CN100342252C - 光纤电缆终端装置及制造方法、光纤电缆连接器和光纤对准连接方法 - Google Patents

Abstract

使用一反射器系统来形成用于光纤电缆和电光转换器装置的一光束分散和准直终端(20)和耦合器(59)，所述电光转换器装置包括射线源和/或探测器。通过将一磁性元件耦合至缆芯或反射器系统(40)并且施加一可控磁场以提供对准，然后利用光固化性环氧树脂来固定部件，可以提供光纤电缆的光芯(30)或反射器系统的光导与一转换器的对准。除了一电子探测器外或取而代之，在视觉上使一反射器准直器/光束分散器与一源对准，以避免在对准部件时需要将一信号经该系统发送至一探测器。给装置的输出表面赋予一略微弯曲的反射面以使反射光偏向远离该装置的光轴(77)，从而抑制一多反射器光学系统中的空气-固体介面间的反射。

Description

光纤电缆终端装置及制造方法、光纤电缆连接器和光纤对准连接方法

技术领域

本发明涉及电光转换器和光传输装置，尤其涉及发光探测转换器及其光传输系统，并且涉及用于对准这种系统和转换器的装置和方法。本发明也涉及光纤电缆，尤其涉及终端、连接器、对准装置和用来端接光纤电缆的光学系统和方法。

背景技术

在电光转换器使用中设置光传输系统长期以来就存在问题，尤其是在用光纤电缆来传输的通信系统中。

所传输的极小直径光束以及经常用于产生或检测信号的小尺寸半导体器件已使电光转换器的耦合较为复杂。任何积聚在信号光学路径上的异物如污垢和灰尘都可能严重危及系统的完整性和可操作性。

使用光纤电缆进行传输的难点也已众所周知。例如，设置适当的终端和连接器以将两条光纤电缆连在一起一直是苛求的问题。普遍使用如有8微米(0.008米)极小直径的单模光学光导使此问题变得严重了。光纤电缆的精确对准通常是一个费时且严格的过程。

标准的商用对接型单模光纤连接器存在着许多问题。首先，它们比较精密、易脏、难清洁且容易受损。对于必须在恶劣环境中工作的多通道连接器而言，这些问题甚至更加严重。

过去，已有人提出许多改进这种现有的连接器的方案，其中包括提议使用扩束型连接器。这种连接器使用不同类型的透镜来准直和传播由光导发出的光束。然后，使用一相同的透镜系统来终止待耦合到第一电缆的另一电缆的末端并且将这两个末端连在一起。第二透镜系统将光束重新聚焦到第二光导上，以便通过第二电缆传输信号。

用于这种现有的扩束型连接器的光学系统包括用来扩大和准直光束的球面透镜、“GRIN”透镜(分级折射透镜)和模制非球面透镜。

这种扩束型连接器的优点包括尽量抑制易脏和对横向未对准的敏感性，以及尽量减小光导末端之间的间隙大小。

但是，现有的扩束型连接器和技术存在着若干问题。这些问题包括较高的光损耗和高成本。实际上，这样的成本已认为是用于许多商业应用的限制条件。此外，人们认为现有设计较难或者在现场即工厂、实验室或其它这种设施以外的地方根本不可能正确安装。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提供可以克服或减轻上述问题的电光转换器装置和光纤电缆终端装置、连接器及共轴对准装置和方法。

尤其是，本发明的一个目的是提供可以克服或减轻现有扩束型装置所遇到问题的扩束型终端和连接器及共轴对准装置和方法。

尤其是，本发明的一个目的是提供电光转换器和光纤电缆终端装置和连接器，它们尽可能具有多项下述有利特性：低成本，低损耗，低背反射，小尺寸，坚固耐用，不易脏，易清洁，能够现场安装，较高的光功率传输能力；适用于恶劣环境；能够标准化。

本发明的一个目的是提供这样一种装置和方法，它能够利用单模光导和多通道电缆来工作，它有非二向色性并保留传输导光线的偏振。

本发明的一个目的是提供一种用来扩大和准直光束且尤其是光纤电缆光束的整体式多反射器光学装置。

根据本发明，通过提供一种电光转换器来实现上述目的，该电光转换器具有输入/输出光传输系统，其中借助双反射器光学系统来传播输出，该系统避免了为此使用折射装置的问题。该双反射器系统最好直接或经光导如光纤电缆耦合至转换器上。最好通过将光纤导体和双反射器系统中的其中一个耦合至透磁件并利用磁通量来移动此元件地使之彼此对准。

通过提供如下所述的光纤电缆终端装置、连接器和对准装置和方法，同样实现了涉及光纤电缆的本发明的目的。

本发明提供一种光纤电缆终端装置，它包括：外壳，用来支承并且保持具有末端的光纤导体；一个第一反射器，它固定在所述外壳上并且按照接收并反射从所述末端发出的光线的方式定位；一个第二反射器，它固定在所述外壳上并被定位成接收由所述第一反射器反射的光线并以直径基本上大于由所述末端发出的光线直径的准直光束的形式来投射所述光线；一个透磁元件，它定位在所述外壳内并响应于外部磁场来横向移动所述末端。

本发明还提供一种光纤电缆连接器，它包括：长条形管状外壳，两条光纤电缆的末端延伸至外壳的相对端内并且末端彼此相邻；由透磁材料制成的元件，它定位在外壳内并耦合到至少一个末端上，以便响应于外部磁场来移动所述末端，所述外壳能接受固化射线，并且所述光纤电缆的末端嵌设在大量射线固化性环氧树脂中。

此外，本发明提供一种光纤电缆终端装置，它包括：外壳，用来支承并且保持具有末端的光纤导体；一个第一反射器，它固定在外壳上并且按照接收并反射从末端发出的光线的方式来定位；一个第二反射器，它固定在外壳上并被定位成接收由第一反射器反射的光线并以直径基本上大于从末端发出的光线直径的准直光束的形式来投射光线；第一反射器和光纤导体末端位于由第二反射器反射的光线的光路之外，在第二反射器定位于该末端和第一反射器之间的情况下，所述末端和第二反射器基本上对准。

