用于提供光学衰减的涂层光纤及相关的装置、连接及方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:用于提供光学衰减的涂层光纤及相关的装置、连接及方法
技术领域
本发明关于通讯至光纤或来自光纤的光的光学衰减。
背景技术
光纤可在各种应用中用来传输或处理光。应用的范例包括输送光至整合光学组件 (或于基材上形成的装置)及从整合光学组件(或于基材上形成的装置)接收光,并在分波长多任务(wavelength-division multiplex)光学通讯装置及系统中传输信息频道。其它范例包括将光纤开关矩阵装置或光纤阵列组成阵列连接器,且产生用于光学放大或激光器振荡的光学增益。光纤主要用做「光管」(light pipes)以将光限制在光纤的范围内并将光由一点传送至另一点。典型的光纤可简化为包含光纤核心及围绕着光纤核心的包覆层(cladding layer)。光纤核心的折射率大于包覆层的折射率以将限制光。在与光纤核心的纵向光纤轴所成的最大角度内耦合至光纤核心的光线会在光纤核心与包覆层的交界处发生全反射。全反射(total internal reflection,TIR)为当光线由大于临界角的角度(相对于表面的法向量)照射至媒介边界时发生的光学现象。若在边界的另一侧的材料的折射率较低,则光线无法通过且所有光线都会被反射。在入射角大于临界角时会发生TIR。IlR将一或多个选定光纤模态(mode)的光线的光学能量限制在一定的空间中,以将光学能量沿着光纤核心引导。光纤连结的光功率水平为光学光源的光功率水平的函数。光学光源的光功率水平可能需为大于预设的最小光功率水平以最小化因光侦测器噪声所产生的侦测错误。然而, 在许多光纤连结中,光功率水平必需被控制在不超过预设最大光功率水平,以使功率水平符合人眼的安全要求或避免光侦测器饱和。因此,光功率水平被控制在可将侦测错误最小化的最小光功率水平与符合人眼安全的最大功率之间。然而,将最大光功率水平限制在一预定的最大光功率水平(如符合人眼安全要求)可能使光纤连结的性能受限。以垂直共振腔面射型激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers,VCSELs)为例,所述激光器在一特定的光功率水平操作时效率最佳。偏离此最佳功率可能减低效率、速度及可靠度。

发明内容
实施方式中公开的实施例包括用于将射入光纤或由光纤接收光的光学衰减的涂层光纤及相关的设备、连结以及方法。在一实施例中,光纤包括一光纤端。例如,光纤端可为光源端,所述光源端经配置而位于(或安装于)邻接一光学光源以接收由光学光源发出的光;及(或)为侦测器端,所述侦测器端经配置而位于(或安装于)邻接一光侦测器,侦测器接收来自光纤的光。涂层材料配置于所述光纤端的至少一部分上且经配置以使导向所述光纤端的光的一部分光学衰减。以此为例,光学光源可被控制以产生以较高光功率水平导向光纤的光,并同时限制光纤中的最大光功率水平。例如,光纤的光功率可被限制以符合人眼的安全要求或避免光侦测器饱和。然而,有时可能需要将光学光源以超过所述限制的最大光功率输出水平操作。例如,当光学光源被驱动于超过一定的临界驱动电流时,所述光学光源的线性性质会提高。另外,以较高的光功率驱动光学光源可产生远场光型(far-field light pattern),所述远场光型可激发少数或一些预定集合的模态(mode)或模态组。限制在多模光纤连结中受激发的模态或模态组的数量可减少模态色散(modal dispersion)并因此增加光纤连结的带宽。做为另一范例,过驱动(overdrive)光学光源可补偿可能会降低光功率的各种情况,例如受光学光源的温度或老化的影响。除此之外,也可能需要将涂层材料配置在光纤的侦测器端以使得光会光学衰减。 将涂层材料配置在光纤的侦测器端以使得光会光学衰减,可限制光纤的光侦测器所侦测到的光的特定模态或模态组,可减少模态色散并因此增加带宽性能。涂层材料的材料种类及(或)涂层材料的厚度可被选择性地控制,以控制涂层材料所提供的光学衰减量。涂层材料的厚度可由涂层材料移除工艺来控制,或是以沉积所需的涂层材料的厚度的工艺来控制(举例)。在其它实施例中,配置在光纤端的涂层材料可以光学衰减图案的方式配置。所述光学衰减图案可使光的特定的模态或模态组衰减或被挡住,同时让其它模态及模态组通过涂层材料。以此方法,光学衰减图案可用以限制在光纤中被激发的模态或模态组的数量,并(或)限制光侦测器所侦测到的模态或模态组以限制模态色散,且因此增加带宽性能。在另一实施例中,提供一种提供光纤连结的光学衰减的方法。所述方法包括提供具有一光纤端的光纤。所述光纤端可为光源端及(或)侦测器端。涂层材料配置在光纤端的至少一部分上,且经配置以使导向所述光学端的光的一部分光学衰减。所述光纤端经斜切以提供用以反射光的反射面。若光纤端为光源端,则被反射的光可为自光源接收的光;若光纤端为侦测器端,则被反射的光为反射至光侦测器的传播光。光纤端的斜切可以激光切割或抛光所述光纤端(举例)的方式执行。其它特征及优点会在接下来的实施方式中详述,且本领域技术人员可由此处所述的文字叙述及实施例(包括接下来的实施方式、权利要求书以及所附的图式)的实行中了解这些特征及优点。还需了解以上的描述及接下来的实施方式中所呈现的实施例为提供概述及架构, 以理解所公开的内容的本质及特性。此处包含的附图为提供更深入的了解,且附图并入本说明书并构成说明书的一部分。图式说明各种实施例,且与文字说明一起用于解释所公开的概念的原理及操作。


