CN1390311A - 光学接头和光学收发器 - Google Patents

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Abstract

光纤端面(1a)相对于光轴之间的角θ例如为45度。当光学接头断开时,通过光纤(2a)的芯部(3a)传播的光信号(4)由端面(1a)全反射,并散射成不满足光纤(2a)波导条件的光信号(5)。散射光线被外罩(30)的光阻挡部分(31)阻断。当光学接头断开时,激光束不发射到自由空间中。当光学接头正常连接时,光纤(2a)的端面(1a)连接到光纤(2b)的端面(1b)上,并且光信号(4)穿过连接表面(1)并通过光纤(2b)的芯部(3b)传播。

Description

光学接头和光学收发器
                        技术领域
本发明涉及一种在包含光纤的光信号传输系统中的光学接头，本发明尤其涉及一种光学接头，其能够防止在光学接头处于断开状态时通过光纤传播而发射到自由空间中的激光对人眼造成伤害。
本发明也涉及一种光学收发器，该收发器包括在包含光纤的光信号传输系统中发射和接收光信号的功能。本发明尤其涉及一种光学收发器，在光纤电缆从光学收发器上断开时其能够防止不小心从光学收发器中发射到自由空间中的光损伤人眼。
                        背景技术
其中光纤的端面不垂直于光轴的光学接头在现有技术中是公知的。图13示出这种类型的光学接头。如图中所示，具有芯部23a的光纤22a在接合平面处连接到具有芯部23b的光纤22b上。光信号24通过芯部23a发射。如箭头26所示，大部分光从芯部23a传播通过光纤22b的芯部23b，同时一些光如箭头25所示在接合平面21处反射。通过在防止光线通过光纤导引的方向上在接合平面21处反射光线25，这种结构被设计成减小沿着光纤在相反方向上被反射回去的光量。于是，在光轴和接合平面21的法线之间形成的角θ设定在0到10度之间。
美国专利6048102提出了一种具有光纤端面的光学接头，该端面形成大约42度的较大角度以用于防止伤害人眼的目的。
                        发明内容
鉴于上面所描述的，本发明的目的是提供一种防止由在光学接头断开时传播到自由空间内的光信号导致的不小心伤害，尤其是伤害人眼的光学接头。
本发明的另一目的是提供一种具有防止对人的健康造成伤害的结构的光学接头，由于光纤的端面被切割成倾斜的并会具有足够锋利而能刺穿手掌的尖端，因此该伤害会由光学接头内的光纤造成。
本发明的另一目的是不仅将这种安全结构应用于光学接头，而且也将这种结构应用于光学收发器。
这些目的和其他目的将由本发明的光学接头予以实现，其中，在光学接头处于断开状态时，光纤的端面形成为满足通过其传播的光线全反射条件的角度。当光学接头未处于断开状态时，两个光纤的端面通过光学匹配油(optical matching oil)予以连接。光学接头也设置有光阻断板，用于阻挡从光纤端面发射的光线。
当本发明的光学接头处于断开状态时，通过将光纤的端面形成为能够实现全反射，有可能防止光发射到自由空间中。然而，当光学接头未处于断开状态时，由于全反射效应的丧失而使两根光纤光学连接。
本发明不仅可用于光学接头，也可用于光学收发器，并具有相同的效果。
                       附图说明
附图中：
图1是示出根据第一实施例的光学接头的结构的透视图；
图2A和2B说明了根据第一实施例的光学接头的工作原理；
图3A和3B是示出根据第一实施例的光学接头的外罩的解释性视图；
图4是示出根据第一实施例的光学接头的光线阻挡功能的解释性视图；
图5是示出根据第二实施例的光学接头的结构的透视图；
图6A和6B说明了根据第二实施例的光学接头的工作原理；
图7是示出根据第三实施例的光学收发器的透视图；
图8说明了根据第三实施例的光学收发器的工作原理；
图9是示出根据第四实施例的光学收发器的结构的解释性视图；
图10说明了根据第四实施例的光学收发器的工作原理；
图11A和11B沿着切割平面说明了根据第四实施例的光学收发器；
图12A和12B沿着切割平面说明了根据第五实施例的光学收发器的结构；以及
图13示出传统光学接头的结构。
                      具体实施方式
将参照附图描述根据本发明优选实施例的光学接头。图1示出了根据本发明第一实施例的光学接头10。
光学接头10附着到光纤电缆2上，并具有在光纤电缆上的端面1。端面1为倾斜的，而不是垂直于光纤电缆的光轴。光学接头10还包括外罩30，外罩30以一倾斜度切割以局部覆盖电缆2的端部。形成为外罩30一部分的光阻断部分31延伸超过端面1的端部。光阻断部分31为板形，并垂直于穿过椭圆主轴和光纤轴的平面设置。光阻断部分31也可以成形为圆柱形或弯曲板，提供超出端面1尖端的相同的延伸。
电缆2插入到光学接头10的套箍(未示出)中并由后者固定。套箍的端面以与光纤类似的倾斜度抛光。为了方便起见，电缆2的电缆部分在图1中以粗的黑线绘出。然而，这个电缆部分与光学接头10中的套箍所覆盖的电缆2具有相同的直径。