本发明提供一种用来将两条光纤电缆连接在一起并使电缆中的两个光纤导体的末端彼此共轴对准的方法，它包括：a)将所述末端插入外壳内，所述外壳具有连接至少其中一个末端的透磁材料体；b)通过磁力横向移动该透磁材料体，直到所述末端相互对准为止；c)在所述导体末端相互对准的情况下，通过射线固化性塑料将所述末端固定在一起。

本发明还提供一种制造光纤电缆终端装置的方法，它包括以下步骤：a)设置一个套圈，它具有用于一个透镜系统的第一室，以及经第二室通向所述第一室的电缆收纳管；b)在所述第二室内放置一个透磁元件，所述透磁元件具有中心孔用来接收所述电缆的一末端；c)在所述第一室内安装所述透镜系统；d)将可硬化的液态的射线固化塑料导入所述第二室内；e)经所述中心孔将电缆末端插入所述透磁元件中；f)将磁力施加到所述透磁元件上，以使所述电缆末端与所述透镜系统对准；及g)硬化所述液态的射线固化塑料，以使所述电缆末端的位置固定。

在转换器装置和光纤电缆终端装置中，反射器系统最好类似于卡塞格伦(Cassegrainian)或瑞奇-克瑞汀(Ritchey-Chretien)发射望远镜系统。这种系统已用于天文学领域多年。申请人已经了解，虽然望远镜系统通常很大且昂贵，但可以制造较便宜的用于本发明的小型装置。反射器或镜面而非透镜的使用趋向于尽量减小折射作用，所述折射作用经常使得扩束式连接器的一般已知技术提议的光学设计程序提高了难度。所生成的光学系统非常紧密，较易标准化且制造便宜。

根据本发明的另一特性，通过将透磁件耦合至待对准物体，将磁场施加至该透磁元件上并且控制物体彼此移动及对准的范围，从而完全减轻了使光纤电缆中的转换器或光导对准的问题。在至少两个正交轴内的移动较为优选。

通过将信号传过该导体和第二导体并且确定信号何时传输至最大值来测试适当的对准。另外，或者取而代之，借助显微镜或其它观看装置来看穿反射器系统的出口以探测源点即光纤电缆连接器的终端或转换器输入/输出口等，可以在视觉上进行对准。

最好使用带有变焦显微透镜的摄象机来观察该源点。连同一目标一起显示该源点的影象，并且利用位置调整系统来实现对准。

然后，光导和其它部件彼此位置相对固定。这最好是将一种射线固化性塑料如环氧树脂注入所述部件周围的区域中，并且在正确对准时射线该材料以使它硬化，从而实现此作用。尤其是，本发明的一个实施例使用了光固化性环氧树脂。光指向环氧树脂以实现固化。

该磁场源也最好是用来产生旋转磁场，所述旋转磁场绕待对准的物体旋转，设置电网来控制该磁场。这样可以让磁场有效中心得以移动，并且得以精确地定位所对准的物体。

在一个优选实施例中，该透磁元件大约为环形或圆柱形，有一至中心开口的截角圆锥形入口以在安装期间内将该传导光纤导入该中心开口内。

本发明也提供分散和准直光的密集型光学装置。一块透明材料如玻璃或塑料具备成形为预期尺寸、形状和位置的反射器的表面，然后，那些面涂有反射材料如金属。这可以通过汽相沉积、喷溅等合理成本的方式来完成。

在将光纤电缆的两端接合在一起时，经常遇到的问题是：在电缆缆芯末端之间的玻璃纤维-空气介面处产生信号背反射的问题。过去，已经利用以下各种技术来解决此问题：如使纤维末端呈圆弧状；将末端制成非常平且将末端对接在一起以消除空气间隙；将空气间隙填满折射率相匹配的凝胶等。但是，这些方法均存在着缺点。

人们认为，空气与本发明的整合式发射器单元的离开面之间的介面具有与任何其它光透射性固体-空气介面相同的回发射问题。因此，本发明的另一个目的是抑制这种背反射而没有先前方法的缺点。

根据本发明的另一方面，使光传输块体的光束分散输出面具有一轻微曲率，以使反射光束沿着与所准直且聚焦的光线所行经的路径不同的路径受到反射，从而抑制了反射。因此，它们在很大程度上不能到达该源点并因而受到抑制。结果，不用凝胶或其它已知技术就实现了较高程度的抑制。

必要时，光传输块体的宽输入/输出面也可以有一防反射涂层以助于抑制反射。

从下面的描述和附图中显而易见或阐明了本发明的前述和其它目的和优势。

附图说明

图1是根据本发明构造的光纤电缆终端装置的横截面图；

图2是用来对准图1所示电缆的光导的系统和方法的透视图；

图3是用于对准图1和2所示光导的电磁电路布置的示意图；

图4是本发明的扩大光束耦合装置的一个实施例的侧面横断面示意图；

图5是将两个光纤电缆耦合在一起的一完成耦合器的局部横断面示意图；

图6是根据本发明构成的一多通道光纤电缆终端装置的透视方框图；

图7是图6所示的组装装置的横断面视图；

图8是本发明的对准装置和方法的另一实施例的横断面和局部示意图；

图9是本发明的对准装置和方法的另一实施例的示意图；

图10是在本发明连接器和终端装置的另一实施例中的光径的示意光学图；

图11是对应图10侧视图的透视图；

图12是本发明的优选耦合器的横断面视图；

图13和14分别是沿图12的线13-13和14-14所取的横断面视图；

图15-17显示出制造图12所示终端的局部示意横断面视图；

图18是根据本发明构成的一电光转换器装置的局部示意横断面视图；

图19是图18装置的一组件的左侧视图；

图20是本发明转换器装置的另一实施例的局部横断面示意图；及

图21是本发明的另一实施例的横断面放大视图；及

图22类似图21并示意性地图解说明本发明的另一实施例的视图。

具体实施方式

终端

图1是根据本发明构成的一光纤电缆终端20的剖视图。

终端20包括一有一较大孔21的标准陶瓷套圈22，所述孔21在23处逐渐变小以形成一明显较小的纤维导体通路32。

符合该套圈22的是包括一延伸过该通路32的单模光导纤维30的光纤电缆24的末端和折射率不同于光导缆芯30的镀层28以及最后的外部保护涂层26。电缆的典型尺寸为：带有涂层26的电缆外径为250微米；没有涂层26的电缆直径为125微米；而光导纤维或缆芯30的直径为8微米。