图1说明一范例光纤连结,所述光纤连结包含配置于射出光至光纤的光源端的光学光源与在光纤的侦测器端侦测所述光的光侦测器之间的光纤。图2为图1中的光纤的光源端的放大侧视图。
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图3为配置于范例光纤的光源端上的范例涂层材料的侧视图,涂层用于使从光学光源朝向光纤射出的光光学衰减。图4为图3的光纤的侧视图,其中涂层材料在涂层材料的一部分被选择性的移除以提供所需的光学衰减之前配置至光纤上。图5说明例示性的激光移除图4中的光纤上所配置的涂层材料的一选择性部分以提供所需的涂层材料厚度并提供所需的光学衰减。图6为范例的选择性光学衰减图案的侧视图,图案配置于一范例光纤的光源端的涂层材料上,且其经配置以阻挡或衰减特定的模态及(或)模态组而使这些模态及(或) 模态组在光纤中不被激发。图7为另一范例选择性光学衰减图案的侧视图,配置于一范例光纤的光源端的涂层材料上,且图案经配置以减少在光纤中被激发的模态及(或)模态组的数量。图8为一范例选择性光学衰减图案的侧视图,图案配置于一范例光纤的侦测器端的涂层材料上,且图案经配置以阻挡或衰减光的较低阶的模态或模态组。图9-11为额外的侧视图,说明依图8中的配置于一范例光纤的侦测器端的涂层材料上的选择性光学衰减图案,阻挡或衰减光的较低阶的模态或模态组。图12为为另一范例选择性光学衰减图案的侧视图,所述图案配置于一范例光纤的侦测器端的涂层材料上,且图案经配置以阻挡或衰减光的较高阶的模态或模态组。
具体实施例方式现在参照实施例做详细说明,实施例的范例说明于所附的图式中,其中仅有部分实施例,而并非全部的实施例皆被说明。实际上,本发明的概念可以各种不同方式实施,而不应被认定为限于此处的实施例,提供实施例是为了使得本公开满足适用的法律要求。相似的元件符号尽可能用以表示相似的元件或部件。在实施方式中所公开的实施例包括具有涂层的光纤及相关的装置、连结以及使射入光纤的光或从光纤接收的光会光学衰减的方法。在一实施例中,光纤包括光纤端。例如, 光纤端可为光源端,所述光源端经配置以位于(或安装于)邻接一光学光源处以接收由所述光学光源所射出的光;及(或)为一侦测器端,所述侦测器端经配置以位于(或安装于) 邻接一光侦测器处,而所述光侦测器接收来自光纤的光。涂层材料配置于所述光纤端的至少一部分且经配置以使导向所述光纤端的光的一部分光学衰减。以此为例,光学光源可被控制在高输出光功率水平下产生导向光纤的光,并限制光纤中的最大光功率水平。例如,光纤可被限制以符合人眼的安全要求或避免光侦测器饱和。然而,有时可能需要将光学光源以超过所述限制的最大光功率输出水平操作。例如,当光学光源被驱动于超过一定的临界驱动电流时,所述光学光源的线性性质会增进。另外,以较高的光功率水平驱动光学光源可产生远场光型,所述远场光型可激发少数或一些预定组的模态或模态组。限制在多模光纤连结中受激发的模态或模态组的数量可减少模态色散并因此增加光纤连结的带宽。做为另一范例,将光学光源过驱动可补偿可能会降低光功率的各种情况,例如受光学光源的温度或老化的影响。除此之外,也可能需要将涂层材料配置在光纤的侦测器端以使得光会光学衰减。 将涂层材料配置在光纤的侦测器端以使得光会光学衰减,可限制光纤的光侦测器所侦测到的光的特定模态或模态组,可减少模态色散并因此增加带宽性能。在讨论在光纤上配置涂层材料以提供光学衰减之前,先参照图1及2讨论一范例光纤连结。此处,图1说明一范例光纤连结10。光纤连结10包含光纤12,光纤12包含一内核14。本实施例中的光纤12为多模光纤,意即内核14中存在有多重传播路径,路径由光射入配置于光纤的光源端18的面15的射入角所界定。然而,在光纤连结10中还可使用单模光纤。在图1中仅说明光纤12的内核14,但应了解在光纤12中具有包覆层(图未示) 以包覆内核14以使光在沿光纤12传播时大致将光限制在内核14中。包覆层包覆光纤12 的内核14的范例说明于图2的光纤12中,详述于后。请参照图1,在此实施例中,光学光源16配置在光纤12的光源端18以将光17L在第一区(I)射入光纤12。光17L从光学光源16使用全反射(TIR)的方式耦接至光纤12。 在此,光纤12的光源端18由一激光以一角度斜切(也就是激光切割)(此后称为切割光纤端20、斜切光纤端20,或激光切割光纤端20)以将光17R内部反射至光纤12的内核14。光学光源16可以垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)为例,或其它光学光源。在第二区(II) 中,光17R于光纤12的内核14传播直到光到达光纤12的侦测器端22,侦测器端相对于光源端18。光17R以沿着光纤12向下传播,按一连串的直线沿内核14传播,如图1所示,此可为当使用步阶式折射率(st印-index)内核时的情况。这些直线还可用以粗略表示渐变式折射率(graded index)内核轮廓中的光的非直线路径。光侦测器M配置于光纤12的侦测器端22以侦测在光纤12中传播的光17R。