CN105556361A - 扩束光纤连接器和光缆组件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种光缆和光纤连接器组件。在一个方面中，所述组件包括光缆、光纤梢头和光学地耦合在光缆光纤和光纤梢头之间的扩束光纤段。光纤梢头具有沿着其长度不变的模场直径并具有比光缆光纤更大的模场直径。在另一方面中，光缆和光纤连接器组件包括安装在光缆端部的光纤连接器。光纤连接器包括包含支撑在插芯内的扩束光纤段的插芯组件。扩束光纤段可构造为使得扩束光纤段首先被抛光并且然后被分裂至精确的节距长度。扩束光纤段可在插芯后面的接合位置处被熔接接合至单模光纤。

Description

扩束光纤连接器和光缆组件及制造方法
相关申请的交叉引用
本申请于2014年7月22日作为PCT国际专利申请递交并且要求于2013年7月22日递交的序列号为US61/857020的美国专利申请和于2013年7月22日递交的序列号为US61/857015的美国专利申请的优先权，所述美国专利申请的公开内容通过引用整体包含在本文中。
技术领域
本公开大体上涉及光纤通信系统。更具体地，本公开涉及光纤连接器、光纤连接器和光缆组件及制造方法。
背景技术
由于服务提供者愿意为客户提供高带宽的通信容量(例如数据和音频)，因此光纤通信系统在某种程度上正变得越来越普遍。光纤通信系统采用光缆网络在相当长的距离上传输大容量的数据和音频信号。光纤连接器是大多数光纤通信系统的重要部分。光纤连接器允许两个光纤快速地光学地连接和断开。
典型的光纤连接器包括支撑在连接器壳体前端的插芯组件。所述插芯组件包括插芯和安装在插芯后端的毂。弹簧用来将插芯组件相对于连接器壳体向前方偏压。插芯用来支撑至少一个光纤的端部(在多纤插芯的情况下，多个光纤的端部被支撑)。插芯具有光纤的抛光端所位于的前端面。当两个光纤连接器互连时，它们各自插芯的前端面相互抵靠并且插芯通过它们各自的弹簧负载被压在一起。当光纤连接器连接时，它们各自的光纤同轴地对齐以使得光纤的端面彼此直接相对。以此方式，光学信号可穿过光纤的对齐的端面从光纤传输至光纤。对于多个光纤连接器类型，两个光纤连接器之间的对齐通过采用接收连接器、对齐插芯并以相对于彼此连接的方向机械地保持连接器的光纤适配器提供。
连接器通常在工厂中通过直接端接工艺安装在光缆上。在直接端接工艺中，连接器通过将光缆的光纤端部固定在连接器的插芯中而安装在光缆上。在光纤的端部已经固定在插芯中之后，插芯的端面和光纤的端面被抛光和被以其它方式处理以在光纤的端部处提供可接受的光学接口。
连接器还可通过使用光学接合而被安装在光缆上。光学接合可为机械接合或熔接接合。机械接合通常用于现场端接连接器。熔接接合可用来将光缆的光纤熔接接合至固定在插芯中的光纤梢头梢头的后端。公开号为US2014/0064665A1的美国专利申请公开了示例性的接合式(splice-on)连接器的构造。
需要在光纤连接器的不可匹配接口处用于减少信号损失的方法和结构。
发明内容
本公开的教导涉及用于在两个光纤连接器之间的不可匹配(demateable)接口处增加光纤模场直径以减少所述接口处的信号损失的方法和结构。
本公开的一个方面涉及光缆和光纤连接器组件。所述组件包括具有前端和后端的插芯、光缆光纤、具有第一和第二部分的光纤梢头以及光学地耦合在光缆光纤和光纤梢头之间的扩束光纤段。光纤梢头的第二部分从待接合的插芯的后端向后突出。在一个示例中，光纤梢头具有沿其长度不变的模场直径并且具有比光缆光纤更大的模场直径。
本公开的另一个方面涉及光缆和光纤组件。所述组件包括具有前端和后端的插芯、具有固定在插芯中的前部和从插芯的后端向后突出的后部的扩束光纤段、以及具有在插芯后端后面的接合位置处光学地耦合至扩束光纤段的单模光纤的光缆。
各种附加的方面将在下面的说明书中陈述。这些方面涉及单个特征和特征的组合。应理解的是，上文的一般描述和下文的详细描述均仅为示例性和解释性的，并且不限制本文公开的实施例所依据的宽泛的发明构思。
附图说明
图1为根据本公开的原理的光缆和光纤连接器组件的纵向剖视图。
图2为示出了插芯毂和用于图1的光缆和光纤连接器组件的接合位置的放大图。
图3为示出了用于图1的光缆和光纤连接器组件的光纤结构的模场的纵向剖面示意图。
图4为示出了用于图1的光缆和光纤连接器组件的可替换的光纤结构的模场的纵向剖面示意图。
图5为沿着图3的剖面线5-5截取的剖视图。
图6为沿着图3的剖视线6-6截取的剖视图。
图7为沿着图3的剖视线7-7截取的剖视图。
图8为示出了根据本公开的原理的用于制造图1的光缆和光纤连接器组件的示例性的方法的流程图。
图9为根据本公开原理的光缆和光纤连接器组件的纵向剖视图。
图10为图9的光缆和光纤连接器组件的主视图、透视图、剖面图。
图11为根据本公开原理的插芯组件的透视图。
图12为图11的插芯组件所示的光纤的透视图。
图13为图12的插芯组件中所示的扩束光纤段的剖视图。
图14为图12的插芯组件中所示的单模光纤的剖视图。
图15为根据本公开的原理的具有奇数倍的四分之一节距的梯度折射率透镜的插芯组件的透视图。
图16为根据本公开原理的具有偶数倍的四分之一节距的梯度折射率透镜的插芯组件的透视图；和
