CN105378527A - 多光纤卡箍连接器 - Google Patents

多光纤卡箍连接器 Download PDF

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CN105378527A CN201480027080.8A CN201480027080A CN105378527A CN 105378527 A CN105378527 A CN 105378527A CN 201480027080 A CN201480027080 A CN 201480027080A CN 105378527 A CN105378527 A CN 105378527A
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S.A.巴赫特
N.L.里泽
L.班萨尔
D.E.德林杰
D.D.厄尔德曼
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Abstract

单件结构多光纤卡箍互连组件(100)，包括：卡箍本体，其具有主表面(110)、前框架(102)(带有前面和背面(102b、102a))和后开口(112)；多个透镜(安装在前框架中并且从前框架凹进)，其形成透镜阵列(108)；在主表面(110)上的多个凹槽(106)，其接收多个光纤并且从背面(102a)朝向后开口(112)延伸，每个凹槽均包括在前框架(102)上的相应透镜焦点处的边界；沿着前框架(102)的背面(102a)在主表面(110)上的凹坑(302)，带有弯曲的内侧边缘并且能够容纳环氧树脂；和多个引导销通路(104)，在所述卡箍本体上且均具有用于接收来自互补的卡箍本体的对准销的销孔，其将卡箍的前面对准，使得光纤端部对准。

Description

多光纤卡箍连接器
技术领域
本发明总体涉及多光纤卡箍连接器，并且更具体地涉及带有环氧树脂凹坑(epoxywell)的单件带透镜多光纤卡箍连接器。
背景技术
多个光纤通常使用多光纤连接器端接。为了以最小量的衰减互连这些光纤，相应的多光纤连接器可以配合，使得相对的光纤被偏压以接触彼此。多光纤连接器通过在相应的光纤之间建立直接物理接触来配合，以传输沿着光纤传播的信号，并且以降低因信号经历反射产生的损失。为实现最佳传输，多光纤连接器被准确地芯对准，并且使用卡箍物理接触。典型地，这种卡箍具有协作的对准销/孔，以使卡箍端面对准，使得光纤端部对准并且由此建立物理接触。
多光纤卡箍连接器(例如，MT型卡箍)典型用粘接结合剂在光纤和卡箍之间进行处理，之后裂开(cleave)并且抛光。多光纤卡箍连接器被抛光和/或处理，以限定适当几何结构使得光纤将延伸超过卡箍端面预定距离，使得在相对的光纤之间建立光纤到光纤的接触。这一端接方法使得难以自动化。由此，存在对于自动化端接处理的需求。这种需要也受到大批量且较低价格的市场需求的驱动。
实现市场化的一种方法是取消抛光步骤，并且在卡箍顶部开口以有助于光纤的组装。透镜的使用提供了扩展光的额外益处，这使得系统不易于受端面上污物的影响。一些当前方案使用单独的透镜，这些透镜粘接到抛光卡箍的端部。在其它方案中，光纤位于透镜处或附近，使得每个光纤在相应透镜的焦点处。但是，这种解决方案未取消抛光，要求透镜与光纤准确对准，并且不允许简易的组装。因此，对既不要求抛光也不要求透镜对准的多光纤卡箍连接器的改进存在需求，其提供了改进的性能、检查并允许自动化制造。
发明内容
这一问题通过如下多光纤卡箍连接器解决，该多光纤卡箍连接器包括：卡箍本体，其包括主表面、前框架和后开口，其中前框架包括前面和背面；多个透镜，其布置成形成透镜阵列，其中透镜装配在前框架中并且从前面凹进；多个凹槽，其在主表面上并用于接收多个光纤，所述凹槽从背面朝向后开口延伸，其中每个凹槽包括位于前框架上的相应透镜的焦点处的边界(terminus)；和在卡箍本体上的多个引导销通路，每个均具有用于接收来自互补的卡箍本体的对准销的销孔，其中销孔和来自互补的卡箍本体的对准销使卡箍前面对准，使得光纤的端部对准。更具体地，用于接收并且定位多个光纤的凹槽是V形的，并且背面边缘是弯曲的。
