CN101828137A - 具有光束扩展装置的光纤接插式连接器 - Google Patents

具有光束扩展装置的光纤接插式连接器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于多根光学导线(115)可分离地连接的光学接插式连接器，其具有一个插入件(112、112’)，其中导线(115)被从第一端插入，具有光纤(119、120)的导线(115)终止于所述连接器，且所述连接器在第二端上具有一个扩展装置(117、118)，在扩展装置上光束以一个扩展的方式离开光纤(119、120)。简化的组合和安装如此实现：插入件(112、112’)包括两个可以被组装的单独的局部元件(113；117、118)，其中的一个被配置为一个扩展装置(117、118)，另一个被配置为一个用于容纳导线(115)末端的固定块(113)。

Description

具有光束扩展装置的光纤接插式连接器
本发明涉及光通信领域。特别是涉及一种在权利要求1的前序中所声称的光学插头连接器。
由于宽的带宽和对电磁干扰磁场的低灵敏性，光纤网在数据传输的所有领域的使用日益增加。在这种情况下，插头连接器被用于不同的电缆及其芯线之间的可分离的连接，插头连接器布置在电缆端部或芯线端部，在匹配状态下，可靠地将在连接器一端的光纤端出现的光信号输入到连接器的另一端的光纤端。
由于传输网络更加复杂以及应用装置日益小型化，插头连接的组装密度正越来越重要。LC，SC，ST型或相似类型的标准的单个插头，可达到的密度本质上被较大的外壳所决定和限制。通过将单个插头合并成对形成双插头可以实现一定的压缩(例如EP-A1-1341015)。通过给多条光纤使用共用的插针(ferrule)，其它MT型的插头连接器系统确实达到了更高的密度，但是它们受限于带状形式的光学电缆，且不适合单个芯线间的普通插头连接(例如EP-A2-0997757或WO-A1-2006098734)。
特别的，这类插头连接器系统需要在被固定在插针中的单个光纤的端面之间的直接接触，这需要通过不同类型的打磨步骤对嵌入插针的光纤端精确处理，以及在安装到插头连接器时光纤端的精确定位及在插入状态时的相互对准。
另一方面，公知的用于插头连接器系统中的光纤端的光学装置，例如透镜，为了扩展从光纤端出现的光束(beam)并使其平行，这样使得连接的光纤的相互对准的要求不那么严格。插头连接器系统，例如US-A1-5,768,458用于单个光纤，JP-A-2007041222用于多个光纤。也可以使用特殊形状的镜子元件来替代透镜(DE-A1-10043985)。
然而，使用这类插头连接器系统，光纤端的制作，以及它们与光束扩展光学装置或元件的对准和固定是复杂和成问题的。
因此，本发明的目的是提供一种光学插头连接器，和一种允许高的连接器密度、设计简单、且由于电缆和芯线端的简化的制造而与众不同的光学插头连接器系统，以及一种制造它们的方法。
本目的通过权利要求1、12和14中的全部特征而实现。根据本发明的光学插头连接器的一个本质特征是一个插入件，在其中要被连接的电缆的芯线被插入在第一端，且在其芯线端具有光纤。该插入件的第二端具有一个扩展装置，在扩展装置上光束从光纤出现并扩展。插入件包括两个可以被结合在一起的单独部件，其中之一为扩展装置，另一个为用于固定芯线端的固定块。当芯线端已经被固定块固定住时，使得进一步以相对少的限制来处理光纤端成为可能。
固定块和扩展装置更好地被设计成彼此之间相互匹配，这样当插入件被连接在一起时，被固定块固定的芯线端的光纤具有一个预留长度的光纤段，该光纤段凸出固定块并进入扩展装置。光纤端因此是自由的和易于到达的，且可以通过激光方法被精确、快速的加工。
如果固定块对每一个芯线端都具有一个芯线孔，那么芯线端可以被特别容易地固定，芯线孔延伸到固定块的第一端并通过一个邻接的插入锥体并入一个光纤孔，该光纤孔终止在固定块的相对端。
在这种情况下，在固定块上，如果芯线孔或光纤孔被彼此平行布置并形成一行在另一行上方的多行，这对连接密度是有利的。孔的棋盘状或非常密集的布置，或一些其他适合的布置，可以被在本例中提供。
根据本发明的光学插头连接器的另一个改进是扩展装置具有用于扩展来源于芯线的光束的第一装置，以及固定并调整相对于第一装置凸出于固定块的光纤段的第二装置，其中第一装置包括折射光学元件，特别是透镜、球面镜或GRIN透镜，或包括反射光学元件，特别是镜子或抛面镜。
根据本发明的一个进一步的改进，第二装置包括调整孔或V型凹槽。