图17为示出了根据本公开的原理的组装插芯组件的方法流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开原理的光缆和光纤连接器组件20。光缆和光纤连接器组件20包括固定在光缆24端部上的光纤连接器22。光纤连接器22包括具有前端28和后端30的连接器主体26。光纤连接器22还包括安装在连接器主体26中的插芯组件32。插芯组件32包括具有支撑在插芯毂36中的后端的插芯34。弹簧38相对于连接器主体26沿向前的方向偏压插芯组件32。光纤连接器22还包括安装在连接器主体26上的释放套管40，所述释放套管40可相对于连接器主体被拉回以从对应的光纤适配器上释放连接器主体26的前端28。光缆24被示出包括包围定位在保护缓冲件46(例如，诸如松散的缓冲层、紧密的缓冲层或松散/紧密的缓冲层的缓冲层)中的光缆光纤44的外部夹套42。光缆24还包括定位在缓冲管46和外部夹套42之间的加强层48(例如芳纶纱或另一类型的可伸长的加强材料)。加强层48被示出固定(例如压接)至连接器主体26的后端30。光纤连接器22包括在光纤连接器22和光缆24之间的接口处提供应力释放和/或光纤弯曲半径保护的锥形的靴部50。
参考图2，光纤连接器22包括与光缆光纤44光学地连接(例如接合)的光纤结构52。光纤结构52包括固定(例如，黏附地粘接)在插芯34的纵向孔56内的光纤梢头54。光纤结构52还包括定位在光缆光纤44和光纤梢头54之间的扩束光纤段58。扩束光纤段58被构造用于扩展沿从光缆光纤44至光纤梢头54的方向传播的光束并且用于聚焦沿从光纤梢头54至光缆光纤44的方向传播的光束。光纤梢头54可包括用于使沿着光纤梢头54的长度维持不变的模场直径的构造。应理解的是表述“沿着光纤梢头的长度不变的模场直径”意味着模场直径沿着光纤梢头的长度大体上不变并且包括其中存在不会对从此经过的光学信号产生有意义的影响的直径的微小变化的实施例。
本文所使用的“模场”意指光纤的在通过具有预定波长的光信号的光纤传输期间光所穿过的光纤的一部分。应理解的是给定的光纤的“模场”可能根据正通过其传输的光信号的波长变化。本文所使用的“模场区域”是在光纤的给定位置处的模场的横截面区域。“模场区域”通常为圆形并且限定穿过模场区域的模场直径。模场直径可被限定为能量密度减少至最大能量密度的1/e2处的位置。模场区域还可以称为“光斑面积(spotarea)”或“光束面积”，并且模场直径还可以称为光斑尺寸或光束宽度。
将被本领域技术人员理解的是图1所描述的光纤连接器22为SC类型连接器。应理解的是本公开的各种方面也可应用于具有不同形式规格的其他类型的连接器。示例性的其他类型的连接器包括LC连接器、ST连接器、或美国专利US7744286和US7090407(其通过引用并入本文中)中公开的一类强化/硬化连接器。
再次参考图1，插芯34可邻近连接器主体26的前端28地至少部分地定位在连接器主体26中。如图2所示，插芯34包括与后端62相反定位的前端60。前端60包括端面64，光纤梢头54的接口端66定位在端面64处。插芯34的纵向孔56穿过插芯34从前端60延伸至后端62。光纤梢头54包括第一部分68和第二部分70。第一部分68可固定在插芯34的纵向孔56中并且第二部分70可从插芯34向后延伸。光纤梢头54的第一部分68优选地通过粘合剂(例如环氧树脂)固定在插芯34的纵向孔56中。光纤梢头54的接口端66可包括在插芯34的前端60可访问的抛光端面。光纤梢头54可在插芯34内不具有任何接合的情况下一直延伸穿过插芯34。
在一个示例中，光纤梢头54具有被设计和构造为沿着其长度保持不变的模场直径的构造。在一个示例中，光纤梢头54为具有由覆层202(参见图3)包围的芯部200(参见图3)的阶跃折射率光纤，其中在芯部和覆层之间存在离散的径向的折射率阶跃。在某些示例中，光纤梢头54被设计为阻止在预定波长范围内(例如1260-1650纳米)的多重传输模式的激发。因此，梢头54仅仅支持在预定波长范围内的单个基本模式。在某些示例中，光纤梢头54具有大于10微米、或大于12微米、或大于20微米、或大于30微米、或大于40微米、或大于50微米的芯部直径。在其他示例中，光纤梢头54具有在50-100微米范围内的芯部直径。在其他示例中，光纤梢头54具有在10-125微米范围内的芯部直径。仍然在其他示例中，光纤梢头54可具有具有在120-130微米范围内的外径的覆层。
参见图2，插芯34的纵向孔56可具有阶梯式的直径。例如，纵向孔56可具有比第二直径d2大的第一直径d1。第一直径d1可定位在插芯34的前端并且第二直径d2可邻近插芯34的后端定位。在某些示例中，具有第一直径d1的纵向孔56的一部分内的光纤梢头54的一部分可被保护涂层55(例如丙烯酸酯或其他聚合材料)保护并且具有第二直径d2的纵向孔56的一部分中的光纤梢头54的一部分包括裸玻璃(即不被保护涂层包围的玻璃芯部和覆层)。
在某些示例中，光缆光纤44为具有由覆层206(参见附图3)包围的芯部204(参见图3)的阶跃折射率光纤。在阶跃折射率光纤中，离散的折射率阶跃径向地设置在芯部和覆层之间。在一个示例中，光缆光纤44用作单模光纤并且为具有预定波长范围内(例如，1260-1650纳米)的波长的光传输支持单个的基本传输模式。在某些示例中，光缆光纤44具有5-15微米范围内、或8-12微米、或大约10微米的芯部直径。在某些示例中，光缆光纤44可被构造为容纳多模式光学传输。光缆光纤44的多个部分可被围绕覆层的涂层57(例如丙烯酸酯或其他聚合材料)保护。
优选地，光纤梢头54的芯部直径比光缆光纤44的芯部直径大(例如，大至少50％)。在某些示例中，光纤梢头54的芯部直径为光缆光纤44的芯部直径的至少2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。优选地，光纤梢头54的模场直径比光缆光纤44的模场直径大(例如，大至少50％)。在某些示例中，光纤梢头54的模场直径为光缆光纤44的模场直径的至少2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍。
