本发明涉及制造光纤耦合器阵列的装置和方法，更准确地说涉及制造宽带4×4光纤耦合器阵列和混合连接熔接锥形装置。 在远程通信局部回路中，越来越多地使用到无源光导网络。许多这种系统是依赖于大量单个（2×2和2×1）耦合器的共同连接来得到所要求的多路分支。这样的耦合器阵列是巨大的，其性能差，生产耗费时间长，并具有过高的额外损耗。
本发明的目的是提供克服了现有技术缺点的光纤耦合器阵列的制造装置和方法。
本发明通过形成由2×2光纤耦合器组成的方阵来提供制造n×n光纤耦合器的装置，该装置包含一形成每个2×2光纤耦合器的相应的装配单元，和以预定方式连接2×2光纤耦合器的连接装置，每个装配单元包含一个固定双纽光纤的固定件、将光纤的温度升高到它们的熔点的加热装置，以及拉直光纤的拉伸装置，装配单元的特征在于每个加热装置在拉伸过程中将有关的光纤在其恒定区域内加热。
利用矩阵在单个小型装置中制造耦合器与将各个耦合器连接相比较具有许多优点。从而，性能上得到全面改进，光纤束减至最小，以及安装耦合装置地尺寸减小。制造成本和工时也大为减少。
在一个最佳实施例中，n＝4和m＝4。在这种情况下，该装置可用于制做一个4×4宽带耦合器装置。尽管该装置可用于制造具有较大阵列（例如4×8、16×16、32×32）的耦合器，但获得成功产品的概率随阵列的增加而降低。尽管2×4装置也有用，但4×4装置在性能、复杂性、尺寸和产生的产品之间给予最佳平衡。2×4和4×4装置均为大分解矩阵提供实用的结构单元。还有另一优点是80%的不能成为4×4的装置可产生满意的2×4装置。
便利地，每个固定件安装于一个相应的工作台，工作台由公共基座支撑进行往复线性移动，且每个工作台装有一个步进电机供其相对于基座作往复运动。更可取地，对于一个4×4装置，工作台成对安装在加热装置的对侧。
更好的是，加热装置由一对加热配件组成，加热配件放置在连接装置的对侧并与相应的一对工作台邻接。方便地，每个加热配件由一对煤气灯组成，每一煤气灯与相应双纽光纤对准。与每个煤气灯有关的也许有一个相应的陶瓷坩埚，陶瓷材料坩埚围绕双纽光纤定尺寸并成形。
便利地，加热配件由基座支撑以与工作台同样的方向作往复线性移动，且每个加热配件通过齿轮传动装置由一个相邻工作台的步进电机驱动，该齿轮传动装置将加热配件的移动速度减小到相应那对工作台移动速度的一半。
更可取地，连接装置包含用通道形成的插件，用于在2×2光纤耦合器之间以预定路径引导光纤。方便地，通道是如此形成即放置其中的光纤没有一根以大于最小弯曲半径的半径弯曲。
本发明还提供一种制造n×n光纤耦合器的方法，该方法包含形成由2×2光纤耦合器组成的m方阵的步骤，并且以预定方式连接2×2光纤耦合器。
现借助实施例和参照附图对用于制造宽带4×4光纤耦合器阵列并根据本发明构造的装置进行详细描述，在附图中：
图1是该装置的平面示意图;
图2是制造工序流程图;
图3是该装置的过程控制和监控分布的图形表示。
参照附图，图1表示光纤耦合器制造装置具有4个工作台1安装于基座（未示出）。如图3所示，该装置是用来通过由4个2×2光纤耦合器C1至C4将光纤f1至f4中每一个与其它每个光纤耦合形成一个4×4耦合器阵列。由此，耦合器C1耦合光纤f1和f2，耦合器C2耦合光纤f3和f4，耦合器C3耦合光纤f1和f3，耦合器C4耦合光纤f2和f4。工作台1是可移动的，沿箭头2所指的方向，由相应步进电机3驱动。工作台1成对安装于一般由标号4表示的光纤耦合器制造区域的对侧，每个工作台已固定到一个滑动架5，在滑动架5中可旋转地安装着一个相应的卡盘6。每个卡盘6用一对平行的通道（未示出）形成，用于接收相应的双芯光纤光缆7的相应光纤f1和f4。使用时，光纤f1至f4相对卡紧于卡盘6中，该卡盘相对于它们的滑动架5是可旋转的以扭转光纤。
一个跨越支架8放置于区域4的中心位置，支架8支撑着插件9并固定于基座上。插件9由在区域4中容纳和限制光纤f1至f4的通道（未示出）形成。在插件9的通道中，光纤f1至f4没有一个以大于最小弯曲半径的半径弯曲。光纤f1至f4固定在插件9中的通道内，例如通过粘合。
相应的加热配件10放置于跨越支架8和每对工作台1之间。每个加热配件10具有一对煤气灯11，每个煤气灯与一对相应的光纤f1和f2，f3和f4，f1和f3，f2和f4对准。每个灯11装有一个煤气进气管12，和一排出气孔13。所用煤气是氧、氮、氢的混合物。每一加热配件10分别装有进水和出水管14a，14b，借助于进水管和出水管该配件可以由所通过的水进行冷却。一个加热配件10装有用来在出气孔13点燃煤气的火花点火器15，另一加热配件具有用于测量温度的热电偶器16。热电偶器的输出传递给由软件控制的控制站（未示出）。在每个煤气灯11上有一相应的U-型陶瓷材料坩埚（未示出），每一个坩锅围绕相应光纤对f1和f2，f3和f4，f1和f3，以及f2和f4安装。坩锅帮助确保每一光纤对均匀加热，因此改善耦合器C1至C4的性能。
