CN1085666A - 有棒紧固夹的光纤三棒连接器 - Google Patents

Abstract

光纤连接装置包括紧固夹，夹用于三棒光纤连接 器中的棒对准并紧固。夹是由弹性材料制的圆筒形 的部件，并且可定位以便装入三根圆柱形棒。夹包括 环状主体部和两个从夹体的外周上一点伸出的腿 部。两腿部这样构成并定位，以便可被操纵以控制夹 体内径的扩张。为便于光纤对接或连接，夹使夹体扩 张以放松夹持在其内的棒，使光纤端头插入这些棒之 间。而且夹体的内周边适于用一组精确对准的波纹 对以保证三根棒的正确纵向对准而可靠有效的对 接。

Description

本发明涉及一种具有棒紧固夹的光纤三棒连接器。

光纤连接器和接合装置是任何光纤通信系统不可少的重要部分。例如，连接器或接合装置可用来将多段光纤接合起来使之有更长的长度，或将光纤与诸如辐射源，检测器或中继器等有源装置，或与诸如开关或增益控制器等无源装置连接起来。考虑到一根多模光纤芯的直径约为50微米，而单模光纤约为8微米，因此，连接或接合不是简单的工作。

关于多模光纤，由于它们有比较大的芯直径，在几微米之内进行对准通常是可以接受的，其他接合装置型式已被录用。这样一种多模光纤接合的一个例子就是利用两根拉伸的玻璃毛细管或套箍夹住两根纤维的端头，并借助一对准连结套使端头对准连结。然而对单模光纤说来，纵使找到了这种常常给出满意结果的连接器，但用这种型式的接合装置要得到很低损耗的连接通常是不容易的。在这里所用的很低损耗的连接是限定为具有0.1dB数量级或更低的损耗的连接。

在已有技术中，完成单模连接主要牵涉到纤维端头的有效对准。已有技术的方法包括使一根纤维端头相对于另一根端头移动，主要是借助显微镜台，直至观察到有最大的能量耦合通过纤维端头之间的间隙，例如借助远端检测器。这样的方法难以在现场进行，而且需要有高度熟练的技术人员。

最近进入光纤对接装置领域的是一种通常称为转动对接的连接装置。这种对接装置公开在美国专利US4，545，644中。通常，旋转对接装置包括两个毛细管状的圆筒并最好有三根彼此之间有固定的径向和轴向关系的对准棒。对准棒通常成圆柱形，它们之中的两根包括一偏斜面，该面从一端延伸，长及该棒长度的一个大的部分。在这样一种转动对接装置中，这些合适的偏斜面部位的出现使纤维端头的对准达到极为精确的公差范围之内。

虽然已出现了上述的对接装置，但对可靠的光纤对接装置的研究工作仍在继续中。寻求的是一种比较简单并且在现场容易装配的，牢固的，有可接受的温度循环性能的对接装置，同时不需要对光纤端头进行费时的抛光步骤。

在所有上述连接器和对接装置中，造价是一个要考虑的重要问题。提供一种低造价的光纤对接装置是长期以来的愿望。而且，许多已有技术装置达到的这种接合，要求使用粘合材料或需要固化的粘合剂。得到一种不要求使用需固化的材料的机械接头应该是最合要求的。

现有三棒转动接头的另一变化包括用三根完整的圆柱形棒来代替包含有一偏斜面的某些棒。但是，这样的接合装置对每根棒和纤维之间在朝向和保持所需物理关系方面存在有问题。因此，所需要的接合装置应包括有适当地紧固装置，以使当所希望的有关纤维端头被接合时，能容易而有效地对准并夹持住这些棒的每一根。

所要求的看来在已有技术中尚未获得的是一种较低造价的，机械的光纤接合装置，该装置包括使三根完整的圆柱形棒相对于被接合的纤维端头恰当定位的紧固装置。所寻求的接合装置和棒紧固装置应该是在结构上最简单，并且能提供可靠的有较低损耗和较低回波损耗的接头连接。