如上所述，在某些示例中，光纤结构52的扩束光纤段58可被构造为扩展沿第一方向穿过扩束光纤段58传播的光束并聚焦沿相反的第二方向穿过扩束光纤段58传播的光束。在某些示例中，扩束光纤段58可包括用于扩展/聚焦光的准直器，包括例如透镜或光纤的扩展芯部，尤其是热膨胀芯部。在某些示例中，扩束光纤段58可包括透镜，例如梯度折射率(GRIN)透镜。在优选示例中，扩束光纤段58可包括四分之一节距(quarterpitch)的GRIN透镜。在某些示例中，扩束光纤段58可包括具有包括大致抛物线的光纤折射率截面的芯部的梯度折射率光纤，所述梯度折射率截面在芯部的中心具有最大值并且当芯部从芯部的中心径向远离地延伸时逐渐减小。应理解的是扩束光纤段58用来在光缆光纤44和光纤梢头54之间(参见附图3，在模场为光纤段被加黑的部分的位置)提供模场直径的渐变。
参考图3，示出用于光纤结构52的示例性的模场结构。如图3所示，扩束光纤段58为GRIN透镜，GRIN透镜接合在光缆光纤44和光纤梢头54之间以在光缆光纤44和光纤梢头54之间提供光学耦合。例如，扩束光纤段58在接合位置72处接合至光缆光纤44并且扩束光纤段58在接合位置74处接合至光纤梢头54。在优选的示例中，接合位置72、74定位在插芯毂36内部以使得插芯毂36保护和封闭接合位置72、74。应理解的是，在接合时扩束光纤段58可包括梯度折射率光纤的裸玻璃部分，并且光缆光纤44的端部和光纤梢头54也可为裸玻璃(即，不加涂层的玻璃)。接合后，保护缓冲层76可设置在接合位置72、74和扩束光纤段58上。此后，插芯毂36可定位(例如二次模制)在插芯34的后端和光纤结构52上。这样，光纤梢头54的第二部分70、扩束光纤段58、光缆光纤44的端部和插芯34的后端均可容纳在插芯毂36中。弹簧38可抵靠插芯毂36以沿向前的方向偏压插芯组件32。
仍然参考图3，扩束光纤段58提供了从光缆光纤44的较小的芯部至光纤梢头54的较大的芯部的渐变的模场直径。图5示出了具有模场直径D1的光缆光纤44的模场区域208。图7示出了具有模场直径D2的光纤梢头的较大的模场区域210。图6示出了由沿着扩束光纤段58的长度的大约一半位置处的扩束光纤段58提供的模场区域212。模场区域212具有模场直径D3。
在所描述的示例中，接合位置74与插芯34的后端向后隔开。在某些示例中，接合位置74离插芯34的后端不超过20毫米地定位。仍然在其他示例中，接合位置74离插芯34的后端5毫米或更少地定位。在一些示例中，第一和第二接合位置72、74为熔接接合。接合位置72、74可包括工厂熔接接合。“工厂熔接接合”是作为制造工艺的一部分在生产设备中执行的接合。在某些示例中，主动对准系统用于在接合之前对准光纤部分。仍然在其他示例中，接合可为现场接合。
图4示出了可用于光纤连接器22的可替换的光纤结构52a。光纤结构52a包括两件式扩束光纤段58a。两件式扩束光纤段58a包括在接合处82接合的预扩束光纤78和主扩束光纤80。与之前确认的示例相似，两件式扩束光纤段58a光学耦合在光缆光纤44和光纤梢头54之间。预扩束光纤78和主扩束光纤80配合以扩展从光缆光纤44传播至光纤梢头54的光束并且以聚焦从光纤梢头54传播至光缆光纤44的光束。
返回参考图1，连接器主体包括前部件120和后部件122。前部件120形成光纤连接器22的前接口端28并且后部件122被构造为允许光缆24的加强层48(例如芳纶纱、光纤玻璃或其他能够给光缆24提供可伸长的加强作用的加强元件)被固定。在一些示例中，加强层48可通过例如压接套管的机械保持器固定在连接器主体26的后部件122上。在其他的示例中，粘合剂或其他方法可用来将加强层48固定在连接器主体26上。
连接器主体26的前部件和后部件120、122可通过例如卡扣连接、粘合连接或其他类型的连接的连接互相连接。当前部件和后部件120、122连接在一起时，弹簧38和插芯毂38被捕捉在前部件和后部件120、122之间。毂36可以被成型为包括接合弹簧38的凸缘160。此外，毂36可被构造为将插芯34的后端支撑在连接器主体26内。此外，凸缘160的前端可被构造为将肩部161接合在连接器主体26内以暂停由弹簧38的向前偏压导致的插芯组件32的向前运动。弹簧38可捕捉在由后部件122限定的弹簧套162中，并且如上所述，可用来相对于连接器主体26沿向前的方向偏压插芯组件32。毂36为固定在插芯34上的结构以使得插芯34和毂36作为一个单元相对于连接器主体26一起运动。如上所述，毂36可包括干涉连接器主体26的内部结构(例如挡块)的结构以限制插芯组件32的向前运动并阻止插芯组件32被弹簧38推出连接器主体26的前端。
如上所述，光纤连接器22被示出为具有SC类型的可相互匹配的轮廓。这样，光纤连接器22可适合接收在用于将两个连接器连接在一起以在其间提供光学连接的SC型光纤适配器中。当光纤连接器22插入光纤适配器时，连接器主体26的外肩部被光纤适配器的闩锁接合以将光纤连接器26保持在光纤适配器中。为了从适配器释放光纤连接器22，释放套管40相对于连接器主体26向后滑动，因此导致光纤适配器的闩锁从连接器主体26的外肩部上脱开，从而使得光纤连接器22可从光纤适配器上退出。一个示例的光纤适配器公开在美国专利US5317663中，所述美国专利整体通过引用并入本文中。