该电缆的直径较小；尤其是缆芯的直径只有0.008毫米(约0.0003英寸)。因此，难以在20分钟内适当地使终端20中的缆芯30末端与即将和电缆24耦合的另一电缆中的缆芯共轴对准。

在套圈22右端附接的是一反射器安装结构34。一反射器单元40附接至该安装结构34。一柔软塑性缓冲垫48固定至反射器单元40的右表面。它为终端提供了缓冲以免该终端受损，并覆盖且保护了反射器单元40终端的中央反射器。

反射器安装结构34有一中央空腔37，其中设有由透磁材料如铁、铁镍合金等制成的一环形件38，它的尺寸与磁缆芯记忆元件如多年来用在磁缆芯记忆体中的磁缆芯记忆元件相近。

该空腔37有一出39。光导或缆芯元件30延伸经过环形构件38的中心到达邻接或靠近该反射器单元40左表面的一点。

该反射器单元40最好为一实心透明玻璃或塑料体构件，在42处的单元弯曲左表面和凹状右中央部分上有一金属(如金)涂层或一介电涂层。因此，该反射器单元有一尺寸足以拦截所有或基本上所有自导体30发出的光线的第一小反射器42。这个小反射器42为平坦状或弯曲状，并且呈一倾斜角度以使它所接收的光逆向反射到较大的反射面44。因为该反射器42的倾斜角度和反射器44的曲率，来自缆芯的光形成了与套筒纵轴平行延伸向图1右边的圆束平行(准直状)光线46-47。

虽然使用单模纤维来描述本发明的优选实施例，但本发明也可以用于多模纤维电缆。

金只是可以用于涂覆透明块弯曲表面以形成反射器的金属的一个例子。也可以使用其它金属如银、铝等。在必要时，也可以使用介电材料来取代金属。

未涂有反射材料的块的表面最好是涂有一防反射涂层以防止不需要的反射。作为选择或另外，如图21和如下所示地提供进一步的反射抑制作用。

图1所示的特殊反射器单元40为一瑞奇-克瑞汀(Ritchey-Chretien)型光学单元，它主要描述于图10和11中。

但是，本发明的优选实施例使用了卡塞格伦(Cassegrainian)型光学单元，它将描述于图4和下文中。

卡塞格伦光学系统

图4是显示出两个相同的卡塞格伦反射器单元41a和41b的示意图，它们经平坦的透明板64和66面对面地配接在一起以形成本发明的连接器的一个实施例的基本光学单元。光自电缆24的缆芯30发出并且通过光学耦合结构到达第二电缆31的缆芯33，因此，提供了一光纤电缆连接器。为清楚图示起见，自图4省略了此结构的某些部件，这些元件包括将两个一半的耦合器机械地固定到一起的元件。

这两个反射器单元41a和41b彼此相同，所以对应的部分使用相同的符号。

每个单元包括一小凸形反射器45和一大凸形反射器43。

小反射器45的大小足以拦截所有或基本上所有自缆芯30发出的光线57。这两个反射器45和43具有预定曲率使得各光线自第一反射器45反射至第二反射器43上，然后如沿着平行线49、51和53离开该单元41a，因此准直了光线。

在典型的卡塞格伦反射器系统中，大或“主”反射器43为抛物面，而小反射器45为双曲面。但是，这两个反射器的表面也可以具有产生预期结果的任何其它形状。

来自电缆24的缆芯30的光经位于抛物面或形成反射器的其它旋转面的转轴77上的主反射器43中的一孔30进入该反射器单元41(a)。

然后，由第二反射器单元41b的反射器43接收准直的光线并将它反射回到反射器45，并传输通过位于轴线77上的反射器43a中的一孔径33a而在第二缆芯33的末端处聚焦。因此，将光传输到第二电缆31。

有利的是，每个单元41a和41b通过比较简单的方法制成。

首先，利用机械加工或用透明光学玻璃或塑料来模制主体，而在这两个反射器位置43和45上有弯曲面。该玻璃和塑料具有紧密配合缆芯30的折射率。这两个单元41a和41b的实心材料由图4中的符号55表示。然后，通过一种如汽相沉积或溅射的方法使45和43处的外表面涂有一金属如金以形成反射器，并且将一防反射涂层施加到光传输性输出面上。这种方法可以在较为合理的成本下产生小型稳固且精确的集成式反射器单元。

然后，利用一种粘合剂如一种折射率匹配的透明环氧树脂分别将无色塑料或玻璃板64和66附接至反射器主体41a和41b的平坦表面上。其目的是使68处配接的表面非常平坦，因此，实质上消除了这两个单元41a和41b彼此相对产生角度歪斜的可能性。

或者，可以利用本文在别处描述的光学方法来对准这两个终端，并且可以免用板64和66。

上述的一种修改是将孔沿着光学轴线77形成在块体41a和41b中，其中光导30的末端插入孔内。这能够将光导的末端位置调整到更接近反射器45。如果使用了这种修改，则孔径应该足以允许导体30移动以供对准。

耦合器

图5是类似于图4示意显示的一耦合器59的横断面视图。这两个反射器单元41a和41b被分别固定到安装块71和73上。所述安装块71和73最好由不透明塑料或玻璃材料模制而成。该块体71有一截角圆锥形电缆入口70，而块体73有一与块体71相同的电缆入口70。截角圆锥形开口容易让电缆进入连接器中。