另一个改进是，凸出固定块的光纤段的端部表面被激光加工，其中被称为激光切割(laser cleaving)的方法适宜用于此目的。
插入件最好安装在一个壳体内。
根据本发明的方法，在第一步中，光纤在与插头连接器连接的芯线端暴露一个预定的长度，在第二步中，具有暴露光纤的芯线端被插入固定块并在此固定，这样每一个暴露光纤的光纤段都凸出固定块，在第三步中，凸出的光纤段通过一个激光切割过程加工，在第四步中，固定着芯线端的固定块被与扩展装置相连形成插入件，最后插入件被装入一个壳体内。
根据本发明的方法的一个首选改进的不同之处在于，使用了一个扩展装置，该扩展装置包括用于扩展从芯线出现的光束的光学装置，当固定块与扩展装置被连接在一起时，暴露的光纤段相对于光学装置在此调整。
根据本发明的光学插头连接器系统，包括两个互相匹配并彼此可分开地连接的光学插头连接器，其中这两个插头连接器根据本发明设计。
两个插头连接器的插入件优选为同一类型。
如果两个组合在一起的插头连接器的插入件相对于光轴彼此对准、并彼此保持一段距离也是有利的。
特别是，插头连接器可以通过螺钉连接、卡口装置(bayonet fitting)或速动弹簧钩(sprung quick-action catch)被相互锁定，其中插头连接器最好被相互锁定形成一个密封件。
通过参考典型实施例和相关的附图，本发明将被更详细解释在下文中，其中：
图1-4所示为一个根据本发明插入件的一个典型实施例的不同视图；
图5所示为在一个插头连接器系统中，如图1-4所示的两个插入件的布置；
图6所示为如图1-4所示插入件的不同局部元件的透视分解图；
图7所示为如图1-4所示插入件的固定块，该固定块具有使处理更容易的伸出的光纤段；
图8a所示为一种扩展装置，作为图6所示的典型实施例的可选方式，该扩展装置具有抛面反射镜和V型凹槽；
图8b所示为具有如图8a所示的扩展装置的插入件的一个纵向截面；
图9a所示为一种与图8相似的典型实施例，仅具有一个镜子和插头连接器；
图9b所示为在匹配状态下，图9a的两个插头连接器的插入件之间的光学连接；
图10所示为穿过具有可选扩展装置的插入件至图8中具有球形透镜的扩展装置的一个纵向截面；
图11所示为如图1-4所示的插入件装配到插头连接器内的例子的示意图；
图12所示为插头连接器系统的高度示意图，其具有两个匹配的如图11所示的插头连接器；和
图13所示为根据本发明生产一个插头连接器的多个步骤。
图11所示为根据本发明的一个典型实施例的插头连接器110的示意图。多根光学芯线115终止在插头连接器110中的插入件112中，其中如图1-7中所示的插入件112安装在一个壳体111中。举例来说，如图12中所示，在插头连接器系统100中，两个一样类型的插头连接器110和110’插在一起，如图5所示，它们的插入件112、112’在光轴136上彼此对准，且彼此保持一定距离，穿过这段距离，两个插入件112、112’交换光束。
特别是从图6中可以看出，在该典型实施例中，插入件112包括多个局部元件，特别是一个固定块113、一个调整装置117和一个光学扩展块118。调整设备117和光学扩展块118共同形成扩展装置114(图1-4)，其目的是扩展从芯线端115形成的光束，输入到反向(complementary)的插头连接器内。固定块113固定具有露出一段距离的光纤119的芯线115的端部并机械地固定它们。为此，最好平行布置两行，其中一行在另一行上方，在每种情况下，固定块113上布置有芯线孔121、插入锥体122和光纤孔123，它们被一个接在一个后面的方式布置在芯线115的插入方向上，并以图5中所示的方式固定芯线115和光纤119。
在这个典型实施例中，调整设备117是一个厚度恒定的板，其在与光纤孔123对应的点上具有精确微孔形式的调整孔124，在调整孔124中，具有突出固定块113的光纤段120的光纤119(见图7)被这些光纤段120精确导向。
在本实施例中，扩展块118是一个由玻璃或一些其他透明材料组成的整体块，在其外面形成凸透镜116形式的光束扩展光学装置，形成对应于孔121、123和124的双行布置，当插入件113被组装在一起时，相对于光轴对应于调整孔124。然而，扩展块118也可以连接到调整设备117来形成一个微机械地处理单元。
