CN109863437A - 具有用于光束扩展的单反射表面的光纤连接器套圈组件和包括其的扩展光束连接器 - Google Patents

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Abstract

一种扩展光束套圈，包括具有反射表面的第一套圈半部和第二套圈半部，它们一起保持光纤。所述反射表面垂直于套圈的中间平面输出光。套圈对准两个相似套圈的外表面，且相应的套圈的反射表面彼此面对。来自保持在第一套圈中的光纤的输出光被反射表面弯折和准直，并被传输到由套筒对准的第二套圈中的面对的反射表面，所述第二套圈弯折所述光以输入到保持在第二套圈中的光纤。套圈部件和/或套筒由高产量金属冲压精确形成。所述套圈结合在光纤连接器中。

Description

具有用于光束扩展的单反射表面的光纤连接器套圈组件和包 括其的扩展光束连接器
优先权声明
本申请要求2016年8月17日提交的美国临时专利申请No.62/376,245的优先权，该临时专利申请通过引用完全并入，如在此完全阐述一样。下面提到的所有公开内容都通过引用完全并入，如同在此完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及光纤扩展光束连接器，特别是扩展光束连接器中的套圈组件。
背景技术
通过光纤波导传输光信号有许多优点，并且其使用是多种多样的。单个或多个光纤波导可以简单地用于将可见光传输到远程位置。复杂的电话和数据通信系统可以通过波导内的光学信号传输数字化数据。这些应用以端对端的关系耦合光纤，耦合是光损失的一个来源。需要精确对准光纤的两个抛光端，以确保光纤链路中的光损耗小于系统的规定光损耗预算。对于单模电信级光纤，这通常对应于小于1000nm的连接器光纤对准公差。这意味着在以千兆位速率运行的并行光纤和单光纤链路中，用于对准光纤的组件必须以亚微米精度组装和制造。
在光纤连接中，光纤连接器端接包含一根或多根光纤的线缆的末端，并且与插接相比能够更快地连接和断开。连接器机械地连接和对准光纤芯，使光可以端对端通过。光纤的端部支撑在套圈中，光纤的端面通常与套圈的端面齐平或略微突出。当连接器组件中的互补套圈配合时，一个套圈的光纤与另一个套圈的配合光纤对准。更好的连接器由于光纤的反射或未对准会损失很少的光。以千兆位速率工作的并联/多光纤和单光纤链路中的连接器必须与亚微米精度制造的子组件组装在一起。假使生产具有如此精确水平的零件不具有足够的挑战性，为了使得到的最终产品具有经济效益，必须在自动化的高速工艺中完成。
在一些应用中，配合光纤的端面彼此物理接触，以实现配合光纤对之间的信号传输。在这样的应用中，各种因素可能降低光纤对之间的光传输的效率，如不规则性、在光纤端面上的毛刺或划痕、光纤对未对准、以及在配合界面的灰尘或碎屑。由于相对于任何外来物体(例如灰尘或碎屑)的尺寸的小光路，任何这样的异物都会干扰光的传输。
迄今为止，现有技术已经开发了扩展光束连接器以扩展光束的尺寸并通过连接器之间的气隙传输光束。通过扩展光束，灰尘或碎屑与光束之间的相对尺寸差异增大，因此减少了任何灰尘或碎屑以及任何未对准对光传输效率的影响。结果，在相对肮脏和高振动的环境中，扩展光束光纤连接器通常是优选的。
迄今为止，现有技术的扩展光束连接器包括安装在每根光纤端面附近的透镜。通常使用两种类型的透镜-准直型和交叉聚焦型。准直透镜接收来自第一光纤的光输出并将光束扩展到相对大的直径。当使用准直透镜时，第二透镜和套圈组件相似地配置有准直透镜，该准直透镜位于第二光纤的端面附近，用于接收扩展光束，并且在第二光纤的输入端面处重新聚焦光束。交叉聚焦透镜接收来自第一光纤的光，将其扩展到相对大的直径，然后将来自相对大直径的光聚焦在特定焦点处。利用交叉聚焦透镜，透镜和套圈组件可以与另一个透镜和套圈组件配合，其具有交叉聚焦透镜或具有本领域已知的非透镜套圈组件。
目前，普遍认为现有技术的光纤连接器制造成本太高，并且更期望提高可靠性和损耗特性。扩展光束连接器中的透镜是附加部件，其需要在组件中光学耦合到光纤的端面，因此需要额外的部件和额外的制造成本。现有技术的扩展光束连接器仍然导致相对高的插入损耗和回波损耗。