附图说明
本发明将参考附图以示例的方式描述，其中
图1是根据本发明实施方式的多光纤卡箍连接器的透视图。
图2是根据本发明的替代实施方式的多光纤卡箍连接器的透视图。
图3是包括环氧树脂凹坑的多光纤卡箍连接器的透视图。
图4图示了在常规多光纤卡箍连接器中的示例性分层。
图5是根据本发明替代实施方式的多光纤卡箍连接器的透视图，包括在其背面上的圆角或者弯曲的角部。
图6是根据本发明替代实施方式的多光纤卡箍连接器的透视图，包括在其背面上的圆角或者弯曲的角部、TiggerEars以及“T”形槽环氧树脂凹坑。
图7是包括TiggerEars的根据本发明替代实施方式的多光纤卡箍连接器的透视图。
图8是根据本发明替代实施方式的多光纤卡箍连接器的透视图，包括带有倒角(chamfer)、沉孔或者凹进孔的引导通路。
具体实施方式
本发明提供了单件多光纤卡箍连接器，其不需要抛光或者任何的透镜对准。更具体地，本发明涉及单件多光纤卡箍连接器，其包括透镜阵列、用于光纤对准的V形槽和用于在单件中卡箍对准的引导销孔。根据本发明的多光纤卡箍的实施方式能够仅仅使用粘接剂组装，而不使用盖子。本发明的发明人已经发现，通过包括位于光纤所邻接的卡箍的壁附近的环氧树脂凹坑，即使粘接剂未将光纤附着到凹槽时，光纤端部和壁之间的接触也能够得以维持。发明人已经发现，环氧树脂凹坑提供了有助于沿-Z方向的拉拔强度的机械固持特征部。发明人还发现，粘接剂在+y方向上的进一步固持能够通过在卡箍本体主表面中形成燕尾形通道来实现。另外，发明人注意到，粘接剂在卡箍连接器中的分层发生在背面的尖锐边缘或者环氧树脂凹坑的尖锐边缘处。发明人已经通过沿着环氧树脂凹坑的侧边缘钻孔出圆形凹坑(“TiggerEar”)来防止该分层，该圆形凹坑提供了用于粘接剂的储存部，并且使得卡箍尖角上的不利收缩作用最小化，并且作用为机械闩锁。作为替代设计，发明人已经发现，通过在相对于主表面的T形槽中形成环氧树脂凹坑，能够阻止分层，从而防止粘接剂的分层和应力集中。根据本发明的多光纤卡箍中的该特征组合允许多光纤卡箍连接器的改进的性能、检查和自动化制造。
因此，本发明涉及多光纤卡箍连接器，该多光纤卡箍连接器包括：卡箍本体，其包括主表面、前框架和后开口，其中前框架包括前面和背面；多个透镜，其布置为形成透镜阵列，其中透镜安装在前框架中并且从前面凹进；多个凹槽，其在主表面上用于接收多个光纤，所述凹槽从背面朝向后开口延伸，其中每个凹槽包括位于前框架上的相应透镜的焦点处的边界；和多个引导销通路，其在卡箍本体上，每个都具有用于接收来自互补的卡箍本体的对准销的销孔，其中销孔和来自互补的卡箍本体的对准销使卡箍的前面对准，使得光纤端部对准。更具体地，用于接收并且定位多个光纤的凹槽是V形的，并且背面的边缘是弯曲的。
在本发明的一个实施方式中，卡箍连接器另外包括沿着前框架背面位于主表面上的凹坑(well)，其中凹坑能够容纳环氧树脂(epoxy)。凹坑的内侧边缘能够是弯曲的。在一些实施方式中，凹坑的长度形成相对于卡箍本体主表面的T形槽。
在本发明第二实施方式中，卡箍连接器另外包括沿着环氧树脂凹坑的第一和第二侧面的圆形凹坑。
在本发明的一些实施方式中，引导通路包括倒角，其中从倒角到引导销通路的过渡是沿着设置多个透镜的平面。
在本发明的另一实施方式中，引导通路包括沉孔，其中从沉孔到引导销通路的过渡是沿着设置多个透镜的平面。
在本发明的再一实施方式中，引导通路是凹进的，使得该凹进是沿着设置多个透镜的平面。
在本发明的其它实施方式中，卡箍连接器的主表面凹进，以形成用于接收多个光纤的通道。形成在主表面上的通道和后开口的横截面可以是燕尾形的。
