多芯光纤及其制造方法

多芯光纤及其制造方法
【专利摘要】一种多芯光纤，所述多芯光纤带有具有界定带标记的多芯玻璃光纤的材料的参考区段。所述多芯光纤可以分组，例如，所述分组可呈基质覆盖的光纤带和紧密缓冲电缆中的一者的形式。光纤连接器可在任一个或两个末端处组装到所述多芯光纤，并且所述着色部分可以与所述光纤连接器相关联，从而将所述光学芯部元件与所述光学连接器对准。所述组件可以具有至少一个收发器装置，所述收发器装置具有发射端口和接收端口以界定双向通信信道。另外方面描述多芯光纤制造方法，所述方法包括可固化涂层和参考区段的涂覆。
【专利说明】多芯光纤及其制造方法
[0001 ] 相关申请
[0002] 本国际申请要求2013年12月20日提交的美国申请号14/136,434和2013年11月22 日提交的美国申请号61/907，755的优先权权益，所述美国申请中的每者的内容是本发明的 基础并全文以引用方式并入本文。
[0003] 背景 发明领域
[0004] 本公开大体上涉及光纤，并且更确切地，涉及多芯光纤。 技术背景
[0005] 光纤是用于数据信号通信的传统材料(如铜线）的主要的替代品。光纤现在广泛用 于各种电子装置和系统中，以便促进语音、视频和数据信号在高带宽下的高速通信。然而， 随着电子系统的速度和带宽增加，存在增加使系统部件互连的光学互连的速度的对应需 要。一种增加光学互连速度的解决方案是增加光学互连的光纤密度。然而，在光学互连中增 加单个光纤数目将增加光学互连的总大小和成本。为了避免增加光纤数量，已开发出多芯 光纤（"MCF"）JCF包含容纳在单一光纤中的光学芯部元件。芯部元件设计用于例如数据的 传输和接收，并且可布置为传输和接收(Tx/Rx)对。此类MCF可用于数据网络以允许系统部 件(如收发器、处理器、服务器和存储装置)之间高速Tx/Rx数据传输。为了在网络中进行连 接和端接，连接器附接至MCF。对于将制造的正确Tx/Rx光学输送和连接，对操作者而言重要 的是知道将连接器端接至MCF时的光纤取向。
[0006]
[0007] 根据本公开的实施方式，与例如至少一个收发器装置(例如光/电设备)一起使用 的多芯光纤包括光学芯部元件，所述光学芯部元件包括容纳在公共外部包层内的至少两个 光学芯部元件的阵列，所述公共外部包层至少部分地由涂层包围，所述光学芯部元件的相 应中心沿第一参考线对准并且能够传输数据，并且所述多芯光纤包括至少一个着色部分， 所述着色部分限定带标记的多芯光纤。所述着色部分可以选自UV光可固化树脂材料和墨水 材料、以及它们组合，并且所述涂层可以包括颜色，并且所述至少一个着色部分可以包括与 所述涂层颜色相比相对不同的颜色。所述着色部分可以沿着所述多芯光纤延伸并且可以呈 连续线、间歇线、环或它们组合中的一个的形式。另外，所述着色部分可为与所述涂层相邻 的共挤出层和涂覆于所述涂层的外表面的材料、以及它们组合中的一种。所述着色部分大 体上设置成与所述参考线对准，或者所述着色部分可设置在其他位置，例如，大体上在所述 参考线上方。
[0008] 所述带标记的多芯光纤可以分组形式布置。例如，所述分组可以呈基质覆盖的光 纤带和松散设置的带标记的多芯光纤组、以及它们组合中的一个的形式。此外，电缆护套可 以包围至少一个带标记的多芯光纤和至少一个强度构件。另外，所述带标记的多芯光纤可 为包括至少一个光/电收发器系统的组件的一部分，所述光/电收发器系统具有至少一个发 射端口和至少一个接收端口以限定至少一个双向通信信道，此外，至少一个光纤连接器可 组装到所述带标记的多芯光纤，并且所述着色部分可以与对准所述光学芯部元件的所述光 纤连接器相关联，从而指示所述光学元件与所述光学连接器的对准。
[0009] 其他实施方式描述制造多芯光纤以及根据前述内容的其他方面的方法。示例性的 方法包括以下步骤:在能量源与检测器之间平移未涂布多芯光纤;导向所述能量源的射束， 以使所述射束至少部分入射在所述多芯光纤上，从而致使图像由所述检测器检测并且所述 检测器将输出发送至控制器;所述控制器确定所述多芯光纤中的所述芯部元件的至少一些 的取向，并且控制旋转或牵引装置而由此调整所述多芯光纤相对于其光学芯部元件和涂布 模头的取向；使得所述多芯光纤通过所述涂布模头并且将材料涂覆于所述多芯光纤，由此 限定涂层部分；以及以视觉上不同于所述涂层部分的着色部分形式涂覆材料。
[0010] 包括前述方法的变型为本公开的实施方式。例如，检测所述芯部元件中的至少一 些的所述图像的所述步骤可以包括通过作为所述光学芯部元件的相应部分的至少一种掺 杂剂来至少部分吸收能量，并且所述掺杂剂可以例如为锗掺杂剂。可根据本公开使用将潜 在地产生替代的吸收率和透射率特性的其他掺杂剂。或者，所述能量吸收步骤可以引起荧 光，并且确定所述芯部元件中的至少一些的所述取向的所述步骤可以涉及对所述荧光的成 像。在另一替代方案中，所述能量吸收步骤可引起折射率差异，并且检测所述图像的所述步 骤可以因此基于干涉测量。
[0011] 关于本公开制造线实施方式，确定所述多芯光纤中的所述芯部元件的至少一些的 所述取向可以包括在成像系统中对所述掺杂剂和包层的至少一种特性吸收波长带进行编 程。在其他实施方式中，将材料涂覆于所述涂层部分可以包括在视觉上与所述涂层部分不 同的着色部分，包括以下各项中的一个:将所述着色部分共挤出和将墨水涂覆于所述涂层 部分的所述外表面、以及它们组合。在本公开的其他实施方式中，涂覆所述着色部分可以包 括使着色部分形成有一或多个条带、点划线、环、或在其上形成一系列的环和条带、以及它 们组合中的一个。关于带标记的多芯光纤的示例性的分组，所述制造方法可以包括:平移至 少两个多芯光纤;将所述多芯光纤的所述着色部分分别对准;利用基质材料涂布所述多芯 光纤，使得所述多芯光纤容纳在所述基质中；固化所述基质材料；以及任选地将参考区段涂 覆于所述基质。