如果要将光纤作为短距离和非常短距离应用的首选通信介质，则必须降低生产光纤连接器的成本。在通信系统、数据处理和其它信号传输系统中相对广泛和不断增加的光纤利用已经产生了对于满意和有效的互连端接光纤终端装置的需求。
因此，期望开发一种改进的光纤扩展光束连接器，它具有低插入损耗和低回波损耗，并且可以高产量和低成本制造。
发明内容
本发明提供一种用于在光纤扩展光束连接器中扩展光束的光纤套圈或套圈组件，其克服了现有技术套圈和连接器的许多缺点，其包括低插入损耗和回波损耗、易于使用且可靠性高、环境敏感性低、可以低成本制造。考虑到本发明的套圈的构造，包含本发明的用于多光纤的套圈的光纤连接器的壳体的占用面积或形状因子可以类似于目前使用的仅为单个光纤设计的现有技术的圆柱形套圈的壳体的占用面积或形状因子。(即，本发明的套圈可以结合在设计用于单光纤的工业标准连接器壳体中，例如SC、FC、ST、SMA、LC、双LC等类型的壳体。)
在本发明的一个方面中，本发明的套圈组件包括具有集成的反射表面的第一套圈半部和互补的第二套圈半部，它们一起牢固地保持并精确地将至少一根光纤的端部相对于套圈半部/组件的外部几何形状对准。在一个实施例中，在套圈半部上设置凹槽，用于保持和对准在每根光纤的末端的裸露部分(其具有暴露的包层，没有保护缓冲层和护套层)。因此，光纤的端部由套圈组件端接。
集成的反射表面位于第一套圈半部的远端附近，其超出光纤的端面，相对于保持在套圈组件中的光纤的光轴弯折光。在一个实施例中，反射表面将光弯折90度。第一套圈半部的端部延伸，反射表面超出互补的第二套圈半部的远端。在一个实施例中，套圈组件构造成保持和对准多个光纤，多个反射表面设置在第一套圈半部上，每个反射表面对应于一个光纤。
套圈组件具有外表面，用于与外部对准套筒的互补表面(即，大致圆柱形或管状套筒的内表面)对准。套圈组件的外表面通常是圆柱形的，具有接触表面轮廓，其横截面为大致椭圆形。两个相似端接的光纤可以通过对准套筒端对端地光学耦合。在使用中，两个相似的套圈组件插入到对准套筒中，相应的套圈组件的延伸端的反射表面彼此面对。来自保持在第一套圈组件中的光纤的输出光被反射表面弯折，以传输到第二套圈组件处的面对的反射表面，这使得要被引导的光弯折以输入到保持在第二套圈组件中的光纤。该光路类似于“Z”，其在一个实施例中包括两个90度弯折部。
在一个实施例中，反射表面R是背离套圈半部的不透明自由表面。自由表面暴露于外部(例如，空气或折射率匹配材料)，并且反射从外侧引导向自由表面的入射光(即，入射光不被引导通过套圈的主体)。套圈组件中的反射表面构造有反射几何结构，该反射几何结构弯折(即，转向或折叠)并且整形(即，准直)来自套圈组件中的光纤端面的输出光(或者相反地，弯折和整形(即，聚焦)入射到保持在套圈组件中的光纤的端面处的套圈组件的反射表面处的外部准直光)。在一个实施例中，反射表面被构造为凹反射结构(例如，非球面镜表面)。结构化反射表面沿着所需光路与光纤的光轴光学对准，光纤的端面位于距反射表面所需距离处，以达到所需的光束扩展水平。准直的扩展光束的光斑尺寸与沿光纤端面和反射表面之间的光路的距离有关。
在本发明的另一个方面中，套圈部件和/或套筒通过高产量工艺精确地形成，例如冲压金属坯料。在一个实施例中，套圈主体由金属材料制成，其可以选择为具有高刚度(例如，不锈钢)、化学惰性(例如，钛)、高温稳定性(例如，镍合金)、低热膨胀性(例如，殷钢(Invar))、或者与其他材料的热膨胀性匹配(例如，用于匹配玻璃的可伐合金(Kovar))。每个套圈半部可以被冲压以形成整体或单体式主体，而不需要在套圈半部内进一步附接子部件。
在本发明的另一个方面中，套圈组件结合在光纤连接器中。
根据本发明的套圈克服了现有技术的许多缺陷，导致光纤扩展光束连接器具有低插入和回波损耗，这提供了易用性和高可靠性以及低环境敏感性，并且可以以低成本制造。