该电缆24包括保护涂层26、包覆件28和缆芯30。该电缆31包括外部保护涂层61、包覆件35和缆芯33。

各块体71和73有适合接纳一夹扣75的尖锐向内延伸边缘74的圆周槽72，所述夹扣75将耦合器59的两个半部固定到一起。该夹扣75是许多不同的用来将光纤耦合器的两个半部固定到一起的众所周知的装置之一。因为该夹扣或其它固定结构没有形成在此提出要求的本发明的一部分，所以可以根据本发明使用任何其它的装置。

最好用缓冲器48来取代板64和66，并且利用下述对准方法来对准电缆缆芯。

同样应该了解，图1所示的电缆终端20通常用作一电缆耦合器的一部分，所述电缆耦合器由连接至另一电缆的另一终端20和将终端结构固定到一起的一夹扣或其它固定结构组成。

因为该耦合器使经过微小光导30的光束大幅分散，所以耦合器对于污垢以及横向(如，与图4垂直或成直角)对准误差的敏感性将大大降低。通过精确地准直光，几乎消除了对于分开这两个耦合器半部的距离误差的敏感性。此外，大大消除了使用一透镜或其它折射装置来分散和准直光线的严重缺点。

共轴对准装置和方法

图2、3和9显示出本发明的对准装置和方法的一个实施例。

图3是显示出用于在终端20内的环形磁性元件周围生成和控制一旋转磁场的一旋转磁场形成和控制装置58的示意图。

如图1所示，在元件38与其空腔37壁之间存在着足量的空间以使它基本上可以在任何径向上产生侧边至侧边的移动以使光导30与一目标如另一电缆中的另一光纤导体对准。

旋转磁场形成装置是一种传统用来形成旋转磁场以用于电马达中的结构，但也有某些例外的情况。四个极件EM1、EM2、EM3和EM4以相等的角度间隔围绕磁性构件38放置。基本上，各极件与其相邻者呈90°定位。一余弦信号发生器60如图所示地经二极管D1和D3和电阻器R1和R3将一余弦波电压供应至绕组。

设置一正弦波信号发生器62，并如图所示地经二极管D2和D4和电阻器R2和R4将正弦波电压供应至绕组。这产生了绕一中心点旋转的磁场。

四个电阻器R1、R2、R3和R4可以分别改变以致于能够改变供应至各极件的信号振幅以移动旋转磁场的有效中心点或中性磁通量点。

图2是显示出延伸过磁性元件38中心的光导或缆芯30的透视图。电缆24被夹在一夹固装置中，所述夹固装置包括一V槽支承件98(图9)和一夹固件102以将电缆24固定到所赋予的位置中。图2中的标记56示意性地表示电缆24被固定的位置。图3所示的旋转磁场装置58的极件示意性地表示在图9中的110处。它们围绕着终端20的右端，并且磁性元件38如图3所示地位于中心。

借助设置在已有对准装置内的标准微米调整机械装置使得电缆和光导30可以沿Z轴即箭头54所示的方向移动。Z轴的定位无关紧要。但是，如图2所示的沿X和Y轴的定位则很重要。

图2中的圆形箭头52表示磁场绕元件38旋转的方向。图中的线50图解说明了磁场旋转时一特定瞬间的力。

再次参考图9，该控制单元124包含图3所示的电路并且将信号供应至绕组110。所述控制单元124有四个圆把手125，每个圆把手125用来控制电路中四个可变电阻器中的一个。借此方式可以改变磁场的平衡以使环形38移动至图2所示的X-Y平面内的空腔37内的几乎任何位置。

如图9所示，一第二V槽支承块100支承着一第二终端20以终止一第二电缆25。经一夹固件104使该电缆25位置固定。

再次参考图1，该反射器基本单元34有一孔36，该孔36允许未固化的环氧树脂注入室37内以完全包围磁性环形38和光学纤维导体的末端。为此，可以使用一皮下针头型施加器。

再次参考图9，设置一光信号发生器120用来将一测试信号经电缆24传送至该终端20。支承在块体上的终端20a的左端在图中邻接终端20的右端。但是，该终端由于其间有准直的光传输所以可以分离一段明显的距离而不产生任何明显的误差。传输通过这两条电缆所产生的信号被传送至一接收器122，用来将信号转换成表示传输信号量值的代表性电信号。

根据本发明的一个方面，借助外部的射线能量可以使注入该终端20内的粘性环氧树脂固化。在这种情况下，该环氧树脂最好是一种光固化性环氧树脂(如，由罗克泰特公司(Loctite Company)和其它公司制造的)。此环氧树脂经选择具有与玻璃或塑料镜面主体和缆芯30紧密匹配的折射率。

再次参考图9，设置一适当波长的光源118用来将光纤照射在终端20的右端附近的区域上，或照射在终端的出口端上。透明的外壳和/或光学系统本身将光传输至环氧树脂。

单元124中的旋转磁场形成装置受到激励，如同信号发生器120和接收器122。利用圆把手125来调整电阻器R1-R4，电缆24的缆芯30可如图9所示地与电缆25的缆芯完全对准。可在接收器所接收的信号具有最大值的位置时检测所述的完全对准。当到达这点时，停止进一步的调整，并且来自光源118的光被用来固化环氧树脂并且固定缆芯的位置。然后，完成了所述对准。

光固化性环氧树脂最好在对准程序开始期间内有较低的粘性并且在该程序期间内变厚(粘性增加)，通常需要几秒钟来适当固化。有利的是，很可能在粘性较低的固化程序早期需要较大的调整移动，并且稍后进行微调。因此，可以同时进行环氧树脂的固化和对准以加快对准过程。