斜切光纤端沈还配置在光纤12的侦测器端22以将光17R转向下而成为光17D,并在第三区(III)进入光侦测器M以进行侦测。图2说明图1的光纤12的光源端18的放大侧视图,以提供本例中光纤12的斜切光纤端20的更多细节。如图2中所示,光纤12经定位,从而使斜切光纤端20与光学光源 16对齐以接收由光学光源16射出的光17L。在本实施例中,光纤12经配置以垂直于接收光纤12的光纤轴A1而射出的光17L。光学光源16配置于基材观上,其中光纤12可对准光学光源16以可有效率的将光讯号由光学光源16传送至光纤12。可提供斜切光纤端20的角度θ 1,使得由光学光源16射出的光17L可通过全反射方式在斜切光纤端20反射而成为光17R并转向至光纤12的内核14。例如,在一实施例中,斜切光纤端20的角度θ 1可约为 45度(或为其它角度)以提供改进的的光学性能(例如减少逆反射(back reflection), 在多模光纤中增加带宽等)。在光17R沿内核14向侦测器端22传播时,光17R由斜切光纤端20反射,并因包覆光纤12的内核14的包覆层30的反射而大致上留在内核14中(请一并参照图1)。由于在本实施例中的来自光学光源16的光17L以发散角发散,因此光17L会以涵盖在一范围内的角度射入内核14。因此,光17L会以与光纤轴A1所夹成的发射角射出斜切光纤端20而成为光17R。结果会激发多模光纤12的多模态或模态组且因此造成模态色散。 模态组为在内核14中具有相同传播路径的光线群(family),从而所述光线会同时到达侦测器端22而形成一群组。模态色散会限制光纤连结10的带宽。此外,模态色散会因光纤 12的长度增长而增加。在许多的光纤连结中(包括单模及多模的光纤连结两者),如图1和2中的光纤连结10,来自光纤而被光侦测器所接收的光的光功率水平可被控制。光的光功率水平可被控制在大于预定的最小光功率水平,以将由噪声所造成的位错误(包括光侦测器错误)减到最小。例如,图1中光侦测器M所接收的光17D可能被要求要达到或大于-IOdBm的光功率水平以提供高达每秒200亿位((ibps)的带宽。为了将接收的光的光功率水平控制在大于一预定的最小光功率水平,可控制一光学光源以控制射入光纤的内核的光的光功率。如此,光学光源可被控制以在光源最大输出功率水平将光射入光纤中。然而,许多光纤连结及相关的应用会限制光学光源的最大光功率水平,例如需符合人眼的安全要求或避免光侦测器饱和。例如,最大光功率水平可能为+3cffim。如此,光学光源可被控制以在光源最大及最小预定光功率水平之间的光功率水平将光射入光纤中。有许多原因使光学光源需要以在超过所述最大光功率水平或所述光纤连结的限制的操作点上驱动。例如,当光学光源被驱动于超过一定的临界驱动电流时,所述光学光源的线性性质会增进,造成更开(open)的眼图(eye diagram)以在高操作频率时有较佳的性能。此外,在多模光纤连结中,将光学光源以较高的光功率水平驱动可产生远场光型,所述远场光型可激发少数或预定组的模态或模态组。例如,VCSEL光学光源的远场光型的形状以驱动电流的函数的方式改变。限制在多模光纤连结中受激发的模态或模态组的数量可减少模态色散并因此增加光纤连结的带宽。并且,有时可能需要使光学光源Hf^nSVCSEL) 过驱动以补偿会降低光功率的各种情况。例如,温度的变化可能改变给定驱动电流至光学光源的光功率输出。而且,基于半导体的光学光源(例如为VCSEL)的光功率水平可能因半导体老化效应而随时间减低。为了要以较高的输出光功率水平操作光学光源且限制光纤连结中的最大光功率水平,可使用光学衰减。在此,图3说明一光纤连结34的范例实施例的侧视图,其中光学衰减配置于光学光源38与光纤40之间。在此实施例中(会于后文详述)光学衰减以涂层材料36的方式提供。涂层材料36为涂布或增加至光纤40的至少一部分上的材料。在此实施例中,经配置的涂层材料36在光纤40的一外表面39上。涂层材料36具有吸收光的特性以提供光学衰减。在此实施例中,提供光学衰减的涂层材料36的一部分37配置于光学光源38及光纤40之间的光径45中,而由光学光源38射出的光42L在到达光纤40之前通过所述光径45。结果为所述涂层材料36的吸收特性使射入光纤40的光42L衰减。涂层材料36的光吸收特性及配置于所述光径45中的涂层材料36的所述部分37 的厚度,控制射入光纤40的光42L的光学衰减的量。可控制涂层材料36的部分37的厚度以控制光42L的光衰减量。涂层材料36使光42L光学衰减为光学衰减后的光42L’,如图 3中所示。如此,可以超出光纤连结34的最大光功率水平的较高输出光功率水平来驱动光学光源38以射出光42L,但光学衰减后的光42L’及由光学衰减后的光42L’反射得到的光 42R却不会超出光纤连结34的最大光功率水平。如前文的论述,光纤连结34可具有预定的最大光功率水平以符合某些规格及要求(例如人眼安全或避免光侦测器饱和),其中所述预定的最大光功率水平低于所述光学光源38可提供的最大输出光功率水平。请继续参照图3,由涂层材料36的所述部分37所提供的光学衰减配置于光纤40 的光源端44。在此实施例中光学光源38配置于基材46上。光纤40可对准光学光源38以可有效率地将来自光学光源38的光42L传送至光纤40。