CN103823277A - 一种光纤连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光纤连接器，包括连接器本体和穿设于所述连接器本体的一段裸光纤。所述连接器本体，包括金属套筒、固定于所述金属套筒一端的第一光纤固定件，和固定于所述金属套筒另一端的第二光纤固定件。所述裸光纤，包括穿设于所述第一光纤固定件中的一段第一裸光纤，以及穿设于所述第二光纤固定件中的一段第二裸光纤。由于金属套筒与金属焊料的浸润性好，利于光纤连接器与激光器保护壳的焊接固定；而且由于金属的热传导性好使得热量可以通过金属套筒传递至空气中或者通过金属套筒传递至金属焊料进而传递至激光器保护壳而散走，利于散热。

Description

一种光纤连接器

技术领域

本发明涉及光耦合装置的技术领域，特别涉及一种适用于接收和传输高功率半导体激光的光纤连接器。

背景技术

一般来说，空间光的光耦合主要是将固体激光器、半导体激光器等发出的激光光束通过光束整形后聚焦或者成像到光纤纤芯端面上，光纤的导光部分是由纤芯和包层组成的，纤芯的折射率会略大于包层的折射率，这样的话，当入射到光纤纤芯端面的光发散角小于光纤的数值孔径NA时，进入纤芯后将在纤芯和包层的界面处发生全反射，而入射到光纤纤芯端面的光发散角大于光纤数值孔径NA时，即使进入纤芯也不会在纤芯和包层的界面处发生全反射，因此会很快折射出光纤而不能在纤芯传输。一般来说，空间光的光纤耦合总是有一定的耦合效率，很难达到100%，也就是说总存在一些光最终无法沿着光纤纤芯传输，光纤连接器需要将这一部分光剥离。

图1为空间光束光纤耦合的示意图。裸光纤6的导光部分包括低折射率的包层61和高折射率的纤芯62，高功率半导体激光器发出的光束67，经过一系列光学元件整形后，入射到光纤6的端面，其中部分射入纤芯62的光线66由于入射角度小于光纤的数值孔径NA而满足全反射条件并可沿纤芯62继续传播，而部分射入纤芯62的光线65由于入射角度比光纤的数值孔径NA大，所以无法在纤芯62与包层61的界面处发生全发射，而穿过界面进入包层61，经由包层61离开光纤。而另一部分射入包层61的光线63，进入包层61后，穿出包层61，离开光纤。还有一部分光线64是由于光纤端面反射所造成的。

图2为授权公告号CN201845110U的中国实用新型专利的一种传输高功率激光的光纤端部结构的示意图，该结构采用由石英材质制造得到的前套管81和后套管83固定裸光纤82，通过由石英或者陶瓷材料制造得到的连接管84将前套管81和后套管83进行连接，可以在光纤端部结构最前端通过透明的石英玻璃套管剥离未耦合进纤芯的光线，避免连接器端面烧损，而后在中段悬空处进一步剥离光线，从而剥离未耦合进纤芯的光线，避免自身烧损，但是前套管81和后套管83均为由石英材质制造得到的非标准光学器件，而且为了装配方便前套管81在外壁还开设有一个小楔角坡面85，其中坡面85在与连接管84装配时起导向作用。由于石英玻璃加工难度高、加工精度低，很难保证前套管81和后套管83的加工精度尤其是难以保证小楔角坡面85的加工精度，导致前套管81不易装配且稳定性不佳，从而前套管81和连接管84的同轴度不佳。光纤端部在与其它器件插接时，是利用连接管84的外壁与其它被插接器件相配合的，连接管84和前套管81的同轴度不佳会影响插接后前套管81中穿设的光纤与被插接器件的同轴度；同时，连接管84是由玻璃或者陶瓷制成的，与金属焊料浸润性差，导致无法焊接于激光器保护壳，玻璃和陶瓷材质不利于导热，影响散热性能。

发明内容

本发明提供了一种光纤连接器，便于焊接于激光器保护壳且散热性能较好。

本发明公开的一种光纤连接器，包括：连接器本体和穿设于所述连接器本体的一段裸光纤；所述连接器本体，包括金属套筒、固定于所述金属套筒一端的第一光纤固定件，和固定于所述金属套筒另一端的第二光纤固定件；所述裸光纤，包括穿设于所述第一光纤固定件中的一段第一裸光纤，以及穿设于所述第二光纤固定件中的一段第二裸光纤。

