CN1091523C

CN1091523C - 光学接头

Info

Publication number: CN1091523C
Application number: CN95115196A
Authority: CN
Inventors: 山田浩之; 铃木健司; 高木浩一; 繁末孝; 石原千丈; 山川淳; 长泽真二
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2015-10-09
Also published as: EP0707225A1; CN1150652A; JPH08114724A; US5631985A; JP3256922B2

Abstract

一种可与另一光学接头对接的光学接头，其包括具有位于前部的一端接面和形成于横向相对的两侧的定位孔的一线夹套和多条装于线夹套后端的光导纤维。该线夹套具有这样的结构，即定位孔和多条光导纤维至少在端接面附近是彼此平行地布置，多条光导纤维和定位销孔所在的分布平面相对于对接方向的平面的倾斜角为θ((90°-θc₁)/2＜θ＜θc₀)，端接面和所述分布平面的相交线与各光导纤维的轴线正交。该线夹套还具有一后端部分，其结构制成使得当所述光学接头与另一相似形状的光学接头对接并在对接方向上受压时，所受的压力基本垂直于端接面。其中，θc₀是光线从光导纤维的芯部射入空气的临界角，θc₁是光线从光导纤维的芯部射到包层的临界角。

Description

光学接头

本发明涉及一种光学接头。

现有各种不同的用于光导纤维连接或转换的光学接头。

例如，图13中示出了第一种光学接头1，它包括具有位于前部的一端接面和形成于横向相对两侧的定位销孔2b、2b的一矩形平行六面体的一线夹套2，和一装于线夹套2尾部的具有多条光导纤维3a的纤维带3。这些销孔2b和各光导纤维3a是彼此平行地布置以使它们与端接面2a垂直。

在光学接头1同另一光学接头1对接以形成一光通信线路连接器的情况下，在端接面2a上使用一种折射率匹配介质以防止光线朝后反射，并在彼此相对的两连接器的销孔2b、2b之间插入定位销以使这些光学接头1互相对接。

为了在不使用折射率匹配介质的情况下防止在端接面处发生上述的光线反射，又发明了第二种光学接头。为给出第二种光学接头的一个实例，图14中示出了一个具有一相对于光导纤维光轴倾斜的端接面的光学接头4。在图14A所示的光学接头4中，线夹套5前部的端接面5a制成其下部向后倾斜并与竖直方向成θ₁角。另一方面，在图14B所示的光学接头中，线夹套5前部的端接面5a制成其左侧向后倾斜一θ₂角。如上所述，各端接面5a分别相对于每条光导纤维6a的光轴倾斜，以防止在端接面处发生端面反射。在这两种光学接头4中，销孔5b与纤维带6的各光导纤维6a是彼此平行布置的，就象光学接头1一样。

未经实审的日本第58-152212号专利公开也揭示了能在不使用折射率匹配介质的情况下防止端接面处发生光线反射的第三种光学接头。在这种光学接头中，是利用使离端接面很近的光导纤维倾斜来防止端面发射的发生。

然而，上述第一种光学接头每当与另一光学接头对接时都需要擦去或涂上覆在端接面上的折射率匹配介质。由于这个原因而产生了一个问题就是，不仅对接工作十分麻烦，而且工作地点由于折射率匹配介质而变得非常脏。

另外，上述第二种光学接头的端接面制成一种倾斜平面；因而该端接面不平行于线夹套的后端面。由于这一原因，在这第二种光学接头同另一光学接头端接的情况下，如果在端接方向上施加一压力，将使互相端接的两光学接头的端接面偏离对准线。因此，将造成很大的光学连接损耗。

此外，上述第三种光学接头制成使邻近端接面处的光导纤维倾斜的结构。由此而产生一个问题就是，这种连接器的结构过于复杂；因而制造时间长、成品价格昂贵。

本发明的目的在于提供一种光学接头，其无需折射率匹配介质，在同另一光学接头对接时不会造成很大的连接损耗，并且因结构简单而价格便宜。

为实现上述目的，按照本发明，在一种光学接头中包括具有位于前部的一端接面和形成于横向相对的两侧的定位销孔的一线夹套和多条装于线夹套后端部分的光导纤维，该光学接头并可与另一光学接头对接，该线夹套具有这样的结构，即定位销孔和多条光导纤维在端接面附近是彼此平行地布置，多条光导纤维和定位销孔所在的分布平面相对于对接方向的平面倾斜一θ角，端接面和分布平面的相交线与各光导纤维的轴线正交。而且，线夹套具有一后端部分，该后端部分具有一与所述端接面平行的后端面。当光线从光导纤维的芯部射入空气的临界角设为θc₀，从光导纤维的芯部射入其包层的临界角设为θc₁时，倾斜角θ₁较好是设置在(90°-θc₁)/2＜θ＜θc₀的范围内。

