CN109298486B - 微型金属光纤连接器及其封装方法 - Google Patents

Abstract

一种微型金属光纤连接器及其封装方法，可解决现有胶粘光纤连接器插入损耗大的技术问题。包括相互适配的插头连接器和插座连接器；插头连接器包括插头，插头的内部设置插芯，光纤固定在插芯上，插头外部设置插头外套，插头尾部设置插头尾柄，插头尾柄的尾部设置压紧环，压紧环上还设置尾套；还包括插座，插座尾部设置插座尾柄，插座尾柄的尾部设置压紧环，压紧环上还设置尾套；所述插头和插座的内部分别设置弹簧；还包括套筒，套筒设置在插头内，插芯在套筒内部完成耦合，所述套筒为椭圆形开口套筒，所述套筒内部设置四个对称的凸槽；所述插芯包括对称的两部分合成。本发明微型金属光纤连接器无需胶粘剂，大大提高了连接器的可靠性和环境适应性。

Description

微型金属光纤连接器及其封装方法

技术领域

本发明涉及光纤通讯领域，具体涉及一种微型金属光纤连接器及其封装方法。

背景技术

随着航天装备的发展，对光纤连接器损耗、体积重量、环境适应性、可靠性的要求越来越苛刻。目前传统光纤连接器采用高分子胶粘技术来实现制作成型，存在内部应力不易消除、耐温范围窄、损耗大等缺点，已经不能够满足现在装备系统的高可靠的要求。光学胶的长期使用可能导致光纤连接器失效，在高可靠的航天航空产品上带来不可预见的可靠性风险。

国内光纤连接器都是采用光纤插针、光纤接触件为封装插针的光纤连接器。其光纤插针、光纤接触件均采用高分子粘结剂进行制造成型。内部光纤插针及接触件之间存在比较大的空隙用于光学胶的粘结。

采用光纤插针、光纤接触件为封装插针的光纤连接器存在以下技术缺陷：

1.制作工序复杂，成品率低，损耗大（典型值0.3dB）。

2.并且光学胶在航天系统中长期使用15年，在极限温度相差将近300度左右环境下，光学胶和插针之间因热膨胀系数和内部应力的差别会导致胶分子键的断裂，以及胶体碎裂产生一定的空间多余物，其可靠性不能够满足系统要求。

3.采用高分子胶粘剂技术实现制作光纤连接器成型已经不能够满足现在装备系统的环境使用性、低损耗、高可靠的要求，目前光纤连接器失效的多数原因是光学胶层对裸光纤的微应变累积作用导致粘接部位存在不可逆的暗伤，带来不可预见的可靠性风险。

4.在大功率激光通讯系统中，传统光学胶粘接制造成型的光纤连接器其胶层导热能力差，为解决连接器端头散热问题，系统需增加相应的散热装置，降低了可靠性，同时大大增加了系统成本。

5.节点密度低、有较大体积。

发明内容

本发明提出的一种微型金属光纤连接器，可解决现有胶粘光纤连接器插入损耗大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种微型金属光纤连接器，包括相互适配的插头连接器和插座连接器；

所述插头连接器包括插头，所述插头的内部设置插芯，光纤固定在插芯上，插头外部设置插头外套，插头尾部设置插头尾柄，插头尾柄的尾部设置压紧环，压紧环上还设置尾套；所述插座连接器包括插座，插座尾部设置插座尾柄，插座尾柄的尾部设置压紧环，压紧环上还设置尾套；所述插头和插座的内部分别设置弹簧；还包括套筒，所述套筒设置在插头内，所述插芯在套筒内部完成耦合，所述套筒为椭圆形开口套筒，所述套筒内部设置四个对称的凸槽；所述插芯包括对称的两部分合成。