因此，本发明的目的是：一种扩展光束套圈，包括具有反射表面的第一套圈半部和第二套圈半部，它们一起保持光纤。所述反射表面垂直于套圈的中间平面输出光。套圈对准两个相似套圈的外表面，且相应套圈的反射表面彼此面对。来自保持在第一套圈中的光纤的输出光被反射表面弯折和准直，并被传输到由套筒对准的第二套圈中的面对的反射表面，所述第二套圈弯折所述光以输入到保持在第二套圈中的光纤。套圈部件和/或套筒由高产量金属冲压精确形成。所述套圈结合在光纤连接器中。
附图说明
为了更全面地理解本发明的本质和优点，以及优选的使用模式，应参考结合附图的以下详细描述。在以下附图中，在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1A-1C是根据本发明的一个实施例的两个对准的套圈之间的光路的示意图。
图2A-2D示出了根据本发明的一个实施例的两个套圈与对准套筒的联接。
图3A-3K示出了根据本发明的一个实施例的光纤套圈组件的各种视图。
图4A-4I示出了根据本发明一个实施例的图3中的光纤套圈组件中具有反射表面的套圈半部的各种视图。
图5A-5H示出了根据本发明的一个实施例的图3中的光纤套圈组件中的互补套圈半部的各种视图。
图6A-6E示出了根据本发明的一个实施例的图3中的光纤套圈组件的各种视图，其中将来自两根光纤线缆的光纤交错。
图7A-7D示出了根据本发明一个实施例的包含图3中的套圈组件的光纤连接器。
具体实施方式
下面参考附图参考各种实施例描述本发明。尽管根据实现本发明目的的最佳模式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以根据这些教导实现变型。
图1A-1C是示出根据本发明的一个实施例的结合在光纤连接器中的两个对准的套圈组件之间的光路的示意图。为简单起见，在下文中，“套圈组件”将简称为“套圈(ferrule)”，其具有两个套圈半部。关于套圈的进一步细节将在下文中公开。
图1A示意性地示出了从源套圈12S到接收套圈12R的光束L。源套圈12S和接收套圈12R均包括具有相似光学几何形状的集成反射表面R(例如，准直/聚焦镜)。在一个实施例中，套圈12R和12S可以具有相似或相同的整体物理结构。各个套圈中的反射表面R(在垂直于套圈的纵向轴线的横截面中)重叠并且彼此面对。从保持在源套圈12S中的光纤24的输出端发射的光束L被其反射表面R转向并准直，以入射在接收套圈12S处的反射表面R，所述反射表面R然后转向准直光束并且在保持在接收套圈12R中的光纤24输入端处聚焦准直光束。在一个实施例中，反射表面R将光从光纤24反射到套圈外部或从套圈外部反射到光纤24，且在光纤轴线/纵向轴线/套圈的中间平面(或配合平面)P和套圈的输出/输入之间以90度角进行反射。光路L类似于“Z”形，其在所示实施例中包括两个90度的弯折部。
图1C是示出了具有反射表面R的套圈12R和12S的实施例的扩展端的区域的局部视图。在该实施例中，多个光纤24保持在套圈中。图1B示出了套圈12R和12S的相对位置，以及套圈中光纤24之间的光束/光路L，其符合图1A所示的示意图。
如图1B所示，光路L类似于“Z”形，其包括两个90度的弯折部。光纤24的光轴(或中心线)基本上平行地间隔开，并且从源套圈12S输出的光和输入到接收套圈12R的光基本垂直于保持在相应的套圈中的光纤24的光轴(或中心线)。各个光纤24的中心线在每个套圈(12R，12S)的中间平面P的两侧上偏移并平行于中间平面P。考虑到从保持在套圈12S中的源光纤24发射的光束L的发散，光束L在到达反射表面R之前扩展，并且所得到的准直光的直径/光斑尺寸S显着大于从光纤24的端面射出的光束的光斑(见图1C)。因此，套圈12R和12S的反射表面R之间的光束L的截面将是扩展的光束。
如图1B所示，由套圈12R和12S端接的光纤24通过存在于空腔19中的扩展光束光学耦合，空腔19限定了相应套圈12R和12S的反射表面R之间的空间(例如，相应的光纤中心线在套圈的中间平面P的一侧距离约0.15mm并且平行于套圈的中间平面P，从而在光纤中心线之间产生约0.3mm的空间)。因此，光纤24的端面之间没有物理接触。然而，在套圈12R和12S的端部之间仍然存在接触，以使用对准套筒(图2B和2C中所示)保持套圈12R和12S在套圈的轴向方向上的对准。这放宽了对端面几何形状的要求。不需要对套圈端面进行机械抛光，因此简化了制造工艺并降低了制造成本。此外，扩展光束的相对较大的光斑尺寸减小了灰尘和碎屑污染的影响。由于光纤24的端面之间的物理接触不是必需的，因此光纤连接器之间的机械接口的耐久性将增加。可以使用更轻的轴向预载力，因为不需要相对的光纤端面的物理接触。此外，可以容忍光纤连接器之间的更多未对准，因为更大的光束直径允许连接器之间更多的未对准。
