用于光波导的套圈的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请依据专利法要求2012年10月15日申请的美国临时申请序号61/713, 805 的优先权，依据专利法要求2013年3月12日申请的美国申请序号13/795, 979的优先权， 本文中依赖其中每个申请的内容并且所述内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开的方面大体上涉及用于光纤连接器的套圈系统，和制造并使用所述套圈系 统的方法。
【背景技术】
[0004] 用于制造附接到硬化套圈的光纤的典型实务包括，使用环氧树脂将剥皮后的光纤 附接到硬化套圈。将光纤以机械方式劈裂或激光劈裂，然后半手工地打磨光纤和套圈的末 端，这可能是工作繁重并且成本昂贵的。为了加速制造，希望能够使用激光，尤其是工业C02激光，来劈裂并且打磨光纤和套圈。然而，申请人已发现，以将会适用于劈裂并且加工光纤 的强度、脉冲重复率、扫描速度、极化等使用工业化〇)2激光可能会在套圈中诱发断裂。需 要促进使用高功率激光在不基本上损坏套圈的情况下进行劈裂并且加工的套圈系统。 【实用新型内容】
[0005] 本文公开的技术包括用于套圈的组合物、无机组合物弹性模量、组合物孔隙度、组 合物几何形状以及制造并且使用所述组合物的过程，所述套圈在一些实施方案中允许在不 会有套圈损坏的情况下进行激光加工，同时保持所述套圈中的良好机械性质。
[0006] 本实用新型提供了一种用于光波导的套圈，其包括：所述套圈的外部；所述套圈 的内部，其中界定有被构型来接纳光波导的孔；以及处于所述套圈的所述内部与所述套圈 的所述外部之间的应力隔离区，其中所述应力隔离区的材料的弹性模量小于所述套圈的所 述内部和外部的材料的弹性模量，因此所述应力隔离区限制应力在所述内部与所述外部之 间的传递。
[0007] 所述应力隔离区是多孔的，并且其中所述应力隔离区的平均空隙率为至少3%。
[0008] 所述应力隔离区具有孔梯度，以使得孔隙度从所述应力隔离区中的一个位置到另 一个位置随着距离增加。
[0009] 所述应力隔离区是多孔的，并且其中所述应力隔离区的平均空隙率为至少3%。
[0010] 所述套圈的所述内部和外部不是多孔的，并且其中所述套圈的所述内部和外部是 密闭的。
[0011] 所述应力隔离区是层，并且其中所述层在所述套圈的所述内部和外部之间并且围 绕所述孔延伸。
[0012] 所述层的横截面是环形的，并且其中所述层在所述套圈的所述内部和外部之间的 厚度大于20微米。
[0013] 所述应力隔离区的弹性模量小于所述套圈的所述外部的模量的90%并且小于所 述套圈的所述内部的模量的90 %。
[0014] 所述套圈的所述内部包括玻璃或玻璃陶瓷。
[0015] 所述套圈的所述外部包括玻璃。
[0016] 至少一个实施方案涉及一种套圈，其包括具有至少两个不同热膨胀区的主体，其 中通过所述主体中的低模量层来减少热膨胀应变和应力。在一些实施方案中，所述主体是 玻璃或陶瓷。
[0017] 至少另一个实施方案涉及一种套圈，其包括具有低膨胀玻璃内部、低模量无机应 变隔离层和较高膨胀陶瓷和/或玻璃外部的玻璃和/或陶瓷主体。
[0018] 至少另一个实施方案涉及一种套圈，当用激光加工所述套圈所支撑的光波导和套 圈表面时，激光与内部低膨胀材料的相互作用不会损坏所述套圈。此外，所述套圈同时是机 械上可靠的，这意味着所述套圈可以在极端环境条件下连接并且断开许多次。
[0019] 本文公开的技术的额外方面包括用于制造套圈的快速自动化过程，其包括将低膨 胀玻璃和/或玻璃陶瓷激光烧结和/或焊接到套圈，如坚韧耐用的氧化锆套圈。
[0020] 本文公开的技术允许对用于光缆的光纤和/或套圈的自动化劈裂、打磨和/或加 工，这加速了波导电缆组件的制造。在一些实施方案中，低弹性模量无机层允许用具有广泛 不同的热膨胀系数的材料在应力得以减小的情况下构建光波导套圈。例如，低模量层用来 解除由热膨胀差异引起的应变。在一些实施方案中，可以在不会有断裂的情况下加以激光 加工的二氧化硅芯区可以包含于氧化锆外壳内，其中通过低模量层的应变（例如压缩）来 减轻热膨胀相关应力的影响。
[0021] 额外的特征和优点在以下的详述中加以陈述，并且部分地将由本领域技术人员根 据描述容易理解并且通过实践如书面描述和本文的权利要求以及附图中所描述的实施方 案加以认识。应理解，前面的大体描述和以下的详述都仅仅是示例性的，并且意图提供综述 或框架来理解权利要求的本质和特性。
【附图说明】