最好可以利用一闭环控制系统和一编程的电脑来自动进行对准程序，此编程的电脑使用了一种算法来自动调整磁场的平衡以对准终端，所以接收器所接收的信号为最大值。

图9右边终端内的电缆25的缆芯最好在开始上述对准程序之前已经对准。因此，电缆25及其终端可以作为一种“标准”来提供多种不同终端(如同终端20)的缆芯的对准。或者，电缆25可以是需要产生一耦合的一件实际电缆。

虽然已将一可控式旋转磁场的使用描述成调整缆芯位置的优选装置，但是，也可以使用其它可变式磁场产生装置，只要它们在至少两个正交的方向上产生可变的磁场以使缆芯能够定位在X-Y平面内的各种不同的位置。

在本发明的对准装置和方法的另一实施例中，并没有采用包围光纤电缆缆芯的透磁元件，而是可以将一个或多个透磁带形成在反射器单元40的主体周围。该单元40松弛地配合在套圈内所以可以移动，并且旋转磁场用来相对固定光纤电缆缆芯地移动反射器单元以实现对准。然后，通过固化包围该反射器单元40和缆芯30末端的液体环氧树脂使它们彼此对准地固定住反射器单元40和缆芯30。

视觉对准

图22显示出可以配合上述对准系统和方法或取代上述对准系统的一目视对准系统。

在图22所示的系统中，一观看装置280用来看穿反射器块体250的外表面254以形成源点、电缆末端270和设有电缆末端的平坦部256或设有一转换器的输入/输出口的影象。

该观看装置280可以是一显微镜，它有自己的光源以沿着虚线286所示的路径来传送光线。

该观看装置最好是一摄像机282，它有一显微变焦透镜284，所述透镜形成了视频信号，而视频信号形成了反射器块体256和电缆末端270的平坦部的影象并且将那些信号传送至一数字控制器，所述数字控制器处理信号并且在处理过后将信号传送至一视频显示监视器292。所述处理可以包括信号增强和根据所需用途来改进影象的其它程序。

监视器292有一屏幕298，它显示出256处的平坦部上形成的目标圆形257的影象，以及交叉线306和位于光纤导体270末端上的影象271。目标圆形257可以在制造时以蚀刻或其它方式形成在平坦部256的表面上。

设置一控制单元296用来控制由四个正交定位的线圈所施加到磁性元件172的四个正交磁场，其中的两个线圈在图22中示为302和304。借助一人工控制如一摇杆300或最好由在单元296中带有微电脑的计算机程序来自动控制至线圈的信号，以使光纤导体末端与目标257、306对准。

因为观看装置280的观看角度偏离轴，所以目标257和纤维末端影象271可以略微呈椭圆形，即它们的高度可以大于宽度。可以认为这是可以接受的且不会妨碍精确的对准。此外，该角度可以提供足以能够探测导体270末端的轴向位置相对于平坦部256的深度感知，以致于能够借助一微定位器来调整位置而使导体末端与平坦部256邻接。

图22中也示出了一固化射线源288，它沿着虚线290所示的一路径将固化射线发送至用来传输到包围纤维导体270末端区中的平坦部256以固化包围导体末端的液体环氧树脂，在完成对准之后将它的位置固定。

该固化源288所产生的射线的波长最好与经电缆导体所传输的信号的波长不同。如，多数这种信号的波长位于红外线范围内，而来自源288的射线最好位于电磁频谱的紫外线范围或可见蓝光区内。其优点在于：由光纤导体270传输的信号不会干扰环氧树脂的适当固化。这有利于现场将终端附接至一电缆末端而不需要切断信号源。这使得现场对准更快、更容易且更便宜。

通常，并入或附接至观看装置280的灯所发出的光线的波长与源288和经光纤电缆所传输的信号的波长不同。通常，此光为可见光。但是，可以选择来自光看装置280的光的波长以使环氧树脂固化，所以可以同时进行对准和固化步骤，并且可以消除分离的源288。

图22所示的对准装置和方法具有显著的优势，尤其是对于现场进行的对准。因为对准方法不取决于经光纤电缆的信号传输，所以任何可以通过电缆的信号都不需要切断，并且不需要设置与那些信号相匹配的接收器。此外，不需要一第二终端和通向该接收器的电缆。该视觉对准装置可以紧凑且便于携带以有利于现场使用。

在工厂或实验室中，只要是可以节省时间或成本，视觉对准方法就可以用作图8所示对准装置的辅助装置或取代该对准装置。

虽然已经主要描述了与光纤电缆配合使用的前述对准装置和方法，但是应该了解，它们非常适用于如图18所示地使反射器单元250与一转换器或类似的装置对准。

绞接

图8图解说明了将光纤电缆绞接在一起的本发明的使用。

不同于上述那些易脱开型耦合器，绞接被预定用来在两条电缆之间产生永久性连接。因此，较不容易具有如灰尘等困扰可释放式连接器的问题，且经常不需要光束扩大器和准直器。

图8图解说明了一种用来将两条电缆88和90绞接在一起的方法。首先，如92和94处所示，从每条电缆末端去除一小段包覆件和外部涂层，并利用传统的劈切装置和方法来劈切缆芯末端。

设置了一透明塑料或玻璃套105。它有一接近孔108。该套105的内径基本上大于电缆88和90的外径以给一条或两条电缆的末端提供横向移动以使末端对准在一起的空间。通过一V块体98和夹固装置102使该电缆88保持固定，并且通过一类似的块体100和夹固装置104来固定另一电缆90。将末端92和94插入套105内且末端彼此靠近但不彼此接触。

在绞接方法的一个实施例中，透磁套106在套105的一端包围且附接至套105的外部。

在实现绞接时，旋转磁场发生器110如图8所示地位于套106的周围，并且如上所述地使用图9的控制器和此图的信号发生器120和接收器122来使彼此对准地定位缆芯92和94。