[0012] 作为本文所公开的实施方式的替代工艺，平移所述多芯光纤可以包括从拉丝塔拉 引未涂布的多芯光纤，或从卷轴供应具有着色部分的多芯光纤。关于拉丝塔的替代方案，涂 布所述多芯光纤的所述步骤可以在所述多芯光纤冷却后发生。此外，确定所述芯部元件取 向可以在所述涂层涂覆步骤前发生，并且可以包括在所述涂层涂覆前控制所述牵引装置。 此外，涂覆所述着色部分的所述步骤可为例如以下各种实施方式中的一个:在冷却步骤后 但在所述涂层涂覆步骤前将所述着色部分直接涂覆于所述玻璃、在所述涂层步骤后但在所 述涂层的固化步骤前将所述着色部分直接涂覆于所述涂层、在所述涂层的固化步骤后将所 述着色部分直接涂覆于所述涂层，以及它们组合。
[0013] 本文所述实施方式的其他特征和优点将阐述于以下详细描述，并且部分从这个描 述中将对本领域的技术人员显而易见，或通过实践本文(包括以下详细描述、权利要求书和 附图）所述实施方式来认识。此外，前述概述和以下详述描述各种实施方式，并且意图提供 用于理解所要求保护的主题的本质和特性的概述或构架。附图被包括来提供对各种实施方 式的进一步的理解，并且并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图例示本文所述各 种实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
[0014] 附图简述
[0015]附图构成本公开一部分：
[0016]图1示意性地描绘在涂覆着色部分前根据本文所示和所述的一或多个实施方式的 多芯光纤的一个实施方式；
[0017]图2示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的带标记的多芯光纤 的实施方式，其中至少一个着色部分例如沿芯部元件的公共轴线设置；
[0018] 图3示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的用于制造带标记的 多芯光纤的另一制造工艺；
[0019] 图4示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的用于制造带标记的 多芯光纤的示例性的制造工艺；
[0020]图5示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的多芯光纤，其中至 少一个能量射束发射跨过与至少一排芯部元件中的一些部分相邻的光纤；
[0021]图6示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的多芯光纤，其中至 少一个能量射束正被一排芯部元件中的至少一些部分拦截；
[0022] 图7示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的作为玻璃材料波长 的函数的透射率百分比；
[0023] 图8示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式实施在光纤带中的带 标记的多芯光纤的实施方式；
[0024] 图9示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的用于制造带标记的 多芯光纤的另一制造工艺；
[0025] 图10示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的具有至少一个带 标记的多芯光纤在其中的电缆的另一实施方式，其中至少一个着色部分例如相对于芯部元 件的公共轴线垂直设置；
[0026] 图11示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的多芯光纤的另一 实施方式，其中示出示例性Tx/Rx能力；
[0027] 图12示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的多芯光纤的另一 实施方式，其中示出与光学连接器对接的示例性Tx/Rx接口；以及
[0028] 图13示意性地描绘根据本文所示和所述的一或多个实施方式的多芯光纤的另一 实施方式，其中示出与键式光学连接器对接的示例性的接口。
[0029] 登述
[0030]现将详细参考多芯光纤的各种实施方式，所述多芯光纤实例例示在附图中。在任 何可能情況下，整个附图将用相同元件符号指代相同或相似的条目。更确切地，多芯光纤 ("MCF"）的一个实施方式大体包括公共外部包层，所述公共外部包层由二氧化硅基玻璃形 成并具有包层折射率。至少一个光学芯部元件设置在公共外部包层中，所述光学芯部元件 例如单模芯部元件或多模芯部元件或此类元件组合。芯部元件由例如二氧化硅基玻璃形 成，具有比包层高的折射率。相邻芯部元件之间的中心到中心间隔例如大于或等于约25wn 或更小。多芯光纤以及用于形成所述多芯光纤的方法的各种实施方式将在本文中具体参考 附图来更详细地描述。如本文使用的术语"多模"指代支持在例如850nm至1550nm的指定波 长下的多种模态的光的传播的芯部元件。多芯光纤由康宁公司（Coming Incorporated)的 美国专利号6，539,151和6,154,594中公开的示例性工艺制成，两个专利均为本申请的基础 并以引用方式并入本文。例如图1、图2和图11中示出的本公开的实施方式的多芯光纤是示 例性的，并且包括大体上圆形的外部形状以及圆形光学芯部元件14、15、16、17。然而，光学 芯部元件可为其他形状，如矩形、多边形、扁平形或椭圆形，如美国专利公布号US 20130177273 A1中所示，所述专利为本申请的基础并以引用方式并入本文。另外，多芯光纤 不同于圆形的外形（如矩形、六边形、部分扁平形和部分圆形外形）以及利用一系列的弯曲 表面来制成的多芯光纤如美国专利号13/485192中公开那样，并且可与本公开的实施方式 一起使用，所述专利为本申请的基础并以引用方式并入本文。