本发明的一种用于轴向连接一对光学玻璃纤维的连接器，其中纤维包括一构成光导的玻璃芯和一覆盖其上的防护层，而其中每对玻璃纤维具有一个去除了防护覆盖层的一定长度的端头部分，所说连接器包括：

至少三根成圆柱形的夹持棒;

用于保持夹持棒彼此平行且横向接触，并一起形成由这些棒的相邻横向部分所限定的一个光纤夹持通道的夹紧装置，其中夹紧装置包括：

一主体部分，它有一个用以实质上装着该组夹持棒的既定内径;和

与主体部分连接并能操纵主体部分以控制改变主体部分内径的腿部分;

而且玻璃纤维的端头部分可插入夹持通道之内以便夹紧装置使所有的棒和该插入的纤维端头部分相接触，以确保插入的纤维端头部分与其它光纤端头部分轴向对准连接。

本发明的光纤接合装置就可以克服前述的已有技术存在的问题。

图1是本发明的夹子的等比例图;

图2A-2D说明利用本发明的夹子来紧固光纤端头的三棒接头过程的相继步骤;

图3A和3B是按照本发明的三棒连接装置的三根圆柱棒相对于要接合的纤维的几何结构;

图4是用来对准三棒光纤接合装置的本发明夹子中的独特的波纹之一的剖视图。

现在参照附图1，它表示一个总的用标号20标示的三棒光纤连接装置的紧固夹。本发明紧固夹20包括一个基本上成环形的主体部分22和从主体部分22朝外延伸的两片支腿部分24和26。在本发明的最佳实施例中，紧固夹20可绕三根柱形棒28，30和32定位以便每个棒28，30和32被包在环形主体部分22之中。

两片朝外的支腿部分24和26相对于主体部分22定位以提供用于调节主体部分22内径的机构。通过控制调节夹体22的直径，可将三根棒28，30和32紧压在一起或是使之稍微松开而保留在夹体22中。本发明提出了一种光纤三棒连接器和一种相关连的紧固夹20，该夹与任何用来操纵支腿部分24和26的专用工具相抵，以控制环状体部分22的尺寸。因此，本发明并不通过所用的专门工具来限定关于它的新颖性。同样，应该指出，可以用任何已知的工具来扩充或压缩本发明的夹20而没有超出本发明的范围。

通常，将本发明的紧固夹20设计成用于将一种剥开并劈开的，“裸露纤维”结构结合起来的机械接合装置。在这种机械连接中，要被连接的纤维的每一端通常具有的绝缘涂层或覆盖层应剥去。由此露出一定长度的裸露玻璃或塑料纤维。应该指出，该裸露纤维可以由带有包层的芯构成。

在本发明最佳实施例中，紧固夹20是一伸长的，实质上由一种有弹性的材料做成的圆筒状的部件，如图1的等比例图所标明的。一种合适的弹性材料的例子是一种金属合成物，例如旋节合金（Spinodal    Alloy）2110（Cu9Ni6Sn）Tempe    XHT，结晶粒015±厚±0002×0.25±002宽。但是，按照本发明，有各种其它的已知的弹性材料可以用来制造这种紧固夹而仍然属于本申请的范围。

图2A-2D说明在连接过程中本发明所出现的连接器和相应紧固夹20的连续位形图。起初，如图2A所表明的，夹体22中不包含有棒而紧固夹20处在它的最松驰的状态。然后，用一适当工具将支腿部分24和26更为分开，由此而增加了夹体部分22的内径。当将夹体22的直径扩大时，就可将三根棒28，30和32纵向定位在夹体22之内。一旦将每根棒适当的定位在夹体22之内，施加在夹20上以扩大夹体直径的特殊扩张的力就被去掉。如图2B所示，由于夹20的弹性，这种扩张力的消除使夹子20压紧环绕着三根棒28，30和32。随着三根棒放在夹体22之内，使支腿24和26保持如图2B所示状态，即比起如图2A所示的夹中不放有棒的状态时有略为更大的分开状态。