进一步的，所述套筒上与凸槽对应的外部位置设置窗口。

进一步的，所述插头内部设置台阶，所述套筒设置在插头内后，台阶可阻止套筒从插头中脱出。

进一步的，所述插芯的后端设置凸台，所述凸台上设置凹槽，而在插头和插座中对应设置了与凹槽对应的凸槽。

进一步的，所述插芯中设置插针孔槽。

进一步的，所述插芯为4芯或者12芯。

一种微型金属光纤连接器的封装方法，包括以下步骤：

S100、首先将套筒封装在插头内腔中，使插头内部设置的台阶卡住套筒；

S200、按照尾套、压紧环、插头尾柄、插头外套的顺序穿入插头端带状光纤中；按照尾套、压紧环、插座尾柄的顺序穿入插座端带状光纤中；

S300、将带状光纤固定在插芯中的插针孔槽上，然后将两片成型的插芯合在一起，再通过无损激光焊接固定；

S400、将步骤S300中焊接后的插芯，沿着插头中与凹槽对应的凸槽，使插芯对接进入套筒中；

S500、再把插座对应插芯的凹槽装入；

S600、最后依次把插头外套、插头尾柄、插座尾柄、压紧环及尾套装上。

进一步的，步骤S600之后还包括：

突出来的光纤，通过激光切割处理端面。

进一步的，所述步骤S300中通过无损激光焊接固定过后，需对焊缝进行检测，采用射线检验的方式对焊接质量进行检测，具体包括：

S201、对焊缝表面缺陷进行检查，检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏焊接质量；

S202、检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀缺陷；

S203、多余物检查，检查产品内腔残余内屑，外来多余物。

由上述技术方案可知，本发明的微型金属光纤连接器及封装方法不用胶固定光纤，而是将光纤直接固定在一体成型件的插芯刻槽上，然后两片成型的插芯件合在一起，再通过激光焊接固定。突出来的光纤也是通过激光切割处理端面，省却了研磨程序。其中插芯的耦合采用椭圆形套筒对接，套筒两端有一定倾角，方便金属插芯进入套筒中，在套筒内部通过四个对称的凸槽，对进入套筒中的插芯进行约束，相较于传统的导引针耦合方式，在振动、冲击性能上具有一定的优势。

本发明具备以下有益效果：

（1）该微型金属光纤连接器的插入损耗可达到0.15dB，达到了超低损耗的要求；

（2）该微型金属光纤连接器无需胶粘剂，大大提高了连接器的可靠性和环境适应性；

（3）该微型金属光纤连接器具有小体积、低损耗的特点，可在各种应用系统中，大幅度减小系统、装备的重量和体积，提高产品的耐环境、低损耗、耐功率等可靠性指标。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2套筒内部凸槽示意图；

图3 套筒窗口示意图；

图4是套筒封装结构示意图；

图5是插芯结构示意图一；

图6是插芯结构示意图二。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

无胶化金属光纤插针设计主要是指4芯、12芯多模金属光纤插芯的处理以及插芯耦合套筒的设计。本实施例的金属光纤插芯技术基于材料科学，机械学以及精密工程制造技术的进展，采用多层的钛材料成型技术，在纳米级的精度内实现光纤的直接安装，无需环氧胶，同时也省却了插芯和套管组装的工艺，实现了革命性的光纤对准方法的变革。基于这一平台的12芯多模光纤插针将插芯和插芯套管一体成型。

本实施例采用标准J599连接器或其他金属化封装，采用类似足球的不锈钢插芯和配对分隔套管，支持12通道或者4通道，为现有的MPO连接器提供了替代的可能。

本实施例的目的是希望找到一种像电线连接一样的光连接器技术。测试证明，该类型光纤插针超过了普通基于陶瓷插芯和环氧胶工艺的连接器。

如图1所示，本实施例所述的微型金属光纤连接器包括以下结构：光纤1，尾套2，压紧环3，插头尾柄4，插头外套5，插座6，插座尾柄7，插头8，套筒9，插芯10，弹簧11；具体如下：

本实施例包括相互适配的插头连接器和插座连接器；

所述插头连接器包括插头8，所述插头8的内部设置插芯10，光纤1固定在插芯10上，插头8外部设置插头外套5，插头8尾部设置插头尾柄4，插头尾柄4的尾部设置压紧环3，压紧环3上还设置尾套2；

所述插座连接器包括插座6，插座6尾部设置插座尾柄7，插座尾柄7的尾部设置压紧环3，压紧环上也设置尾套2；所述插头8和插座6的内部分别设置弹簧11；

本实例中插芯10采用的是金属插芯，插芯10的耦合采用套筒9对接，所述套筒9为椭圆形开口套筒，所述套筒9两端有一定倾角，方便插芯10进入套筒9中，在套筒9内部通过设置四个对称的凸槽91，对进入套筒9中的插芯10分别施加四个向内的力，便于插芯10向套筒9中心靠拢，凸槽91部分如图2所示。

并且，所述套筒9的开口面上凸槽91处分别设计了相对应窗口模式，在插芯10在进入套筒9中，当所受到来自凸槽91的压力过大时，金属插芯便可将窗口92处凸槽91向外挤出，使得插芯10在套筒9中的插合更加方便，窗口92示意图如图3所示。