[0031]图1描绘MCF部件10，所述MCF部件具有例如容纳在公共外部包层11内的光学芯部 元件，例如芯部元件14、15、16和17,所述公共外部包层由涂层系统12覆盖，所述涂层系统包 括界定涂层系统12的一次涂层12a和二次涂层12b。涂层系统12包括至少一个第一参考区 段，所述第一参考区段包括由例如第一着色材料18形成的UV光可固化树脂。芯部元件14、 15、16、17大体上沿线"L1"循着所述芯部元件的相应中心对准。光学芯部元件14、15、16、17 可如例如图1、2和10所示那样来布置成一排。公共外部包层11包括具有包层折射率的二氧 化硅基玻璃。在一个实施方式中，光学芯部元件14和15被设计来传达数据，例如传输数据 (Tx)，并且芯部元件16和17被设计来传达数据，例如接收数据(Rx)(图11)。光纤连接器可附 接至MCF部件10并且例如将连接至光/电收发器装置（图11和图12)。连接器被键合(keyed) 来将芯部元件14和15与装置(如垂直腔面发射激光器发射器)对准以达Tx目的，并且芯部元 件16和17将与光学/电子接收器装置对准以达Rx目的（图13)。如上所述，MCF部件10可以具 有两个或更多个单模芯部元件、两个或更多个多模芯部元件、或单模芯部元件和多模芯部 元件的组合，所述芯部元件设置在公共外部包层11中。
[0032]操作者将使用至少一个第二参考区段在电缆的每一末端处使芯部元件14、15、16、 17与连接器对准。第二参考区段包括例如形成着色部分22(图2)的第二着色材料，所述着色 部分包含UV光可固化树脂。进一步参考图2，MCF部件10包括至少一个涂层作为涂层系统12 界定带标记的MCF 20的一部分，所述涂层例如由例如至少一种墨水颜色材料形成的层21、 22。例如，涂层包括:涂层部分21，所述涂层部分包括如蓝色或红色的光纤颜色；以及至少一 个相邻着色部分22,所述着色部分包括如黑色或白色的相对不同颜色。在示例性实施方式 中，着色部分22设置成与例如示例性线L1对准，并且着色部分22可以采取具有恒定或变化 宽度的连续或间歇条带或线的形式。在本文所述其他示例性实施方式中，着色部分22相对 于第一参考区段(例如着色部分18)来设置。着色部分22在例如以下意义上与涂层部分21相 邻:着色部分22被涂覆于涂层部分21的表面或替代地与涂层部分21共挤出，如下文进一步 所述。部分20与部分21之间的颜色差异在连接器附接工艺期间可由操作者利用或不利用专 业设备(如光学放大设备或照射设备)观察到。作为共挤出的替代方案，在相邻意义上，可以 涂覆至少一个着色部分22以与涂层21的厚度形成整体，或者利用一或多种涂覆器36(例如 印刷装置，例如喷墨型打印机)涂覆于涂层的表面（图3-4)。涂覆器可形成例如具有点和短 划线以及它们组合的连续或间歇线。在示例性实施方式中，涂覆器可位于涂布模头与UV光 固化装置之间，如下文进一步所述(图4)。
[0033]在另外示例性实施方式中，着色部分22可在芯部元件14、15、16、17上方与芯部元 件轴线(如参考示例性线L2(图10)所示)对准成相对于线L1约90度的角度。着色部分22的位 置和组成以及另外着色部分22可按需要添加，并且可以在需要时设置在相对于例如带标记 的MCF 20的中心的各种位置处，以便满足操作者的需求。换句话说，参考区段可放置在各种 径向位置，例如，带标记的MCF 20可具有与线L2(图10)对准的至少一个着色部分18和与线 L1 (图2)对准的至少一个着色部分22,或者两个着色部分18、22都可与线L2对准（图10)。着 色部分22相对于示例性线L1和L2的角精确度可取决于针对使用着色部分的应用的需求来 调整。一般来说，为了将带标记的MCF 20取向到连接器或在生产中识别光纤顶部目的，在示 例性实施方式中，角准确度可为大约例如+/-1弧度。
[0034]图3描绘示例性玻璃光纤制造工艺70,使得第一参考区段(例如着色部分18)在形 成MCF部件10的光纤拉引工艺期间设置在光纤上。用于制作多芯光纤的拉丝塔包括用于加 热具有多芯光纤构造的玻璃预成形件71的热炉72、直径监测器73和冷却系统74,所述冷却 系统用于将未涂布的多芯光纤75从高炉温冷却至低温以便允许涂覆例如UV可固化丙烯酸 酯涂层，从而保护玻璃纤维免受损坏。一旦容纳由包层11包围的芯部元件14、15、16、17的未 涂布的多芯光纤75冷却，就由涂布系统77a涂覆涂层系统12,并使所述涂层系统暴露于适当 能量(例如，相应UV光源)下进行固化。涂布系统77a包括两级，第一级涂覆一次涂层12a并随 后被固化，而第二级涂覆二次涂层12b并随后被固化，从而界定涂层系统12。在示例性实施 方式中，两个涂层都包括了单体、寡聚物、光引发剂和添加剂的UV可固化丙烯酸酯混合物， 并且在相应的固化站将所述混合物固化。一个这种示例性固化站78a在图3中示出。用于MCF 部件10的相关示例性的直径包括125mi的包层11、190mi的一次涂层12a和245mi的二次涂层 12b，这就是经涂布的多芯光纤(如MCF部件10)的直径。任选地，在需要另外直径大小的情况 下，制造线可包括利用涂布系统77b来涂覆半透明或透明涂层部分21的设备，所述涂层部分 由单级UV光站78b进行固化。涂层多芯光纤由牵引器80在箭头81的大体方向上牵拉。光纤旋 转装置79可位于涂层固化单元78b的下方。光纤旋转装置具有接合光纤的旋转元件以允许 光纤来回扭结。
