷。鈦酸鈣跨接線在光纖-套管的界面處基本是共面的，而氧化釔-二氧化鋯跨接線的玻璃纖維末端有零點(diǎn)幾微米的凹陷。這些結(jié)論確證了以下假設(shè)，即光纖和套管之間的硬度具有較大不匹配的硬質(zhì)氧化釔-二氧化鋯套管會(huì)產(chǎn)生可測的光纖凹陷，而硬度不匹配較小的軟質(zhì)鈦酸鈣套管則形成有效共面的光纖/套管拋光端面。例4依照1992年6月發(fā)行的Bellcore技術(shù)手冊TR-NTW-000326，第3期，第4.1.5節(jié)中描述的耐久測試對例2中的鈦酸鈣和氧化釔-二氧化鋯跨接線進(jìn)行耐用性評估。第5.3.1節(jié)中描述了所用的清潔過程。
耐久測試的目的是，觀測經(jīng)反復(fù)插入的連接器總的性能變化，和測試期間經(jīng)反復(fù)插入的連接器的各項(xiàng)性能變化。為此，讓兩對鈦酸鈣跨接線(鈦酸鈣對鈦酸鈣)和兩對跨接線混合對(氧化釔-二氧化鋯對鈦酸鈣)經(jīng)歷了500次插入的耐久測試。每經(jīng)歷25次插入后，根據(jù)Bellcore測試方法-第5.3.1節(jié)清潔連接器，并且在重新插入后，測量和記錄每對的光學(xué)損耗。結(jié)果如表1所示。
表1耐久性測試結(jié)果

令人驚訝的是，該數(shù)據(jù)顯示，在插入測試期間，較軟的鈦酸鈣套管相對較硬的氧化釔-二氧化鋯套管沒有在信號(hào)損耗方面顯示出任何可測的增長。常規(guī)知識(shí)預(yù)料鈦酸鈣套管會(huì)在反復(fù)插入過程中磨損較多，從而隨著測試的進(jìn)行，會(huì)導(dǎo)致較大的插入損耗。但是，情況并非如此。在500次插入耐久測試的過程中，本發(fā)明鈦酸鈣套管對的插入損耗增長沒有超過測試設(shè)備0.01分貝的靈敏度閾值。相反，二氧化鋯-鈦酸鈣混合對的損耗高達(dá)0.08分貝。
權(quán)利要求
1.一種光纖套管(12)，其特征在于，包括a)第一凸端(14)，該端具有一預(yù)定的曲率半徑；b)第二端(16)，和c)一連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選自CaTiO3和CeO2-ZrO2。
2.如權(quán)利要求1所述的套管，其特征在于，套管中CeO2的重量百分比范圍約為12-21，而ZrO2的重量百分比范圍約為79-88。
3.如權(quán)利要求1所述的套管，其特征在于，光纖(26)通過粘合劑固定在所述孔內(nèi)，所述粘合劑將所述光纖與所述套管限定所述孔的部分固定。
4.如權(quán)利要求3所述的套管，其特征在于所述光纖具有一末端(30)；并且所述光纖的所述末端基本上與所述套管的所述第一凸端共面。
5.一種光纖連接器(10)，其特征在于，包括a)一套管(12)，該套管包括1)第一凸端(14)，該端具有一預(yù)定的曲率半徑；2)第二端(16)，和3)一連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選自CaTiO3和CeO2-ZrO2；b)一外殼(20)，它具有第一端(22)和第二端(24)，所述套管位于所述外殼內(nèi)，以便所述套管的所述第一端可從所述外殼的所述第一端伸出；以及c)一光纖(26)，它穿過所述外殼的所述第二端和所述套管的所述第二端，所述光纖被固定在所述套管的所述孔內(nèi)，并且其末端(30)與所述套管的所述第一端鄰近。
6.如權(quán)利要求5所述的連接器，其特征在于位于所述外殼內(nèi)的所述套管可沿平行于貫穿所述外殼之第一端和第二端的直線方向滑動(dòng)；并且所述連接器包括裝置(32)，該裝置使所述套管偏離所述外殼的所述第二端，以便將所述套管的所述第一端推向一外表面。
7.如權(quán)利要求5所述的連接器，其特征在于，所述光纖通過粘合劑固定在所述孔內(nèi)，所述粘合劑將所述光纖與所述套管限定所述孔的部分固定。
8.如權(quán)利要求5所述的連接器，其特征在于，所述光纖的所述末端基本上與所述套管的所述第一凸端共面。
9.一種使光纖(26)的終端接在套管(12)中的方法，其特征在于，包括以下步驟a)提供一套管(12)，該套管包括具有預(yù)定曲率半徑的第一凸端(14)、第二端(16)和連通所述第一和第二端的孔(18)，其中制作所述套管的陶瓷材料選自CaTiO3和CeO2-ZrO2；b)插入一光纖(26)，使其穿過所述套管的所述第二端，并伸入所述孔中，致使所述光纖的端部從所述套管的所述第一端伸出；c)截?cái)嘣摱瞬?，使所述光纖可研磨或可拋光的部分仍從所述套管的所述第一端伸出；并且d)研磨或拋光所述光纖的所述可研磨或可拋光部分，形成與所述套管之所述第一端基本上共面的末端(30)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述光纖通過一種粘合劑固定在所述孔內(nèi)，所述粘合劑將所述光纖與所述套管限定所述孔的部分固定。
全文摘要
一種陶瓷光纖套管，由CaTiO
文檔編號(hào)G02B6/38GK1147303SQ95192802
公開日1997年4月9日 申請日期1995年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月29日
發(fā)明者羅伯特·G·弗雷, 蒂莫西·D·弗萊徹 申請人:美國3M公司