用以实现上述作用的机械装置为：在通过磁场来横向移动套106时，套106支承住电缆90使它弯曲并移动末端94。

在对准之前，如114所示地经孔108注入光固化性环氧树脂以填充这两条电缆的末端周围的套105的内部。在已达到对准时或之前，必要时，将箭头112所表示的一光源增能以照射环氧树脂并固化它。在此方法结束时，已经在对准后稳固地包封住电缆末端以完成绞接。

图8图解说明了一种用于在劈切期间内实现对准方法的第二方法。没有采用套106，而是将图1和2所示的磁性环形38放在其中一条电缆的末端周围。然后，以上述方式，旋转磁场源110位于元件38的周围并且一直操作到将电缆对准为止。

在此方法中，需要在进行对准方法和环氧树脂固化步骤之前将另一电缆末端机械地大概定位到套的中心。

无论何种情况，均可在现场快速、容易且精确地对准电缆。

瑞奇-克瑞汀光学系统

图10和11为类似图1所示的典型瑞奇-克瑞汀系统的光学路径的放大示意图。此系统的特征在于：图10所示光源并不位于具有大镜面的轴线上。因此，不会因为上述卡塞格伦系统中所需要的大镜面中的孔而具有插入损失。因此，瑞奇-克瑞汀系统本身有其优势并可用于许多情况中。但是，使用这种系统的光束分散小于卡塞格伦系统的情形，且可以认为卡塞格伦系统略微更容易制造。

如图10和11所示，离开电缆24输出部的光线128反射离开一略弯曲的反射器126，该反射器126沿线134将射线反射至一略弯曲的大发射器132。该表面的曲率为双曲线或其它弯曲状且如图10所示地被计算用来在垂直区域138上方产生平行反射的射线136。

如图11所示，射线136所占的区域大概为圆形，反射器区域132也如此。

此外，可用光学玻璃或塑料来模制一块体并以气相沉积或溅射等方式金属涂覆表面126和132以产生反射面，从而制成图10、11所示的光学系统。因此，此光学系统也比现有扩束型终端更为便宜。

替代性光学系统

可以使用除卡塞格伦和瑞奇-克瑞汀之外的光学系统。其中一个实例是格里高利(Gregorian)系统，它类似于一卡塞格伦型，但不同之处在于：格里高利系统使用了一不同形状的第一反射面。也可以使用其它已知的变化方式。

多通道连接器

图6是一多通道连接器的一个终端的透视图。将许多光纤电缆(在此例中为12)20插入有一中央通孔84的一嵌齿轮形支承件83中的V槽86内。一无色塑料或玻璃套78配合在终端20的外部周围并且将它们牢牢地固定到槽86内。熔凝硅石或蓝宝石的一无色盘80形成了固定至外壳78末端的一窗口。这形成了连接器终端20适合抵住的一平坦表面。

一端有一凹口85的中央金属销82配合在孔84和穿过盘80中心的孔内。

销82用来使终端与一设置用来使这两个终端彼此以适当角度对准的类似凹口状末端85对准。

单个的电缆终端20最好在如图7所示地进行装配之后封装在位置中。

优选的耦合器

图12显示出使两个优选的终端152耦合在一起的优选耦合器150。在基本原理方面，耦合器150和终端152基本上与图5所示的相同。但是，反射器的曲率较为接近实际产生既有的曲率。同样，存在着对于制造、耐久性等有利的各种改进。

如同图5中的耦合器，将两条光纤电缆24和31耦合在一起。

每个终端152包括一套圈154(参见图15)。该套圈154包括有一突架158的反射器单元空腔156，所述突架158形成了用于一反射器单元178的一底座。

一透磁对准元件172配合在其中的是一直径略小的空腔160。直径更窄的另一室162使室160与直径略大于配合穿过它的电缆部分28的一小通路164相连。

该套圈有一凸缘166、较小直径的一段168和结束该套圈结构的一拉长形套管170。

再次参考图12，该磁性元件172通常为环形，如同图1所示的元件38。其右端174的直径小于其左端175。同样，它有较大的截角圆锥形入口176用来引导电缆穿过它的中心孔。总之，元件172在左端的最大直径只略小于它所配合进入的室160。这将产生将元件172大概定心到空腔160中的作用，而必要时，较小的右端有较大的移动空间，用以对准电缆的缆芯。

大的逐渐缩小的入口保证电缆末端穿过该元件172的中心孔。

该反射器单元178基本上与图5所示的各反射器单元41a或41b相同，除了大反射器的曲率远远小于图5所示的曲率以外。

此外，如图13所示，用于大反射器的反射涂层180没有大幅覆盖住反射器的外部。取而代之的是，仍留有显著尺寸的中央圆形区域182未受涂覆。区域182也是平坦的以在电缆末端移动用以实现对准时尽量减小该电缆末端与反射器单元之间的间距，并且防止对该反射涂层180造成损害。

未涂区域182的直径大约与小反射器的直径相同。因此，只由未涂区域182所造成的损失是卡塞格伦型设计方案所固有的。

缓冲器48最好(如，通过环氧树脂)永久附接至每个反射器单元178内的小反射器的背面。当这两个终端152如图12所示地端对端地彼此相连时，缓冲器48是两个终端之间的先导接触点。它们最好由较柔韧的塑料制成以尽量降低传送经过反射器主体的冲击。

该耦合器150包括一圆柱体184，它在186、187等处切除形成一中央段，此中央段的内部尺寸与套圈154前部的外径“D”紧密匹配(参见涂15)，从而使这两个终端保持精确地彼此对准。

在耦合器150的每个末端形成了末端有钩部的四个簧臂或指186。

当终端152插入耦合器150的末端中并推合在一起时，簧臂压制凸缘166并往下弹扣，使得钩部接合凸缘的外表面以将两个终端稳定坚固地固定在一起。

耦合器150的材料可以为热塑性塑料、金属或适合特定用途及耦合器使用环境的其它材料。

该耦合器150的构造只是耦合器机械结构可以采用的许多不同形式中的一个实例。

优选制造方法

图15-17图解说明了制造一个终端152的优选制造方法。

参考图15，首先，对准件172插入空腔160内。接着，如188处所示地将位于空腔156周围的终端的金属壁加热至高于室温的一适度温度以适度地加大室的尺寸。然后，反射器单元48插入该空腔156内，并且冷却部分组装配的终端。这提供了一收缩配合以将反射器单元178稳固地安装到套圈内。

