CN103620462B - 带有热膨胀补偿的透镜套管组件 - Google Patents

Abstract

一种光纤组件，包括一具有多根光纤的套管本体。各光纤的一端面延伸穿过套管本体的一前表面。一光束扩展元件基本邻近套管本体的所述前表面而且具有与所述多根光纤对准的一透镜阵列。一指数匹配的弹性介质接合所述光束扩展元件的一朝向后方的表面和所述多根光纤的所述端面。

Description

带有热膨胀补偿的透镜套管组件

相关申请的交叉引用

本申请主张在2011年6月14日向美国专利商标局提交的题为“平行光链路套管组件(Paroli-Type Ferrule Assembly)”的在先美国临时专利申请61/496,715的优先权，上述专利申请的内容整体上并入本文。

技术领域

本申请概括而言涉及光纤套管组件，且更具体而言涉及一种多光纤套管组件，其具有相邻的一透镜结构，所述透镜结构具有一用于热膨胀补偿的结构。

背景技术

用于互连多根光纤的系统典型地采用多个对接套管组件，以便于对多根光纤进行操作和精确对位。所述多根光纤固定于一套管本体内，同时每根光纤的一端面设置为基本与所述套管本体的一端面齐平或从所述套管本体的所述端面稍微突出。所述多根光纤的端表面或端面通常抛光至所需的光洁度。当互补的多个套管组件对接时，一个套管组件中的每根光纤与另一套管组件的一根对接光纤对准。

在某些应用中，对接的多根光纤的端面相互物理接触，以实现在对接光纤对之间传输信号的目的。在这些应用中，各种因素均有可能降低光纤对之间的光传输效率，这些因素诸如为光纤端面的不规则性、毛刺或划痕、光纤的对不齐、以及光纤之间在对接界面处存在有灰尘或碎屑。

由于光路相对任何异物(诸如灰尘或碎屑)的尺寸而言较小，所以任何这些杂质都将有可能干扰光的传输。扩展光束连接器扩展光束的宽度并且使光束传输越过连接器间的气隙。通过扩展光束，灰尘或碎屑与光束之间的相对尺寸差值增加，这由此降低了任何灰尘或碎屑以及任何对不齐对光传输效率的影响。因此，扩展光束光纤连接器通常在不干净的环境和高振动的环境下使用。

扩展光束连接器包括邻近各光纤的端面安装的透镜。常用的透镜有两种类型：准直透镜和交叉聚焦透镜。准直透镜接收来自光纤的光并且将光束扩展到相对大的直径。当采用准直透镜时，一第二透镜及套管组件类似地设置有位于邻近第二光纤的端面的用于接收扩展光束的透镜，并在所述第二光纤的端面处使光束再聚焦。交叉聚焦透镜接收来自光纤的光，将光扩展到相对大的直径，然后使来自所述相对大的直径的光聚焦在一特定的焦点处。对于交叉聚焦透镜而言，透镜及套管组件可以与具有交叉聚焦透镜的另一透镜及套管组件对接，或者与现有技术公知的无透镜套管组件对接。

在一种设计中，一扩展光束多光纤套管组件的多根光纤延伸穿过套管本体并与一光纤透镜板或光纤透镜组件接触。光纤和透镜板之间的接触质量是影响套管组件性能的因素之一。光纤可以由不同于套管本体和透镜组的材料形成。所述多个部件的热膨胀系数的差异可能导致光纤和透镜板之间的接触不一致。所述接触不一致可能导致套管组件的光传输质量下降。因此，希望提供一种多光纤带透镜的套管组件，其补偿所述组件中的部件之间的热膨胀差异。

发明内容

在一方面，一种光纤组件包括多根基本平行的光纤、一套管本体、一光束扩展元件以及一指数匹配介质。各光纤具有一端面而且位于所述套管本体内。所述套管本体具有一前表面，并且所述各光纤的端面位于基本邻近并延伸经过所述套管本体的所述前表面。所述光束扩展元件基本邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一透镜阵列以及一朝向后方的表面。所述透镜阵列与所述多根光纤对准并与所述多根光纤间隔一预定距离。所述指数匹配的弹性介质接合所述光束扩展元件的所述朝向后方的表面以及所述多根光纤的端面。

在另一方面，一种光纤组件包括多根基本平行的光纤，各光纤具有一光纤折射指数以及一端面。所述多根光纤的端面基本在一共同的平面上对准。一套管本体具有位于其内的所述多根光纤以及一前表面。一光束扩展元件基本邻近所述套管本体的所述前表面。所述光束扩展元件具有一光束扩展元件折射指数以及与所述套管的所述多根光纤对准的一透镜阵列。所述透镜阵列与所述多根光纤间隔预定距离。一弹性介质接合所述多根光纤的端面以及所述光束扩展元件，而且具有一弹性介质折射指数。所述光纤折射指数、所述光束扩展元件折射指数、以及所述弹性介质折射指数均近似相等。