空腔19可以是空的(即，充满空气)，或者可以填充具有不同折射率的不同材料(例如，与光纤的芯折射率匹配的聚合物或环氧树脂)以最小化光纤端部接口处的反射。用另一种材料填充空腔19具有防止颗粒/灰尘被困在空腔中，并防止损坏反射表面R的额外益处。
图2A-2D示出了根据本发明的一个实施例的联接两个套圈与对准套筒。套圈12R和12S各自具有外表面，用于与外部对准套筒20的互补表面(即，大致圆柱形或管状套筒20的内表面)对准。每个套圈组件的外表面通常是圆柱形的，具有接触表面轮廓，其横截面为大致椭圆形。两个相似端接的光纤可以通过对准套筒而端对端地光学耦合，两个相似的套圈插入对准套筒20中，各个套圈组件的延伸端部的反射表面间隔开并彼此面对，如图1B所示的方式。
参照图2A，提供了分开的套圈12R和12S，其具有至少相似的用于对准套筒20的外部弯曲表面轮廓，以及具有相似光学几何形状的相似反射表面R。如图2B所示，每个套圈(12R，12S)端接光缆带23的多个光纤。套圈12R和12S与相应的反射表面R耦合，所述反射表面R在垂直于套圈的纵向轴线的横截面中重叠，符合图1B中所示的配置。套筒20未在图2B中示出，但在图2C中示出。套圈12R和12S通过套筒20轴向对准。然而，在套圈之间反射的扩展光束与套圈的纵向轴线和中间平面(配合平面)P成一角度(例如，90度)。套圈12的中间平面P也是每个套圈(12R，12S)中的套圈半部13和14的配合平面。在该实施例中，对准套筒20是分开的套筒，其符合套圈12R和12S的外表面轮廓。对准套圈20通过对准套圈12R和12S的外表面来对准光纤24，以实现图1B所示的光路L相对位置。
在另一个实施例中，上面公开的扩展光束套圈可以是附接到光学装置(例如，气密密封的光电模块OM的壳体H)的可拆卸的端接套圈12T(即，“尾纤”(pigtail))。与相似的扩展光束套圈12P端接的光纤带23(例如，接插线)可以使用对准套筒20(例如，具有互补形状的分开的套筒，其尺寸适于接收套圈12T和12P)连接到端接套圈12T。
本发明的各种实施例结合了由本发明的受让人nanoPrecision Products，Inc.开发的一些发明概念，包括各种专有技术，包括用于与光学数据传输有关的光学工作台子组件，包括下面讨论的专利公开中公开的概念，这些概念已经共同转让给受让人。
例如，PCT专利申请公开No.WO2014/011283A2公开了一种用于光纤连接器的套圈，其克服了现有技术套圈和连接器的许多缺点，并且进一步改进了上述无引脚对准套筒。光纤连接器包括光纤套圈，该光纤套圈具有大致椭圆形的横截面，用于使用套筒将多个光纤的阵列与保持在另一个套圈中的光纤对准。
美国专利申请公开No.US2013/0322818A1公开了一种用于路由光信号的光耦合装置，其是光学工作台的形式，具有用于路由光学数据信号的冲压结构化表面。该光学工作台包括金属基底，该金属基底具有限定在其中的结构化表面，该结构化表面具有弯折、反射和/或整形入射光的表面轮廓。基部还限定了对准结构，该对准结构配置有表面特征，以便将光学部件(例如，光纤)精确地定位在基部上而与结构化表面精确光学对准，以允许光沿着结构化表面和光学部件之间限定的路径传输，其中，结构化表面和对准结构通过冲压可延展金属材料整体地限定在基部上以形成光学工作台。
美国专利申请公开No.US2015/0355420A1还公开了一种针对光通信模块用于路由光信号的光耦合装置，特别是以光学工作台形式的光学耦合装置，其中，具有弯折、反射和/或整形入射光的表面轮廓的结构化反射表面整体限定在金属基部上。对准结构限定在基部上，配置有表面特征，以便将光学部件(例如，光纤)定位在基部上而与结构化表面光学对准，以允许光沿结构化表面和光学部件之间的限定路径传输。结构化表面和对准结构通过冲压基部的可延展金属材料整体限定在基部上。对准结构有助于基部上的光学部件与结构化表面的被动对准，以允许光沿结构化表面和光学部件之间的限定路径传输。