[0035] 对芯部元件14、15、16、17的检测通过在将丙烯酸酯涂层涂覆于多芯光纤之前监测 所述芯部元件的位置来完成。更确切地，在涂层涂覆前，成像和控制系统76、76a、76b提供发 射波长"W"的能量射束的能量射束源76。射束入射在未涂布的多芯光纤75上，并且射束通过 成像装置76a成像，所述成像装置的输出发送至控制器76b，所述控制器将控制信号输出至 光纤旋转装置79以及如图4所示并参考图4所述的涂覆器36。控制器76b可操作来控制涂覆 器36,用以控制对着色部分18的涂覆。光纤旋转对准通过如上所述光纤旋转装置79完成，所 述光纤旋转装置是由控制器76b驱动以便控制多芯光纤的角对准，而非施加随机扭结。
[0036] 着色部分18可涂覆于各种位置，以便实现期望的形状和径向位置相对于芯部元件 的变化。为进一步说明，如参考涂覆器36(图4)所述，着色部分18可在沿制造线70(图3)的各 种站中涂覆，并且仍受控制器76b的控制。换句话说，涂覆器36可在涂布系统77a与固化站 78a之间的位置82a处将包含第一参考材料的材料(例如着色部分18)涂覆于湿润二次涂层 12b上，在固化站78a与涂布系统77b之间的位置82b处将所述材料涂覆于固化二次涂层12b 上，或通过与二次涂层12b共挤出来施加。着色部分18的前述添加的完成产生MCF部件10(图 1) 〇
[0037] 制造考虑因素在以下方面起作用:选择是将MCF部件10延伸成贮存在卷轴上并且 利用单独工艺（图4)来添加涂层21和着色部分22,还是任选地添加涂层21并针对上述另外 厚度工艺（图3)来添加第二参考(例如着色部分22)。例如，在任选工艺中，着色部分22可通 过以下方式添加至MCF部件10:定位涂覆器36,以便所述涂覆器在涂布系统77b与固化站78b 之间的位置82c(图3)处将参考区段涂覆于包含涂层21的湿润二次涂层上，或在固化站78b 之后的位置82d处将所述参考区段涂覆于包含涂层21的固化二次涂层上。也可实现前述内 容组合，例如，在将多个涂覆器36分别用于选定位置82a-82d的情况下。
[0038] 关于在上述工艺（图3)中对芯部元件14、15、16、17的检测和跟踪，第一种方法涉及 通过检测器76a检测光的部分或完全不存在。例如，在波长W下的光入射在未涂布的光纤75 上并且可由作为芯部元件的一部分的锗掺杂剂传递或吸收。由检测器76a进行的测量可通 过对一定波长的光的光学成像来进行，所述光会被锗高度吸收，从而引起对此类波长的遮 蔽或致使此类波长不存在。参考图7,图中示出随波长W(X轴）（以奈米来测量)而变化的透射 率百分比(Y轴），锗掺杂的玻璃在短于大约270nm的波长下具有较强光吸收性，如曲线C1所 示。通过比较，二氧化硅玻璃Si02中的强吸收率出现在显著更短波长下，如曲线C2所示(参 考文献例如1984年12月15日Applied Optics第23卷，第24期），换句话说，二氧化硅吸收在 短于大约180nm的波长下变得明显。大体上设置在约180nm的波长W1与约270nm的波长W2之 间的S区表示用于检测设置在未涂布的多芯光纤75的透明包层中的二氧化锗掺杂光学芯部 元件的示例性光谱区域。
[0039]因此，由成像控制系统76、76a、76b对嵌入二氧化硅包层11内的二氧化锗掺杂芯部 14、15、16、17的遮蔽效应的遮蔽测量大体上在S区中分别在约180nm与270nm之间的波长W1、 W2下进行。随波长带W1、W2而变并与S区相关联的透射率在约80-90%范围内。然而，可通过 调整所使用的波长来获得其他透射率，例如，包括R区（图7)，所述R区具有约W1的波长和约 300nm的相对较高波长，从而产生穿过未涂布的多芯光纤75的约70-80%的透射率范围。因 此，约180nm的最小波长W1可与本公开的实施方式一起使用。许多可商购的光源76是示例性 波长范围W1、W2中可利用的，包括在266、257和244nm下的激光器。非激光光源也是可利用 的，例如，所述非激光光源在W1、W2范围中操作(至少部分地操作），包括氘灯（190-400nm)、 氣(220-可见光)和240nm LED并可取自海洋光学器件公司(Ocean Optics Inc.)。
[0040] 在相对短的波长下，可引起锗掺杂的芯部发荧光并随后由成像系统76、76a、76b检 测。这种情况是可能的，因为当由350nm以下的波长的UV辐射激发时，锗掺杂的光纤和预成 形件可在接近420nm的波长W下发焚光，如在赫曼? M(Herman M)的「光纤和预成形件中的紫 外线激发的焚光（U1 traviolet-excited fluorescence in optical fibers and preforms)」，应用光学器件（Applied Optics)出版，第20卷，第4次发行，第701-706页 (1981)中所讨论的。上文所述吸收和荧光方法使用大部分由常规光纤涂层吸收的紫外光， 以便在光程中没有任何涂层的情况下进行这两种测量。
[0041] 因此，作为成像系统操作的光源76、检测器76a和控制器76b将调整来检测与光学 芯部元件相关联的掺杂剂(如在这个示例性实施方式中的锗掺杂剂）的光吸收或荧光特性 并对所述吸收或荧光特性做出反应。作为另一替代方案，光可侧向地透射穿过未涂布光纤 75并且折射率差异可再次通过干涉测量或可商购的成像技术来检测。在所有方法中，例如 在波长W1、W2之间的特性吸收带被编程到成像系统76、76a、76b中，并由成像系统76、76a、 76b穿过未涂布的多芯光纤75进行检测。