加热配件10可滑动地安装在基座上以箭头2所指的方向移动。进而，每一配件10通过相应的步进电机3与邻接工作台1一起移动。为了确保每个灯11加热恒定长度的相关光纤对f1和f2，f3和f4，f1和f3，以及f2和f4，让加热配件10以相应工作台1一半的速率进行移动。这由导杆17和合适的齿轮传动装置（未示出）来完成。弹簧18用来使加热配件10在耦合器C1至C4形成之后返回它们的初始位置。加热配件10的高度可由测距器19调节。
每个耦合器C1至C4是标准的锥形熔接耦合器，也就是说它是通过加热和拉直一对双纽光纤而形成的。象所有这种类型的耦合器一样，具有精细的光纤拉伸控制是必不可少的。上述装置通过精确控制熔接温度和拉伸速度获得这种控制，这些参量用由软件控制的控制站进行控制。作为进一步的保护，一种滑动离合器（未示出）与每个步进电机3相关联，滑动离合器用于作为过载保护装置以防止光纤f1至f4的过拉伸。
四个耦合器C1至C4同时进行拉伸，在1300毫微米和1550毫微米时在所有耦合器中不断监测耦合速率。为达到这点，使用了四个激光器L1至L4（每个波长2个）和4个积分球探测器D1至D4（见图3）。两个激光器L1至L2（每个波长一个）是多路传输的并射入光纤f1，其它两个激光器L3和L4类似地射入光纤f4。光纤f1用于作为耦合器C1和C3的直通引线，类似地光纤f4用于供给耦合器C2和C4。
为了连续计算C1（或C2）的耦合率，有必要仅仅激发输入该耦合器的激光器L1和L2（或L3和L4）。通过比较耦合器C3输出的总功率与耦合器C4输出的总功率形成耦合比率。
因此，对于耦合器C1，耦合率＝（D1+D2）的功率/（D1+D2+D3+D4）的功率。
对于耦合器C3和C4，该计算是每个输出引线功率的直接比率。
因此，对于耦合器C3，耦合率＝D1的功率/（D1+D2）的功率。
如果耦合器C3或者耦合器C4的额外损耗过高，则计算耦合器C1和C2的耦合率时会产生误差，但是，由于目的是获得实际上25%的端口至端口的耦合率，假若该装置的总的额外损耗小于0.5dB，这是可以忽略的。
探测器D1至D4的输出输送给控制站，它控制步进电机3和煤气灯11以确保每个耦合器C1至C4具有0.5的耦合率。事实上，耦合率是连续计算的，当获得所期望的耦合率之后，则关掉步进电机3。应该注意，在熔接温度的耦合率不同于室温下的耦合率，因此控制站的软件必须考虑到这点（通过给每个允许这种差异的耦合器C1至C4设置一个目标耦合率）。
本装置的操作现参照图2所示的流程图进行描述。随着该程序的开始（在21），首先设置参量，亦即步进电机3的拉伸速度，步进电机的加速和减速速率，以及每个灯11的温度范围（在步骤22）。所有输出装置（即步进电机3和灯11）均禁止使用（步骤23），由此防止这些装置动作直到实际需要。然后每对光纤之一插入相应的卡盘6进行预斜削（步骤24）。每对光纤中的一条进行预斜削使得每对光纤具有不同的传导比率。这防止光纤的100%过耦合，并确保在从1250到1600毫微米的波长范围内有相同的耦合率。通过在全功率时输入所有4个激光器L1至L4并将探测器调整到100%，探测器D1至D4则被校准（步骤25）。然后设置预斜削的长度（步骤26），起动步进电机3（步骤27），打开煤气灯11（步骤28）。对光纤预斜削进行不断的检查直到达到预置极限（步骤29），这之后关掉煤气灯11（步骤30），并关掉电机3（步骤31）。本程序的这一初始化阶段结束于对过量损耗的检查（步骤32）。这项检测用激光器L1至L4以及探测器D1至D4进行。如果具有过量损耗，则移去光纤（步骤33），并重新开始整个过程。
如果不存在过量损耗，光纤在它们的探测器末端被分解（步骤34），以确保探测器D1至D4的稳定功率输出。然后光纤对f1和f2，f3和f4，f1和f3，以及f2和f4装入它们的卡盘6（步骤35）。然后重新校准探测器D1至D4（步骤36），考虑到初始化程序阶段所引入的任何损耗，有必要进行这种重新校准，接下来每对光纤以360°与720°之间的典型角度进行扭绞（步骤37）。电机3和煤气灯11接通（分别在步骤38和39）。然后开始耦合程序（步骤40），亦即对所有激光器L1至L4功率在探测器D1至D4得到监测，耦合器C1至C2的耦合率以探测器测得的功率计算，并将所测得的耦合率与预置耦合率进行比较。由控制站软件控制程序继续运行直到所测得的耦合率与预置耦合率匹配，在这个阶段结束耦合程序（步骤41）。让光纤冷却之后（步骤42），进行检查（步骤43）以确定耦合率是否与预置值匹配。如果不匹配，则移去光纤（步骤33）并且整个过程重新开始。
如果耦合率是符合的，则装配插件9（步骤44）。这需要每个耦合器C1至C4上粘接3毫米直径的U-形硅通道部件。然后大面积的硅晶扯与插件9及通道部件粘合（步骤45）。最后，分解所有8个光纤的末端（步骤46），并从本装置移去已完成的耦合器阵列（步骤47）。然后结束该程序（步骤48）。
尽管以上对本装置的描述是特别用于形成4×4光纤耦合器，很明显能够对它进行修改用于形成具有不同结构（例如：2×4、8×8等等）的耦合器。本装置也可用于制造串级的WDM三辊拉伸机以及马赫-伦德尔装置。