如上所述，扩束光纤段58可包括梯度折射率透镜(GRIN)。梯度折射率透镜形成有根据半径抛物线状变化的折射率。由梯度折射率透镜提供的扩展量取决于其构造和长度。通常，最大的扩展在梯度折射率透镜的四分之一节距的倍数处实现。如上所述，由梯度折射率透镜提供的扩展量取决于其构造和长度。通过组合使用扩束光纤段58和光纤梢头54，扩束光纤段58可精确地被控制以获得所需程度的扩展。光纤梢头54的接口端66可以传统方式被抛光以制造传统的端面几何形状，例如但是不局限于，在不改变由扩束光纤段58提供的扩展的长度和程度的情况下的直的、平坦的、弯曲的或倾斜的构造。由扩束光纤段58和光纤梢头54的合作提供的较大的模场直径降低了在连接器-连接器接口处的精确同轴对准的重要性。插芯34可由能够保护和支撑光纤梢头54的第一部分68的相对坚硬的材料构成。在一个示例中，插芯34具有陶瓷构造。在其他示例中，插芯34可以由可替换的材料，例如聚醚酰亚胺(Ultem)、例如聚亚苯基的热塑性材料、硫化物(PPS)，或其他工程塑料或金属制成。在某些示例中，插芯34可具有在5-15毫米范围内的纵向长度。
在一些示例中，毂36可具有已经二次模制在插芯34的后端和接合位置(例如接合位置72和74或接合位置72、74和80)上的聚合物构造。此外，在某些示例中，二次模制的毂36可由热熔粘合剂或其他可在相对低的模制温度和压力下施加和固化的材料形成。插芯毂36还可由可紫外线固化材料(即当暴露于紫外线辐射/光时固化的材料)形成，所述可紫外线固化材料例如为可紫外线固化的丙烯酸酯，例如由科罗拉多的布雷肯里奇的电子材料公司制造的OPTOCASTTM3761、DymaxCorporationofTorrington，Connecticut制造的ULTRA3099、3MofSt.Paul，Minnesota制造的3MTMScotch-WeldTM。可紫外线固化材料的应用的优势在于固化可发生在室温和一般较低的压力(例如小于30kpsi和大致20-30kpsi之间)下。低压固化的可用性帮助确保例如光纤的正被二次模制的部件在模制过程中不会被损坏。通过保护位于紧邻插芯36的位置处的毂内的接头，可制造长度相对短的光纤连接器。在插芯34的后端的5毫米内提供一个或更多接合位置有助于设计出符合用于客户侧负荷和连接器长度规格(例如GR-326尺寸负荷和长度要求)的工业标准的光纤连接件。
图8为示出了用于制造光缆和光纤连接器组件20的示例性的方法150的流程图。在所述示例中，方法150包括操作步骤152、154、156、158、160、162、164和166。
执行操作步骤152以将光纤梢头54固定在插芯74中。如前所述，光纤梢头54可被粘接固定在插芯34的孔中。
执行操作步骤154以抛光插芯34的端面64和固定在插芯34中的光纤梢头54的相应的接口端66。光纤梢头54的接口端66的端面可被抛光为具有期望的几何形状。
执行操作步骤156以分裂光纤梢头54的后端。在一个示例中，在分裂后，光纤梢头54的后端可在插芯34的后部的5毫米内。
执行操作步骤158以将扩束光纤段58接合至光纤梢头54的后端上。在另一个示例中，扩束光纤段58a可替代扩束光纤段58接合至光纤梢头。
执行操作步骤160以分裂扩束光纤段58至受控的长度。扩束光纤段58的长度可被控制以实现需要的扩展量。扩束光纤段58的两端均可在接合至光纤梢头54之前被分裂，或扩束光纤段58的一端可在接合至光纤梢头54之后被分裂。在扩束光纤段58a的情况下，预扩束光纤78和主扩束光纤80可被分裂至需要的长度、接合在一起并且然后主扩束光纤80可被接合至光纤梢头54。当然，接合顺序可改变以使得主扩束光纤80首先被接合至光纤梢头54并且然后接合至预扩束光纤78。
然后执行操作步骤操作162以将扩束光纤段58接合至光缆光纤44上。在另一个实施例中，扩束光纤段58a通过将预扩束光纤78接合至光缆光纤44来接合至光缆光纤44。
执行操作步骤164以将插芯毂36安装在插芯34的后端和接合位置上。插芯毂36可容纳和保护扩束光纤段58、58a和用来在光纤梢头54和光缆光纤44之间耦接扩束光纤段58、58a的各个接头。
执行操作步骤166以将插芯组件32安装在连接器主体26中。在某些实施例中，连接器后部件122和弹簧在二次模制毂之前已滑过光缆光纤44。在所述步骤中，插芯组件32被装入前部件120中，弹簧从光缆光纤44滑动至毂后并且位于连接器前部件120中的位置，并且连接器后部件从光缆光纤44向前滑入与连接器前部件122接合的位置中，由此将毂和弹簧捕捉在连接器前部件120和连接器后部件122之间。
本公开的另一个方面涉及批量制造和分配光纤连接器组件的方法。本方法的一个方面涉及具有安装其中的光纤梢头的大量插芯的集中制造。光纤梢头可为本文中描述的类型并且可包括相对大的模场直径。在某些示例中，在给定的集中地点制造的插芯和梢头组合的生产量可超过500,000、1,000,000、2,000,000或3,000,000量/年。插芯和梢头组合可在采用高精度抛光技术和设备的第一工厂位置制造。第一工厂位置可用来根据方法操作步骤152-154制造插芯和梢头组件以使得在集中位置制造的插芯组件的每一个均包括插芯34和本文中所描述的沿着其长度具有不变的模场直径的光纤梢头54。
本方法还涉及将在第一工厂位置制造的插芯和梢头组件分配至更靠近预期销售点的地区工厂/批量生产位置。在插芯和梢头组件的运输过程中，光纤梢头54的后端70可涂覆保护涂层(例如丙烯酸酯)以在运输过程中提供保护，和/或覆盖固定在插芯后端的保护盖。相似地，防尘盖被证实可设置在插芯34的前端上。最终小尺寸的插芯和梢头光纤组件允许非常大量的这样的插芯和梢头光纤组件能够以相对低的成本有效地运输。与光缆的大范围运输有关的高成本可被显著降低。在区域位置，保护涂层可从光纤梢头剥除并且操作步骤156-166可在地区工厂位置执行以将扩束光纤段58、58a接合至光纤梢头54并且将扩束光纤段58、58a接合至光缆光纤44。
在其他实施例中，步骤152-160可在集中的制造位置执行。一旦光纤梢头54被处理具有插芯34完并且扩束光纤段58、58a已被接合至光纤梢头，那么保护盖(例如防尘盖)可被设置在插芯的前端和后端以保护光纤梢头54的接口端66以及扩束光纤58或58a及其对应的接头。此后，被保护的插芯组件可被运输至区域位置以便最后组装在线缆上(例如，步骤162-166)。