如图3中所示,在此实施例中,光 42L从光学光源38射入光纤40,入射角度垂直于一光纤轴A2,并进入所述光纤40的包覆层 48。其它相对于基材46的发射角及光纤角也有可能。涂层材料36配置在包覆层48与光学光源38之间以使光42L在到达包覆层48之前必须通过涂层材料36的所述部分37。包覆层48包覆着光纤40的内核50。光42L被光学衰减为光学衰减的光42L’,如图3中所示。光学衰减的总量为涂层材料36的种类及厚度的函数,范例会于后详述。光学衰减后的光42L,经过包覆层48并进入光纤40的内核50,并在内核处以全反射在光纤40的斜切光纤端M的斜切端面52被反射。结果为,反射光42R被以与光纤40的光纤轴A2不平行的角度转向至光纤40的内核50。因光42L经光学衰减,光学光源38可经控制,以在较反射入光纤40的内核50的反射光42R的光功率水平高的光输出功率水平射出光42L。例如(如上述)为了增进性能或光纤连结的带宽,可能需要在较高的光功率水平驱动光学光源38以产生光42L。若输出光功率水平因任何原因超出所需的(或经设计的)光纤连结的最大光功率水平,由涂层材料36的所述部分37所提供的光学衰减可经设计使光42L光学衰减为经光学衰减的光42L’ 以减少进入光纤40的包覆层48及(或)内核50的光42L的光功率水平。由于在本实施例中的来自光学光源38的光42L以发散角发散,因此经光学衰减的光42L,会以涵盖在一范围内的角度射入光纤40的内核50。因此,经光学衰减的光42L,由射出斜切光纤端面52以一较大的出射角射出而成为反射光42R。结果会激发光纤40的多模态或模态组且因此造成模态色散。模态组为在内核50中具有相同传播路径的光线群,使得光线同时到达光纤40的侦测器端。模态色散会限制光纤连结34的带宽。此外,模态色散会因光纤40的长度增长而增加。光42L还可由光学光源38以较小的出射角射出而进入光纤40的内核50,以减少内核50中被激发的模态或模态组并藉此减少模态色散。此实施例中的涂层材料36整合至光纤40的斜切光纤端M,如图3所示。斜切光纤端M可以激光切割或由抛光工艺切割,如上所述。斜切光纤端或光纤端上的面可依已知的切割方法由激光处理形成。例如,可使用具有可变式扩束器(beam expander)的二氧化碳激光器及焦距25毫米(mm)的聚焦镜的激光器切割机台。因此,当光纤被用激光切割时, 光纤或光纤端还可称为激光切割光纤,或激光切割端。激光处理可用来在单一光纤或一组排列成一维或二维阵列的光纤上形成一斜面(angled facet)。具有激光切割端(具有一角度)的光纤可应用于许多方面。例如,如VCSEL的光源垂直的发出光,而因此在某些应用中因精简化的考虑而需要旋转直角(或称90度)。具有角度的激光切割端的光纤还可用以使光直角旋转以进入光侦测器,例如图1所示的光侦测器对。在此实施例中,涂层材料36配置于光纤40中包覆层48之外表面56上,如图3所示。在制作时,涂层材料36可在光纤40的斜切之前或之后涂布至光纤40的包覆层48之外表面56上。涂层材料36可涂布于整个外表面36或外表面36的一部分。在此实施例中,若涂层材料36的涂布在斜切之前,涂层材料36材料会留在包覆层48之外表面上。在其它实施例中,若光纤40或光纤40的光源端不具有包覆层48,则涂层材料36可例如配置于光纤40的内核50之外表面57上。涂层材料36还可通过激光烧蚀(ablation)或抛光作业的方式,涂布至因局部移除部分或全部光纤40的光源端44附近的包覆层48而造成的光纤表面。将涂层材料36涂布至光纤40上的工艺包括(但不限于此)下列浸泡涂布 (dip coating)、喷涂(spraying) >|jlJIJ| (brushing)、网 £口 (screen printing)、 || 及化学气相沉积。涂层材料36的类型对光学衰减的影响依涂层材料36的光吸收特性而定。例如,涂层材料36可为耐性涂层材料,如金属或碳基材料,所述材料使光在一设定的厚度可通过,但会光学衰减。金属的范例包括(但不限于)钛、铝及金。其它范例包括(但不限于)充满可吸收或散射光的粒子的聚合物涂层,以及可散射光的折射光栅或粗糙表面。聚合物的范例包括(但不限于)丙烯酸脂(acrylate)、铁氟龙(PTFE)及尼龙(nylon)。当涂布于薄层以使涂布有涂层材料36的光纤40的总厚度最小化时,可能需要提供具有良好的光吸收能力的涂层材料36。涂层材料36还可为可吸收或散射液体,液体涂布在光纤40上以提供光学衰减。 例如,光纤可为随机空气线光纤(RAL)而不是非随机空气线光纤,其中毛细力会将液态涂层吸入光径45上的一组RAL通道中。通过调整液体的吸收及散射的特性,或是控制液体在 RAL通道中分布的方式可改变光学衰减。在特定的实施例中,涂层材料36可由提供其它优点及目的的材料中选出。例如, 涂层材料36可为聚合物或丙烯酸脂层,所述聚合物或丙烯酸脂层保护光纤40之外表面39 使其不受伤害且(或)可保存光纤40的机械强度。涂层材料36的种类还可由提供光纤 40密封或阻障层及(或)增加光纤40耐久性的材料中选出。可提供光学衰减及密封的涂层材料36例如包括(但不限于)碳基涂层及金属基涂层,如铝基或钛基涂层。