美国专利申请公开No.US2013/0294732A1还公开了一种具有集成光学元件的密封光纤对准组件，特别是包括光学工作台的密封光纤对准组件，该光学工作台包括金属套圈部分，该金属套圈部分具有接收光纤端部部分的多个凹槽，其中，凹槽限定了端部部分相对于套圈部分的位置和取向。该组件包括集成光学元件，用于将光纤的输入/输出耦合到光电模块中的光电器件。光学元件可以具有结构化反射表面形式。光纤的端部与结构化反射表面相距一定距离并与结构化的反射表面对准。结构化反射表面和光纤对准凹槽可以通过冲压可延展金属以在金属基底上限定那些特征来形成。
美国专利No.7,343,770公开了一种用于制造小公差部件的新型精密冲压系统。这种创造性的冲压系统可以在各种冲压工艺中实施，以生产在上述专利公开中公开的装置。这些冲压过程涉及冲压原材料(例如，金属坯料)，以紧密(即，小)公差形成表面特征的最终整体几何形状和几何形状，包括具有与其他限定的表面特征精确对准的所需几何形状的反射表面。
美国专利申请公开No.US2016/0016218A1还公开了一种复合结构，其包括具有主要部分和不同金属材料的辅助部分的基部。基部和辅助部分通过冲压成形。当辅助部分被冲压时，它与基部互锁，同时在辅助部分上形成所需的结构化特征，例如结构化反射表面、光纤对准特征等。通过这种方法，可以在基部的主体上成形相对不太严苛的结构化特征，花费更少的努力来保持相对较大的公差，而辅助部分上的相对更严苛的结构化特征通过进一步考虑限定相对较小公差的尺寸、几何形状和/或饰面而更精确地成形。辅助部分可以包括两种不同金属材料的另一复合结构，其与不同的性质相关联，用于冲压不同的结构化特征。这种冲压方法改进了美国专利No.7,343,770中的早期冲压工艺，其中经受冲压的原材料是均质材料(例如，金属带，例如可伐合金(Kovar)、铝等)。冲压工艺从单一均质材料中产生结构特征。因此，不同的特征将共享材料的性质，其可能不针对一个或多个特征进行优化。例如，具有适合于冲压对准特征的性质的材料可能不具有适合于冲压具有最佳光反射效率以减少光学信号损失的性质的反射表面特征。
上述发明构思通过引用并入本文，并且将在下面引用以便于公开本发明。
图3A-3K示出了根据本发明一个实施例的用于光纤连接器10(见图7C)内的套圈12的各种视图。套圈12包括两个套圈半部13和14，其支撑光纤带23的光纤阵列24。套圈半部13和14的结构将在下面结合图4和5更详细地说明。套圈12具有整体大致圆柱形的主体，其具有大致椭圆形的横截面(参见图3F，其是从带23端部观察的套圈12的端部视图；以及图3G，其是套圈12从其自由远端观察的端部视图)。应注意，在图3F和3G中所示的截面图中，套圈12的横向侧40被截断成大致平坦的表面或明显具有更大的曲率半径的表面。
参考PCT专利申请公开No.WO2014/011283A2(其通过引用并入本文)，其公开了一种光纤连接器，其包括光纤套圈，该光纤套圈具有大致椭圆形的横截面，用于使用套筒将多根光纤的阵列对准保持在另一套圈中的光纤。然而，这种公开没有利用扩展光束来光学耦合保持在套圈中的光纤。在本发明中，本发明的套圈12包括集成的反射表面以实现扩展光束。
参考图3H和3K(其是沿图3E中的线3K-3K截取的剖视图)，在所示实施例中，套圈12被配置成保持和对准多个光纤24，多个集成反射表面R的阵列设置在套圈半部14上，每个反射表面对应于一个光纤24。套圈半部14的端部与反射表面R一起延伸超过互补套圈半部13的远端(即，超过套圈半部13的自由端，其与光纤线缆23延伸的另一端相反)。反射表面R的阵列位于套圈半部14的远端附近，超出光纤24的端面22。每根光纤24的端面22与其相应的反射表面R相距一预定距离(端面22的边缘抵靠设置在距反射表面R限定距离处的止挡部25；参见下面讨论的图4H)并与之对齐。每个反射表面R通过反射引导来自光纤24的输入端22的光或将光引导至光纤24的输出端22，以便相对于保持在套管12中的光纤24的光轴将光转向。在一个实施例中，每个反射表面R将光转向90度(参见图1B)。