其中，所述金属套筒，开设有贯穿其两个端面的开口。

其中，所述开口的延伸方向平行于所述裸光纤的延伸方向；所述金属套筒的横截面呈C字形。

其中，所述金属套筒的内壁面包括吸光层。

其中，所述吸光层为颜色为深色的金属氧化物层或碳黑层。

其中，所述第一光纤固定件通过高温固化胶固定于所述金属套筒；所述第二光纤固定件通过高温固化胶固定于所述金属套筒。

其中，所述第一光纤固定件具有朝向所述第二光纤固定件的一个后端表面；所述第一光纤固定件具有开设有供所述裸光纤穿设的第一内孔，以及开设于远离光入射方向的表面上且连接所述第一内孔的第一内孔倒角；所述第二光纤固定件具有开设有供所述裸光纤穿设的第二内孔，以及开设于远离光入射方向的表面上且连接所述第二内孔的第二内孔倒角；所述裸光纤，通过位于第二内孔倒角处的高温固化胶固定于所述第二光纤固定件。

其中，所述第一光纤固定件和金属套筒同轴；所述第一光纤固定件和第一裸光纤同轴。

其中，所述第一光纤固定件和所述第二光纤固定件相间隔；所述金属套筒包围有位于所述第一光纤固定件和所述第二光纤固定件之间的空气间隔；

所述裸光纤，包括位于所述空气间隔中的一段第三裸光纤；所述第三裸光纤连接于所述第一裸光纤和所述第二裸光纤。

其中，所述第一光纤固定件和所述第二光纤固定件，均为高透过率单模陶瓷插针。

本发明的有益效果是：由于金属套筒与金属焊料浸润性好，利于光纤连接器与激光器保护壳的焊接固定；由于金属的热传导性好使得热量可以通过金属套筒传递至空气中或者通过金属套筒传递至金属焊料进而传递至激光器保护壳而散走，利于散热。同时，使用高透过率单模陶瓷插针作为第一光纤固定件和第二光纤固定件，由于标准陶瓷插针成本低且加工精度高，所以降低加工成本和提高同轴度，尤其适用于大规模的工业生产。

附图说明

图1为空间光束光纤耦合的示意图；

图2为授权公告号CN201845110U的中国实用新型专利的一种传输高功率激光的光纤端部结构的示意图；

图3为本发明实施例的光纤连接器的示意图；

图4为本发明实施例的光纤连接器的剖视图；

图5为本发明实施例中裸光纤与第二光纤固定件进行装配的示意图；

图6为本发明实施例中裸光纤和第二光纤固定件装配完成的示意图；

图7为本发明实施例中装配完成的裸光纤和第二光纤固定件与第一光纤固定件和金属套筒进行装配的示意图；

图8为本发明实施例的光纤连接器将光线剥离的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。并且，为了方便描述本发明各结构的位置关系，本发明将靠近入射光的方向的一侧定义为前侧，相反一侧定义为后侧。

图3为本发明实施例的光纤连接器的示意图。本发明中总体技术方案为：光纤连接器包括连接器本体1和穿设于所述连接器本体1的一段裸光纤2。

连接器本体1，包括金属套筒10、固定于金属套筒10一端的第一光纤固定件11，和固定于金属套筒10另一端的第二光纤固定件12。本实施例中入射光由第一光纤固定件11中的一段裸光纤2进入光纤连接器，定义第一光纤固定件11位于第二光纤固定件12的前侧。

由于金属套筒10与金属焊料的浸润性好，利于光纤连接器与激光器保护壳（图未示）的焊接固定，采用焊接固定方式使光纤连接器稳定性更好。由于金属的热传导性好使得热量可以通过金属套筒传递至空气中或者通过金属套筒传递至金属焊料进而传递至激光器保护壳而散走，利于散热。具体而言，如图1所示，光纤连接器需要将部分不能沿着纤芯62传播的光（例如图1中所示的65、63）剥离，剥离的光照射在套筒会产生热，本实施例中，金属套筒可以利用热传导性好的特点，通过空气和金属焊料散热。

本实施例的金属套筒10，开设有贯穿其两个端面的开口101。

本实施例中，开口101的延伸方向平行于所述裸光纤2的延伸方向，即本实施例的开口101的形状是直线，使得金属套筒10的横截面呈C字形。

通过开设开口101使得金属套筒10的端面的口径能够改变，例如，对金属套筒10施加外力可以使得金属套筒10的口径增大，配合后续对于图7的说明可知，通过设置开口101使得本实施例的光纤连接器便于装配。同时，通过设置开口101便于空气流通，使得金属套筒10的内壁面和外壁面都能够以较佳的散热速率散热。