如早先所述的，机械三棒连接装置包括三根圆柱形棒28，30和32。这三根棒28，30和32互相平行排列并垂直于图2B-2D的平面，在其中，每个棒28，30，32的轴形成一等边三角形的三个顶点。如图2B-2D所示，代表这些棒28，30和32的穿过纸平面断面的三个圆其每一个与其它两个相切。因此，在这三根棒28，30和32之间形成了中心通道34。

然后，将有裸露端头的两根光纤（没单独表示但总的以标号36标示）插入通道34中，如早先说明的。为了使两根光纤端头36在通道34之中合适定位，将支腿24和26再一次进一步的分开以使紧固夹20的环体部分22涨开。当施加任何合适的膨胀力使支腿24和26分开时，如上所述的环体部分22的直径就增大，而实际上使通道34扩大。在施加这第二个膨胀力期间，可将一或两根裸光纤端头36插入扩大了的通道34中，如图2C所说明的。

一旦将所要求的光纤端头36合适地与棒28，30和32之间的通道定位，就可以将第二扩张力撤消。该第二扩张力的撤销使夹20的弹性再次紧缩夹体部分22以紧绕三根棒28，30和32。但是现在，至少有一根纤维端头36定位在通道34中，棒28，30和32的压缩作用就使每根纤维端头36紧固在其所要求的与棒相关的位置中，如图2D所示。

应该指出，三根圆柱体棒28，30，32特殊断面尺寸或要连接的纤维36的断面尺寸是设计选择中的重要事项。但是，图3A和3B中所示的简单几何学计算给出了作为纤维半径函数的棒的最大半径。该方程用X代表棒的半径而Y表示纤维半径说明如下。

X²-6XY-3Y²＝0

或X＝（3+2 $\sqrt{3}$ ）Y

因此，对于一根半径Y为62.5μm的光纤说来，按照上述方程计算，得X＝403μm（合0.0159英寸）为最大的棒半径。凑巧，1/32英寸的不锈钢合销作为一种标准尺寸（0.0156英寸半径）是可大批获得的，这样比所计算的最大半径销微小一点。正如从已有技术效果的说明和上述本发明参照图2A-2D的夹子的使用过程说明可以看到的，三根棒28，30和32之间，尤其是与环夹体部分22之间的调准是获得恰当连接的关键。为了实现理想的对接或连接，本发明的紧固夹20还包含一系列的绕环状体部分22内周边定位的波纹38-38。在本最佳实施例中，每列波纹38-38包括排成三对的六个波纹，或者说成三组，每组两个。

三对波纹38-38的每一个沿夹体部分22的内周边有相等距离。因此，每一波纹对38-38的任一中心点与其它两对波纹38-38的每一个波纹的中心点间距为60°。这样一种起决定作用的，波纹对38-38之间的等间距离，为保持各根棒28，30和32在夹体22之内的纵向对准，提供了周期性的和准确的导槽。

由于在紧固夹之内确立的这样一种物理结构有助于得到并保持棒的合适的纵向定位，本紧固夹20消除了任何因可能施加到棒端部的扭力而使三根棒28，30和32扭曲而产生或造成的连接中的各种问题。本发明连接器和紧固夹所克服的另一个潜在的棒定位问题是抑制了三根棒成组作为整体相对于夹体22转动而使棒之一过份靠近由夹体22伸出的腿24和26处。

如前面说明的，本发明的连接器和相应的夹20因紧固夹材料的弹性而通过棒28，30和32间接向光纤端头36-36施加弹力。为了最可靠而有效地工作，三根棒28，30和32的每一根应在相等的角度受到相等的力，以保证然后有等值的平衡力最终传送到纤维的端头36-36。但是，如果这些棒之一位于紧靠从夹体22伸出的腿部24和26处，最终由棒体施加给纤维的力常会不均等而造成相互不平衡。