涂层材料36还可为金属纤维层,可通过在光电封装中将涂有金属纤维涂层的光纤40焊入一通孔 (feed-through hole)而形成密封。如上述,在由光学光源38射出的光42L及光纤40之间的光径45上的涂层材料36 的所述部分37的厚度,还可控制光42L的光学衰减的总量。如此,光42L的光学衰减的量可由调整涂层材料36的所述部分37的厚度来控制。例如,在制造时可使用涂层材料移除工艺以将涂层材料36的厚度W1减少为厚度W2以提供涂层材料36的所述部分37并藉此调整光42L的光学衰减,如图3所示。如图3所示,在光纤40的光源端44的涂层材料36的所述部分37已被移除以将涂层材料36的厚度减至光学光源38与光纤40之间的光径45 上的涂层材料36的厚度W2。与未移除所述部分37而使光42L通过厚度为W1的涂层材料 36的所述部分37的情况相较下,此步骤可减少由光学光源38射入光纤40的包覆层48的光42L的光学衰减量。至于厚度的范例,在碳基涂层的情况中,厚度W1可为200微米(μ m),而厚度W2可为10 μ m,其中光42L因通过涂层材料36的所述部分37而从3dBm光学地衰减为光学衰减后的OdBm的光42L’。在涂层移除后留在光纤40与光学光源38之间的光径45上的涂层材料36的所述部分37,可以任何厚度提供以达到所需的光学衰减性能。若在制造光纤40时执行了涂层材料移除工艺,则在光学光源38及光纤40之间的光径45上留下的涂层厚度可被微调以用于任何所需的应用上。可在制造工艺中留下不同的厚度以用于不同的应用。如上所述,涂层材料移除工艺可在制造时用来移除配置于光纤40上的涂层材料 36的所述部分37以减少厚度,并因此减少由涂层材料36所提供的光学衰减性能。图4说明图3的光纤40,其中斜切端面52已被配置在光纤40的斜切光纤端M上且涂层材料36 已涂布至包覆层48之外表面56上。斜切端面52例如可通过对光纤40进行激光切割或抛光的方式来提供。若使用激光切割,涂层材料36可选用非聚合物材料(如碳或金属),如此当光纤40需被斜切的部分在受激光照射时,涂层材料36不会改变形状或分解。涂层材料移除工艺接着在涂层材料36的所述部分37上执行,以使所述部分37具有光学光源38及光纤40之间的光径45上的涂层材料36的厚度W2 (见图幻。涂层移除工艺可包括(但不限于)激光烧蚀、化学蚀刻、机械摩擦以及抛光。例如,图5说明涂层移除装置及移除图3及图4的光纤40的涂层材料36的所述部分37以将厚度减少至厚度W2 (图;3)并增加光纤40的光学衰减性能的工艺。涂层材料 36的所述部分37的厚度可在光纤40的光源端44附近选择性地减少,以使得当光纤40在对准光学光源38时光径45上会配置有所需的光学衰减。如图5所说明,提供激光器60。 激光器60例如为在波长10. 6 μ m操作的二氧化碳激光器。在此例中,激光器60经定位以发射激光束62至需被移除厚度至厚度W2的涂层材料36的所述部分37。激光束62将涂层材料36的部分烧蚀以依需求减少涂层材料的厚度。在此实施例中,激光器60经控制以使激光束62被导向光纤40及光学光源38之间的光径45上的涂层材料36的所述部分37。 经移除以选择性地控制改变剩余厚度的涂层材料36的所述部分37,可通过调整施加至涂层材料36上的激光束62的强度及时间的方式来改变。激光器60还可将激光束62以平行而非垂直于光轴A2的方式导向涂层材料36 (如图5所示)以移除涂层材料36的所述部分 37。或者,激光器60还可将激光束62由光纤40两侧的任一侧导向涂层材料36,方向为进出图5的页面的方向。再次的,还可使用其它的移除工艺,且在此公开的光纤、涂层移除装置及工艺实施例并不限于激光移除或烧蚀。除了涂层移除工艺外,其它工艺还可用来将涂层材料配置于光纤上以提供光学衰减,其中包括图3中的光学衰减。例如,可在涂层材料36上使用与涂层材料36兼容的化学处理以将涂层材料36的部分移除来控制厚度。还可使用微影光罩及 (或)蚀刻工艺。涂层材料36的厚度还可通过控制涂布至光纤40上的涂层材料36的厚度至所需的厚度来控制,而不执行移除工艺。在此例中,涂层材料可涂布至整个光纤或光纤的一部分,例如为图3中的光纤40的光源端44。光纤上的涂层配置或沉积工艺的例子包括 (但不限于)浸泡涂布(dip coating)、喷涂(spraying)、刷镀(brushing)、网印(screen printing)、溅镀及化学气相沉积。可选择涂层材料36的种类以帮助移除工艺来控制厚度。 例如,对氧化的涂层材料36(例如为碳或涂层金属)进行的激光辅助氧化(laser-assisted oxidation)可用来控制涂层材料36的厚度。不论光纤上配置的涂层材料的厚度是如何提供或控制的,由光纤的本体上所配置的涂层材料来提供光学衰减具有一些不受限的优点。例如,若涂层材料与光纤的本体整合在一起,则涂层材料所提供的光学衰减的作用与光学光源相对于光纤的位置及光源光场结构无关。若涂层材料涂布至整个光纤的周围,则涂层材料所提供的光学衰减会自动对准至光纤以简化光纤的组装工艺。若涂层材料因其它因素需要配置于光纤的周围(如使用密封封装通孔密封的金属化或密封纤维涂层材料),则相同的涂层材料可被选择性地移除以控制光学衰减而不需额外的材料或部件。此外,以光纤涂层材料做为光学衰减器即不需在光学光源或光纤与光学光源之间加上额外的部件。