在制作过程中，光纤119首先在每个芯线115上暴露一定的长度。具有暴露的光纤119的芯线端115插入到固定块113上的适合的孔121、123，直到得到图7中所示的结构，其中光纤119的光纤段120自由地凸出固定块113的相对端。在这种情况下，插入锥体122使得光纤119更容易地插入光纤孔123。凸出光纤孔123的光纤段120现在可以无阻地、自由地处理，优选通过源于激光器134的激光束135来激光处理(激光切割)，在此步骤中，光纤段120的长度和光纤的末端表面被精确地可视地处理。有关激光切割步骤的细节可以从以下公开物中得知：Ammer，T.；Strasser，M.M.；Studer，H.；Zaina，P.；Compare，C.，Novel small form factor optical ribbon fiber connector for singlemodeapplications，Fibres and Optical Passive Components，2005.Proceedings of2005 IEEE/LEOS Workshop on 22-24 June 2005 page(s)：339-344。
包括芯线115和固定块113的布置与扩展装置114连接，暴露的光纤段120进入调整装置117内的调整孔124，如图5所示，且所述光纤段的端部表面与扩展块118以较大或较小的宽度邻接。在操作时，光束出现于光纤端并进入扩展块118，被光学扩展元件116扩展，在相对端离开。它们以相反的方式在相同类型的匹配的插头内再次汇聚，并被输入到光纤端。这实现了插头连接器之间的连接，既不需要插头连接器前部表面的直接机械接触，也不需要光轴的高精度对准。
为了本发明的目的，其它扩展装置的典型实施例被表示在图8至10中。图8a表示了一个扩展装置125，在其内部，源于光纤119的光束通过两个抛面镜129、130形式的反射元件偏转两次，并在此过程中被扩展。在本例中，扩展装置125由一个分离的上部126和一个分离的下部127组成，在每一个部分内布置有抛面镜129、130中的一个。在下部127上，与抛面镜129、130匹配的V型凹槽128彼此挨着，并与放置在其上的上部126相互作用、调整被插入的光纤段、夹紧它们，从而形成一个完整的调整装置。与固定块113一起，得到在图8b中示意性说明的插入件132。
图9所示为一个与图8相似的典型实施例，其中图9a表示了在未匹配状态下的布置，而图9b表示了在匹配状态下的布置。相互互补的插入件138、138’分别具有一个扩展装置139和139’，其仅具有一个以单独反射镜137或137’形式的反射元件。在匹配状态下(图9b)，两个插入件138、138’之间的光学连接，于两个光纤119的光轴成直角处发生。扩展装置139、139’的特殊构造，使得仅用一个注塑模具(用于扩展装置139、139’)来实现变为可能，其可以适于安装在插头连接的两侧。
图10所示为扩展装置131的一个进一步的典型实施例，其与固定块113一起形成插入件142。为了扩展光束，扩展装置131在每种情况下包括一个球面透镜133，它的球体中心位于相关的光纤119的光轴上。然而，其它类型的光束扩展装置也可是可行的，例如具有梯度折射率的圆柱透镜(GRIN)或类似的装置。
总之，由于具有以下优点，本发明得到了一个与众不同的光学插头连接器：
●插头连接不需要隔板(spacer)
●不需要打磨光纤块
●不需要为折射率的匹配采取预防措施
●固定块的精度要求低
●所有的光纤可以在一个工艺中被生产
●在光纤端和扩展装置间可以有机械接触
参考标记列表
100插头连接器系统
110、110’插头连接器
111壳体
112、112’插入件
113固定块
114、125、131扩展装置
115芯线(光缆的电缆端)
116透镜
117调整设备
118扩展块
119光纤
120光纤段
121芯线孔
122插入锥体
123光纤孔
124调整孔
126上部
127下部
128V型凹槽
129、130抛面镜
132、142插入件
133球面透镜
134激光器
135激光束
136光轴
137、137’反射镜
138、138’插入件
139、139’扩展装置
a距离(插入件)

Claims (18)

1.一种光学插头连接器(110、110’)，用于多根光学芯线(115)与一个插入件(112、112’；132、138、138’、142)可分离的连接，芯线(115)被插入在插入件的第一端上，其中芯线(115)终止于其光纤(119、120)，插入件的第二端具有一个扩展装置(114、125、131、139、139’)，在扩展装置上从光纤(119，120)出现的光束形成扩展，其特征在于：插入件(112、112’；132、138、138’、142)包括两个可以被结合在一起的单独的局部元件(113；114、125、131、139、139’)，其中一个为扩展装置(114、125、131、139、139’)，另一个为用于固定芯线(115)的端部的固定块(113)。