本发明实施例的微型光纤连接器的封装特意设计以下两点：

a）首先将套筒9封装在插头8内腔中，即从插头8内腔底部开始，往插头8前端面方向超出套筒9长度0.1mm——0.4mm处，有一段小型台阶81，其尺寸介于套筒9内孔与外壳之间，可防止套筒9从插头中脱出，结构如图4所示。

b）由于插芯10在制成之后并不是圆形，而是相应的类似于椭圆，故为了插芯10能够较为方便的在连接器中实现耦合，在插芯10的后端设计了一端凸台101，在凸台101设计一些凹槽102，而在插头8、插座6中设计了相对应于插芯凸槽的凹槽，使得插芯10在对接过程能够准确的进入套筒9中，插芯结构如图5和图6所示。

具体封装步骤如下：

S100、首先将套筒9封装在插头8内腔中，使插头8内部设置的台阶81卡住套筒9；

S200、按照尾套2、压紧环3、插头尾柄4、插头外套5的顺序穿入插头端带状光纤1中；按照尾套2、压紧环3、插座尾柄7的顺序穿入插座端带状光纤1中；

S300、将带状光纤1固定在插芯10中的插针孔槽上，然后将两片成型的插芯10合在一起，再通过无损激光焊接固定；

S400、将步骤S300中焊接后的插芯10，沿着插头8中与凹槽102对应的凸槽，使插芯10对接进入套筒9中；

S500、再把插座6对应插芯10的凹槽102装入；

S600、最后依次把插头外套5、插头尾柄4、插座尾柄7、压紧环3及尾套2装上。

步骤S600之后还包括：

突出来的光纤1，通过激光切割处理端面。

综上可知，光纤1的固定是将带状光纤直接固定在一体成型件的刻槽上，然后两片这样的成型件合在一起，再通过无损激光焊接技术固定。本实施例的无胶化连接器加工精度极高，达到纳米级，因此可以不用胶固定光纤，而是将光纤直接固定在一体成型件的插针凹槽上，然后将上、下两片插芯成型件合在一起，再通过激光焊接固定，从而完成插芯接触件的制作，在激光焊接过后进行相应热处理工艺的去除在焊接过程中由于形变或热膨胀所产生的应力集中现象。

在焊接过后，需对焊缝进行检测，采用射线检验的方式对焊接质量进行检测：a）对焊缝表面缺陷进行检查，如检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏等焊接质量；b）检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀等缺陷。c）多余物检查，检查产品内腔残余内屑，外来物等多余物。

另外本发明插芯10的制作，是采用纳米成型技术来实现的，插芯10中插针孔槽的加工，采用激光束技术，激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，可选择范围宽，波长可从红外到 X 射线，脉冲宽度从连续激光到飞秒甚至更小，瞬时功率密度较高，这些特征使其既可以满足宏观尺度制造需求，又能实现微纳量级的制造需求。

本实施例的插芯10加工精度极高，达到纳米级，因此可以不用胶固定光纤，而是将光纤直接固定在一体成型件的插芯刻槽上，然后两片这样的成型件合在一起，再通过无损激光焊接固定。突出来的光纤也是通过激光切割处理端面，省却了研磨程序。这样做出的光连接器可以直接配对另外一个同样的连接器，也可以配对以前基于普通插芯的光连接器。

本实施例采用的激光切割可精确切割单芯光纤、多芯光纤，切割光纤端面角度可以精确控制，光纤端面平面度好，光纤端面表面粗糙度好，可以达到丙烯酸酯、耐高温丙烯酸酯材质涂覆层光纤预处理的目的和要求。聚酰亚胺材质涂覆层剥除，剥除后有一定的残留物，剥除后，使用酒精棉擦试即可满足技术要求。

本实施例的无胶化金属连接器组件和传统MPO组件外形的长度，都可通过调整相应的尾套结构来进行缩减。但对于传统MPO组件来说，在对接的时候需要相应的适配器或连接器进行耦合，故传统结构长度将大于本实施例无胶化金属连接器组件的长度。

本实施例采用4芯、12芯多模金属光纤插针的设计，该设计两片成型件合在一起，再通过激光焊接固定，通过控制两部分插芯10的精度实现无胶化光纤插针的制作，并达到超低损耗的效果。同时本实施例无胶化金属插针光纤端面激光无损处理技术，以及该金属插针特有的端面研磨处理技术，实现4-12芯多模插针典型值≤0.2dB的损耗要求。

本发明实施例中插芯的制作分别采用纳米精度制造技术和纳米尺度制造技术。其中，纳米精度制造技术主要包括纳米切削和纳米抛光等加工形式，主要针对于插芯上、下件的结构尺寸的加工，以及加工后表面粗糙度的处理。纳米尺度制造技术主要针对于插针凹槽的加工，采用激光制造技术进行。