[0042]为进一步例示，图5和图6例示在冷却站74(图3)之后的位置处的示例性芯部元件 测量取向。图5描绘基于已知或特性吸收带（例如S区和R区）来导向如光束"W"的能量射束 (包括一或多种检测波长）的光源76,所述吸收带具有的波长边界W1、W2基于芯部元件14、 15、16、17和包层11(图7)的相关的掺杂剂(例如，锗）。射束W经过例如在一排或多排芯部元 件14、15、16、17之间的包层11，并且由检测器76 &(图5)对检测波长的遮蔽进行检测。例如， 在未涂布的光纤75的旋转因光纤旋转装置79的控制而变化时，由检测器76a对所接收的射 束W的检测波长的最大幅值的检测指示:射束W大体上平行于至少一排芯部元件14、15、16、 17,如线L1的情况(图1-2)。另一方面，图6描绘将射束W朝向外部包层11导向的源76,而检测 波长W主要入射在芯部元件14、15、16、17的掺杂剂上并且部分地或完全地由所述掺杂剂吸 收。因此，当未涂布的光纤75的旋转有所变化时，检测波长W可能不会被检测器76a检测到， 或在其他情况下，在成像系统中处于最小幅值，从而指示射束W大体上垂直于至少一排芯部 元件，如射束基本上平行于线L2的情况(图10)。
[0043] 检测器76a在任一示例性情况下（图5和6)将向控制器76b输出成像信息。控制器 76b包含可编程装置，如计算机或微处理器，并且所述控制器将编程来(作为一个输出控制 信号)调整光纤旋转装置79,以便控制在成像时(例如，在通过多光纤芯部的旋转时)多光纤 芯部相对于芯部元件的位置，以便允许最大检测波长值入射在检测器76a上。换句话说，在 图5所示实例中，控制器76b将控制光纤旋转装置79以，便芯部元件14、15、16、17将基本上平 行于射束W和线L2,着色部分18由此将由涂覆器36涂覆于多芯光纤的顶部（图1、2和10)。替 代地，如上文所提及，涂覆器36可整合到着色模头77a(共挤出模头）中，从而将着色部分18 与二次涂层12b-起共挤出。着色部分18可共挤出为包括基本上与涂层系统12相同的厚度 的UV可固化墨水材料条带。另外，涂覆器36可安装来移动至相对于MCF部件10的不同轴向或 径向位置。可使用多个涂覆器36,使得除了形成单个线或短划线条之外，还可将墨水的径向 环涂覆于涂层系统12、以及它们组合。此外，多芯光纤可在其外表面具有一系列的条带、短 划线、环或各种或类似颜色的一系列的条带、短划线、环，以及它们组合。
[0044]如上文所讨论，MCF部件10可在拉引线70上制成，卷成卷轴并且送入工厂中的仓 库。然而，为进一步说明并描述将MCF部件10作为输入端并产生带标记的MCF 20的替代工 艺，参考图4,图中描绘包括标记线30的示例性制造工艺。标记线30是大体上在箭头"A"的方 向上移动产品。标记线30包含扫描摄影机系统31、32,所述扫描摄影机系统检测如可见波长 光的能量，所述可见波长光是从MCF部件10的表面反射的光。因此，摄影机系统31、32检测 MCF部件10的表面上的着色部分18。这个信息被传输至控制器34以用于跟踪MCF部件10中芯 部元件的取向。示例性控制器、扫描摄像机和涂覆器公开在康宁电缆系统(Corning Cable Systems)的美国专利号6,293,081、5,904,037和5,729,966中，所述专利是本申请的基础并 以引用方式并入本文。
[0045] 为进一步解释工艺，牵拉机(caterpuller)是一种牵引装置，所述牵引装置利用移 动皮带，具有潜在可变的速度，被布置来摩擦地接合如光纤、电缆或电缆部件的伸长条目， 并且被布置来在大体上直线方向上拉引或推动条目，例如，将条目拉出卷轴并且所述条目 朝向挤出模头推进。参考图4,牵拉机33分别含有上驱动皮带33a和下驱动皮带33b。上驱动 皮带33a具有旋转驱动器，所述旋转驱动器在整个工艺中移动MCF部件10,并且下驱动皮带 33b具有侧向驱动器，所述侧向驱动器引起MCF部件10在皮带33a、33b之间滚动或扭结。控制 器34基于来自检测器31、32的输入调整牵拉机33的布局，使得基于对着色部分18的检测建 立MCF部件10的取向并维持与芯部元件14、15、16、17的关系。因而，1?^部件10通过着色模头 35,所述着色模头涂覆例如界定涂层部分21的UV可固化层，所述涂层部分可为半透明的、透 明的或具有如白色、红色或橙色的第一颜色。至少一个涂覆器36将第二材料以条带、短划线 或它们组合的形式涂覆于涂层部分21以界定着色部分22,所述着色部分将在视觉上与涂层 部分21不同，并且因此部分22可为第二颜色，例如，黑色或蓝色。涂层部分21和着色部分22 由UV光源37固化以产生带标记的MCF 20。为了操作者的连接器端接的目的，着色部分22界 定参考区段，并且在这个实施方式中，着色部分包括对操作者的观察来说在视觉上与涂层 部分21不同的颜色。
[0046]在另外示例性实施方式中，一或多个带标记的MCF 20可相对于另一材料层而受约 束，所述另一材料层如光纤带基质（图8)或紧密缓冲电缆护套（图10)。在这种情况下，可以 增加任选参考区段，所述参考区段包括凹槽、凹痕或着色部分，如着色部分52(图8)和着色 部分23a(图10)，并且所述着色部分在每种情况下大体上与相应着色部分22对准。
[0047]更确切地，MCF 20分组可以带材电缆50(图8)形式形成作为第一实例，所述带材电 缆具有对准在带材内的带标记的MCF 20。带标记的MCF 20与基质材料51粘结在一起，所述 基质材料例如UV光可固化丙烯酸酯基质。光纤带50中每一带标记的MCF 20的着色部分22可 例如大体上朝向带材的相同方向或相同侧面对准，如朝向着色部分52的侧面对准。替代地， 着色部分22可在相同的光学带内的不同方向上对准，例如，将由操作者用来作为传输数据 (Tx)的MCF 20可朝光纤带的一侧对准，而将由操作者用来作为接收数据(Rx)的MCF 20可朝 不同方向对准。例如，对准变化可根据与线L1或L2的约45的角度a(图8)来设定。