而在本发明连接器和相应的紧固夹中所采用的波纹对38-38的精确定位和尺寸就提供了保证最合适数量的力施加于最佳角度以使纤维端头36-36的接头连接牢固的措施。尤其是，波纹对38-38的每一个的整体定位将对纤维端头36-36等边形地施加力。特别是，每个波纹对的各个波纹成半圆形并且朝环状夹体22中心伸出约为0.004英寸。单个波纹36-36之一的详细说明示于图4中。

本发明最佳实施例中，每一单独的波纹距同一波纹对之内的相应波纹，沿环状夹体22的弧约为51°。而且，为了达到本最佳实施例所要求的等边结构，每一波纹对38与每一与该对相连的并沿圆固定位的波纹对分开约为69°。因此，三组沿圆固定位的波纹对各个之间的三个69°的间隔加上每一波纹对的各个波纹之间的三个51°的间隔正好是环状夹体22的整个360°弧。

关于三对沿环状对准定位的波纹沿纵向的每一间隔，应该注意的是，沿紧固夹20长度的纵向位置的波纹组的准确数目是可变的。如图1所示，本发明最佳实施例这样的波纹组具体为4个。具体地说，对于一个具体的有0.720英寸整体长度的夹子来说两个最外端的波纹组分别位于距夹20端头0.08英寸处。而且，两个内端波纹组处在两外端波纹组之间近中心处定位，在各外端波纹组和它们的最靠近内波纹组之间形成了0.19英寸的分隔带，而两个最靠里的波纹组相隔0.18英寸的距离。但是，如前所述的，任何波纹组数目或它们之间具有间距的改变都应认为是属本发明的范围之内。

Claims (10)

1、一种用于轴向连接一对光学玻璃纤维的连接器，其中纤维包括一构成光导的玻璃芯和一覆盖其上的防护层，而其中每对玻璃纤维具有一个去除了防护覆盖层的一定长度的端头部分，所说连接器包括：

至少三根成圆柱形的夹持棒；

用于保持夹持棒彼此平行且横向接触，并靠一起形成由这些棒的相邻横向部分所限定的一个光纤夹持通道的夹紧装置，其中夹紧装置包括：

一主体部分，它有一个用以实质上装着该组夹持棒的既定内径；和

与主体部分连接并能操纵主体部分以控制改变主体部分内径的腿部分；

而且玻璃纤维的端头部分可插入夹持通道之内以便夹紧装置使所有的棒和该插入的纤维端头部分相接触，以确保插入的纤维端头部分与其它光纤端头部分轴向对准连接。

2、按照权利要求1的连接器，其特征在于所述的夹紧装置的主体部分还包括沿主体部分内周边定位的对准机构，以便为至少一根棒提供相对于其它棒，主体部分和腿部分的定位导槽。

3、按照权利要求2的连接器，其特征在于所说对准机构包括一组半圆形的，从主体部分朝内延伸的波纹凸出物。

4、按照权利要求3的连接器，其特征在于三对波纹凸出物实质上是沿主体部分内周边成等边形间隔并沿圆周对准。

5、按照权利要求1的连接器，其特征在于所说的夹紧机构的腿部分包括两片由主体部分向外延伸的支腿。

6、为了保持一组棒相互平行并在横向相接触的夹紧装置，其特征在于该夹紧装置包括：

一个具有既定内径用于基本上包住该组棒的主体部分;以及

与主体部分连系并能操纵主体部分以便可控地改变主体部分内径的支腿部分。

7、按照权利要求6的夹紧装置，其特征在于所说夹紧装置主体部分还包括沿主体部分内周边定位的对准机构，以便至少为一根棒相对于其它的棒，主体部分和腿部分提供定位的导槽。

8、按照权利要求7的夹紧装置，其特征在于所说对准机构包括一组半圆形的，由主体部分朝内延伸的波纹凸起。

9、按照权利要求8的夹紧装置，其特征在于三对波纹凸起基本上是沿主体部分的内周边成等边间距并沿圆周对准。

10、按照权利要求6的夹紧装置，其特征在于所说的夹紧装置的腿部分还包括两个由主体部分朝外延伸的支腿。

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