在再一方面，一种光纤组件包括多根基本平行的光纤，且各光纤具有一端面。一套管本体具有位于其内的所述多根光纤以及一前表面。所述各光纤的端面位于基本邻近所述套管本体的所述前表面而且延伸经过所述套管本体的所述前表面。一光束扩展元件基本邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一前表面和一后表面。所述前表面包括与套管的所述多根光纤对准的一透镜阵列，所述透镜阵列与所述多根光纤间隔一预定距离。所述光束扩展元件的所述后表面位于基本邻近所述套管本体的所述前表面。所述光束扩展元件的所述后表面具有朝向所述光束扩展元件的所述前表面延伸的一凹部，所述凹部具有一朝向后方的表面。一指数匹配的弹性介质位于所述凹部内。所述弹性介质接合所述凹部的所述朝向后方的表面以及所述多根光纤的端面。

在又一方面，一种光纤组件，包括：多根光纤，基本平行且各光纤具有一端面；一套管本体，所述多根光纤位于所述套管本体内，所述套管本体具有一前表面，所述各光纤的端面被定位为基本邻近并延伸经过所述套管本体的所述前表面；一光束扩展元件，基本邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一透镜阵列以及一朝向后方的表面，所述透镜阵列与所述多根光纤对准并与所述多根光纤间隔一预定距离；以及一指数匹配的弹性介质，所述弹性介质接合所述光束扩展元件的所述朝向后方的表面以及所述多根光纤的端面，用于补偿所述套管本体和所述光束扩展元件之间相对于所述光纤的热膨胀差值。

在再一方面，一种光纤组件，包括：多根光纤，基本平行，各光纤具有一光纤折射指数以及一端面，所述多根光纤的端面基本在一共同的平面上对准；一套管本体，所述多根光纤位于所述套管本体内，所述套管本体具有一前表面；一光束扩展元件，基本邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一光束扩展元件折射指数以及与所述套管的所述多根光纤对准的一透镜阵列，所述透镜阵列与所述多根光纤间隔一预定距离；以及一弹性介质，用于补偿所述套管本体和所述光束扩展元件之间相对于所述光纤的热膨胀差值，接合所述多根光纤的端面以及所述光束扩展元件，而且具有一弹性介质折射指数；其中，所述光纤折射指数、所述光束扩展元件折射指数、以及所述弹性介质折射指数近似相等。

在又一方面，一种光纤组件，包括：多根光纤，基本平行且各光纤具有一端面；一套管本体，所述多根光纤位于所述套管本体内，所述套管本体具有一前表面，所述各光纤的端面被定位为基本邻近所述套管本体的所述前表面而且延伸经过所述套管本体的所述前表面；一光束扩展元件，基本邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一前表面和一后表面，所述前表面包括与所述套管的所述多根光纤对准的一透镜阵列，所述透镜阵列与所述多根光纤间隔一预定距离，所述光束扩展元件的所述后表面被定位为基本邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件的所述后表面具有朝向所述光束扩展元件的所述前表面延伸的一凹部，所述凹部具有一朝向后方的表面；以及一指数匹配的弹性介质，用于补偿所述套管本体和所述光束扩展元件之间相对于所述光纤的热膨胀差值，并且所述弹性介质位于所述凹部内，接合所述凹部的所述朝向后方的表面以及所述多根光纤的端面。

附图说明

通过结合附图参考下面的详细说明，可以最佳地理解本申请在结构和工作上的组织及方式及其另外的目的和优点，其中，相同的附图标记表示相同的部件，并且在附图中：

图1是一已连接的套管组件的一实施例的一立体图；

图2是图1的套管组件的连同一组装固定装置的一部分分解立体图；

图3是与图2类似的但是从后方所视的一立体图；

图4是基本沿图1的4-4线做出的一剖视图；以及

图5是图4的圆圈部分的一放大视图。

具体实施方式

尽管本申请很容易具有多种不同形式的实施例，但示出在附图中且本文将详细说明的是几个具体实施例，同时理解的是，本说明书应视为本申请原理的一个示例，且不意欲将本申请限制于本文所示出的图样。