图4A-4I示出了根据本发明的一个实施例的图3中的光纤套圈组件中的具有反射表面的套圈半部的各种视图。套圈半部14设置有弯曲的外表面15(通常符合整个椭圆形横截面的一半)，以及内部光纤对准结构，包括多个平行的纵向结构开口凹槽34，所述内部光纤对准结构设置在套圈半部14的主体的内表面39上(该表面面向另一个套圈半部13)。凹槽34有助于光纤24相对于相应的反射表面R的被动光学对准，以允许光沿着反射表面R和光纤24之间的限定路径传输。在所示实施例中，凹槽34的横截面显示为半圆形。然而，也可以使用具有V形横截面的凹槽。每个集成反射表面R是与套圈半部14中的对准凹槽34一体的延伸。
在所示实施例中，每个反射表面R是背离套圈半部14的不透明主体的不透明自由表面。自由表面暴露于外部(例如，空气或折射率匹配材料)，并且反射从外侧引导向自由表面的入射光(即，入射光不被引导穿过套圈半部14的不透明主体)。每个反射表面R构造有反射几何结构，该反射几何结构弯折(即，转向或折叠)并且整形(即，准直)来自保持在套圈半部14的凹槽34中的光纤24的端面22的输出光(或者相反地，弯折和整形(即，聚焦)入射在光纤24的端面22处的反射表面R上的外部准直光)。在一个实施例中，反射表面R被构造为凹反射结构(例如，非球面镜表面)。结构化反射表面R沿着所需光路L与光纤24的光轴光学对准，光纤24的端面22位于距反射表面R期望距离处，以达到所需的光束扩展水平。准直的扩展光束的直径/光点尺寸与沿光纤24的端面22和反射表面R之间的光路L的距离有关。
参考图4H的特写视图和图4I的剖视图(沿图4E中线4I-4I截取)，设置止挡部25以限定每个光纤24的端面22在距相应的反射表面R预定距离处的位置。止挡部25构造有短凹槽26(例如，具有半圆形横截面)，其具有略小于光纤凹槽34的宽度的宽度。止挡部25提供限定的边界，光纤24的端面可以抵靠该边界，但允许光穿过止挡部25中的凹槽26在光纤34和相应的反射表面R之间通过。图3I更清楚地示出了光纤24的端面22抵靠止挡部25。在图4H和4I中，单个光纤24用虚线阴影表示。如图4I所示，空腔38设置在套圈半部14的表面39中。凹槽34设置在空腔38内，并且凹入配合平面P下方(该配合平面P是与相对的套圈半部13接触的接触平面P，并且也是图3中所示的整个套圈12的中间平面P)，光纤24的圆柱体不会突出于配合平面P的上方。因此，光纤24的中心线(光轴)偏离(即，低于)并平行于平面P(如图1B中的情况)。套圈半部14的配合平面P也是光通过其射入/进入套圈半部14的平面。
如图4A所示，在套圈半部14的光缆端部处设置平台16。图4D的侧视图(以及图4F的端部视图)示出了在平台16的区域处限定的空间，其与在下面进一步讨论的互补的套圈半部13处定义的类似空间相结合，将提供容纳光纤带24的厚度的整体空间，如图3D中组装的套圈12所示。
具有反射表面R和光纤对准凹槽34的开放结构的套圈半部14适合于诸如精密冲压的大规模制造工艺。本发明采用在美国专利申请公开No.US2013/0322818A和美国专利申请公开No.US2015/0355420A1中公开的冲压光学元件的概念，其通过引用完全并入本文。这些专利公开公开了通过冲压可延展金属材料整体地限定，以整体地并同时通过冲压可延展金属材料(即，原料金属材料或金属坯料)形成反射表面和光纤对准凹槽。
在一个实施例中，套圈半部14的各种结构和特征通过冲压形成。具体地，套圈半部14通过冲压可延展金属材料以整体地并同时限定外部曲面15、平台16和内部表面39上的特征(包括凹槽34、止挡部25和反射表面R)。有效地，可以生产单件式开放套圈半部14以支撑光纤24，使其端部精确定位并相对于反射表面R对准，并且进一步与套圈半部14的外部几何形状以及另一个套圈半部13的特征对齐(下面将对此进行说明，其也可以通过类似的冲压工艺形成)。在本发明中，对准套筒20和套圈12(包括套圈半部13和14)之间的接触以及与对准套筒20对准的套圈的端部之间的接触有助于并限定光纤和套圈12中的反射表面R相对于另一个类似套圈12的对准，如图2中由套筒20对准的套圈12R和12S的情况。