本领域技术人员应当了解的是，开口101的具体形状不以本实施例为限。也可以是弧线或者折线等形状，同样能够使得金属套筒10通过受力而增大外径。本实施例中，通过将开口101设置为延伸方向平行于所述裸光纤2的延伸方向，可以方便装配者在装配光纤连接器时观察裸光纤2和第一光纤固定件11的内孔的对齐状况。

图4为本发明实施例的光纤连接器的剖视图。

本实施例裸光纤2，包括穿设于所述第一光纤固定件11中的一段第一裸光纤21，以及穿设于所述第二光纤固定件12中的一段第二裸光纤22。本实施例的第一裸光纤21的前端镀有一层减反膜（图未示），从而减少端面反射光。

本实施例的第一裸光纤21和第二裸光纤22，均具有纤芯和包覆纤芯的包层，包层的折射率小于纤芯的折射率。本实施例之中，能够采用工业常用的光纤制成裸光纤2。具体地，可以通过将工业用光纤（包括裸光纤和裸光纤外涂覆的一层光纤涂覆层）去除一段光纤涂覆层而得到裸光纤。

本实施例的第一光纤固定件11和第二光纤固定件12均为标准单模陶瓷插针。由于标准的单模陶瓷插针具有很高的精度，可以最大限度保证光纤连接器的同轴度，尤其可以保证第一光纤固定件11和金属套筒10的同轴度；同时单模陶瓷插针便于量产价格较低；因此本实施例的光纤连接器成本较低、加工简单，尤其适用于大规模的工业生产。进一步地，单模陶瓷插针在很宽的光谱范围内有很高的透过率，可以对没有耦合进纤芯的光线进行较好的剥离。

本实施例的金属套筒10的内壁面包括吸光层102，适于吸收光线。较佳地，吸光层为颜色为深色的金属氧化物层（例如氧化铝等）或颜色为深色的碳黑层（例如使用涂覆或电镀方法制造的碳黑层）。结合后续的图7可知，通过设置吸光层102，金属套筒10更容易将剥离的光吸收并转化为热量继而通过空气或焊料散热，实际工程中，通过吸收光线可以降低杂光对其余光电元件运行的干扰。

本实施例的第一光纤固定件11通过高温固化胶110固定于金属套筒10，第二光纤固定件12通过高温固化胶120固定于金属套筒10。具体地，第一光纤固定件11通过在其外壁面的高温固化胶110固定于金属套筒10一端的内壁面，第二光纤固定件12通过在其外壁面的高温固化胶120固定于金属套筒10另一端的内壁面。

本实施例中，第一光纤固定件11开设有供裸光纤2穿设的第一内孔111，以及开设于远离光入射方向的表面上且连接所述第一内孔111的第一内孔倒角112。第一内孔倒角112适于在将裸光纤2穿设于第一光纤固定件11时引导裸光纤2准确穿设。类似地，第二光纤固定件12开设有供裸光纤2穿设的第二内孔121，以及开设于远离光入射方向的表面上且连接所述第二内孔121的第二内孔倒角122。裸光纤2通过位于第二内孔倒角处122的高温固化胶123固定于第二光纤固定件12，从而固定裸光纤2和连接器本体1。本实施例中，第一光纤固定件11为标准单模陶瓷插针，第一光纤固定件11的外表面的加工精度高，使第一光纤固定件11和金属套筒10同轴；第一光纤固定件11的第一内孔111的加工精度高，使第一光纤固定件11和第一裸光纤21同轴；换言之，由于第一光纤固定件11的精度高，使第一裸光纤21、第一光纤固定件11和金属套筒10的轴线均为如图4所示的轴线L，第一裸光纤21、第一光纤固定件11和金属套筒10的同轴度好。本实施例中，光纤连接器在与其它器件插接时，第一裸光纤21、第一光纤固定件11和金属套筒10的同轴度好的特性会改善插接后第一光纤固定件11中穿设的第一裸光纤21与被插接器件的同轴度。更进一步地，本实施例中由于第一光纤固定件11和第二光纤固定件12均为标准单模陶瓷插针，第一内孔111和第二内孔121同轴。