同样地，对一特征或方面的引用意欲描述本申请的一实例的一特征或方面，不意味着其每个实施例必须具有所述的特征或方面。此外，应该注意的是，说明书示出了多个特征。尽管某些特征已组合在一起以说明潜在的系统设计，但是这些特征还可以采用其它未明确公开的组合。因此，除非另有说明，所述组合不意欲为限制。

在附图中所示出的实施例中，方向表示诸如上、下、左、右、前和后等不是绝对的，而是相对的，用于解释本申请中不同部件的结构和运动。当部件处于图中所示的位置时，这些表示是恰当的。但是，如果元件位置的说明发生变化，那么认为这些表示也将相应地发生变化。

参见图1，示出了一种多光纤MT型带透镜的套管组件10。套管组件10包括一套管本体11，套管本体11具有位于其内的一多纤光缆50的多根光纤51。一光或光束扩展元件(诸如透镜板30)安装于套管本体11。如所示出的，套管组件10包括一排光纤51，该排光纤51具有12根光纤，但如果需要，套管组件可以设定为收容更多根或更少根的光纤。

套管本体11基本为矩形而且具有一基本平的前表面12和一基本平的后表面13。如图2所示，套管本体11包括一排12个基本为圆柱形的延伸穿过套管本体11至前表面12的光纤收容孔或洞15。另外，套管本体11可以包括位于光纤收容孔15阵列的相对侧的一对对位孔或对位插口16。对位孔16基本为圆柱形而且在前表面12和后表面13之间延伸。在某些实施例中，孔16可以不一直延伸至后表面13，可以不具有均匀横截面(诸如所示出的圆柱体)，而是可以为如美国专利US7,527,436所公开的是渐缩的或台阶式的，或可以具有均匀的非圆形横截面(诸如六边形横截面)。对位孔16设置为将一杆件(未示出)收容于其内，以在一对组件对接时便于对位。在所示出的MT套管本体11中，各对位孔16的直径约为700微米。如果需要，对位孔16也可以采用其它直径。

套管本体11可以由能够注射成型的树脂(诸如聚苯硫醚或聚醚酰亚胺)形成，而且可以包括一助剂(诸如二氧化硅(SiO₂))，以增加树脂的强度和稳定性。如果需要，可以使用其它材料。多纤光缆50的光纤51之一位于各光纤收容孔15内并延伸经过套管本体11的前表面12。光纤51的端面52可以延伸经过套管本体11的前表面12达3-4微米或更长的距离(诸如20微米)。在某些应用中，端面52可能延伸经过套管本体11的前表面12达50微米。为了清楚起见，端面52延伸经过套管本体11的前表面12的距离在图4和图5中被夸大。在一个例子中，光纤51的直径可以约为125微米。光纤51可以通过粘接剂(诸如环氧树脂)固定于光纤收容孔15中。光纤51邻近前表面12的端面52可以抛光或采用其它方法加工至所需的光洁度。

透镜板30基本为矩形而且具有一前表面32和一后表面33。透镜板30可以由能够注射成型的具有与光纤51的折射指数密切匹配的折射指数的光学级树脂形成。换言之，光纤51具有一光纤折射指数而且透镜板30具有一透镜板折射指数。可取的是在材料上进行选择，以使光纤折射指数和透镜板折射指数近似相等。

一凹部34位于前表面32的中心而且包括多个透镜元件35。一个透镜元件35与一根光纤51的端面52对准，每根光纤51位于套管本体11的各自的光纤收容孔15内。在一扩展光束连接器中，透镜元件的两种常见类型是准直类型和交叉聚焦类型。在所述的实施例中，透镜元件35属于交叉聚焦类型而且包括自凹部34的底部34’朝向透镜板30的前表面32突出的一凸形(图5)。透镜板30的后表面33在其内具有一基本为矩形的插口或凹部36。凹部36基本与透镜元件35阵列对准，且由此当透镜板30固定于套管本体11时，凹部36与各光纤51对准。凹部36具有一朝向后方的表面37，所述朝向后方的表面37基本平行于透镜板30的后表面33而且与透镜板30的后表面33向前间隔一定距离。凹部36的深度限定所述朝向后方的表面37与后表面33之间间隔的距离。

透镜板30还包括设置为与套管本体11的对位孔16对准的一对圆柱形引导孔或引导插口38。各引导孔38可以设置为具有与套管本体11的对位孔16的直径匹配的直径或者具有大于套管本体11的对位孔16直径的直径。透镜板30可以具有自后表面33突出的一对圆形间隔件或垫40，每一个圆形间隔件或垫40围绕一个引导孔38。间隔件40的长度可以选择为限定套管本体11的前表面12和透镜板30的后表面33之间的一致且预定的距离或间隙。