如上所述,光纤上所配置的涂层材料的一部分可被移除至所需的厚度以提供射入光纤中的光的光学衰减。同样如上述,若沉积工艺可控制涂层材料的沉积以达到所需的光学衰减性能需要的厚度,则涂层材料的厚度可由不使用移除工艺的沉积工艺来提供。以涂层材料移除工艺来控制配置于光纤上的涂层材料的厚度以提供光学衰减可有替代或额外的功能或好处。例如,可将单一厚度的涂层材料涂布至光纤上,其中可依需求控制并调整移除的涂层材料的厚度以依所处理的光纤的应用来微调至所需的光学衰减量。选择性地控制光学光源与光纤间的光径上的涂层材料移除以使光纤仅有某些模态或模态组被光学光源激发,以下举例详述。以上参照图3-5所讨论的实施例包括将涂层材料36的所述部分37移除至一致或实质上一致的残留厚度以提供光学衰减。如此一来,在光径45上由残留的涂层材料36所提供的光学衰减,可对于由光学光源38射出而进入光纤40的光42L的不同阶(order)或模态而一致或实质上一致。然而,还可移除配置于光纤上的涂层材料的特定区域或多个区域以提供特定的光学衰减图形或屏蔽,使射入光纤的光的不同阶或模态并非被一致地光学衰减。如此,图6和7说明光纤的实施例,其中配置于光纤附近的涂层材料的一部分被依所需的光学衰减图案及屏蔽而选择性地移除。结果,光纤被配置使得从光学光源射出而进入光纤的光的不同阶或模态会不一致地光学衰减。现在看到图6,提供另一范例光纤连结70的侧视图,其中用来提供光学衰减的涂层材料配置在光纤74与光学光源72之间。光学光源72及光纤74可为与上述说明于图 3-5中的光学光源38及光纤40相同或类似的光学光源及光纤。如此,光纤74可被安装于基材75上以使光纤74的光源端76与光学光源72对准,而使来自光学光源72的光78L可有效率的由光学光源72传输至光纤74。如图6所说明,在此实施例中,光78L沿垂直于光纤A3的光径73由光学光源72 射入光纤74,并进入所述光纤74的包覆层80。包覆层80包覆光纤74的内核82。光78L 在通过可进行光学衰减的涂层材料84时被光学衰减为光学衰减的光78L’ ;更详细而言,光 78L通过涂层材料84上的环状屏蔽或图案86,其中涂层材料84被选择性移除或沉积至一所需厚度以提供所需的光学衰减量,如上所述。涂层材料84的种类以及用于提供所需厚度的涂层材料84的移除或沉积工艺可为前述的任一工艺。经光学衰减的光78L’接着通过包覆层80并进入光纤74的内核82,在此光通过全反射方式被光纤74的斜切光纤端90的斜切端面88反射为光78R。结果,反射光78R被以非平行于光纤74的光纤轴A3的角度转向至光纤74的内核82。在此实施例中,配置在涂层材料84上的环状图案86由移除涂层材料84的中间部或点94附近的环状区域92的涂层材料84的一部分而形成。当光纤74与光学光源72对准时(例如为图6中所示)涂层材料84的中间部94经配置以阻挡自光学光源72射出的光78L或使光大幅光学衰减,光78L在一般状况下会被斜切端面88反射并以大致上或实质上平行于光纤轴A3的角度被导向内核82。在此实施例中,所述角度对应至较低阶的传输光纤模态(guide fiber mode)的传播方向。因此,此实施例中配置于光纤74上的涂层材料 84上的环状图案86经配置以阻挡或过滤较低阶模态的光。由光学光源72射出的光78L 以较高的角度通过涂层材料84的环状区域92,并可通过至光纤74而成为经光学衰减的光 78L’。如此造成光纤74中的较高阶模态或模态被激发,所述激发可限制模态色散并增进光纤连结70的光纤连结带宽。图7中说明一实施例,其中涂层材料屏蔽或图案配置于光纤上的涂层材料,并经配置以阻挡或大幅光学衰减自光学光源72射出的光78L,光78L在一般状况下会被反射并以大致上或实质上不平行于光纤的光纤轴的角度导向光纤。此角度对应至较高阶的传输光纤模态的传播方向。如此可提供(如图7中所示)包含图6的光纤74的光纤连结70’。在图7中所说明与图6中相似的元件以相同的元件符号表示。而在实施例中,不同的光学衰
11减屏蔽或图案96系配置在光径73上的涂层材料84。光学衰减图案96可为与图6中配置于涂层材料84上的环状图案86相反的图案。在本实施例中的光学衰减图案96为环状凹陷图案,所述图案包括由涂层材料84上所移除的开口 98且经配置为一所需的厚度以使光 78L可被以垂直或实质上垂直于光纤轴A3的角度导向内核82并通过包覆层80而成为经光学衰减的光78L’。此图案还可做成非环状,或截面为凹陷状以外的其它轮廓(profile)。例如,轮廓可为一致深度的局部区域。按角度导向至光纤轴A3的光78L被环绕着开口 98且厚度较厚的光学衰减图案96的部分100阻挡或被大幅光学衰减。如此造成光纤74中较低阶的模态或模态组被激发,所述激发可限制模态色散并增进光纤连结70’的光纤连结带宽。经设计以在不同射出角以不同的程度阻挡光或光学衰减的光学衰减屏蔽或图案还可配置于光纤的接收端。此包括(但不限于)分别说明于图6及7中的配置于光纤40 及74上的环状图案86及凹陷图案。为此,图8-11说明将光学衰减屏蔽及图案配置于光纤的接收端以使向光侦测器传播的光光学衰减的范例。此光学衰减可减少被导向的光的光功率,或使光光学衰减或阻挡特定的光的光纤模态或模态组。图8说明具有涂布至光纤110的涂层材料112的光纤110的接收器端108的侧视图。