專利名稱：光纖封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖封裝和制造光纖封裝的方法。
技術(shù)背景許多類型的光纖封裝都包括多個(gè)單獨(dú)的光纖設(shè)備，該多個(gè)光纖設(shè) 備光學(xué)耦合串聯(lián)在一起以使得一個(gè)單獨(dú)的光纖設(shè)備的輸出光纖耦合到另 一設(shè)備的輸入光纖。例如，在公開的國際申請(qǐng)PCT/GB2005/000078 (公開號(hào)為W0 2005/068950 Al )中記載了 一種兩光纖或三光纖加速 度計(jì)，其可以通過反射耦合器耦合在一起以形成加速度計(jì)封裝 (accelerometer package)， 用于沿著兩個(gè)或三個(gè)相互正交的方向 檢測(cè)加速度分量。這種封裝典型地這樣制造將預(yù)加工設(shè)備布置在封裝中，然后通 過熔接輸入和輸出光纖而把單獨(dú)的設(shè)備光學(xué)耦合在一起。在需要把另 一個(gè)部件(例如光纖耦合鏡)耦合到兩個(gè)設(shè)備之間的光路中時(shí)，需要 兩個(gè)熔接 一個(gè)是把第一設(shè)備的輸出光纖耦合到該部件的一端，第二 個(gè)是把該部件的另一端耦合到第二設(shè)備的輸入光纖。進(jìn)行大規(guī)模熔接是耗時(shí)、復(fù)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(fèi)占據(jù)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(yè)發(fā)展，限制了該光纖封裝的多種潛在應(yīng)用。熔接還會(huì)隨時(shí) 間而變得不可靠，成為完成的封裝的潛在故障點(diǎn)。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(zhì)是被結(jié)合的光纖 必須相對(duì)較長(zhǎng)以允許在接合期間出現(xiàn)多次失敗并允許使用熔接工具。 這意味著，封裝中的光學(xué)相鄰設(shè)備之間的連接光纖一般要比這些光纖 執(zhí)行其功能所需的長(zhǎng)度要長(zhǎng)得多。所以必須在完成的封裝內(nèi)裝填光纖的多余長(zhǎng)度，這就導(dǎo)致不必要地增大了封裝的尺寸。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是改善這些問題中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過一個(gè)包括分別具有第一和第二光纖的第一和第二光纖設(shè)備 或部件的光纖封裝來實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)度的每根光纖結(jié)合(join)在一起來耦合該兩根光纖，從而使得在 耦合之后， 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(jìn)入另一光纖。溶融光纖井禺合可以以多 種方式實(shí)現(xiàn)，例如通過將一定長(zhǎng)度的兩個(gè)光纖互相纏繞并在火火焰中 用力拉它們(即熔錐耦合)，或者通過磨光一定長(zhǎng)度的該光纖并把它 們互相膠粘來實(shí)現(xiàn)。該第一和第二光纖設(shè)備或部件可以是任何類型的 光纖設(shè)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)。由于該第 一和第二光纖被熔融光纖耦合，就使得本發(fā)明;封裝具有比現(xiàn)有技術(shù)中更小的尺^。該完成的封裝還 更可靠，因?yàn)槿廴诠饫w耦合提供了比熔接具有更長(zhǎng)壽命的耦合。這在 該封裝被用于難以接近和/或危險(xiǎn)環(huán)境中時(shí)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(shè)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(gè)其他設(shè)備/部件的設(shè)備/部件的場(chǎng)合，相對(duì)于現(xiàn)有 技術(shù)的封裝，這還使得封裝的尺寸減小并增加了可靠性。該第一和第二設(shè)備可以分別是第一和第二光纖加速度計(jì)，第三設(shè) 備可以是光纖耦合反射器(fibre-coupled reflector)，該第一和 第二設(shè)備可以分別是第 一加速度計(jì)的輸出光纖和第二加速度計(jì)的輸 入光纖，并且該封裝還包括熔融光纖耦合到該第一加速度計(jì)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(jì)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(gè)單獨(dú)的光纖加 速度計(jì)的光纖加速度計(jì)封裝。