进一步地，第一光纤固定件11和第二光纤固定件12相间隔。金属套筒10包围有位于第一光纤固定件11和第二光纤固定件12之间的空气间隔103，本实施例的空气间隔103的长度为3-8mm。裸光纤2还包括位于空气间隔103中的一段第三裸光纤23，第三裸光纤23连接于第一裸光纤21和第二裸光纤22。本实施例通过采用裸光纤中段悬空的结构，将部分光线由第三裸光纤23剥离，而后连接第一光纤固定件11和第二光纤固定件12的金属套筒10将光转化为热量后进行散热，本实施例的金属套筒10内壁面的吸光层102适于吸收光，吸光效果更好。

图5为本发明实施例中裸光纤与第二光纤固定件进行装配的示意图。本实施例的裸光纤2是通过将工业光纤除去涂覆层制造得到的，按照箭头所示的方向将第二光纤固定件12（即单模陶瓷插针）与裸光纤2进行装配，裸光纤2经由第二内孔倒角122的导向作用，插入第二内孔121。裸光纤2从第二光纤固定件12的前端穿出，并预留出相应的长度以供进行后续装配。装配到位后用高温固化胶123在第二内孔倒角122的位置对裸光纤2和第二光纤固定件12进行固定从而完成裸光纤2和第二光纤固定件12的装配，图6为本发明实施例中裸光纤和第二光纤固定件装配完成的示意图。由于在第二内孔倒角122的位置剥离出裸光纤2的光非常少甚至可以忽略，不易因光照和热量而破坏固定胶123。

图7为本发明实施例中装配完成的裸光纤和第二光纤固定件与第一光纤固定件和金属套筒进行装配的示意图。首先将第一光纤固定件11与金属套筒10套合在一起。由于第一光纤固定件11与金属套筒10需要紧密配合，以保证同轴度，具体地，可以利用金属套筒10的开口101，施加力扩张开口101，使金属套筒10内壁的直径略微大于第一光纤固定件11的直径，再进行装配，之后停止施加力则开口101回弹，金属套筒10通过弹性回复力与第一光纤固定件11紧密配合。本实施例中，第一光纤固定件11与金属套筒10的套合长度为3-7mm。

进一步地，将第一光纤固定件11与金属套筒10套合后得到的结构与如图6所示的裸光纤2和第二光纤固定件12装配完成得到的结构按照箭头所示的方向进行装配。

装配过程中，由于第二光纤固定件12与金属套筒10需要紧密配合，以保证同轴度。因此，可以利用金属套筒10的开口101，施加力扩张开口101，使金属套筒10内壁的直径略微大于第二光纤固定件12的直径，再进行装配，之后停止施加力则开口101回弹，金属套筒10通过弹性回复力与第二光纤固定件12紧密配合。同时，为了保证裸光纤2插入金属套筒10时的视见性，可将金属套筒10的开口101，旋转至正对人眼方向，使装配者能够方便地观察裸光纤2在金属套筒10中的具体位置。裸光纤2通过第一光纤固定件11的第一内孔倒角112的引导，插入第一内孔111。本实施例中，裸光纤2穿出第一光纤固定件11前端并预留1-2mm的长度。

进一步地，可以根据工程需要适当地调整第一光纤固定件11和金属套筒10的套合长度以及第二光纤固定件12和金属套筒10的套合长度，调整第一光纤固定件11和第二光纤固定件12之间的间隔。之后可用高温固化胶110、120分别对第一光纤固定件11和第二光纤固定件12与金属套筒10进行胶合固定。这种固定方法可以实现裸光纤2与第一内孔111、第二内孔121之间的界面的无胶化，提升光纤连接器的整体稳定性，避免固定胶因光照而损毁。固定后可将穿出第一光纤固定件11前端1-2mm的裸光纤进行研磨，使光纤端面和第一光纤固定件11前端平齐，进一步地，在上述处理光纤端面的操作后，可以在该第一裸光纤21的前端镀一层降反膜，从而减少端面反射光。从而得到如图3、图4所示的光纤连接器。

图8为本发明实施例的光纤连接器将光线剥离的示意图。其中，入射光67入射到第一光纤固定件11的端面，进入穿设于第一光纤固定件11的第一裸光纤21，会产生如图1所示的63和65两种没有耦合进光纤纤芯的光线，在第一裸光纤21和第一光纤固定件11的界面处光线63和65的一部分由第一裸光纤21剥离形成光线71，未能剥离部分的进入第三裸光纤23在第三裸光纤23和空气间隔103的界面处进行充分剥离，剥离形成光线72。本实施例中，光线71中部分光线经过第一光纤固定件11离开光纤连接器，从而保证光纤端面不会因集聚热量而致光纤端面烧损。光线72照射在金属套筒10，尤其是照射在内壁发黑的金属套筒10上能够转化为热量，金属套筒10通过空气或者光纤连接器与固体激光器管壳的焊接部位的焊料，把热量导走，从而保证整个连接器的温度不至于过热。金属套筒10上的开口101，能够保证金属套筒10包围的空气间隔103与金属套筒10外部进行空气对流，空气可以与金属套筒10内外壁接触，进行热交换，通过对流把热量传递给金属套管10的外部空间，从而进一步加快散热速度。