在此实施例中,涂层材料112涂布至包覆光纤110的内核118的包覆层116的外表面 114上,与前述的实施例类似。光120R由光学光源(图未示)射入光纤110而使光120R 在光纤110的内核118中传播。光可通过如图6或任何其它上述所公开的实施例中所提供的光学光源处射入光纤110,其中光被射出后经全反射反射至光纤的内核。光120R经光纤 110的接收器端108上所配置的斜切端面122以全反射反射而成为光120C。可使用任何前述用于将斜切端面配置于光纤的光源端的工艺,将斜切端面122配置于光纤110的接收器端108。在本实施例中,光纤110安装在基材IM上或安装于基材IM附近并对准一光侦测器126,使得光120C可被导向光侦测器126。在此实施例中,环状屏蔽或环状图案1 配置于涂层材料112上以选择性地控制光120C的光学衰减。环状图案1 可配置于涂层材料112上,环状图案1 相同或类似于图6中的光纤74的光源端76上的涂层材料84所配置的环状图案86。环状图案1 通过移除涂层材料112的中间部或点132附近的一环状区域130中的涂层材料112的一部分而配置在涂层材料112上。所述移除可依例如前述的任何方法完成。当光纤110与光学光侦测器1 对准时(例如为图8中所示),涂层材料112的中间部132经配置以阻挡或大幅光学衰减光120R,光120R在一般状况下会被斜切端面122反射并以大致上垂直或实质上垂直于光纤110的光纤轴A4的角度被导向光侦测器126。在此实施例中,所述角度对应至较低阶的经导向光纤模态或模态组的传播方向。因此,此实施例中配置于光纤110上的涂层材料112上的环状图案1 经配置以阻挡或过滤较低阶模态的光。按较高的角度被光纤110 的斜切端面122反射的光120R会通过涂层材料112上所配置的环状区域130,并可通过至光侦测器1 而成为经光学衰减的光120C’。如此,不论光120R是否有激发光纤中的较低阶模态或模态组,此较低阶模态或模态组会被光学衰减或阻挡而无法进入光侦测器126。如此可限制模态色散并增进光纤110的光纤连结带宽。图9-11说明图8中具有可光学衰减或阻挡光120R的其它模态或模态组的环状图案128的光纤110的侧视图以为范例。图9说明配置于光纤110上的涂层材料112的环状图案1 如何阻挡光120C的某些较低阶模态或模态组。在此实施例中,光120R在内核118中按大略平行于光纤轴A4的角度传播,以激发光纤110中较低阶的模态或模态组。被光纤 110的斜切端面122反射的某些光被环状图案1 的中间部132光学衰减或阻挡,如图8所示。然而,被经光学衰减的光120C”的其它较低模态或模态组通过环状区域130而到达中间部132的侧面。但光纤110与光侦测器1 对准而使经光学衰减的光120C”不会到达光侦测器1 而可有效地被过滤。如此可限制模态色散并增进光纤110的光纤连结带宽。图10-11还说明置于光纤110上的涂层材料112的环状图案1 如何阻挡光120C 的某些较高阶模态或模态组(例如负角度),同时使120C的其它较高阶模态或模态组被光侦测器1 侦测到。被光纤110的斜切端面122反射的某些120C光被环状图案128的中间部132光学衰减或阻挡,如图8所示。光纤110与光侦测器1 对准而使经光学衰减的光120C”的一些较高阶模态或模态组通过穿过环状区域130而到达中间部132的侧面,并打到光侦测器126。但经光学衰减的光120C”虽还经过环状图案128的环状区域130但不会到达光侦测器1 而可被有效地过滤。如此可限制模态色散并增进光纤110的光纤连结带宽。光学衰减屏蔽或图案还可配置在光纤的接收器端以阻挡或光学衰减光的较低阶模态或模态组。就此而言,图12说明具有涂布至光纤140上的涂层材料142的光纤140的接收器端130的侧视图。在此实施例中,涂层材料142涂布至包覆着光纤140的内核148 的包覆层146的外表面144上,与前述的实施例类似。由于从光学光源(图未示)射入光纤140的光的缘故,使得光150R在光纤140的内核148中传播。光可通过如图6或任何其它上述所公开的实施例中所提供的光学光源射入光纤140,其中光被射出后经全反射反射至光纤的内核。光150R经光纤140的接收器端138上所配置的斜切端面152以全反射反射而成为光150C。斜切端面152可由任何前述用于将斜切端面配置于光纤的光源端的工艺而配置于光纤140的接收器端138上。在本实施例中,光纤140安装在基材巧4上,并对准光侦测器156以使光150C可被导向光侦测器156。在此实施例中,光学衰减图案158可配置于光纤140的接收器端138上所配置的涂层材料142,光学衰减图案158为与图8中配置于涂层材料112上的环状图案1 相反的图案及(或)相同或类似于图7中的涂层材料84上所配置的光学衰减图案96。就此而言,在本实施例中的光学衰减图案158为环状凹陷图案,包括由涂层材料142上所移除的开口 160且经配置为一所需的厚度,以使自斜切端面152被反射的光150C可垂直或大致上垂直于光纤140的光纤轴A5而通过所述位置,成为光150C’。因此,在实施例中,光150C’中较低阶的模态或模态组可通过涂层材料142。光纤140可对准光侦测器156以使光150C’ 可到达光侦测器156。