倾斜角θ更好是8°。

按照具有上述结构的本发明，反射光线不会从纤维端面返回；因而本发明能防止反射光线的向后返回。此外，对接方向上的压力近似作用成一直线；因此当该光学接头与另一光学接头对接时，对接的状态能很容易被保持而不会造成两连接器的端接面偏离对准线。

如上所述，如果多条光导纤维和定位销孔所在分布平面的倾斜角θ设置在(90°-θc₁)/2＜θ＜θc₀、更好是8°，则光导纤维中传输的光从其芯部射出时不会在光导纤维的端面发生全反射；因此可防止连接损耗的增加。这基于以下的原因。

图15是一具有倾斜端接面(倾斜角θ＝θin)的典型光导纤维8的剖面图，其说明了上述全反射被杜绝发生于端接面的原因。

光导纤维8包括一芯部8a和包层8b，并制有一倾斜的端接面8c。在此光导纤维8中，端接面8c暴露于空气，并假定芯部8a、包层8b和空气的折射率分别为n1、n2和n0。

通常，在光导纤维8的端接面8c垂直于光轴AL的情况下，由于端接面8c暴露于空气，通过芯部8a传输的光将有百分之三到四会因芯部8a与空气的折射率不同而发生反射。这样，如果光线从芯部8a射向包层8b的入射角超过临界角θc₁，反射光线将靠全反射而向后返回。

相反，如图15所示，如果光导纤维8具有倾斜的端接面8c(倾斜角θ＝θin)，则可能使光线从芯部8a射向包层8c的入射角小于临界角θc₁。在这种情况下，例如，如果芯部8a的折射率设为1.465，包层8b的折射率设为1.46，则临界角θc₁可由下面的公式得出。

θc₁＝Sin^-1(n2/n1)＝Sin^-1(1.46/1.465)＝85°

这样，倾斜角θ的下限值可由图15获得如下。

(90°-85°)/2＝2.5°

因此，如果端面8c的倾斜角θ为2.5°或更大，则从光导纤维8的芯部8a中射出的光可射到另一相连的光导纤维，因而实现光的传输。此外，光导纤维8有一倾斜端面；因此在光从芯部8a射出时产生反射光。然而，反射光又从芯部8a射到包层8b，并逐渐地衰减。因此，反射光不会向后返回。

另一方面，倾斜角θ的上限值为光从光导纤维8的芯部8a射入空气的光线的临界角θc₀。例如当芯部的折射率n1＝1.465，空气的折射率n0＝1时，可得出临界角θc₀如下。

θc₀＝Sin^-1(n0/n1)＝Sin^-1(1/1.465)＝43°

基于以上描述，倾斜角θ可用如下表达式表示。

(90°-θc₁)/2＜θ＜θc₀

按照本发明的较佳实施例，提供了一种光学接头，在同另一光学接头对接时无需折射率匹配介质，不会造成很大的连接损耗，并且因结构简单而价格便宜。

此外，线夹套具有一后端部分，其结构制成使得由压紧装置产生的压力以接近垂直的方向作用于线夹套的端接面上；因此可稳固地保持两光学接头的对接状态。

本发明上述和其他的目的、特点和优点将在下面结合示出本发明较佳实施例的附图详细描述后更为明了。

图1为本发明的光学接头的立体图；

图2为图1所示光学接头的平面图；

图3为图2所示光学接头的左视图；

图4为表示图1所示的光学接头处于彼此对接状态的平面图；

图5为图4中彼此对接的光学接头的左视图；

图6为本发明的光学接头的一改进例的前视图；

图7为本发明的光学接头的另一改进例的前视图；

图8为图1所示光学接头的平面图，其中，一个销孔制成横向延伸的槽，以实现光学线路转换。

图9A和图9B为本发明的光学接头的一后端部分形状改进例的说明图；

图10A和图10B为本发明的光学接头的另一后端部分形状改进例的说明图；

图11为本发明的光学接头的另一改进例的侧视图；

图12A到图12E为本发明的光学接头的再一后端部分形状改进例的平面图；

图13为一种传统光学接头的立体图；

图14A和图14B为其他两种传统光学接头的立体图；

图15为说明在端面制成倾斜角为θ的倾斜平面的典型光导纤维中防止发生全反射的原因的剖面图。

下面将参照图1到图12E详细地描述本发明的一实施例。

图1中，光学接头10包括一线夹套11和一纤维带12。

线夹套11具有一位于其前部的端接面11a、形成于线夹套11的横向相对两侧的定位销孔11b、11b、一从线夹套体上竖直突起的凸缘部分11c和一平行于端接面11a的后端部分11d。并且，线夹套11制成由诸如环氧树脂之类的合成树脂构成的近似扁平的矩形平行六面体。