本发明的另一方面涉及卡箍组件，该卡箍组件包括：卡箍本体，其包括主表面、前框架和后开口，其中前框架包括前面和背面，其中主表面凹进以形成用于接收多个光纤的通道，并且其中背面的边缘是弯曲的；多个透镜，其布置为形成透镜阵列，其中透镜安装在前框架中并且从前面凹进；多个凹槽，其在主表面上用于接收多个光纤，所述凹槽从背面朝向后开口延伸，其中每个凹槽包括位于前框架上的相应透镜的焦点处的边界；凹坑，其沿着前框架背面定位在主表面上，其中凹坑能够容纳环氧树脂；和多个引导销通路，其在卡箍本体上，每个都具有用于接收来自互补的卡箍本体的对准销的销孔，其中销孔和来自互补的卡箍本体的对准销将卡箍的前面对准，使得光纤端部对准。更具体地，用于接收并且设置多个光纤的凹槽是V形的，并且凹坑的内侧边缘是弯曲的。在一个实施方式中，形成在主表面上的通道和后开口的横截面是燕尾形的。在其它实施方式中，卡箍连接器另外包括沿着环氧树脂凹坑的第一和第二侧面的圆形凹坑。
在本发明的一些方面，引导通路均包括倒角或者沉孔中的一种，其中从倒角或者沉孔到引导销通路的过渡是沿着设置多个透镜的平面。在本发明的其它方面中，引导通路是凹进的，使得该凹进是沿着设置多个透镜的平面。
现在参考附图，且更具体地，参考图1，示出了总体标示为100的多光纤卡箍连接器，其包括或者结合有本发明的实施方式。多光纤卡箍连接器100包括前框架102、销通路104、凹槽或者通道106、在前框架102上的透镜阵列108、主表面110和后开口112。
前框架102具有内部部分或者背面102a、以及在内部部分102a的相反侧上的配合表面或者前面102b。连接器100以具有与光纤的折射率类似的折射率的光学级塑料制成，诸如聚碳酸酯(polycarbonate)、晶体、玻璃、陶瓷或者硅石。以透镜阵列108形式布置的多个透镜安装在前框架102中，并且略凹进到前框架102中且低于或者离开配合表面102b。在本发明的一些实施方式中，透镜阵列108中的透镜可以包括准直(collimating)透镜，用于其中卡箍与互补的卡箍配合的那些情形，或者包括聚焦透镜，用于其中卡箍与有源器件(例如光源或者接收器)配合的那些情形。具有销孔的一对引导销通路104设置在连接器100中，用于接收对准销(未示出)，且用以确保两个配合卡箍或者与另一卡箍互补的卡箍对准。
连接器100通常地包括具有凹槽或者通道106的主表面110，凹槽或者通道106用于接收和定位光纤。主表面110还凹进，以形成用于接收多个光纤的通道。虽然图1图示了具有V形横截面轮廓的凹槽106，应理解具有不同横截面轮廓的凹槽106(例如，半圆形凹槽或者矩形凹槽)可同等地采用。每个凹槽包括靠近前框架102上的相应透镜的焦点处的边界，以确保透镜相对于凹槽106的实际位置。
根据本发明实施方式的多光纤卡箍连接器依赖于粘接剂来将光纤保持在卡箍中。热膨胀系数(CTE)差异可能存在于多光纤卡箍连接器100、粘接剂(高CTE)和光纤(低CTE)之间。如果粘接剂未能够粘接于卡箍，但保持粘接到光纤，则光纤和固化粘接剂的组合可通过使卡箍在+y或者-z方向(见图2)上移动而被移去。但是，重要的是维持光纤端部和光纤所邻接的卡箍的壁之间的接触。在本发明替代实施方式中，环氧树脂凹坑302能够包括在连接器100中，如图2(b)和3中所示，用以通过减少在卡箍-粘接剂-光纤交界面处的应力而增强光纤的机械固持。如果卡箍-粘接剂-光纤交界面失效，环氧树脂凹坑302中的环氧树脂能够抵抗集中于卡箍-粘接剂-光纤交界面处的应力，由此扩展组件的工作温度范围。环氧树脂凹坑302中的环氧树脂提供了对光纤的机械固持，并且环氧树脂的光学性质维持了光学路径。环氧树脂凹坑302沿着前框架102的背面102a并且垂直于主表面110的纵向轴线而定位在主表面110上。环氧树脂凹坑302锚定粘接剂，且因此在光纤端部附近锚定光纤。在本发明一些实施方式中，低模量的粘接剂可用于阻止因多光纤卡箍连接器100、粘接剂(高CTE)和光纤(低CTE)之间的CTE不匹配引起的粘接失效。在本发明其它实施方式中，凝胶能够设置在光纤端部处，以填充光纤和卡箍壁之间的任何间隙。凝胶能够减少因通过低指数介质(诸如空气)的折射引起的损失。