2.如权利要求1所述的光学插头连接器，其特征在于：固定块(113)和扩展装置(114、125、131、139、139’)相互匹配，这样当插入件(112、112’；132、138、138’、142)被连接在一起时，被固定块(113)固定的芯线端(115)的光纤(119)具有一个预留长度的光纤段(120)，该光纤段凸出固定块(113)并进入扩展装置(114、125、131、139、139’)。
3.如权利要求2所述的光学插头连接器，其特征在于：固定块(113)对每一个芯线端(115)都具有一个芯线孔(121)，其中芯线孔(121)延伸到固定块(113)的第一端并通过一个紧接着的插入锥体(122)并进入一个光纤孔(123)，该光纤孔终止在固定块(113)的另一端。
4.如权利要求3所述的光学插头连接器，其特征在于：在固定块上，芯线孔(121)或光纤孔(123)被彼此平行布置，并形成一行在另一行上方的多行。
5.如权利要求3或4所述的光学插头连接器，其特征在于：扩展装置(114、125、131、139、139’)具有用于扩展来源于芯线(115)的光束的第一装置(116；129、130；133、137、137’)，以及相对于第一装置(116；129、130；133、137、137’)，用于固定并调整凸出固定块(113)的光纤段(120)的第二装置(124、128)。
6.如权利要求5所述的光学插头连接器，其特征在于：第一装置包括折射光学元件，特别是透镜(116)、球面镜(133)或GRIN透镜。
7.如权利要求5所述的光学插头连接器，其特征在于：第一装置包括反射光学元件，特别是镜子(137、137’)或抛面镜(129、130)。
8.如权利要求5到7之一所述的光学插头连接器，其特征在于：第二装置包括调整孔(124)。
9.如权利要求5到7之一所述的光学插头连接器，其特征在于：第二装置包括V型凹槽(128)。
10.如权利要求2所述的光学插头连接器，其特征在于：凸出固定块(113)的光纤段(120)的端部表面被激光加工。
11.如权利要求1至10之一所述的光学插头连接器，其特征在于：插入件(112、112’)被安装在一个壳体(111)内。
12.一种生产如权利要求1所述的插头连接器(110、110’)的方法，其特征在于：在第一步中，光纤(119)在与插头连接器相关的芯线端(115)被暴露一个预定的长度，在第二步中，具有暴露光纤(119)的芯线端(115)被插入固定块(113)并在此固定，这样每一个暴露光纤(119)的光纤段(120)都凸出固定块(113)，在第三步中，凸出的光纤段(120)被一个激光切割工艺加工，在第四步中，固定着芯线端(115)的固定块(113)与扩展装置(114、125、131)相连形成一个插入件(112、112’)，且插入件(112、112’)被安装在一个壳体(111)内。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：使用一个扩展装置(114、125、131、139、139’)，其包括用于扩展从芯线(115)出现的光束的光学装置(116；129、130；133、137、137’)，且当固定块(113)与扩展装置(114、125、131、139、139’)被连接在一起时，暴露的光纤段(120)相对于光学装置(116；129、130；133、137、137’)被调整。
14.一种光学插头连接器系统(100)，包括两个互相匹配并彼此可分开地连接的光学插头连接器(110、110’)，其特征在于：这两个插头连接器(110、110’)是根据权利要求1-10之一所述的光学插头连接器而设计的。
15.如权利要求14所述的光学插头连接器系统，其特征在于：两个插头连接器(110、110’)的插入件(112、112’)为同一类型。
16.如权利要求14或15所述的光学插头连接器系统，其特征在于：两个组合在一起的插头连接器(110、110’)的插入件(112、112’)相对于光轴被彼此对准，并彼此保持一段距离(a)。
17.如权利要求14至16之一所述的光学插头连接器系统，其特征在于：通过螺钉连接、卡口装置或速动弹簧钩，插头连接器(110、110’)被相互锁定。
18.如权利要求17或18之一所述的光学插头连接器系统，其特征在于：插头连接器(110、110’)被相互锁定形成一个密封部分。
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