本发明的实施例至少具有以下的优点：

（一）与现有的光纤端部结构相比较，本发明的光纤连接器，由于金属套筒与金属焊料浸润性好，利于光纤连接器与激光器保护壳的焊接固定；由于金属的热传导性好使得热量可以通过金属套筒传递至空气中或者通过金属套筒传递至金属焊料进而传递至激光器保护壳而散走，利于散热；

（二）通过在金属套筒设置贯穿其两个端面的开口，使开口能够因为受力而扩张，金属套筒内壁的直径增大方便安装第一光纤固定件和第二光纤固定件；同时，通过停止施加力使开口不再扩张，金属套筒能够利用弹性回复力而与第一光纤固定件和第二光纤固定件紧密配合；

（三）通过开口连通空气间隔与金属套筒的外部空气，进行空气对流，保证金属套筒包围的空气间隔与金属套筒外部进行空气对流，空气可以与金属套筒的内外壁接触而进行热交换，从而进一步加快散热速度；

（四）通过令开口的延伸方向平行于裸光纤的延伸方向可以使装配者在装配本发明的光纤连接器时，能够方便地观察裸光纤在金属套筒中的具体位置；

（五）通过在金属套筒的内壁面设置吸光层，适于吸收光线并转化为热量；

（六）与现有的光纤端部结构相比较，本发明的光纤连接器使用高透过率单模陶瓷插针作为第一光纤固定件和第二光纤固定件，由于标准陶瓷插针成本低且加工精度高，所以降低加工成本和提高同轴度，尤其适用于大规模的工业生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光纤连接器，其特征在于，所述光纤连接器包括：连接器本体和穿设于所述连接器本体的一段裸光纤；

所述连接器本体，包括金属套筒、固定于所述金属套筒一端的第一光纤固定件，和固定于所述金属套筒另一端的第二光纤固定件；

所述裸光纤，包括穿设于所述第一光纤固定件中的一段第一裸光纤，以及穿设于所述第二光纤固定件中的一段第二裸光纤。

2.根据权利要求1所述的光纤连接器，其特征在于，

所述金属套筒，开设有贯穿其两个端面的开口。

3.根据权利要求3所述的光纤连接器，其特征在于，

所述开口的延伸方向平行于所述裸光纤的延伸方向；所述金属套筒的横截面呈C字形。

4.根据权利要求1所述的光纤连接器，其特征在于，

所述金属套筒的内壁面包括吸光层。

5.根据权利要求4所述的光纤连接器，其特征在于，

所述吸光层为颜色为深色的金属氧化物层或碳黑层。

6.根据权利要求1所述的光纤连接器，其特征在于，

所述第一光纤固定件通过高温固化胶固定于所述金属套筒；所述第二光纤固定件通过高温固化胶固定于所述金属套筒。

7.根据权利要求1所述的光纤连接器，其特征在于，

所述第一光纤固定件开设有供所述裸光纤穿设的第一内孔，以及开设于远离光入射方向的表面上且连接所述第一内孔的第一内孔倒角；

所述第二光纤固定件开设有供所述裸光纤穿设的第二内孔，以及开设于远离光入射方向的表面上且连接所述第二内孔的第二内孔倒角；

所述裸光纤，通过位于第二内孔倒角处的高温固化胶固定于所述第二光纤固定件。

8.根据权利要求7所述的光纤连接器，其特征在于，

所述第一光纤固定件和金属套筒同轴；所述第一光纤固定件和第一裸光纤同轴。

9.根据权利要求1所述的光纤连接器，其特征在于，

所述第一光纤固定件和所述第二光纤固定件相间隔；所述金属套筒包围有位于所述第一光纤固定件和所述第二光纤固定件之间的空气间隔；

所述裸光纤，还包括位于所述空气间隔中的一段第三裸光纤；所述第三裸光纤连接于所述第一裸光纤和所述第二裸光纤。

10.根据权利要求1所述的光纤连接器，其特征在于，

所述第一光纤固定件和所述第二光纤固定件，均为高透过率单模陶瓷插针。

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