為了提供一種具有三個(gè)單獨(dú)的光纖加速度計(jì)的加速度計(jì)封裝，該 封裝還可以包括第三光纖加速度計(jì)和第四光纖耦合反射器，該第三光 纖加速度計(jì)具有熔融光纖耦合到第二加速度計(jì)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(jì)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(jì)的輸出光纖?？蛇x擇的，該第三加速度計(jì)的輸出光纖可以被劈開(cleaved) (或劈開并且對(duì)露出端鍍銀)以形成其反射端。該光纖加速度計(jì)優(yōu)選地#皮定向以沿著基本上相互正交的方向斗企 測(cè)該封裝的加速度分量。該一個(gè)或多個(gè)光纖耦合反射器每個(gè)可以包括具有劈開端或劈開 并鍍銀端的一定長(zhǎng)度的光纖。根據(jù)本發(fā)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(shè)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(xué)連接到該第 一設(shè)備/部件的第三光纖設(shè)備/部件。這就提供了 不需要光纖耦合來光學(xué)連接該第一和第二設(shè)備/部件的優(yōu)點(diǎn)。這是這 樣實(shí)現(xiàn)的，即通過使用單個(gè)的一定長(zhǎng)度的光纖一起制造該第一和第三 設(shè)備以形成該第 一和第三設(shè)備以及連接它們的光纖。該第一和第三設(shè)備可以分別是第一和第二光纖加速度計(jì)，第二設(shè)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(jì)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(jì)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(jì)可 以使用單個(gè)的光纖形成。為了提供一種具有三個(gè)單獨(dú)的光纖加速度計(jì)的光纖加速度計(jì)封 裝，第三光纖加速度計(jì)可以被直接光學(xué)連接到該第二加速度計(jì)的輸出 光纖，并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(jì)的 輸出光纖。例如，這三個(gè)單獨(dú)的光纖加速度計(jì)可以利用單個(gè)的光纖形 成。代替提供第四個(gè)光纖耦合反射器，可以劈開(或劈開并對(duì)露出端 鍍銀)該第三加速度計(jì)的輸出光纖以形成其反射端。該光纖加速度計(jì)優(yōu)選地被定向以沿著基本上相互正交的方向檢 測(cè)該封裝的加速度分量。該一個(gè)或多個(gè)光纖耦合反射器每個(gè)可以包括具有劈開端或劈開 并鍍銀端的一定長(zhǎng)度的光纖。本發(fā)明的第二方面提供一種制造光纖封裝的方法，包括步驟 (i)制作分別具有第一和第二光纖的第一和第二光纖設(shè)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(gè)光纖形成單獨(dú)的第一、第二和第三光纖加速度計(jì)；(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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)的 輸出端的光纖，從而形成加速度計(jì)封裝。該耦合兩根光纖的步驟可以通過熔錐耦合來實(shí)現(xiàn)，即將一定長(zhǎng)度 的一根光纖繞一定長(zhǎng)度的另一光纖扭轉(zhuǎn)并加熱光纖交疊的區(qū)域以形 成耦合區(qū)。該耦合區(qū)自身優(yōu)選地被封裝。


下面通過僅僅是示例的方式并結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例， 其中圖1 - 4示出了制造現(xiàn)有技術(shù)中的光纖加速度計(jì)封裝的各個(gè)階段； 圖5-8示出了制造本發(fā)明的第一示例光纖加速度計(jì)封裝的各個(gè) 階段；圖9 - 11示出了制造本發(fā)明的第二示例光纖加速度計(jì)封裝的各個(gè) 階段；和圖12-14示出了制造本發(fā)明的第三示例光纖加速度計(jì)封裝的各 個(gè)階段。
具體實(shí)施方式
圖1示出了構(gòu)造現(xiàn)有技術(shù)的光纖加速度計(jì)封裝的一個(gè)階段。三個(gè) 單獨(dú)的光纖加速度計(jì)52、 54、 56是具有光纖線圈的類型，被放置在 支架64中。各個(gè)加速度計(jì)線圈的軸58、 60、 62基本上是互相垂直的。 四個(gè)預(yù)加工的反射耦合器76、 78、 80、 82 (每個(gè)都具有如圖2所示的 結(jié)構(gòu))如圖3所示被連接到單獨(dú)的加速度計(jì)52、 54、 56的輸入和輸出光纖。這是通過7個(gè)熔接(例如70)來實(shí)現(xiàn)的。將每個(gè)反射耦合器 連接到相鄰加速度計(jì)的光纖需要大量多余的長(zhǎng)度以允許該熔接的多 種故障并允許使用熔接裝置。