图9-10示出了根据本公开原理的光缆和光纤连接器组件300的另一个示例。光缆和光纤连接器组件300包括固定在光缆354端部上的光纤连接器302。光纤连接器302包括具有前端306和后端308的连接器主体304。光纤连接器302还包括安装在连接器主体304内的插芯组件420。插芯组件420包括具有支撑在插芯毂464内的后端428的插芯422。弹簧318沿相对于连接器主体304向前的方向偏压插芯组件420。光纤连接器302还包括安装在连接器主体304上的释放套管328，释放套管328可相对于连接器主体304被拉回以从对应的光学适配器上释放连接器主体304的前端306。光缆354被示出为包括封闭定位在保护缓冲件362(例如，例如松散的缓冲层、紧密的缓冲层或松散的/紧密的缓冲层的缓冲层)内的光缆光纤356的外部夹套358。
在所述示例中，光缆光纤356用作用于具有1310-1550纳米范围内的波长的光传输的单模光纤。在某些示例中，光缆光纤356为阶跃折射率光纤。在阶跃折射率光纤中，离散的折射率阶跃径向设置在芯部和覆层之间。光缆354还包括设置在缓冲管360和外部夹套358之间的加强层348(例如芳纶纱或另一个类型可伸长的加强材料)。加强层348被示出为固定(例如压接)至连接器主体304的后端308。光纤连接器302包括在光纤连接器302和光缆354之间的接口处提供应力释放和/或光纤弯曲半径保护的锥形的靴部310。
参考图11-12，示出用于扩束光纤段424的示例性的模场构造。扩束光纤段424为在接合位置448接合至光纤446的梯度折射率透镜(GRIN)以在光纤446和扩束光纤段424之间提供光学耦合。在一个示例中，接合位置448可在插芯422的后端428之后。在提供这样的构造时，光纤446的模场直径可增加至任何需要的直径。这样的设置方式提供了对横向和纵向的光纤芯部不对准性敏感度较低和对光纤的污染和缺陷的敏感度较低的优点。
在某些示例中，接合位置428可定位为离插芯422的后端428不超过20毫米。在其他示例中，接合位置448可定位为离插芯422的后端4285mm或更少。在某些示例中，接合位置448为熔接接合。接合位置448可为工厂熔接接合。“工厂熔接接合”在之前已被定义过。相应地，这样的描述和特征也可应用于本示例中。
光纤连接器302包括固定(例如黏附地粘接)在插芯422的纵向孔334中的扩束光纤段424。扩束光纤段424被构造用于扩展沿从光缆光纤356至扩束光纤段424的方向传播的光束并且被构造用于聚焦沿从扩束光纤段424至光缆光纤356的方向传播的光束。扩束光纤段424可包括用于沿着扩束光纤段424的长度扩展模场直径的构造。
扩束光纤段424可称为“梯度折射率(GRIN)透镜”。根据需要梯度折射率透镜的典型长度为大约300微米。所述长度通常对应于四分之一节距(onequarterpitch)。梯度折射率透镜通常具有大约±10微米的长度公差。一个示例的扩束光纤被公开在美国专利US7031567中，其内容通过整体引用被包含在本文中。最大扩展在梯度折射率透镜的四分之一节距的倍数处实现。
重新参考图11，插芯422可包括与后端428相反定位的前端426。前端426优选地包括端面430，扩束光纤段424的接口端432位于所述端面430处。扩束光纤段424包括可被定位在插芯内并穿过其从插芯428的前端426延伸至插芯的后端428的第一部分438。扩束光纤段424可还包括存在于插芯422外部的第二部分440。第一部分438可固定在插芯422内并且第二部分440可从插芯422向后延伸。扩束光纤段424的第一部分438可通过粘合剂(例如环氧树脂)固定在插芯422的插芯孔334中。接口端432优选地包括在插芯422的接口端432处可访问的抛光的端面430。扩束光纤段424可在插芯422中没有任何接合的情况下一直延伸穿过插芯422。
再次参考图9，连接器主体304和毂464的概念和特征与上文图1中所描述的连接器主体26和毂36类似。这样，对连接器主体26和毂36的描述通过引用其整体包含在此处以用于连接器主体304和毂464。在某些实施例中，毂464提供了一种结构，弹簧318的偏压可以施加抵靠在所述结构上以相对于连接器主体304向前偏压毂464和插芯422。靴部310、后部件314和弹簧318均可具有比光缆354的外部尺寸(例如，外径)大的内部尺寸(例如，内径)，以使得在组装/制造靴部310的过程中，后部件314和弹簧318可被向后滑过夹套358以为接合和应用毂464提供空间/间隙。
参考图13-14，扩束光纤段424具有第一模场直径D4并且扩束光纤段424具有第二模场直径D5。扩束光纤段424提供从光纤446的较小模场直径D4向扩束光纤段424的较大的模场直径D5的模场直径的扩展。图13示出了具有第一模场直径D4的扩束光纤段424的模场区域366。图14示出了具有第二模场直径D5的光纤446的较小的模场区域368。在所述示例中，第一模场直径D4可为第二模场直径D5的2倍大。在其他示例中，第一模场直径D4可具有从大约20微米直到大约125微米的直径扩展。扩束光纤段424可通过扩展第二模场直径D5直到需要的扩展来改变光纤446的光学信号的模场使其显著变大。
如图12和14所示，光纤446可具有由覆层区352包围的芯部区450。在某些示例中，光纤446的芯部区450可具有在大约8微米至大约12微米范围内的直径。在其他示例中，光纤446的覆层区352可具有大约125微米的外径。光纤446可光学地连接至光缆354。
应理解的是扩束光纤段358用来在光纤446和扩束光纤段424(参见附图12，模场为光纤段的被加黑部分的位置)之间提供模场直径的扩展。
