[发明专利]光纤的位置确定

说明书

相关申请

本申请要求具有2005年12月30日提出的瑞典专利申请 0502951-7的优先权并受益于该申请，该申请的全部示教通过引用而 结合于本文中。

技术领域

本发明涉及光纤的位置确定，具体地说，涉及用于将光纤端部移 到所述位置的方法，并且也涉及熔接光纤的方法和装置。

背景技术

近年来，光纤激光器已被视为固态和CO₂激光器的重要替代品， 应用于军事、航天、医疗和工业材料处理等领域。光纤激光器主要由 于其高输出功率及极佳的光束质量和激光器设计灵活性而极具吸引 力。大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)是光纤激光器中的重要部件之 一。为高效将泵浦能耦合到此类LMA-DCF中，并且也允许高输出功 率，LMA-DCF包层设计成具有高数值孔径和各种形状的横截面，如 圆形、八边形、正方形等。视输出功率电平而定，LMA-DCF的包层 直径一般在300-1000μm范围内。LMA-DCF的纤芯经常掺杂有高浓 度稀土元素，如镱，并且其尺寸可大到50μm，并具有低数值孔径以 降低非线性效应。

妨碍使用LMA-DCF的主要问题之一是使用传统接合技术实现此 类光纤的高质量接合极其困难。由于光纤激光器设计中的总需求原 因，不同类型的光纤要相互接合，例如，在不同形状的LMA-DCF之 间的接合，如圆形LMA-DCF接合到八边形LMA-DCF，含有稀土掺 杂物的LMA-DCF接合到不含稀土掺杂物的LMA-DCF，以及 LMA-DCF接合到传统的单模光纤(SMF)，后两个光纤包层直径相互有 极大不同，例如，相差三倍或更多倍。接合LMA-DCF中的主要困难 是在传统的熔接中使用的传统纤芯对中工序。可观察到两个主要问 题。首先，有关传统对中工序要求的包层边缘的信息无法实现，这是 因为LMA-DCF尺寸太大，传统的接合器中使用的成像系统无法处理。 其次，难以同时观察其包层直径和其结构有大的差异的两个光纤的纤 芯图像。因此，在实践中，通过功率传输测量辅助的手动对中工序经 常用于接合LMA-DCF，这由于接合经常具有太低质量的原因而导致 制造工艺效率低下且产出低。

今天使用的传统的纤芯对中工序的开发可追溯到二十年前的开创 性工作，请参见T.Katekuri等人1984年在IEEE J.Lightwave Technol. 第2卷第277-283页所述内容。这些纤芯对中工序的基础是对取自要 接合的光纤光强度轮廓的纤芯图像的分析。在此类工艺中，通过使用 外部光源从光纤侧面照亮光纤而得到所考察光纤的纤芯图像。理论和 实验表明，将高分辨率成像系统的物平面置于光线离开光纤的光纤边 缘，从成像系统看时就可解析光纤的纤芯图像。通过使用从纤芯图像 提取的信息，已开发了各种自动纤芯对中工序。

各种日本专利中公开了基于图像分析的纤芯对中工序之一，例如， 请参见授予Fujikura的日本专利11194227。通过使用这些工艺，在拍 摄的要接合的光纤照片中，为每个光纤测量在例如包层上缘和纤芯图 像近似中心的位置之间的垂直距离，光纤按传统的假设为在照片中位 于水平位置。随后通过将两个光纤彼此之间移位，使得两个光纤的所 述两个测量距离差变得等于两个光纤包层上缘位置之间的垂直差。由 于此方法依靠从纤芯图像和包层边缘图像提取的信息，因此，难以执 行精确的纤芯对中。由于在折射率方面相当大的差异，仅通过包层的 光与通过包层和纤芯两者的光相比其行为是不同的。因此，得到高质 量纤芯图像的物平面最佳位置不等于得到具有高质量的包层边缘图 像的最佳位置。这种情况意味着可能无法实现同时以高精度测量光纤 纤芯和包层边缘位置，这又导致对中精确度在基于此类照片时降低。 在对中工序中对有关包层边缘位置信息的需要也导致了对特殊成像 系统的需要，这些成像系统包括极其昂贵的大型传感器，并且因此在 接合器制造中可能不具成本效益。