在本发明一些实施方式中，环氧树脂凹坑302可位于光纤和前框架102之间的交界面附近。不同于常规技术，其中包括在V形凹槽中具有粘接剂并且限制粘接剂从下方接触到光纤，环氧树脂凹坑302允许光纤被粘接剂完全地包围，以实现更强的粘接连结部。环氧树脂凹坑302还对粘接连结部增加机械突肩，并且对粘接界面提供了压缩性部件。对于粘接界面的压缩性部件阻止光纤在热循环期间被背离卡箍壁拉动，这通常由于光纤和聚合物卡箍之间的CTE不匹配而发生。环氧树脂凹坑302提供了机械固持特征部，其有助于沿-z方向的拉拔强度。关于粘接剂在+y方向上的进一步固持能够通过在主表面110中形成通道使得后开口112和通道的横断面为燕尾形来实现，如图2(d)所示。
由于粘接剂在连接器100中固化，其收缩而背离背面102a的边缘和尖锐边缘或者环氧树脂凹坑302的尖锐边缘拉起，如图4所示，其通常形成粘接剂分层的起始点。在本发明一个实施方式中，背面502a的边缘或者环氧树脂凹坑602的内侧边缘是弯曲的或者修圆的，分别如图5和6(c)所示，以防止粘接剂的应力集中和分层。在本发明另一实施方式中，在连接器100中沿着环氧树脂凹坑602的侧边缘钻出盲孔或者圆形凹坑604(“TiggerEar”)，如图6(a)和7所示，用以提供用于粘接剂的储存部并且使得卡箍尖角上的不利收缩作用最小化。在本发明的一个实施方式中，圆形凹坑604的深度基本上等于环氧树脂凹坑602的深度。这些TiggerEars604还可以充当机械闩锁。在本发明的再一实施方式中，环氧树脂凹坑602成型为相对于主表面110的T形槽606(“T”槽)的形式，如图6(b)所示，以防止粘接剂的应力集中和分层。
环氧树脂凹坑的体积能够调节，以容纳封装和机械捕获光纤需要的最小量环氧树脂。在本发明一些实施方式中，封装并且机械捕获光纤需要的最小量环氧树脂、以及因此环氧树脂凹坑的体积可通过使得在凹槽106中的光纤的长度缩短来调节。更短的光纤带将需要更少的环氧树脂体积，且由此在环氧树脂凹坑中要求更少体积的环氧树脂。限制环氧树脂体积和控制分配的环氧树脂体积的这些方法降低了成本，减少了固化环氧树脂需要的时间和能量，并且降低组件中基于CTE的应力，这又在降低热不匹配应力上具有明显作用。
在本发明的一些方面，引导销通路104包括倒角和/或沉孔，如图8(b)和8(c)所示，用以将可能收集在引导销通路104中的碎屑与配合表面隔离。引导销和引导销通路104之间的相互作用可能产生碎屑，特别是在其中销-孔配合较紧密的MT卡箍中，这又会导致连接器100的重复配合期间的过早失效。在本发明的其它方面中，引导销通路104的表面凹进，使得它与透镜基部共面，如图8(d)所示，以将可能收集在引导销通路104中的碎屑从配合表面隔离。这有利于对引导销通路104和透镜的相对位置的肉眼检查。如果从沉孔或者倒角到引导销通路104的过渡点在与透镜相同的平面上，如图8(b)和8(c)所示，则能够用沉孔或者倒角实现类似优点。通过在单件连接器中包括销通路、凹槽或者通道以及前框架上的透镜阵列，用于足以用批量生产的精度的型模钢可被设计和制造。一旦型模钢被制成且验收，则连接器100的批量生产可实现。连接器100允许将光纤对准在V形凹槽中，并且将它们结合到位而无需盖子。使用V形凹槽作为盲孔的替代，允许光纤的更容易的供给和定位。该开放式设计还有助于将粘接剂施加到光纤以及UV固化的应用中。根据本发明的实施方式还允许使用波导替代卡箍凹槽中的光纤。
应注意到，本发明多光纤卡箍连接器及其许多附带优点根据先前描述将得到理解，并且将清楚，在不偏离本发明精神和范围的情况下或者在不牺牲其全部材料优点的情况下，可以在其部件的形式、结构布置上进行各种改变，上文描述的形式仅是其优选的或者示例性的实施方式。

Claims (15)

1.单件结构卡箍组件(100)，包括：
卡箍本体，其包括主表面(110)、前框架(102)、和后开口(112)，其中所述前框架(102)包括前面(102b)和背面(102a)；
多个透镜，其布置为形成透镜阵列(108)，其中所述透镜安装在所述前框架(102)中并且从所述前面(102b)凹进；