一弹性的指数匹配介质或插件45具有一前端面46和一后端面47而且位于透镜板30的凹部36内。前端面46压靠在凹部36的所述朝向后方的表面37上(图5)。后端面47压靠在光纤51的端面52上。依据光纤51延伸经过前表面12的距离以及弹性插件45的厚度和其它特性，后端面47也可以压靠在套管本体11的前表面12上。由此，当透镜板30固定于套管本体11时，弹性插件45基本与透镜元件35的阵列和各光纤51对准而且被压制在该透镜元件35的阵列和各光纤51之间。弹性插件45示出为基本为矩形，以匹配凹部36的形状。如果需要，凹部36和弹性插件45可以具有其它形状而且在任何情况下可以不具有匹配的形状。

尽管出于说明目的图2-5中示出的弹性插件45相对厚，但是弹性插件45可以具有各种厚度。更具体而言，凹部36的深度和弹性插件45的厚度可以根据需要来选择，只要插件45的弹性补偿套管本体11和透镜板30之间相对于光纤51的热膨胀差值即可。作为一实例，如果套管本体11和透镜板30由某一类型聚合物形成而且光纤由玻璃材料(诸如二氧化硅)形成，则套管组件10的这些部件可能具有不同的热膨胀系数。随着套管组件10的工作环境的温度发生改变，组件的所述多根光纤51和其它部件之间热膨胀的相对差值可以达到约为3-4微米。确认的是，在一个实施例中至少100微米厚的弹性元件45而在另一实施例中至少75微米厚的弹性元件45会补偿这种热膨胀的差值。依据弹性元件的性能特性，弹性元件45可以采用其它厚度。

弹性插件45可以由具有与透镜板30和光纤51的折射指数近似相等的折射指数的弹性材料形成。换言之，光纤折射指数、透镜板折射指数以及弹性插件折射指数期望近似相等。通过选择折射指数近似相等的材料，由于折射指数之间的差异导致的传输损失被最小化。在一个实例中，弹性插件51可以由硅树脂(silicone)形成，但在某些应用中，也可以采用其它材料(诸如氨基甲酸乙酯(urethane))。

参见图2和图3，示出透镜板30安装于套管本体11上的过程。套管本体11示出为具有多纤光缆50的固定于多个光纤收容孔15内的多根光纤51。各光纤51的长度延伸超出套管本体11的前表面12，但基本小于图4和图5所示出的长度。光纤51的端面52可以按照需要抛光或采用其它方法进行光洁度处理。透镜板30与套管本体11间隔一定距离，同时透镜板30中的引导孔38与套管本体11的前表面12中的对位孔16对准。弹性插件45在图2和图3中示出为一独立部件，以组装于套管本体11和透镜板30之间。在某些情况下，弹性插件45可以插入到透镜板30中而作为预组装过程的一部分，以简化生产过程。

一组装固定装置60可以用于使套管本体11和透镜板30对准。更具体而言，固定装置60具有一基本为矩形的本体61以及一对间隔开的引导柱62，在生产过程中，引导柱62穿过透镜板30的引导孔38并伸入到套管本体11的对位孔16中，以使套管本体与透镜板对准。各引导柱62可以包括一加大的邻近本体61的第一部分64，第一部分64的直径设置为基本与透镜板30中的引导孔38的直径匹配。各引导柱还可以包括与本体61间隔一定距离的一第二部分63，第二部分63的直径设置为基本与套管本体11中的对位孔16的直径相匹配而且小于第一部分64的直径。

在组装过程中，透镜板30连同位于凹部36中的弹性插件45滑到固定装置60的引导柱62上，同时引导柱的端部延伸穿过引导孔38并经过透镜板30的后表面33。粘接剂42可施涂于透镜板30的后表面33，而且引导柱62滑入到套管本体11的前表面12中的对位孔16内。透镜板30和弹性插件45相对地朝向具有固定于其内的光纤51的套管本体11移动。当透镜板30到达套管本体11时，光纤51的端面52将接合并压制弹性插件45。粘接剂固化或硬化时,透镜板30和弹性插件45分别固定抵靠于套管本体11和光纤51。

尽管示出并说明了本申请的优选实施例，但是可以设想到的是，本领域技术人员在不脱离前面的说明书和随附权利要求的精神和范围的情况下可做出多种多样的修改。

Claims (20)