被以不垂直或不实质上垂直于光纤140的光轴A5的角度反射的光 150R会被开口 160周围具有较厚的厚度的光学衰减图案158的部分162阻挡或大幅的光学衰减。因此,在此实施例中,光150C’中较高阶的模态或模态组会被阻挡而无法通过涂层材料142及到达光侦测器156,或是被大幅的光学衰减。如此可限制模态色散并增进光纤140 的光纤连结带宽。此处所公开的实施例并不受限于任何特定的光纤连结、光纤、斜切、涂层材料及 (或)涂层材料沉积或移除工艺。且可使用可提供所需的光学衰减特性的任何种类的涂层材料,并可使用可提供所需的光学衰减特性的任何厚度的涂层材料,且可使用可提供所需的光学衰减特性的任何种类的涂层屏蔽或图案。还可使用任何种类的光学光源及光侦测ο如上所述,此除所公开的经切割的光纤端可以激光切割エ艺配置或形成在各别的光纤或光纤阵列上。还可使用抛光エ艺来提供斜切。斜切エ艺可在涂层材料配置于光纤上之前或之后执行及/或在移除涂层材料的一部分以提供所需的光学衰减之前或之后执行。 単一或多个激光切割面可配置或形成于阵列光纤的末端,还可形成于各别的光纤末端上。 一光纤阵列可包含多个光纤,每个都具有一外表面、一内核以及具有一或多个此处公开的类型的激光切割面的一切割(例如为激光切割)光纤端。此外,此处所使用的“光纤缆线”及(或)“光纤”等用语旨在包括所有种类的单模或多模的光波导,包括一或多个裸光纤、松管(loose-tube)光纤、紧密缓冲 (tight-buffered)光纤、带状(ribbonized)光纤、弯曲不敏感(bend-insensitive)光纤或任何其它适于用来传输光讯号的媒介。弯曲不敏感光纤的一例为由康宁公司所制造的 Cl ear Curve :光纤。熟知本领域的技术人员应可想到在此所述的许多的修改及其它实施例及具有先前的叙述及相关图式中所提供的优点的相关实施例。因此,需了解此处的说明及权利要求书并不限于公开的特定实施例,且实施例的修改及其它实施例应被包括在后附的权利要求书的范畴中。实施例的修改及变化若落于后附的权利要求书及其等效的范围中,还应包括于实施例中。虽然此处使用了特定的用语,但这些用语仅用以描述并应做广义的解释,而不应用以限制。
权利要求
1.一种光纤设备,包含光纤,具有光纤端;以及涂层材料,配置于所述光纤端的至少一部分上且经配置以使导向至所述光学端的光的一部分光学衰减。
2.如权利要求1所述的光纤设备,其中所述涂层材料包括由包含碳、金属及聚合物的群组所组成的材料。
3.如权利要求1或2所述的光纤设备,其中所述涂层材料提供密封给所述光纤。
4.如权利要求1到3所述的光纤设备,其中所述涂层材料以第一厚度提供以控制导向至所述光纤端的光的所述部分的光学衰减,其中所述第一厚度在10微米至200微米之间。
5.如权利要求1到4所述的光纤设备,其中所述光纤端经斜切。
6.如权利要求1到5所述的光纤设备,还包含光学衰减图案,所述光学衰减图案配置于所述涂层材料的至少一部分以选择性地光学衰减导向所述光纤端的光的所述部分。
7.如权利要求6所述的光纤设备,其中所述光学衰减图案包含环状图案或凹陷图案。
8.如权利要求6所述的光纤设备,其中所述光学衰减图案经配置以使导向所述光学端的光的所述部分的至少一发散角光学衰减。
9.一种提供光学衰减给光纤链路的方法,包含提供具有光纤端的光纤;将涂层材料配置于所述光纤端的至少一部分上,所述光纤端经配置而使导向所述光纤端的光的一部分光学衰减;以及斜切所述光纤端。
10.如权利要求9所述的方法,其中配置所述涂层材料的步骤包含将所述涂层材料配置在所述光纤端的整个外表面上。
11.如权利要求9或10所述的方法,还包含移除所述涂层材料的一部分至所需的厚度的步骤。
12.如权利要求9到11所述的方法,更包含配置光学衰减图案于所述涂层材料的至少一部分上。
13.如权利要求12所述的方法,其中配置所述光学衰减图案的步骤包含由下列群组中选出的方法移除所述涂层材料的所述至少一部分;在所述涂层材料的所述至少一部分上蚀刻图案;以及在所述涂层材料的所述至少一部分上使用化学处理。
14.如权利要求12或13所述的方法,其中所述光学衰减图案包含环状图案或凹陷图案。
15.如权利要求12到14所述的方法,还包含所述光学衰减图案使导向所述光学端的光的所述部分的至少一发散角光学衰减的步骤。
全文摘要
本发明公开一种用以使导向至光纤或来自光纤的光会光学衰减的涂层光纤及相关装置、连结以及方法。在一实施例中,光纤包括一光纤端。光纤端可为光源端及(或)侦测器端,且可经斜切。涂层材料配置于光纤端的至少一部分上,且经配置以使导向光纤端的光的一部分光学衰减。涂层材料的材料种类及(或)涂层材料的厚度可被选择性地控制以控制光学衰减的量。涂层材料的厚度还可被控制以提供涂层材料的所需厚度至光纤端的至少一部分上。涂层材料还可选择性地被图案化以增进多模光纤连结的带宽。
文档编号G02B6/42GK102597836SQ201080046530
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月15日
发明者杰弗里·A·德梅里特, 詹姆斯·S·萨瑟兰 申请人:康宁公司

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