纤维带12具有多条光导纤维12a。多条光导纤维12a末端的外套部分被卸去以露出光导纤维12a，露出的光导纤维12a各自插入并固定于有规则间隔地平行分布在线夹套11中的纤维孔(未示出)，这样，纤维带12便被安装于线夹套11。并且，用一橡皮套13保护从线夹套11的后端部分11d延伸出来的光导纤维。

本发明的光学接头10中，线夹套11的结构制成使得线夹套11的端接面11a附近的销孔11b、11b和多条光导纤维互相平行，如图2和图3所示。并且，该线夹套制成其销孔11b、11b和多条光导纤维12a所在的分布平面P_A相对于对接方向的平面(在本例中为水平面P_H)有一倾斜角θ，如图3所示，使得端接面11a与分布平面P_A的交线L_i同各光导纤维12a的轴线互相垂直，并具有一后端部分11d，其结构制成使得由压紧装置产生的压力以接近垂直的方向作用于端接面11a上。

在这种情况下，如果光线从光导纤维12a的芯部射入空气的临界角设为θc₀，，从光导纤维12a的芯部射到包层的临界角设为θc₁，则倾斜角θ应设置在(90°-θc₁)/2＜θ＜θc₀的范围内，更好是在6°到10°的范围。如果倾斜角θ设置在上述范围内，则通过光导纤维传输的光在从芯部射出时不会在光导纤维的端面或光导纤维的芯部与包层的交界面发生全反射。因此，能防止光学连接损耗的增加。例如，如果由玻璃制成的光导纤维的芯部的折射率为1.465，空气的折射率为1，则临界角θc₀约为43°。在本实施例的线夹套中，倾斜角设置成8°。

光学接头10制成线夹套11的后端部分11d同端接面11a互相平行。因而，该光学接头10以这样的方式制造，即各条光导纤维12a分别连接和固定于线夹套11中相应的纤维孔，而后，端接面11a被磨光，就象传统的光导纤维一样。

在磨光过程中，线夹套11的端接面11a同原始端接面相比，被磨去30μm左右。然而，销孔11b与光导纤维12a是互相平行的，因此销孔11b同光导纤维12a之间的位置关系没有变化。

在上述结构的光学接头10与另一光学接头10对接以实现光路连接的情况下，如图4和图5所示，两接头的端接面11a、11a相对而置，并将各定位销14插入相应的销孔11b以使其介于两相对的销孔11b之间。而后，夹子15被装于对接的光学接头10上。

夹子15具有多个弹性地贴在线夹套11后端部分11d上的弹性片15a，用于保持两光学接头10、10的彼此对接状态。

这样，在光学接头10中，各光导纤维12a的光轴在垂直于端接面11a的方向上倾斜，因而能防止纤维端面处光线的向后返回。此外，在光学接头10同另一光学接头对接时不需要使用折射率匹配介质。

另外，光学接头10制成线夹套11的后端部分11d与端接面11a互相平行，并且使对接方向上的压力作用于基本垂直于端接面11a的方向以成一直线。因此，彼此对接的两个光学接头的端接面接合成一直线，而不会有所偏离，因而不会在对接的光学接头中发生很大的光学连接损耗。而且，线夹套11的结构简单，因此该光学接头10的制造成本较低。

本发明的光学接头除了能使用上述的合成树脂作材料外，还能使用诸如陶瓷、金属和玻璃之类的材料。例如，在图6所示的光学接头20中，纤维底板21和盖22可由上述材料制成。

纤维底板21具有梯形槽21a、21a用于固定定位销14。这些槽21a形成于底板21上表面的两相对侧。此外，纤维底板21具有多个纤维槽21b用于布置纤维带12的光导纤维12a。这些槽21b形成于底板21上表面的中央。另一方面，盖22在其下表面制有与梯形槽21a、21a相应的梯形槽22a、22a。

光学接头20的装配如下。光导纤维12a分别被布置在各纤维槽21b中，然后，将粘结剂涂于纤维底板21的上表面，这样，盖22便被装于纤维底板21上。同时，定位销14被夹于由纤维底板21上和盖22上的梯形槽所形成的六角形孔中。

光学接头24也可如图7所示，由均用上述材料制成的一纤维底板25和一盖26构成。

纤维底板25在其上表面的两相对侧制有用于固定定位销14的梯形槽25a、25a，在厚度方向的近似中央处制有用于布置纤维带12的多条光导纤维12a。另一方面，盖26是一块装于纤维底板25上的扁平板，定位销14夹于由盖26和梯形槽25a所形成的孔中。

然后，将纤维带12末端的外套部分卸去以露出其多条光导纤维12a，并以这种状态插入底板25的纤维槽25b，再用诸如环氧化物之类的粘结剂27固定。此后，将定位销14装入各自的梯形槽25a，并用粘结剂将盖26固定于底板25的上表面。用上述的方法，该光学接头便被制成了。在这种情况中，定位销是夹于由盖26和梯形槽25a所形成的孔中，就象上述的光学接头20一样。