图5A-5H示出了根据本发明的一个实施例的图3中的光纤套圈组件中的互补套圈半部的各种视图。尽管套圈半部13共享套圈半部14的一些结构特征，但套圈半部13与上述套圈半部14的结构相比具有更简单的结构。值得注意的是，半部13不包括反射表面R和光纤止挡部25。
与套圈半部14一样，套圈半部13设置有相似的弯曲外表面15’(通常符合整个椭圆形横截面的一半)，以及内部光纤对准结构，包括多个平行的纵向开口槽34’，所述内部光纤对准结构设置在套圈半部13的主体的内表面39’上(该表面面向另一个套圈半部14)。光纤凹槽34’(类似于套圈半部34中的凹槽34)与套圈半部14中的凹槽34互补，凹槽34和34’一起对准光纤24。
参考图5F和5G的端部视图，以及图5H的剖视图(沿图5E中的线5H-5H截取)，限定凹槽34’的内表面39’在配合平面P上方升高(升高部分33)。这是必要的，因为相对的套圈半部14中的凹槽34在配合平面P下方，如上所述。如图5H所示，凹槽34’在配合平面P上方升高，配合平面P是与相对的套圈半部13接触的接触平面P，并且对应于图3中所示的整个套圈12的中间平面P。套圈半部13的配合平面P也是光通过其射入/进入套圈12的平面。
在所示实施例中，套圈半部13包括从套圈半部13的端面E延伸的盖部分35。如图5H的剖视图所示，盖部分35具有容纳凹槽34’的厚度。还参考图3K的剖视图和图1B的实施例(套圈12R和12S)，其中，套圈12R的套圈半部13与套圈12R的套圈半部14配合，套圈12R的套圈半部13的端面E相对于套圈12R的盖部分35凹入，以容纳套圈12S的套圈半部14的远端，套圈12R的盖部分35覆盖套圈12R中的光纤24，将光纤24的端部牢固地保持并将光纤24的端部对准到套圈12R中的反射表面R。类似地，在套圈12S的套圈半部13与套圈12S的套圈半部14配合时，套圈12S的套圈半部13的端面E相对于套圈12S的盖部分35凹入，以容纳套圈12S的套圈半部14的远端，套圈12S的盖部分35覆盖套圈12S中的光纤24，将光纤24的端部牢固地保持并将光纤24的端部对准到套圈12S中的反射表面R。
如图3K进一步所示，盖部分35完全容纳在套圈半部14中，套圈半部13的升高部分33完全容纳在套圈半部14的表面39中的空腔38内，从而盖部分35不突出到配合平面(或套圈中心平面)P的上方(例如，与其齐平)，以便不阻挡另一个套圈半部的远端进入。套圈半部13的升高部分33的宽度类似于套圈半部14的空腔38的宽度(或在可接受的公差范围内，略小于其宽度)，使得升高部分33可以很少或没有间隙地装配在空腔38中。实际上，升高部分33和空腔38提供了使套圈半部13和14(至少在垂直于套圈12的轴线的横截面中)对准的结构，使得凹槽34和34’匹配，并且套圈半部的外部弯曲表面15和15’形成所期望的大致椭圆形截面轮廓。
如在套圈半部14中那样，在套圈半部13的光纤线缆端部处设置平台16’。图5D的侧视图(以及图5H的端部视图)示出了在平台16的区域处限定的空间，其与在上面讨论的互补的套圈半部14限定的类似空间相结合，将提供容纳光纤带23的厚度的整体空间，如图3D中组装的套圈12所示。
在套圈半部13和14与光纤带23组装在一起的情况下，套圈半部13和14沿配合平面P配合，光纤24夹在相应的成对互补凹槽34和34’之间，从而形成图3中所示的套圈12。
图3至图5示出了容纳单根光纤带23的套圈，该单根光纤带23具有十二根光纤24的阵列。然而，套圈12可构造成容纳最多二十四根光纤24。在套圈半部13和14中分别设置有二十四个凹槽(34,34’)的阵列。如图3H、3I和3J中更清楚地示出，十二根光纤24位于交替的凹槽中，相邻光纤之间具有空的凹槽34E。