参考图15，扩束光纤段424示出位于插芯422中。由于扩束光纤段424的抛物线形状，所以可在扩束光纤段中传播的模场具有不同的传播系数，但是相对于彼此是均匀分布的。这样，近场的相长干涉和相消干涉具有周期性质。在所述示例中，扩束光纤段424具有四分之一节距奇数倍的长度L1。四分之一节距长度为大约3微米。透镜的“节距(pitch)”P为横穿透镜的光线的完整的正弦曲线周期的分数(即，具有0.25节距的透镜具有等于正弦波的1/4的长度)。扩束光纤段424通过利用在扩束光纤段424中的干涉模场的周期性在插芯422的接口端432处被恰当地校准。这提供了原始扩束光纤段424长度的整数倍数的需要选择。扩束光纤段424为四分之一节距，以使得光学场被扩展。二分之一节距(2个四分之一节距)给出了中间焦点F(参见附图16)。因此，图15中示出的奇数倍提供了最大的扩展光束。
参考图16，扩束光纤段424示出位于插芯422内。在所述示例中，扩束光纤段424具有四分之一节距偶数倍的长度L1。偶数倍提供了成像透镜或(聚焦)场。四分之一节距的梯度折射率透镜的偶数倍可构造为保持极化聚焦或扩展。在一些示例中，如果整数倍足够大，那么扩束光纤段424可比插芯422大。扩束光纤段424扩展从光纤446传播至扩束光纤段424的光束并且聚焦从扩束光纤段424传播至光纤446的光束。
在一些示例中，扩束光纤段424可具有至少2节距长度。在其他示例中，扩束光纤段424可具有至少3节距长度。在另一个示例中，扩束光纤段424可具有至少1节距长度加上四分之一节距偶数倍的长度。在另一个示例中，扩束光纤段424可具有至少1节距长度加上四分之一节距奇数倍的长度。仍然在其他示例中，扩束光纤段424可具有比四分之一节距更长或更短的节距长度以使得可以调整扩展以实现需要的模场直径。因此，可以通过给出围绕偶数个节距的更大的区域以使得节距长度可能更短或更长而进行模式转换。这可以帮助调整扩束光纤段424至匹配光纤或根据空气隙调整它。这样的设置方式消除了具有精确的四分之一节距的需要。可以理解的是节距长度可在其他示例中改变。
再次回到图11，松散的缓冲管360(即分叉管)可围绕和保护光纤356的至少一部分。缓冲层362可粘附或以其他方式结合至缓冲管360的外表面并且还可填充缓冲管360的一部分以与缓冲管360的内表面结合。缓冲层362越过毂464的后端向后突出。这样，毂464的后端可圆周地围绕和接触缓冲层362但不接触缓冲管360。因此，用于形成毂464的模具可被构造为在缓冲层362(而不是缓冲管360)周围终止(shut-off)。在一些示例中，缓冲层362具有比缓冲管360的外径更大的外径。
在所描述的示例中，光纤连接器302被示出为标准的SC型连接器。光纤连接器302的概念和特征与上述的光纤连接器22相似。这样，用于光纤连接器22的描述在此通过整体引用用于光纤连接器302。
在熔接接合完成后，保护层330可被设置、应用或以其他方式提供在插芯422的后端428和光纤356的缓冲/涂覆部分直径的区域中的光纤446、356上。光纤连接器302完全符合TelcordiaGR-326或类似严格的工业或客户规格。
插芯422可由能够保护和支撑扩束光纤段424的第一部分438的相对坚硬的材料构造。插芯422的概念和特征与上述的插芯34类似。这样，插芯34的描述在此处通过整体引用用于插芯422。
图17为示出用于制造包括插芯422和扩束光纤段424(即梯度折射率透镜)的插芯组件的示例性方法500的流程图。在所述示例中，方法500包括操作步骤502、504、506、508、510和512。
执行操作步骤502以将扩束光纤段424(即梯度折射率透镜)固定在插芯422中。任意长度可以用来将扩束光纤段424胶粘在插芯422中。扩束光纤段424(即梯度折射率透镜)的示例参考图9-11被示出和描述。
执行操作步骤504以抛光插芯422的一端和扩束光纤段424的一端。插芯422和扩束光纤段424(即梯度折射率透镜)的多个示例在图9中被示出和描述。
执行操作步骤506以分裂扩束光纤段424(即梯度折射率透镜)至受控的节距长度。所述选择可被做出以实现特定的扩展量。
执行操作步骤508以将扩束光纤段424(即梯度折射率透镜)接合至单模光纤446上。单模光纤446的一个示例在图9-10中更详细地被示出和描述。
执行操作步骤510以将毂464安装在插芯422上。毂464的一个示例在图9中更详细地被示出和描述。
执行操作步骤512以将插芯422安装在连接器主体304内。连接器主体304的一个示例在图15-16中被更详细地示出和描述。
本公开的另一个方面涉及用于批量生产和分配光纤连接器组件的方法。例如，插芯组件可在利用高精度抛光技术和设备的第一工厂位置中制造。第一工厂位置可用来根据方法操作步骤502-506制造插芯组件。通过在一个集中的位置制造这样大量的插芯组件，所述插芯组件可被有效地制造并且相当大的资金投入可放在一流品质的制造设备和工艺中。
所述方法还涉及将在第二位置制造的插芯组件分配至更邻近预期销售地点的地区工厂/批量产生位置。相对小的尺寸的插芯组件允许大量的这样的插芯组件能够被以相对低的成本被有效地运输。与光缆的大范围运输相关联的高成本可显著的减少。方法操作步骤508-512可在更邻近预期销售点的地区工厂/批量生产处执行。本方法的显著的方面涉及可在插芯后端后面的位置处被熔接接合至单模光纤的梯度折射率透镜。
本公开的多个方面允许插芯组件在其中工艺为最高效的制造位置处大量制造。小尺寸的插芯组件可成批地有效运输至更邻近客户位置的工厂/组装位置，在客户位置插芯组件可被接合至光缆并且最终的连接器组件可形成。这样，光缆本身(易于为较大尺寸和重量)的运输可被最小化。并且，最终的组装可在更邻近客户位置处进行，由此增加了生产前置时间。全球供应链也可被加强。根据上述详细描述，显而易见的是，可在不背离本公开的精神和范围内做出修改和变化。