多个凹槽(106)，其在主表面(110)上用于接收多个光纤，所述凹槽(106)从所述背面(102a)朝向所述后开口(112)延伸，其中每个凹槽包括位于所述前框架(102)上的相应透镜的焦点处的边界；和
多个引导销通路(104)，其在所述卡箍本体上、并且每个都具有用于接收来自互补的卡箍本体的对准销的销孔，其中所述销孔和来自所述互补的卡箍本体的对准销将卡箍的前面对准，使得光纤端部对准。
2.根据权利要求1所述的卡箍组件(100)，进一步包括沿着所述前框架(102)的背面(102a)定位在所述主表面(110)上的凹坑(302)，其中所述凹坑(302)能够容纳环氧树脂，并且其中所述凹坑(302)的内侧边缘是弯曲的。
3.根据权利要求2所述的卡箍组件(100)，进一步包括沿着所述凹坑的第一和第二侧面的圆形凹坑(604)。
4.根据权利要求2所述的卡箍组件(100)，其中所述凹坑(302)的长度形成相对于所述卡箍本体的主表面(110)的T形槽。
5.根据权利要求1所述的卡箍组件(100)，其中所述多个引导通路(104)的每个都包括倒角，其中从所述倒角到所述引导销通路(104)的过渡是沿着设置所述多个透镜的平面。
6.根据权利要求1所述的卡箍组件(100)，其中所述多个引导通路(104)的每个都包括沉孔，其中从所述沉孔到所述引导销通路(104)的过渡是沿着设置所述多个透镜的平面。
7.根据权利要求1所述的卡箍组件(100)，其中所述多个引导通路均是凹进的，使得所述凹进是沿着设置所述多个透镜的平面。
8.根据权利要求1所述的卡箍组件(100)，其中所述主表面(110)是凹进的，以形成用于接收多个光纤的通道。
9.根据权利要求8所述的卡箍组件(100)，其中形成在所述主表面上的通道和所述后开口(112)的横截面是燕尾形。
10.卡箍组件(100)，包括：
卡箍本体，其包括主表面(110)、前框架(102)、和后开口(112)，其中所述前框架(102)包括前面(102b)和背面(102a)，其中所述主表面(110)是凹进的以形成用于接收多个光纤的通道，其中形成在所述主表面(112)上的通道和所述后开口(112)的横截面是燕尾形，并且其中所述背面的边缘是弯曲的；多个透镜，其布置为形成透镜阵列(108)，其中所述透镜安装在所述前框架(102)中并且从所述前面(102b)凹进；
多个凹槽(106)，其在主表面上用于接收多个光纤，所述凹槽(106)从所述背面(102a)朝向所述后开口(112)延伸，其中每个凹槽包括位于所述前框架(102)上的相应透镜的焦点处的边界；和
凹坑(302)，其沿着所述前框架(102)的背面(102a)且垂直于所述主表面(110)的纵向轴线定位在所述主表面(110)上，其中所述凹坑(302)的内侧边缘是弯曲的，并且其中所述凹坑(302)能够容纳环氧树脂；和
多个引导销通路(104)，其在所述卡箍本体上且每个都具有用于接收来自互补的卡箍本体的对准销的销孔，其中所述销孔和来自所述互补的卡箍本体的对准销将卡箍的前面对准，使得光纤端部对准，并且其中所述多个引导通路(104)的每个都是凹进的，使得所述凹进是沿着设置所述多个透镜的平面。
11.根据权利要求10所述的卡箍组件(100)，其中用于接收和定位所述多个光纤的多个凹槽(106)是V形的。
12.根据权利要求10所述的卡箍组件(100)，进一步包括沿着所述凹坑的第一和第二侧面的圆形凹坑(604)。
13.根据权利要求10所述的卡箍组件(100)，其中所述凹坑(302)的长度形成相对于所述卡箍本体的主表面(110)的T形槽。
14.根据权利要求10所述的卡箍组件(100)，其中所述多个引导通路(104)的每个都包括倒角或者沉孔中的至少一种，其中从所述倒角或者所述沉孔到所述引导销通路(104)的过渡是沿着设置所述多个透镜的平面。
15.根据权利要求10所述的卡箍组件，其中所述多个引导通路(104)的每个都是凹进的，使得所述凹进是沿着设置所述多个透镜的平面。
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