参见图6A至6E，套圈12可以容纳两个相似的光纤带23，每个光纤带23具有十二个光纤24，以增加光纤密度。如图6E所示，来自带23a的光纤24a与来自带23b的光纤24b交错。如图6A-6C所示，在套圈半部14的平台16和套圈半部13的平台16’之间限定的空间容纳两层光纤带23a和23b。
与套圈半部14的情况一样，套圈半部13的各种结构和特征可以通过冲压形成。具体地，通过冲压可延展金属材料以一体地并同时限定外部弯曲表面15’、平台16’、盖部分35和内表面39’上的特征(包括凹槽34)来形成套圈半部13。有效地，可以制造单件式开放的套圈半部13以与套圈半部14互补，以支撑光纤24，使其端部处于精确位置并相对于套圈半部14上的反射表面R对齐，并进一步与套圈半部13的外部几何形状以及套圈半部14的特征对准。如上面参考套圈半部14所述，本发明依赖于对准套筒20和套圈12(包括套圈半部13和14)之间的接触以及在对准套筒20中的套圈(图1和图2中的12R，12S)的端部之间的接触，以限定光纤和套圈12中的反射表面R相对于另一个类似套圈12的对准，如图2中由套筒20对准的套圈12R和12S的情况。
对于上述套圈，考虑到光纤连接器处的相邻套圈的光学对准依赖于对准套筒，套圈的外表面应该保持在高公差下以使用对准套筒进行对准。在上述实施例中，不需要对准引脚来对准一对套圈。因此，为了冲压套圈半部，将包括冲压套圈半部的整个主体的所有关键特征，包括形成凹槽、反射表面、套圈部分的配合表面、以及与对准套筒和另一个套圈的端部接触的外表面。在一个实施例中，对准套筒也可以通过冲压精确地形成。这保持了凹槽和套圈的外部对准表面之间的尺寸关系，以便于仅使用对准套筒进行光学对准而不依赖于对准引脚。
在一个实施例中，套圈主体由金属材料制成，其可以选择为具有高刚度(例如，不锈钢)、化学惰性(例如，钛)、高温稳定性(例如，镍合金)、低热膨胀性(例如，殷钢(Invar))、或者与其他材料的热膨胀性匹配(例如，用于匹配玻璃的可伐合金)。每个套圈半部可以被冲压以形成整体或单体式主体，其不需要在每个套圈半部内进一步附接子部件。
在本发明的另一个方面，套圈组件结合在光纤连接器中。参见图7A至7D，具有LC连接器壳体形状因子的连接器10包括上述的套圈12。在图7A中，套圈12被压入保持件71的开口端，形成图7B所示的形式。收缩包绕部72形式的柔性套圈设置在保持件71的另一端，光纤带23延伸穿过该柔性套圈。在图7C中，套圈12插入套圈壳体74中，并且保持件71通过预加载弹簧77插入连接器壳体75中。压接部79将保持件71保持在连接器壳体75中的正确位置。靴部76覆盖压接端。图7D示出了完成的连接器10。具有相似套圈的互补连接器可以使用对准套筒20光学连接，类似于图1和2中所示的示意图。
根据本发明的套圈克服了现有技术的许多缺陷，导致光纤扩展光束连接器具有低插入和回波损耗，这提供了易用性和高可靠性以及低环境敏感性，并且可以以低成本制造。
虽然已经参考优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神、范围和教导的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，所公开的发明仅被认为是说明性的，并且仅在所附权利要求中指定的范围内受到限制。

Claims (4)

1.一种扩展光束套圈，包括：
具有反射表面的第一套圈半部和第二套圈半部，它们一起保持光纤；
其中，所述反射表面垂直于所述套圈的中间平面输出光。
2.一种扩展光束套圈连接器，包括：
如权利要求1所述的第一和第二扩展光束套圈；
套筒，其将所述第一和第二套圈的外表面对准，且相应套圈的反射表面彼此面对，其中，来自保持在第一套圈中的光纤的输出光被所述反射表面弯折和准直，被传输到由套筒对准的第二套圈中的面对的反射表面，所述第二套圈弯折所述光以输入到保持在所述第二套圈中的光纤。
3.如权利要求2所述的扩展光束套圈，其中，所述第一和第二套圈之间的扩展光束垂直于所述对准套筒的纵向轴线。
4.如说明书中所公开的扩展光束套圈和扩展光束连接器。
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