纳米切削以超精密数控车床为基础，采用天然金钢石刀具，在对加工环境精确控制的条件下，加工出精度可达25nm，表面粗糙度7.6nm的插芯结构。同时，采用纳米抛光技术来消除切削过程中的表面划痕等，降低表面粗糙度，本发明实施例中抛光方式为水射流抛光技术，该技术是将混合有抛光磨料的抛光液在一定压力下的作用下喷射到工件表面，利用磨料对工件材料进行抛光。

插芯中插针凹槽的加工，采用激光束技术加工。激光具有高亮度、高方向性、高相干性、高单色性、波长可由红外到X射线，脉冲宽度从连续激光到飞秒甚至更小，瞬时功率密度较高，这些特征使其既可以满足宏观尺度制造需求，又能实现纳米级制造需求。

本发明实施例的技术方案带来的有益效果如下：

（1）技术能力或水平提升度分析

本实施例形成国内无胶化连接器系列，并在无胶化连接器关键技术上达到国际先进水平，并实现该类型光纤连接器的批量生产。

（2）对装备体系的贡献率分析

本实施例低损耗高可靠多芯光互连技术将提高元器件的环境适应性和可靠性指标，从而提高航天系统的可靠性指标，并在武器装备中通用化工程配套。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种微型金属光纤连接器，包括相互适配的插头连接器和插座连接器；

所述插头连接器包括插头（8），所述插头（8）的内部设置插芯（10），带状光纤（1）固定在插芯（10）上，插头（8）外部设置插头外套（5），插头（8）尾部设置插头尾柄（4），插头尾柄（4）的尾部设置压紧环（3），压紧环（3）上还设置尾套（2）；

所述插座连接器包括插座（6），插座（6）尾部设置插座尾柄（7），插座尾柄（7）的尾部设置压紧环（3），压紧环（3）上也设置尾套（2）；

所述插头（8）和插座（6）的内部分别设置弹簧（11）；

其特征在于：

将带状光纤（1）固定在插芯（10）中的插针孔槽上，然后将两片成型的插芯（10）合在一起，再通过无损激光焊接固定；

还包括套筒（9），所述套筒（9）设置在插头（8）内，所述插芯（10）在套筒（9）内部完成耦合，所述套筒（9）为椭圆形开口套筒，所述套筒（9）内部设置四个对称的凸槽（91）；

所述插芯（10）包括对称的两部分合成。

2.根据权利要求1所述的微型金属光纤连接器，其特征在于：所述套筒（9）上与凸槽（91）对应的外部位置设置窗口（92）。

3.根据权利要求1所述的微型金属光纤连接器，其特征在于：所述插头（8）内部设置台阶（81），所述套筒（9）设置在插头（8）内后，台阶（81）可阻止套筒（9）从插头（8）中脱出。

4.根据权利要求1所述的微型金属光纤连接器，其特征在于：所述插芯（10）的后端设置凸台（101），所述凸台（101）上设置凹槽（102），而在插头（8）和插座（6）中对应设置了与凹槽（102）对应的凸槽。

5.根据权利要求1所述的微型金属光纤连接器，其特征在于：所述插芯（10）中设置插针孔槽。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的微型金属光纤连接器，其特征在于：所述插芯（10）为4芯或者12芯。

7.一种微型金属光纤连接器的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：

S100、首先将套筒（9）封装在插头（8）内腔中，使插头（8）内部设置的台阶（81）卡住套筒（9）；

S200、按照尾套（2）、压紧环（3）、插头尾柄（4）、插头外套（5）的顺序穿入插头端带状光纤（1）中；按照尾套（2）、压紧环（3）、插座尾柄（7）的顺序穿入插座端带状光纤（1）中；

S300、将带状光纤（1）固定在插芯（10）中的插针孔槽上，然后将两片成型的插芯（10）合在一起，通过无损激光焊接固定；

S400、将步骤S300中处理后的插芯（10），沿着插头（8）中与凹槽（102）对应的凸槽，使插芯（10）对接进入套筒（9）中；

S500、再把插座（6）对应插芯（10）的凹槽（102）装入；

S600、最后依次把插头外套（5）、插头尾柄（4）、插座尾柄（7）、压紧环（3）及尾套（2）装上。

8.如权利要求7所述的一种微型金属光纤连接器的封装方法，其特征在于，步骤S300之后还包括：

突出来的带状光纤（1），通过激光切割处理端面。

9.如权利要求7所述的一种微型金属光纤连接器的封装方法，其特征在于，所述步骤S300中通过无损激光焊接固定过后，需对焊缝进行检测，采用射线检验的方式对焊接质量进行检测，具体包括：

S201、对焊缝表面缺陷进行检查，检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏焊接质量；

S202、检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀缺陷；

S203、多余物检查，检查产品内腔残余内屑，外来多余物。