CN102436040A

CN102436040A - 一种光纤扩束连接器

Info

Publication number: CN102436040A
Application number: CN2011104071731A
Authority: CN
Inventors: 米磊; 张红菊; 刘钊; 郭鑫
Original assignee: Femto Technology Xian Co Ltd
Current assignee: Femto Technology Xian Co Ltd
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明涉及一种光纤扩束连接器，包括插头和插座，插头和插座上均在相同的位置设置有至少一个准直器安装孔，准直器安装孔中设置有准直器，准直器中镶嵌有光纤，插头和插座上均设置有导向孔和导向柱，导向孔与导向柱相适配。本发明解决了现有的光纤扩束连接器安装难度大，透镜表面不易清洁、对机械件的精度要求过高的技术问题，降低了传输损耗、降低了机械加工的精度，使插入损耗变化小。实现了信号的非接触连接，降低了对机械精度的要求，结构简单，可靠性高，寿命长、高防尘性能、易清洁表面。

Description

一种光纤扩束连接器

技术领域

本发明涉及光纤连接器的领域，尤其是指光纤扩束连接器。

背景技术

多路光纤连接器的传光型式可分为两类：一为对接器，一为扩束型。对接式成本较低，是目前的主要连接方式，但在现场可清洗性、对灰尘的敏感性等方面还有问题，因为尘埃可能损坏对接式连接器的光学界面。若光学界面上有尘埃颗粒，就会遮断光信号，甚至损坏光学界面对接式连接器就不能工作，再者对接式连接器也无法适用于振动频繁的领域，由于对接式连接器光纤与光纤端面是接触的，因此在受到振动时，光纤的端面不断的摩擦，会导致光纤端面受损，增大连接器的插入损耗。

扩束型连接器中光是经过透镜扩束后形成平行光后再送至另一个连接器，故连接器间允许有一定的距离，从而提高了产品的可清洗性和可替换型、连接器的防尘性和重复性也大大提高。另外扩束连接器的插拔是依靠导引柱和导孔结构，他们的磨损对插入损耗的影响比对接式的要小，扩束连接器的寿命一般为2500或3000次以上，而对接式连接器的寿命一般约为500次。

美国专利US2009/0324175，一种光纤扩束连接器，采用了球透镜，安装难度加大，透镜表面不易清洁。

中国专利201010213966.5，采用普通普通光纤与自聚焦透镜组成扩束系统，对机械件的精度要求过高，加工难度大。

发明内容

为了解决现有的光纤扩束连接器安装难度大，透镜表面不易清洁、对机械件的精度要求过高的技术问题，本发明提供一种四通道光纤扩束连接器。

本发明的技术解决方案：

一种光纤扩束连接器，包括插头和插座，所述插头和插座上均在相同的位置设置有至少一个准直器安装孔，所述准直器安装孔中设置有准直器，所述准直器中镶嵌有光纤，所述插头和插座上均设置有导向孔和导向柱，所述导向孔与导向柱相适配，其特征在于：所述准直器为自聚焦透镜、C透镜(C-LENS)或非球面透镜；所述光纤为锥形光纤(taper fiber)和热扩束光纤(TEC fiber)。

上述的准直器安装孔为四个，所述插头和插座上均设置有一个导向孔和一个导向柱。

上述光纤为锥形光纤。

上述导向柱与导向孔采用紧配合。

上述两个准直器间间距1-10mm。

本发明所具有的优点：

1、本发明采用大模场芯径单模光纤，降低了传输损耗、降低了机械加工的精度，导向柱与导向孔采用紧配合，具有高抗震性能，振动时光纤不接触，插入损耗变化小。

2、发明通过采用自聚焦透镜和光纤组成无偏准直器，实现了信号的非接触连接，降低了对机械精度的要求。

3、本发明能承受快速温度冲击，由于快速温度冲击时，光纤之间的位置会受到热胀冷缩的影响产生改变，只有扩束型连接器能保持光学性能稳定。

4、本发明光纤连接器结构简单，可靠性高，寿命长、高防尘性能、易清洁表面。

附图说明

图1为本发明光纤扩束连接器的结构示意图，

图2为本发明插头的结构示意图；

图3为光纤准直器间的存在离轴偏差示意图；

图4为光纤准直器间存在轴向间距示意图；

图5为准直器间存在角度偏差示意图；

图6为TEC光纤准直器的角度耦合曲线图；

图7为TEC光纤经过加热扩束后形成的结构示意图；

图8为TEC光纤结构示意图；

图9为锥形光纤结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，四通道扩束连接器，包括插头1和插座2(插头插座具有互换性)，插头和插座上设置有导向柱(11，12)、准直器安装孔(7，8，9，10)、导向孔14和准直器(3，4，5，6)。准直器和准直器安装孔采用紧配合，允许有少量的胶，导向柱和导向孔采用紧配合，准直器透镜可采用自聚焦透镜、C透镜(C-LENS)、非球面透镜。光纤可采用锥形光纤(taper fiber)、热扩束光纤(TEC fiber)。各种光纤分别与上述透镜组成光纤准直器。