[0048] 光纤带50可与多光纤连接器接插，所述多光纤连接器例如可商购的推接式MP0或 M T P ?光纤连接器。作为图8的替代方案，光学芯部元件可布置成列格式（c 〇 1 u m n format)，以便光学芯部元件大体上与线L2而非线L1对准。整列光纤将允许每一光纤以相同 取向连接至光纤带的近侧和远侧两者上的收发器。基于逐排方式（如光学带50)，带材扭结 将布置光纤芯部，并且对于具有多列和多排的光学芯部元件的多芯光纤来说，具有芯部的 从左到右镜像变换布置的混合器(shuffle)在两个末端处将光学芯部元件维持在正确取向 上。
[0049]图9示出示例性光纤带制造线60,所述制造线大体上在方向"B"上移动具有带标记 的MCF 20的产品，所述带标记的MCF具有大体上对准的着色部分22。这意味着，着色部分各 自在相对于光纤的顶部中心的0-45度内，如图8所例示的角度a。工艺60具有一系列的光纤 放线(pay-off)组件61，例如，四至六个组件61，每一组件将所对准的MCF 20提供到涂布模 头66中，所述涂布模头利用基质材料51涂布带标记的MCF 20。光纤放线组件61的数目由制 造光学带50所需的带标记的MCF 20的数目来决定。例如，4光纤带将具有四个放线装置61， 并且12光纤带材将具有十二个放线装置61。放线组件61各自包括卷轴组件，所述卷轴组件 允许其带标记的MCF 20在受控张力下放线。扫描摄像机64被定位来观察带标记的MCF 20以 便确定着色区段22的取向，并且向驱动马达63提供反馈控制信号65,所述驱动马达旋转相 应卷轴组件62以控制MCF 20的取向。继而由UV光源67固化基质材料51，以产生具有MCF 20 的光纤带50,所述MCF 20具有着色部分22,所述着色部分如上所述可根据相同或不同的角 度来对准。
[0050]如上所述，一或多个带标记的MCF 20可相对于另一材料层而受约束，所述另一材 料层如紧密缓冲电缆护套（图10)。在这种情况下，可以增加任选参考区段，所述参考区段包 括凹槽、凹痕或着色部分，如着色部分23a(图10)。类似于制造光纤带50的工艺，扫描摄像机 可用于检测着色部分22,并随后挤出模头将在涂层部分21上挤出紧密缓冲电缆护套，并且 另一涂覆器36将涂覆着色部分23a。
[0051]前述实施方式允许在带标记的MCF 20的两个末端上使用单收发器设计，并还允许 组装零件的操作者在带标记的MCF 20的任一末端上使用相同端接工艺。例如，近侧收发器 (未示出）可具有两个发射端口 T1和T2以及两个接收端口 R1和R2。从收发器的末端观察，端 口将被从左到右例如布置为1'132、1?2、1?1(图11)。外部两个端口1'1、1?1界定双向通信信道1， 并且内部两个端口 T2、R2界定双向通信信道2。具有向上定位在近侧收发器中的着色部分22 的带标记的MCF 20将使芯部元件14与发射器T1通信，使芯部元件15与发射器T2通信，使芯 部元件16与接收器R2通信，并且使芯部元件17与接收器R1通信。多芯光纤远端将以与在向 上位置中取向的着色部分22相同的取向放入远侧收发器中，从而将芯部元件14与接收器R1 对准并将芯部元件17与发射器T1对准。因此，在近侧收发器中来自发射器T1的信号将通过 芯部元件14去往远侧收发器中的接收器R1。同样，在远侧收发器中来自发射器T1的信号将 通过芯部元件17去往近侧收发器中的接收器R1。当连接器附接至带标记的MCF 20时，连接 器与朝连接器顶部的着色部分22在光纤两个末端上一起组装，从而将确保芯部14、15、16、 17与正确端口对准。
[0052] 为进一步说明，参考线L2处于带标记的MCF 20的对称线上，所述对称线不与任何 芯部元件相交，并且带标记的MCF 20的线L2(图10)左手侧上的光学芯部元件(例如，芯部元 件14和15)具有基本上为线L2右侧上的芯部元件(例如，芯部元件16和17)的对应镜像。在示 例性实施方式中，当电缆弯曲成180度的环时，如在工厂端接工艺中的情况并如图11所示， 芯部元件14和15界定一对对应芯部元件，并且芯部元件16和17也界定了一对对应芯部元 件。芯部元件14和15处于线L2上方，并且设置用于与在电缆的近端"P"处的发射器光学通 信。在电缆的远端"D"处，芯部元件14、15处于线L2下方以用于与接收器光学通信。类似地， 芯部元件16和17被设置在带标记的MCF 20的远端D处位于线L2上方以用于与发射器光学通 信，并且在带标记的MCF 20的近端P处，所述芯部元件处于线L2下方以用于与接收器光学通 信。换句话说，每一芯部元件14、15、16、17在每一末端P和D处例如连接至相应的光学连接 器，所述相应的光学连接器又与收发器相关联。例如，为完成在两侧上的正确连接，可在两 个末端上使用相同的收发器设计，并且操作者将确认至少一个着色部分22被定位来指示光 学元件与光学连接器的对准。发射器和接收器的相对位置不需要反转，因此简化收发器的 设计和部署。例如，与线L2对准的着色部分22处于光纤/电缆的两个末端处的顶部处，并且 将与连接器对准以供端接。
[0053] 作为进一步说明，带标记的MCF 20可与连接器部分25a、25b对接，所述连接器部分 具有相应成角度的抛光末端20a、20b，如图12所示。成角度的抛光末端20a、20b相对于芯部 14、15、16、17以一种方式取向，所述方式使得抛光末端可布置用于利用如连接器、中跨连接 器26或收发器的装置连接在任一末端P、D上。线L2大体上在成角度的抛光表面20a、20b的平 面内，而线L1与光学芯部元件14、15、16、17对准并且经过成角度的抛光平面但大体上横向 于成角度的抛光面(polish)的平面。线L1将形成相对于成角度的抛光表面的角度，所述角 度大体上等于抛光面的角度。抛光角度例如为相对于线L1的约8-9度的角度。带标记的MCF 20的两个末端P、D可由植绒抛光的工艺制备。示例性植绒抛光技术描述于Coming Cables Systems的美国专利第6,106,368号中，所述专利是本申请的基础并且以引用方式併入本 文。对于配接连接器零件的取向来说，光学连接器包括楔形件27(图13)。在示例性实施方式 中，着色部分22与楔形件27沿同一轴线对准，并且线L2大体上也与楔形件27对准。楔形件27 的布局是处于相对于光学芯部元件和L1的角度0处（图13)，并且角度0可在约45度至约90度 范围内。着色部分18可与着色部分22对准（图10)或与所述着色部分径向偏移（图2)。带标记 的MCF 20的两个末端可如上所述被附接至相应光纤连接器从而界定跳线电缆组件，或仅一 个末端可被附接至连接器从而界定尾纤电缆组件。如上所述，着色部分18和22可相对于彼 此处于非对准位置中（图2)并且在接插期间如此。在替代实施方式中，着色部分22将处于近 侧端接侧的第一侧面上，并且处于远侧端接侧的相反侧面上，并且着色部分18处于顶部上 (图12)，并且涂层21应为透明或半透明的，以便可穿过着色部分18来观察所述着色部分。