[0022] 包括附图以便提供进一步理解，并且附图并入本说明书中且构成本说明书的一部 分。这些图示出一个或多个实施方案，并且与详述一起用来解释各种实施方案的原理和操 作。因而，本公开将从结合附图进行的以下详述得以更全面地理解，在附图中：
[0023] 图1是根据示例性实施方案的套圈的横截面示意图。
[0024] 图2是根据另一示例性实施方案的套圈的横截面示意图。
[0025] 图3是根据示例性实施方案的具有低模量区的四个烧结层的扫描电子显微镜 (SEM)显微照片。
[0026] 图4至图6是根据示例性实施方案的套圈主体的二氧化硅、氧化锆和玻璃微结构 的SEM显微照片。
[0027] 图7至图8是根据示例性实施方案的二氧化硅芯的SEM显微照片，所述二氧化硅 芯烧结在包括玻璃和氧化锆的低模量材料中。
[0028] 图9至图10是根据示例性实施方案的套圈的主体中的一个层的低模量材料的Sffl 显微照片。
[0029] 图11是两部分套圈的应力相对于离中心的距离的绘图，所述套圈具有二氧化硅 芯和在二氧化硅芯外部的氧化锆与玻璃材料。
[0030] 图12是三部分套圈的应力相对于离中心的距离的绘图，所述套圈具有二氧化硅 芯、低模量层和在二氧化硅芯、低模量层外部的氧化锆与玻璃材料。
[0031] 图13是根据示例性实施方案的多光纤套圈的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0032] 在转向详细示出示例性实施方案的以下详述和附图之前，应理解，本公开不限于 在详述中陈述或在附图中示出的细节或方法。例如，本领域一般技术人员将理解，与在附图 中的一个中展示或在与实施方案中的一个相关的文字中描述的实施方案相关联的特征和 属性可以恰当地适用于在附图中的另一个中展示或在文字中的其它地方描述的其它实施 方案。
[0033] 本文中公开的技术涉及组合物、无机组合物弹性模量、组合物孔隙度、组合物几何 形状以及用于制造并且使用套圈11〇、210的过程，其允许在不会有套圈损坏的情况下对套 圈110、210进行激光加工，同时保持套圈110、210中的良好机械性质。
[0034] 图1包括套圈110的示意图，所述套圈110具有二氧化娃芯112以及低模量层114 和较高模量耐磨外部116。图2包括套圈210的示意图，所述套圈210具有二氧化硅芯212 以及低模量主体214和密闭式外部216。
[0035] 大体参考图1至图2,套圈主体110、210具有至少两个不同热膨胀特性区，其中通 过主体中的低弹性模量层114、214减轻由热膨胀引起的应变和应力。在一些这类实施方 案中，部分玻璃、部分陶瓷的主体具有：低膨胀玻璃内部112、212,其界定套圈110、210的孔 118、218 ;低模量无机应变隔离层114、214 ;以及较高热膨胀陶瓷和/或玻璃材料密闭式外 部116、216。当加工孔118、218中的光波导（参见如图13所示的光波导320)和套圈表面 122、222时，激光与内部低膨胀材料112、212的相互作用不会损坏套圈110、210。同时，套 圈110、210是机械上可靠的，这意味着套圈110、210可以在极端环境条件下连接并且断开 许多次。本文中公开的技术允许用于制造光缆、电缆组件和连接化光纤系统的套圈11〇、210 和/或波导的快速自动化加工和打磨。
[0036] 根据示例性实施方案，套圈110、210(具有低模量区114、214)的内部112、212是 低热膨胀材料，优选地低于40x l〇7°C，更优选地低于30x 17/°C。根据示例性实施方案， 套圈110、210的内部112、212优选地包括硼硅酸盐或二氧化硅玻璃，更优选地包括二氧化 硅玻璃。在一些实施方案中，套圈110、210的横截面是圆形的，并且套圈110、210的内部 是环形管118、218,其直径大于200微米但小于2. 3mm，其直径优选地大于300微米但小于 1_、更优选地小于600微米。
[0037] 根据示例性实施方案，套圈110、210具有中间区或层114、214(例如应力隔离带）， 其材料（例如无机材料）的杨氏弹性模量小于相邻区112、212或116、216的最高杨氏弹性 模量的90%。
[0038] 根据示例性实施方案，套圈110、210的外部区或层116、216包括陶瓷或陶瓷加玻 璃。在一些实施方案中，外部区116、216的陶瓷优选地是氧化锆，更优选地是四方氧化锆， 其中陶瓷超过外部区或层116、216的组合物的40体积％。
[0039] 在一些实施方案中，套圈110、210的内部112、212是二次拉伸