现在参考图16，其中套圈154与图15所示位置相反，将液体环氧树脂注入包含对准件172的空腔160内，此室将环氧树脂填充到192所示的对平面，刚好完全覆盖住对准件172。液体最好具有类似水的低粘度，且以一预先测量的量注射经过一细管190，此细管190在填充期间内暂时插入套圈内然后被移出。

现在参考图17，接着，将已经剥开且劈切的电缆末端插入套圈内直到电缆末端非常靠近反射器单元178上的平坦区域182为止。然后，将一旋转磁场施加到元件172周围，如196所示，并且如上面更完整地描述，散射白光照在电缆中以将一信号198送至一接收器和装置以决定信号具有最大值的位置，皆如上所述。光线经反射器单元178送入单元内，如194所示。

在194处施加的光线具有双重功用。它照射位于空腔160内的光固化性环氧树脂，并且正当电缆达到适当的对准时使它凝固，并且也产生用于对准的信号198。此程序只需要几秒钟即可完成。

该制造方法较为简单、快速且便宜，并且产生了一种出众的耦合和终端。

转换器装置

图18是根据本发明构造的一转换器装置200的局部横断面示意图。

该装置200包括有一平坦底部204的一支承结构202和支承一电光转换器208的平台206。

该转换器208有一输入/输出口210，它与一双反射器光学系统178对准，所述双反射器光学系统178与上述图12-17所示的单元178相同。

如果该转换器208为一光源，则该双反射器系统178分散光束以大幅放大转换器所发出的光束，并且如图18中214所示地以准直光束的形式来发射。

如果该转换器208为一探测器，则该双反射器单元178接收光束214并且将它们集中或聚焦在输入/输出口210处。通过扩大和准直光束，光束已准备好可以容易地与一光纤电缆或另一装置所用的一耦合器耦合。光束的分散使得光学系统很不容易受到灰尘和其它导致误差的碎屑的影响，并且大大降低了该装置对于耦合定位误差的敏感性。

根据本发明的一个实施例，利用一传统的微定位器218实现了该转换器208与反射器系统178的对准。该微定位器218能够沿Z轴垂直调整并且沿X和Y轴水平调整该转换器208的位置(参见图18和19)以使该转换器与该单元178对准。

或者，可以使用如下所述的一电磁位置调整系统来相对一固定转换器单元208地定位该反射器单元178，因此，避免使用一微定位器。

转换器类型

本发明的转转器装置能够配合操作几乎任何类型的小光源或探测器。

可用的光源包括发光二极管(“LEDs”)；激光二极管，垂直面射型激光(“VCSELs”)；条形激光装置；和其它半导体发光装置。

某些转换器如LEDs产生散射的输出光，而某些转换器则具有产生狭窄光束的透镜。

同样，上述类型的激光装置产生各种形状的通常是狭窄光束宽度的光束。

基本上，可用作光纤转换器或接收器的任何装置大体上都是本发明可以有利配合使用的转换器。

必要时，通过在部件周围如220所示地形成一气密密封式外壳(在微定位器218移去之后)可以制成气密密封式转换器单元。当然，在已经达到对准时，固定该转换器208的位置，以在使用装置200的期间内保持对准。这可以通过固化环氧树脂或其它已知方式来完成。

或者，气密密封件可以用于该输入/输出口210与反射器单元178之间的介面。为此，折射率匹配该反射器单元178的玻璃熔块可以熔化在该输入/输出口210与反射器单元之间的介面周围。

图20是本发明的转换器装置的另一实施例222的局部横断面示意图。显示出此实施例在使用时是一种有内壁如壁226、一玻璃出口窗230和一光纤电缆226的结构，从而形成了一种在为光发射器的情况下由该转换器208传输光线或在为探测器的情况下将光线传输至单元208的光学传输结构。

本发明的此实施例包括一第一套圈224，此第一套圈224在很多方面类似于图12-17所示的套圈，不同之处在于：没有反射器单元178，而只有由透磁材料制成的圆粒172包围着该光纤导体28的末端。利用此结构使该光纤导体28与该转换器208的输入/输出口210对准。

从套圈224的外部供应一最好是螺旋状的电磁场以使导体28基本法以上述方式与出口适当地对准。

基本上如上所述地由在室内用来固定圆粒172的照射硬化性环氧树脂适当对准位置地固定该圆粒和导体。虽然图20中未示出，但是，设置一结构用来相对转换器装置208的底部234地支承该套圈224以使光纤电缆的末端与口210保持对准。

优选时，该套圈224的主体可以如虚线336所示地延伸且具有内螺纹以配合在口延伸部210的外螺纹上。在本发明的范围内，可以由该领域的技术人员提供类似的安装结构。

该光纤电缆26延伸过位于壁226一孔内的一衬套232而进入一第二终端228，第二终端228最好基本上与图12-17所示的终端之一相同。即，它有一铁氧体圆粒172和一反射器单元178。以上述方式地使用该铁氧体圆粒172以使电缆缆芯或导体28的右端与反射器块体178对准。

光线经该窗口230发出或接收以与该转换器208相通。

并且，对于图18和19所示的实施例，可以设置气密密封式外壳236以形成有很宽输出光束或输入接收区的气密密封式转换器单元，以实现上述优势。

替代性对准结构和方法

应该了解，当使这样一个导体与一反射器单元或其它光学装置或系统对准时，不需要仅仅移动一光纤导体。所需要的只是这两个结构中的一个相对另一个的动作。因此，如上所述，在本发明的范围内，可以在该反射器单元178的主体周围设置一透磁环或类似的元件，并且将它定位在一个比它外径略大的室内，且使用电磁场对准机械装置来相对该光纤导体或其它物体(如，对于转换器的一输入/输出口)地移动该反射器单元，以生成所需的适当对准。