在光学接头10被用于光学线路转换的情况下，如图8所示，一个销孔11b被制成在宽度方向延伸的槽，该光学接头借助插于两彼此相对的销孔11b之间的定位销14同另一光学接头对接。

在这种情况中，一个销孔11b制成槽状，槽的宽度使得当一个光学接头10的侧部受压时，定位销14能在宽度方向上移动一光学线路转换间距。

上述各光学接头具有扁平的矩形平行六面体形状，因而线夹套的端接面和后端部分互相平行，例如，如图9A和图9B所示，在光学接头30中，一横向延伸的V形槽可形成于延伸有纤维带30的线夹套31的后端部分。图9A是该光学接头30的平面图；图9B是右视图。

顺便提一下，在下面的描述中，为了省略相同零件的详细说明，光学接头10的相同零件用相同的参照标号来表示。

在光学接头30中，如果线夹套31的后端部分制有V形槽31d，则当该光学接头30以这样一种方式装入一开关装置时，即V形槽31d被弹簧34通过一球体33压向对接方向，如图9所示，V形槽31d与球体33彼此接触于一点。这样就能在转换方向施加一应力时，减小因弹簧压力所造成的摩擦阻力。

这里，线夹套31在其前部具有一端接面31a，并在线夹套31宽度方向上的相对侧形成有定位销孔31b、31b。纤维带32具有多条光导纤维32a。

如图10A和图10B所示。在光学接头35中，延伸有纤维带37的线夹套36的后端部分36c也可形成一向后凸起的弧形面。如果线夹套36制成上述的形状，则当该光学接头35通过介于后端部分36c与一开关装置之间的弹簧38而装入此开关装置时，后端部分36c与弹簧38之间的接触面积将减小，就象光学接头30的一样。这样就能在转换方向施加一应力时，减小因压力所造成的摩擦阻力。

这里，线夹套36在其前部具有一端接面36a，并在线夹套36宽度方向上的相对侧形成有定位销孔36b、36b。纤维带37具有多条光导纤维37a。

图10A是该光学接头的平面图；图B是右视图。

如图12A到图12E所示，按照本发明，光学接头40的结构使得当延伸有纤维带42的线夹套41的后端面部分41c被弹簧44通过本身或球体43压向对接方向时，压力作用于接近垂直于线夹套41的端接面41a的方向。

具体说，如图12A和图12B所示，线夹套41的后端部分41c制成圆拱形，并被二或一个弹簧44压住。如图12c所示，线夹套41的两相对侧处的凸起部分41d之间的部分制成一平坦的表面，线夹套41被设于该平坦表面部分上的弹簧44压住。如图12D所示，光学接头40制成线夹套41的后端部分41c形成有V形槽41e、41e，后端部分41c被弹簧通过设于每个V形槽41e中的球体43压住。如图12E所示，光学接头40制成线夹套41的后端部分41c在其两相对侧形成有倾斜部分41f，该倾斜部分41f被弹簧44压住。

这里，线夹套41在其前部具有一端接面41a，并在线夹套41宽度方向上的相对侧形成有定位销孔41b、41b。纤维带42具有多条光导纤维42a。

另外，如图11所示，按照本发明，光学接头45制成象在现有技术中已描述过的如图14A所示的光学接头4一样。具体地说，光学接头45仅有端接面45a是倾斜在竖直方向上，中间零件46被粘结固定于光学接头45的后端面，使中间零件的后端面46a平行于端接面45a。

如果是制成上述结构，则利用在两彼此相对的销孔(未示出)之间插入定位销来将两个光学接头45对接。在这种情况中，由介于夹具47和中间零件46之间的弹簧48产生的对接方向上的压力可作用于如点划线所示的一近似直线上。

Claims

1.一种可与另一光学接头对接的光学接头，其包括具有位于前部的一端接面和形成于横向相对的两侧的定位销孔的一线夹套和多条装于所述线夹套后端的光导纤维，其特征在于：

所述线夹套具有这样的结构，即所述定位销孔和多条光导纤维在端接面附近是彼此平行地布置，所述多条光导纤维和定位销孔所在的分布平面相对于对接方向的平面倾斜一θ角，所述端接面和所述分布平面的相交线与各光导纤维的轴线正交，

所述线夹套还具有一后端部分，该后端部分具有一与所述端接面平行的后端面，

当光线从所述光导纤维的芯部射入空气的临界角设为θc₀，从所述光导纤维的芯部射到包层的临界角设为θc₁，则所述倾斜角θ的范围是(90°-θc₁)/2＜θ＜θc₀。

2.如权利要求1所述的光学接头，其特征在于，所述倾斜角θ是8°。