1.一种光纤组件，包括：

多根光纤，基本平行且各光纤具有一端面；

一套管本体，所述多根光纤位于所述套管本体内，所述套管本体具有一前表面，所述各光纤的端面被定位为邻近并延伸经过所述套管本体的所述前表面；

一光束扩展元件，邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一透镜阵列以及一朝向后方的表面，所述透镜阵列与所述多根光纤对准并与所述多根光纤间隔一预定距离；以及

一指数匹配的弹性介质，所述弹性介质接合所述光束扩展元件的所述朝向后方的表面以及所述多根光纤的端面，用于补偿所述套管本体和所述光束扩展元件之间相对于所述光纤的热膨胀差值。

2.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述光束扩展元件的所述朝向后方的表面被定位为邻近所述套管本体的所述前表面但与所述套管本体的所述前表面间隔一定距离，而且所述光束扩展元件具有朝向所述透镜阵列延伸的一凹部，所述指数匹配的弹性介质位于所述凹部内。

3.根据权利要求2所述的光纤组件，其中，所述朝向后方的表面位于所述凹部内，而且所述弹性介质的一前端面压靠在所述凹部的所述朝向后方的表面上，而所述弹性介质的一后端面压靠在所述各光纤的端面上。

4.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述弹性介质由硅树脂材料形成。

5.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述多根光纤的端面基本在一共同的平面上对准。

6.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述多根光纤、所述光束扩展元件、以及所述指数匹配的弹性介质分别具有一折射指数，而且各折射指数近似相等。

7.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述光束扩展元件是一基本为矩形的透镜板，所述透镜板具有多个透镜，各透镜与所述多根光纤之一对准。

8.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述多根光纤以至少一个基本线性阵列布置。

9.根据权利要求1所述的光纤组件，其中，所述弹性介质至少为75微米厚。

10.一种光纤组件，包括：

多根光纤，基本平行，各光纤具有一光纤折射指数以及一端面，所述多根光纤的端面基本在一共同的平面上对准；

一套管本体，所述多根光纤位于所述套管本体内，所述套管本体具有一前表面；

一光束扩展元件，邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一光束扩展元件折射指数以及与所述套管的所述多根光纤对准的一透镜阵列，所述透镜阵列与所述多根光纤间隔一预定距离；以及

一弹性介质，用于补偿所述套管本体和所述光束扩展元件之间相对于所述光纤的热膨胀差值，接合所述多根光纤的端面以及所述光束扩展元件，而且具有一弹性介质折射指数；

其中，所述光纤折射指数、所述光束扩展元件折射指数、以及所述弹性介质折射指数近似相等。

11.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述套管本体和所述光束扩展元件之一具有一凹部，所述弹性介质位于所述凹部中。

12.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述光束扩展元件具有一凹部，同时所述弹性介质位于所述凹部中，所述凹部包括一朝向后方的表面，以及所述弹性介质的一前端面压靠在所述凹部的所述朝向后方的表面上，而所述弹性介质的一后端面压靠在所述各光纤的端面上。

13.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述多根光纤使所述弹性介质变形。

14.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述弹性介质由硅树脂材料形成。

15.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述弹性介质至少为75微米厚。

16.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述光束扩展元件是一基本为矩形的透镜板，所述透镜板具有多个透镜，各透镜与所述多根光纤之一对准。

17.根据权利要求10所述的光纤组件，其中，所述多根光纤以至少一个基本线性阵列布置，而且所述弹性介质沿所述多根光纤的线性阵列延伸。

18.一种光纤组件，包括：

多根光纤，基本平行且各光纤具有一端面；

一套管本体，所述多根光纤位于所述套管本体内，所述套管本体具有一前表面，所述各光纤的端面被定位为邻近所述套管本体的所述前表面而且延伸经过所述套管本体的所述前表面；

一光束扩展元件，邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件具有一前表面和一后表面，所述前表面包括与所述套管的所述多根光纤对准的一透镜阵列，所述透镜阵列与所述多根光纤间隔一预定距离，所述光束扩展元件的所述后表面被定位为邻近所述套管本体的所述前表面，所述光束扩展元件的所述后表面具有朝向所述光束扩展元件的所述前表面延伸的一凹部，所述凹部具有一朝向后方的表面；以及

一指数匹配的弹性介质，用于补偿所述套管本体和所述光束扩展元件之间相对于所述光纤的热膨胀差值，并且所述弹性介质位于所述凹部内，接合所述凹部的所述朝向后方的表面以及所述多根光纤的端面。

19.根据权利要求18所述的光纤组件，其中，所述多根光纤、所述光束扩展元件、以及所述指数匹配的弹性介质分别具有一折射指数，而且各折射指数近似相等。

20.根据权利要求18所述的光纤组件，其中，所述弹性介质至少为75微米厚。