在其他的实施例中，本公开的多个方面可与其中光纤梢头没有支撑在插芯内的无插芯连接器一起使用。

Claims (51)

1.一种光缆和光纤连接器组件，包括：
具有前端和后端的插芯；
光缆光纤；
具有第一部分和第二部分的光纤梢头，所述第二部分从待接合的所述插芯的后端向后突出，所述光纤梢头具有沿着其长度不变的模场直径，所述光纤梢头具有比所述光缆光纤更大的模场直径；和
光学地耦合在所述光缆光纤和所述光纤梢头之间的扩束光纤段。
2.根据权利要求1所述的光缆和光纤连接器组件，还包括具有前接口端和后端的插芯，其中所述光纤梢头具有固定在所述插芯的孔内的第一部分和从所述插芯的后端向后突出的第二部分，并且其中所述光纤梢头的第二部分在第一接头处接合至所述扩束光纤段。
3.根据权利要求2所述的光缆和光纤连接器组件，其中插芯毂定位在所述插芯的后端、所述扩束光纤段和所述第一接头上。
4.根据权利要求3所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述第一接头位于所述插芯的后端的5毫米内。
5.根据权利要求2所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述第一接头位于所述插芯的后端的20毫米内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，还包括至少部分地容纳所述光纤梢头和所述扩束光纤段的连接器主体。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述毂二次模制在所述插芯的后端、所述扩束光纤段和所述第一接头上。
8.根据权利要求6所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光缆光纤为具有夹套和加强元件的光缆的一部分，并且其中所述加强元件固定至所述连接器主体。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述扩束光纤段为梯度折射率光纤。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述扩束光纤段为四分之一节距梯度折射率透镜。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述扩束光纤段包括接合至主扩束光纤的预扩束光纤。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光纤梢头为阶跃折射率光纤。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光纤梢头的所述模场直径比所述光缆光纤的所述模场直径大至少50％。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光纤梢头具有至少12微米的芯部直径。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光纤梢头的所述模场直径为所述光缆光纤的所述模场直径的至少三倍。
16.根据权利要求1-14中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光纤梢头的所述模场直径为所述光缆光纤的所述模场直径的至少四倍。
17.根据权利要求1-14中任一项所述的光缆和光纤连接器组件，其中所述光纤梢头的芯部直径比所述光缆光纤的芯部直径大至少50％。
18.一种用于批量生产包括连接至光缆的光纤连接器的光纤连接器组件的方法，所述光纤连接器包括具有支撑在插芯中的光纤梢头的插芯组件，所述方法包括如下步骤：
在第一中央位置以每年超过1000000个所述插芯组件的生产量制造所述插芯组件；并且
将所述插芯组件从所述第一中央位置分配到第二区域位置，在所述第二区域位置中通过将所述光纤梢头熔接接合至扩束光纤段来批量生产所述光纤连接器组件，其中，然后所述扩束光纤段被熔接接合至具有比所述光纤梢头的模场直径更小的模场直径的光缆光纤上。
19.一种用于批量生产包括连接至光缆的光纤连接器的光纤连接器组件的方法，所述光纤连接器包括具有支撑在插芯中的光纤梢头的插芯组件，所述插芯组件还包括扩束光纤段，所述扩束光纤段在从所述插芯的后端向后偏移的位置处接合至所述光纤梢头的后端，所述方法包括如下步骤：
在第一中央位置以每年超过1000000个所述插芯组件的生产量制造所述插芯组件；并且
将所述插芯组件从所述第一中央位置分配到第二区域位置，在所述第二区域位置中通过将所述扩束光纤段熔接接合至光缆光纤来批量生产所述光纤连接器组件，所述光缆光纤具有比所述光纤梢头的模场直径更小的模场直径。
20.一种光缆和光纤组件，包括：
具有前端和后端的插芯；
具有固定在所述插芯内的前部和从所述插芯的后端向后突出的后部的扩束光纤段；和
具有单模光纤的光缆，该单模光纤在所述插芯的后端的后面的接合位置处光学耦合至所述扩束光纤段。
21.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段的端部被抛光。
22.根据权利要求21所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段在抛光端部之后被分裂。
23.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少一节距长度。