如圖4所示，然后在該完成的加速度計(jì)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?qǐng)D5,通過將單個(gè)光纖116纏繞到三個(gè)中空?qǐng)A柱成型器103、 105、 107中的每個(gè)上來形成三部件加速度計(jì)，其中該中空?qǐng)A柱成型器 103、 105、 107被安裝在臨時(shí)支撐桿101上。然后該被纏繞的成型器 被完成以形成三個(gè)單獨(dú)的光纖加速度計(jì)102、 104、 106，單個(gè)光纖116 連接它們并形成它們各自的檢測(cè)線圏?？蛇x的，可以在完成之前從該 支撐桿101上移除該成型器以形成最終的加速度計(jì)。在公開的國際申 請(qǐng)PCT/GB2005/000078 (公開號(hào)為WO 2005/068950 Al )中記載了一 種用于加速度計(jì)102、 104、 106的適合的架構(gòu)示例。參照?qǐng)D6，該單獨(dú)的加速度計(jì)被固定安裝在支架114內(nèi)，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(gè)基本 上互相垂直的方向檢測(cè)該封裝的加速度分量。參照?qǐng)D7，然后通過熔融光纖耦合將四個(gè)光纖耦合反射器118、 120、 122、 124在其端部附近和在其連接光學(xué)相鄰的加速度計(jì)的部分 耦合到光纖116。為實(shí)現(xiàn)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，并且通過例如火焰來加熱。每個(gè)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，并且還能夠?qū)υ摱瞬垮冦y。然后單獨(dú)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(nèi)以形成基本完成的本發(fā)明的 光纖加速度計(jì)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(guī)定了光纖116的端部116A是該完成的光纖加速度計(jì)封裝100的輸 入端。圖9-11示出了制造本發(fā)明的光纖加速度計(jì)封裝的第二示例的各 個(gè)階段。參照?qǐng)D9，三個(gè)單獨(dú)的光纖加速度計(jì)202、 204、 206被布置在支架(未示出)中，它們的檢測(cè)軸(未示出)基本上互相垂直。如圖10 所示，相鄰加速度計(jì)的輸入和輸出光纖通過熔融光纖耦合在201和203 耦合。參照?qǐng)D11，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(jì)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(jì)226的光 纖的第二端221。然后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(jì)封裝內(nèi)的子 封裝226、 228、 230、 232。光纖耦合鏡218、 220、 222、 224的方向規(guī)定了光纖216是該完 成的加速度計(jì)封裝的輸入光纖。圖12-14示出了制造本發(fā)明的光纖加速度計(jì)封裝的第三示例的 各個(gè)階段。單獨(dú)的光纖加速度計(jì)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?qū)ζ溴冦y)每個(gè)加速度計(jì)302、 304、 306的光纖的一端以形 成反射器320、 322、 324。參照?qǐng)D14，然后通過熔融光纖耦合來耦合 相鄰的加速度計(jì)，并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(jì)302的光纖的自由端。光纖316是完成的加速度計(jì)封裝 的輸入光纖。然后光纖的耦合區(qū)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，并且被裝填在完成的光纖加速度計(jì)封裝中。
權(quán)利要求
1. 一種包括兩個(gè)或更多光纖加速度計(jì)的封裝，所述加速度計(jì)利用在加速度計(jì)之間延伸的一個(gè)或多個(gè)光纖連接部分而連接成陣列，其中至少一個(gè)所述連接部分包括熔融光纖耦合。
2. 如權(quán)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(gè)連續(xù)光纖的局部， 一個(gè)或多個(gè)反射器通過熔融光纖耦合 被耦合到所述連續(xù)光纖的連接部分。
3. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中每個(gè)加速度計(jì)包括具有至少 一個(gè)露出端的光纖，并且其中至少一個(gè)所述連接部分通過熔融光纖耦 合兩個(gè)連接的加速度計(jì)的露出端而形成。