[0054]本领域的技术人员将会清楚，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况 下，可对本文所述实施方式做出各种修改和变化。因此，本说明书意图涵盖本文所述各种实 施方式的修改和变化，只要此类修改和变化在所附权利要求书和其等效物范围内即可。
【主权项】
1. 一种带标记的多芯光纤，所述带标记的多芯光纤包括： a) 光学芯部元件，所述光学芯部元件界定容纳在公共外部包层内的至少两个光学芯部 元件的阵列，所述公共外部包层至少部分地由设置在所述包层外部的涂层包围，并且所述 光学芯部元件大体上沿第一参考线对准并且能够传输数据；以及 b) 所述多芯光纤，所述多芯光纤包括与所述涂层相邻的至少一个参考区段。2. 根据权利要求1所述的多芯光纤，其特征在于，所述参考区段包括至少一个着色部 分，并且所述涂层包含着色材料。3. 根据权利要求1或2所述的多芯光纤，其特征在于，所述着色部分选自UV光可固化树 脂材料和墨水材料、以及它们组合。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的多芯光纤，其特征在于，所述涂层包括颜色，并且 所述至少一个着色部分包括与所述涂层颜色相比相对不同的颜色。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的多芯光纤，其特征在于，所述着色部分沿着所述 多芯光纤延伸，并包括连续线、间歇线、环和它们组合中的一个的形式。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的多芯光纤，其特征在于，所述着色部分包括以下 各项中的一个:与所述涂层相邻的共挤出层和涂覆到所述涂层的外表面的材料、以及它们 组合。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的多芯光纤，其特征在于，所述着色部分包括被设 置成大体上与所述参考线对准。8. 根据权利要求1至6中任一项所述的多芯光纤，其特征在于，所述着色部分包括被设 置成大体上在所述参考线上方。9. 一种根据权利要求1至8中任一项所述的多芯光纤分组，所述分组呈光纤带和松散设 置的多芯光纤组、以及它们组合中的一个的形式。10. -种光纤电缆，所述光纤电缆包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的多 芯光纤，其中电缆护套包围所述至少一个多芯光纤和至少一个强度构件。11. 一种组件，所述组件包括至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的多芯光纤，所 述组件进一步包括:至少一个收发器，所述至少一个收发器具有至少一个发射端口和至少 一个接收端口以界定至少一个双向通信信道;至少一个光纤连接器，所述光纤连接器被组 装到所述多芯光纤，并且所述着色部分与所述光纤连接器相关联，从而将所述光学芯部元 件与所述光学连接器对准。12. -种制造具有至少一个着色部分的多芯光纤的方法，所述方法包括以下步骤： a) 在能量源与检测器之间平移多芯光纤； b) 导向所述能量源的射束以使所述射束至少部分入射在所述多芯光纤上，并且致使所 述射束和所述多芯光纤的相交部的图像将通过所述检测器检测，并且所述检测器将与所述 图像有关的输出信号发送至控制器； c) 所述控制器确定所述多芯光纤中的所述芯部元件的至少一些的取向，并且将控制信 号输出提供到与所述多芯光纤接合的牵引装置，从而控制所述牵引装置并动态地调整所述 多芯光纤相对于其光学芯部元件和涂布模头的取向； d) 使得所述多芯光纤通过所述涂布模头； e) 所述涂布模头将可固化层涂覆至所述多芯光纤并且由此界定涂层部分；以及 f)以视觉上不同于所述涂层部分的着色部分形式涂覆与所述涂层部分相邻的材料。13. 根据权利要求12所述的方法，检测所述芯部元件中的至少一些芯部元件的所述图 像的所述步骤包括至少部分地由至少一种掺杂剂和一个包层吸收所述能量。14. 根据权利要求13所述的方法，所述部分能量吸收步骤至少部分地由锗掺杂剂引起。15. 根据权利要求12至14中任一项所述的方法，所述能量吸收步骤引起荧光，并且确定 所述芯部元件中的至少一些芯部元件的所述取向的所述步骤包括对所述荧光的成像。16. 根据权利要求12至14中任一项所述的方法，所述能量吸收步骤引起折射率差异，并 且对所述图像进行检测的所述步骤包括干涉测量。17. 根据权利要求12至16中任一项所述的方法，确定所述多芯光纤中的所述芯部元件 中的至少一些芯部元件的所述取向的所述步骤包括在包括所述控制器的成像系统中对大 致在约180nm与2 70nm之间的至少一个特性吸收波长带编程。18. 根据权利要求12至17中任一项所述的方法，涂覆与所述涂层部分相邻的材料的所 述步骤包括使得着色部分在视觉上不同于所述涂层部分，并且包括将所述着色部分共挤出 和将墨水涂覆于所述涂层部分的所述外表面、以及它们组合中的一个。