采用热扩芯光纤或锥形光纤的纤芯可以解决普通单模光纤对机械精度要求过高的问题，由于热扩芯光纤或锥形光纤的纤芯比单模光纤的纤芯直径大，因此可降低机械精度要求。采用自聚焦透镜可以将光束准直，相对于光纤与光纤直接相连的方案(对接性连接器)两个准直器间可以有1-10mm的间距，容易调节。

本发明介绍的扩束连接器即相当于四对准直器的对接耦合，两个准直器耦合时的失配主要来源于三个方面：

1)光纤准直器间的离轴偏差X1，如图3所示；

2)准直器间的角度偏差Φ，如图5所示；

3)光纤准直器间的轴向间距z，如图4所示；

而光纤准直器耦合时最重要的就是解决角度偏差的问题。

准直器间的角度偏差Φ引起的损耗

L_{φ} = 4.343 {[\frac{\tan φ}{n_{0} \sqrt{A} ω_{0}}]}^{2}

将ω₀＝5.05um，λ＝1.55um，

自聚焦透镜的中心折射率n₀＝1.591代入式中，可得光纤准直器角度离轴耦合曲线，如图5所示。

从图中可以看出，普通单模光纤准直器对于角度误差的要求过高，角度偏差0.072°度时，耦合损耗为1dB.因此光纤准直器耦合时最重要的就是解决角度偏差的问题。

将TEC热扩芯光纤输出光斑半径ω₀＝15um，波长λ＝1.55um，自聚焦透镜的中心折射率n₀＝1.591，代入1式可得，TEC光纤准直器的角度耦合曲线如图6所示：

从图中可以看出，TEC光纤准直器对于角度误差的要求相对于普通单模光纤准直器的要求大幅度降低了，当角度偏差0.22°时，耦合损耗为1dB.因此，TEC光纤准直器解决了普通单模光纤准直器对角度误差过于敏感的问题。

普通单模光纤包层和纤芯的折射率差是通过在纤芯真弄个掺杂GeO2来达到的。光纤纤芯的折射率高于包层中熔纯硅的折射率。当加热普通单模光纤时，纤芯中掺杂的Ge⁴⁺离子就会向光纤包层中扩散，使得光纤横截面上沿径向的折射率呈渐变分布，从而达到扩大模场直径的目的

图6为TEC光纤经过加热扩束后形成的结构示意图：采用1600°～2000°的高温火焰对约4mm范围的单模光纤进行均匀加热后，使得光纤被加热部分纤芯中的锗掺杂剂扩散到光纤中，就可以达到扩束的效果。光纤在未加热段仍为阶跃光纤，纤芯和包层之间折射率是阶跃的，在加热段则形成了梯度折射率分布。

本发明主要应用领域：导弹、野战光缆连接、航空、航天、航海、装甲车辆、地铁、火车、高铁、户外广播、重工业、地球物理。

Claims

1.一种光纤扩束连接器，包括插头和插座，所述插头和插座上均在相同的位置设置有至少一个准直器安装孔，所述准直器安装孔中设置有准直器，所述准直器中镶嵌有光纤，所述插头和插座上均设置有导向孔和导向柱，所述导向孔与导向柱相适配，其特征在于：所述准直器为自聚焦透镜、C透镜(C-LENS)或非球面透镜；所述光纤为锥形光纤(taper fiber)和热扩束光纤(TEC fiber)。

2.根据权利要求1所述的光纤扩束连接器，其特征在于：所述的准直器安装孔为四个，所述插头和插座上均设置有一个导向孔和一个导向柱。

3.根据权利要求1或2所述的光纤扩束连接器，其特征在于：所述光纤为锥形光纤。

4.根据权利要求3所述的光纤扩束连接器，其特征在于：所述导向柱与导向孔采用紧配合。

5.根据权利要求4所述的光纤扩束连接器，其特征在于：所述两个准直器间间距1-10mm。