4. 如權(quán)利要求3所述的封裝，其中所述相鄰加速度計(jì)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(shè)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(quán)利要求5所述的封裝，還包括具有第三光纖的第三光纖 設(shè)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(quán)利要求6所述的封裝，其中該第一和第二設(shè)備分別是第 一和第二光纖加速度計(jì)，該第三設(shè)備是光纖耦合反射器，并且該第一 和第二光纖分別是該第一加速度計(jì)的輸出光纖和該第二加速度計(jì)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(jì)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(jì)的輸出光纖的第三光纖耦合反射器。
8. 如權(quán)利要求7所述的封裝，還包括第三光纖加速度計(jì)和第四 光纖耦合反射器，該第三光纖加速度計(jì)具有熔融光纖耦合到該第二加 速度計(jì)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(jì)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(jì)的輸出光纖。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的封裝，其中該加速度計(jì)被定向以沿 著基本上相互正交的方向檢測(cè)該封裝的加速度分量。
10. 如權(quán)利要求7-9中任何一項(xiàng)所述的封裝，其中每個(gè)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(nèi)提供輻 射反射。
11. 如權(quán)利要求5所述的封裝，還包括通過該第一光纖直接光學(xué) 連接到該第 一設(shè)備或部件的第三光纖設(shè)備或部件。
12. 如權(quán)利要求11所述的封裝，其中該第一和第三設(shè)備是第一 和第二光纖加速度計(jì)，該第二設(shè)備是光纖耦合反射器，并且其中該封 裝還包括熔融光纖耦合到該第一加速度計(jì)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(jì)的輸出光纖的第三光纖 耦合反射器。
13. 如權(quán)利要求12所述的封裝，還包括光學(xué)連接到該第二加速 度計(jì)的輸出光纖的第三光纖加速度計(jì)和熔融光纖耦合到該第三加速 度計(jì)的輸出光纖的第四光纖耦合反射器。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的封裝，其中該加速度計(jì)被定向以沿著基本上相互正交的方向檢測(cè)該封裝的加速度分量。
15. 如權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的封裝，其中每個(gè)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(nèi)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(gè)或更多加速度計(jì)的封裝的方 法，所述方法包括在連接的加速度計(jì)之間延伸的光纖連接部分上執(zhí)行 熔融光纖耦合。
18. —種制造光纖封裝的方法，包括步驟(i )制作分別具有第一和第二光纖的第一和第二光纖設(shè)備或部 件；和(ii )通過熔融光纖耦合來耦合各有一定長(zhǎng)度的該第一和第二光纖。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，包括步驟(i)由單個(gè)光纖形成單獨(dú)的第一、第二和第三光纖加速度計(jì)； (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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)的 輸出端的光纖。
20. 如權(quán)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(gè)光纖將一定長(zhǎng)度的一個(gè)光纖繞一定長(zhǎng)度的另一光纖扭轉(zhuǎn) 并加熱光纖交疊的區(qū)域以形成耦合區(qū)。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括封裝光纖的耦合區(qū)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(gè)光纖設(shè)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(gè)或更多光纖加速度計(jì)，并且由于減少了連接該設(shè)備或部件所需的光纖長(zhǎng)度而具有比現(xiàn)有技術(shù)的光纖封裝更小的尺寸。
文檔編號(hào)G01P15/08GK101283302SQ200680037859
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者P·J·納什 申請(qǐng)人:秦內(nèi)蒂克有限公司