24.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述接合位置距离所述插芯的后端5毫米或更少。
25.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，还包括固定至所述插芯的毂，其中所述毂定位在所述扩束光纤段的一部分上。
26.根据权利要求25所述的光缆和光纤组件，还包括沿向前的方向偏压所述毂和所述插芯的弹簧。
27.根据权利要求25所述的光缆和光纤组件，其中所述毂定位在所述接合位置上。
28.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，还包括具有前端的连接器主体，其中所述插芯在邻近所述连接器主体的前端的位置处至少部分地定位在所述连接器主体内。
29.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段为梯度折射率透镜。
30.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述接合位置通过熔接接合构造。
31.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少2节距长度。
32.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少3节距长度。
33.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少一节距长度加上四分之一节距的偶数倍的长度。
34.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少一节距长度加上四分之一节距的奇数倍的长度。
35.根据权利要求20所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有比四分之一节距更长或更短的节距长度，以使得扩展能够被调整以获得需要的模场直径。
36.一种光缆和光纤组件，包括：
插芯；
固定至所述插芯的毂；
沿向前的方向偏压所述毂和所述插芯的弹簧；
扩束光纤段，该扩束光纤段定位在所述插芯内并且穿过所述插芯延伸，所述扩束光纤段包括固定在所述插芯内的第一部分和从所述插芯向后延伸的第二部分；
具有单模光纤的光缆，所述单模光纤在所述插芯的后端的后面的接合位置处光学地耦合至所述扩束光纤段。
37.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段的端部被抛光。
38.根据权利要求37所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段在所述端部被抛光后被分裂。
39.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少一节距长度。
40.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述接合位置距离所述插芯的后端5毫米或更少。
41.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述毂二次模制在在所述接合位置上。
42.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，还包括具有前端的连接器主体，其中所述插芯在邻近所述连接器主体的前端的位置处至少部分地定位在所述连接器主体内。
43.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段为梯度折射率透镜。
44.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述接合位置通过熔接接合构造。
45.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少2节距长度。
46.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少3节距长度。
47.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少一节距长度加上四分之一节距的偶数倍的长度。
48.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有至少一节距长度加上四分之一节距的奇数倍的长度。
49.根据权利要求36所述的光缆和光纤组件，其中所述扩束光纤段具有比四分之一节距更长或更短的节距长度，以使得扩展能够被调整以获得需要的模场直径。
50.一种用于制造包括插芯和扩束光纤段的插芯组件的方法，所述方法包括如下步骤：
将所述扩束光纤段固定在所述插芯中；
将所述插芯的端部和所述扩束光纤段的端部抛光；
将所述扩束光纤段分裂至受控的节距长度；
将所述扩束光纤段在所述插芯后面的接合位置处接合至单模光纤；
将毂安装在所述插芯上；并且
将所述插芯安装在连接器主体内。
51.一种用于批量生产包括连接至光缆的光纤连接器的光纤连接器组件的方法，所述光纤连接器包括具有支撑在插芯中的扩束光纤段的插芯组件，所述光缆具有光学地耦合至所述扩束光纤段的光纤，所述方法包括如下步骤：
在第一中央位置以每年超过1000000个所述插芯组件的生产量制造所述插芯组件；并且
将所述插芯组件从所述中央位置分配到区域位置，在所述区域位置中通过将所述扩束光纤段熔接接合至位于所述区域位置中的工厂装置中的光缆来批量生产所述光纤连接器组件。
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