因此，在此替代性实施例中，图18中的装置没有使用微定位器如218，而是使用此替代性对准结构和方法，其中用于该反射器单元178的支承结构212的内径略大，并且一铁磁性材料将包围着该单元178。该反射器单元则趋向于垂直对准周围磁场的最小磁阻平面。

反射抑制

在光纤电缆末端之间的任何接点的问题之一是空气-纤维介面处的信号背反射问题。用来抑制此反射的技术包括：使电缆末端变圆；使纤维末端之间的空气间隙充满折射率相匹配的凝胶；以一角度切割纤维末端(“角度抛光”技术)；将缆芯末端对接在一起；及使用防反射的涂层等。

人们认为，在该反射器单元178的表面上只使用一防反射涂层无法为多数光纤电缆通信系统提供足够的反射衰减。因此，优选使用另一种抑制装置和方法。

所使用的抑制装置显示在图21中。

图21是由透光的玻璃或塑料制成的一反射器块体250的一横断面放大图，且它具有一弯曲的第一表面252、一相对的第二表面254和位于表面252上的一反射涂层260，但不包括形成一入口/出口的一平坦区域256。

一小的凸形反射器258与该反射器260相对。如上所述地设置一缓冲器48。该反射器块体250的构造与块体178相同，不同之处在于：入口/出口表面254略呈凸形而非平坦状，表面254最好为抛物面形。

表面254的曲率作用在于，反射光束如光束266和268相对于离开反射器块体的光束呈一角度A。当已经通过反射器260和258发射时，它们不与光纤缆芯270相交而是在它外面经过，如箭头264所示。这产生了非常有效的反射抑制作用。

离开的光束在离开表面254时略微折射，并且在设计反射器块体时将考虑此作用，所以输出光束262彼此平行。

虽然人们认为抑制结构和方法对于多数用途而言可以产生足够的抑制，但必要时，表面254也可以涂有一防反射涂层以增加反射抑制。

应该了解，上述结构和方法可以用来使该反射器单元250与任何光源或接收器对准，以及与一光纤光导对准以配合使用转换器和电缆。

术语定义

以上在说明书中使用的某些术语对此专利申请来说有定义作用。

此专利申请所用的术语“光线”包括可见光以外的电磁射线。它尤其包括红外线和紫外线射线和其它电磁频谱靠近上述射线频谱范围的电磁射线。

术语“光纤电缆”包括单模和多模电缆，虽然所述实例为单模电缆。它也包括“空心”光纤电缆，其中经作为一中央导体的空气来传导光线。

术语“现场”用来指在实验室、工厂或其它这种设施以外的地方进行工作。可以在“现场”进行的本文描述的程序预计包括能够在移动维修工程车、客户营业地等处进行的程序。在紧急情况下，术语也可以包括露天进行的维修。

本发明可使用的“射线固化性”材料包括可由暴露于紫外线、红外线、伽玛或其它射线所固化的环氧树脂和类似的物质。

“反射器单元”不仅包括特定的瑞克-克瑞汀系统和卡塞格伦系统，而且包括已发现可用于望远镜或类似光学装置中的类似反射系统。

“磁性元件”表示透磁元件。

“转换器”是用来描述任何将电信号转换成光线、红外线或其它处于电磁频谱的不可见区域内的射线或将电磁射线信号如光线等转换成电信号的装置。

本发明的以上描述只用于图解说明而没有限制性。本领域技术人员可以对上述实施例做出各种变化或修改。这可以在不脱离本发明的精神和范围内进行。

Claims (5)

1、光纤电缆终端装置，它包括：外壳，用来支承并且保持具有末端的光纤导体；一个第一反射器，它固定在所述外壳上并且按照接收并反射从所述末端发出的光线的方式定位；一个第二反射器，它固定在所述外壳上并被定位成接收由所述第一反射器反射的光线并以直径基本上大于由所述末端发出的光线直径的准直光束的形式来投射所述光线；一个透磁元件，它定位在所述外壳内并响应于外部磁场来横向移动所述末端。

2、如权利要求1所述的光纤电缆终端装置，其特征在于，所述第一反射器和所述光纤导体的所述末端位于由所述第二反射器反射的光线的光路之外，在所述第二反射器定位在所述末端和所述第一反射器之间的情况下，所述末端和所述第二反射器基本上对准。

3、光纤电缆连接器，它包括：长条形管状外壳，两条光纤电缆的末端延伸至所述外壳的相对端内并且末端彼此相邻；由透磁材料制成的元件，它定位在所述外壳内并且耦合到至少一个所述末端上，以便响应于外部磁场来移动所述至少一个末端，所述外壳能接受固化射线，并且所述光纤电缆的末端嵌设在大量射线固化性环氧树脂中。

4、用来将两条光纤电缆连接在一起并使电缆中的两个光纤导体的末端彼此共轴对准的方法，该方法包括：a)将所述末端插入外壳内，所述外壳有一个连接至少其中一个末端的透磁材料体；b)通过磁力横向移动所述透磁材料体，直到所述末端相互对准为止；c)在所述导体末端相互对准的情况下，通过射线固化塑料将所述末端固定在一起。

5、制造光纤电缆终端装置的方法，所述方法包括以下步骤：a)设置一个套圈，它具有用于一个透镜系统的第一室，以及经第二室通向所述第一室的电缆收纳管；b)在所述第二室内放置一个透磁元件，所述透磁元件具有中心孔用来接收所述电缆的一末端；c)在所述第一室内安装所述透镜系统；d)将可硬化的液态的射线固化塑料导入所述第二室内；e)经所述中心孔将电缆末端插入所述透磁元件中；f)将磁力施加到所述透磁元件上，以使所述电缆末端与所述透镜系统对准；及g)硬化所述液态的射线固化塑料，以使所述电缆末端的位置固定。

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