19. 根据权利要求12至18中任一项所述的方法，涂覆所述着色部分的所述步骤包括以 下各项中的一个:形成具有一或多个条带、点划线、环的所述部分，或者一系列环和条带，和 其组合。20. -种制造光纤带的方法，包括： a) 平移至少两个根据权利要求12至19中任一项所述的方法制造的多芯光纤； b) 将所述多芯光纤的所述着色部分分别对准；以及 c) 利用可固化基质材料涂布所述多芯光纤并且固化所述基质材料。21. 根据权利要求20所述的制造多芯光纤的方法，所述平移步骤包括从拉丝塔拉引所 述多芯光纤。22. 根据权利要求20或21所述的制造多芯光纤的方法，涂布所述多芯光纤的所述步骤 在所述多芯光纤冷却后发生。23. 根据权利要求20至22中任一项所述的制造多芯光纤的方法，确定所述芯部元件取 向的所述步骤在所述涂层涂覆步骤前发生。24. 根据权利要求21至23中任一项所述的制造多芯光纤的方法，涂覆所述着色部分的 所述步骤包括以下各项中的一个： a) 在所述涂布步骤后但在所述涂层固化步骤前直接涂覆与所述涂层相邻的所述着色 部分； b) 在所述涂层的固化步骤之后，将所述着色部分相邻于所述涂层直接涂覆；以及 c) 步骤a)和b)的组合。25. 根据权利要求12所述的方法，确定所述多芯光纤中的所述芯部元件的至少一些芯 部元件的所述取向的所述步骤包括对具有约180nm的最小值的至少一个特性吸收波长带编 程。26. -种包括至少一个带标记的多芯光纤的光纤组件，所述光纤组件包括： (a)所述带标记的多芯光纤包括光学芯部元件，所述光学芯部元件界定容纳在公共外 部包层内的至少两个光学芯部元件的阵列，所述公共外部包层至少部分地由设置在所述包 层外部的涂层包围，并且所述光学芯部元件大体上沿第一参考线对准并且能够传输数据； 以及 (b)所述多芯光纤进一步包括多芯光纤的近端和远端以及与所述涂层相邻的至少一个 参考区段，所述参考区段与第二参考线对准； (C)所述第一参考线和所述第二参考线界定关于所述多芯光纤的中心的径向角度，所 述光学芯部元件大体上布置成一列光学芯部元件，所述列的光学芯部元件与所述参考区段 对准，并且每一光学芯部元件被布置来分别以相同取向连接至所述近端和所述远端两者上 的收发器。27. 根据权利要求26所述的光纤组件，所述组件包括至少两组多芯光纤，所述至少两组 多芯光纤包括成列和成排的光学芯部元件，所述组件进一步包括混合器，所述混合器具有 所述芯部的从左到右镜像变换布置，由此所述光学芯部元件与所述参考区段对准，并且每 一光学芯部元件被布置来以所述相同取向分别连接至所述近端和所述远端两者上的收发 器。28. -种光纤系统，所述光纤系统包括具有近端和远端的至少一个带标记的多芯光纤 以及与所述近端和所述远端光学端接的相应的收发器，所述光纤系统包括： (a) 光学芯部元件，所述光学芯部元件界定容纳在公共外部包层内的至少两个光学芯 部元件的阵列，所述公共外部包层至少部分地由设置在所述包层外部的涂层包围，并且所 述光学芯部元件大体上沿第一参考线对准并且能够传输数据； (b) 至少一个参考区段，所述至少一个参考区段与所述涂层相邻，所述参考区段与第二 参考线对准； (c) 收发器，所述收发器分别与所述近端和所述远端端接，从而界定近侧收发器和远侧 收发器，每一收发器包括至少两个发射端口和至少两个接收端口，所述端口以及相应光学 芯部元件被布置成使得所述外部两个端口界定第一双向通信信道，并且所述内部端口界定 第二双向通信信道;以及 (d) 所述近侧收发器和所述远侧收发器为相同取向，其中所述参考区段相对于所述收 发器取向在相同位置，从而将所述光学芯部元件与所述收发器的相应的发射器和接收器对 准。29. 根据权利要求28所述的光纤系统，其特征在于，所述系统包括相应的光纤连接器， 所述光纤连接器中的每者包括用于与所述近侧收发器和所述远侧收发器中的每者对准的 参考结构、以及多芯光纤，并且每一所述光纤连接器被组装到所述相应的收发器，其中所述 参考区段朝所述多芯光纤的两个末端上的所述连接器的所述参考结构对准，由此将所述端 口和所述光学芯部元件对准。30. -种光纤组件，所述光纤组件包括具有至少一个末端的至少一个带标记的多芯光 纤，所述末端具有成角度的表面区域，所述带标记的多芯光纤进一步包括： (a) 光学芯部元件，所述光学芯部元件界定容纳在公共外部包层内的至少两个光学芯 部元件的阵列，所述公共外部包层至少部分地由设置在所述包层外部的涂层包围，并且所 述光学芯部元件大体上沿第一参考线对准并且能够发射数据； (b) 界定所述多芯光纤的近端和远端的两个末端，以及与所述涂层相邻的至少一个参 考区段，所述参考区段与第二参考线对准； (C)所述第一参考线和所述第二参考线界定关于所述多芯光纤的所述中心的径向角 度，并且每一光学芯部元件被布置来分别连接至光学装置； (d) 成角度的表面区域，所述成角度的表面区域包括相对于所述光学芯部元件和所述 参考区段的取向，并且所述成角度的表面区域与所述光学装置中的至少一个对接，所述第 一参考线大体上横向于所述成角度的表面区域并且相对于所述成角度的表面区域成角度， 并且所述第二参考线大体上沿所述成角度的表面区域横向设置并与所述参考区段对准；以 及 (e) 所述参考区段与至少一个其他光学装置对准，其中所述参考区段相对于此类其他 装置取向在相同位置，由此将所述光学芯部元件与所述光学装置对准。
【文档编号】G02B6/44GK105899981SQ201480072427
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月5日
【发明人】塞尔顿·大卫·本杰明, 凯文·华莱士·贝内特, 道格拉斯·卢埃林·巴特勒, 威廉·卡尔·赫尔利
【申请人】康宁光电通信有限责任公司