图2A和2B说明了图1中的光学接头的工作原理。在此，光纤2a连接到光纤2b上(图2B)以及从光纤2b上断开(图2A)。光纤2a包括端面1a和芯部3a，同时，光纤2b包括端面1b和芯部3b。端面1a的倾斜表面设定为端面1a的法线80与光纤2a的光轴形成45度的角度θ。通过芯部3a传播的光信号4在箭头5所示的方向从端面1a完全反射，而由此不会被导引过光纤2a。光纤2a和光纤2b配装到套箍(未示出)中并由后者固定。套箍的端面以类似于光纤的倾斜度抛光。
图2B示出了在正常接合状态下的光学接头，其中，光纤2a的端面1a和光纤2b的端面1b在接合表面1处连接到一起。在这种状态下，光信号穿过结合表面1并继续传播过光纤2b的芯部3b。
假设端面1a和1b的表面足够平坦，通过施加压力而将端面1a和1b连接，光信号4将可以投射过结合表面1而成为光信号6。然而，如果端面1a和端面1b的表面不充分平坦，光信号将不会一直穿过结合表面1。这个问题可以通过向端面1a和端面1b上施加匹配油予以缓解。
虽然在图2A和2B中未示出，光学接头10设置有外罩30，如图3A所示。外罩30具有倾斜表面33，该表面与光纤的轴形成的角小于端面1a与该轴形成的角。换句话说，光纤轴和倾斜表面33的法线81之间形成的角θ2大于该轴与法线80之间形成的角θ1。结果，端面1a的前端设置在从光阻断部分31的前端向后的位置处。于是，如后面参照图4所解释的，该结构可以轻易地阻断散射光线。
图3B示出了一对光学接头10a和10b的连接。在这个示例中，光学接头10a和10b并未区分成雄接头或雌接头。如果外罩30a和30b沿光轴形成为长于光学接头10a和10b，那么外罩30a和30b的端部在端面1a和1b接触之前将彼此接触。因此，需要计算外罩30a和30b的尺寸，以便在端面1a和1b彼此可靠接触时外罩30a和30b的倾斜表面33a和33b之间可以形成间隙，或者在该状态中倾斜表面33a和33b恰好接触。
图4示出散射光线7从端面1a的端部8在端面1a的倾斜方向上传播的试验结果。在这个示例中，外罩30的光阻断部分31覆盖向后设置的端面1a的端部8，从而通过阻挡被反射的光线来增强安全性。
该结构的效果还可以通过防止光线进一步散射到散射光区域之外来予以改善。这可以通过向光阻断部分31的散射光线7所照射的区域32上施加光吸收涂层来实现，或通过使该区域32的表面粗糙来实现。其他有效的方法是在区域32内形成沟槽32a，如图4所示。
如上所述，本实施例的光学接头与普通光学接头不同在于他们不区分雄接头或雌接头。由此，构造光纤系统所需的零件类型数可以减少，有利于生产管理和库存管理。
在上述实施例中的角θ不限于45度，而可以基于假设通过光纤传播的光信号在端面1a和1b处全反射时光纤芯部的折射率以及光纤的数值孔径予以设定。此外，端面1a和1b不必是平面形状的，而可以为弯曲表面，倘若满足全反射条件即可。
图5示出根据本发明第二实施例的光学接头。在第二实施例中，光学接头包括用于完全覆盖电缆2的外罩40、具有如第一实施例中所述的倾斜端面的电缆2。如果具有倾斜端面的光线暴露出来，则存在光纤的端部切破操作者的手等的风险。然而，由于本实施例的外罩40完全覆盖光纤的端面，外罩40可以阻挡来自光纤尖端的散射光，并且防止光纤尖端切破操作者的手等。
图6A和6B示出根据第二实施例的光学接头的断开和连接状态。光学接头41和42具有不同的外罩尺寸。光学接头41的外径被构造成大致与光学接头42的内径一致。虽然两个光学接头41和42的外部形状像一个插座(雌型接头)，光学接头41像插头(雄型接头)那样插入到光学接头42中，如图6B所示。
图7示出了根据本发明第三实施例的光学收发器。图7示出了双极光学接头45和插座型光学收发器50。光学接头45包括接头单元46和47。接头单元46和47插入到光学收发器50的插座单元51和52中。图8示出了在由图7中X和X′之间的线所标示的区域处的光学接头45和光学收发器50的横截面图。如图8所示，光学收发器50在具有透镜的封装中容纳电路板56和其上安装的半导体激光器55。从半导体激光器55发射的光导引到具有套箍的光纤54上。光纤54在半导体激光器55一侧上具有大致平面的端面，而在接头单元47一侧具有倾斜的端面。光纤54与接头单元47中设置的带有套箍的光纤49相接触地连接。
由于外罩57覆盖光纤54，外罩57可以阻断从光线54的倾斜断面散射的光线，并也可以防止光纤的端面切伤人手等。
图9示出本发明第四实施例。在第四实施例中，棱镜60用于替代图3所示的第三实施例的光纤54。与带有套箍的光纤相比，棱镜60不仅易于制造、成本低，并且易于安装。棱镜在接头单元47一侧具有倾斜端面而在半导体激光55一侧具有平面端面。由于棱镜60不像光纤54那样具有光导功能，因此需要特殊的光学结构。
图10示出这种光学结构的相关构造。半导体激光器封装64设置有半导体激光器62和透镜63。这些元件在光学上构造成来自半导体激光器62的光被聚焦在棱镜60和光线49中心之间的接合点上。通过这种构造，有可能确保对人眼的安全性，并确保利用没有波导功能的棱镜60光学连接半导体激光器和光纤。
图11A和11B示出本发明第五实施例。在这个实施例中，光学接头41a和41b具有相同的外部尺寸，并不能直接彼此相连。因此，光学接头41a和41b必须利用作为适配器的图11A所示的接头71或图11B所示的接头72连接。接头71的外部尺寸大致等于光学接头41a和41b的内部尺寸。另一方面，接头72的内部尺寸大致等于光学接头41a和41b的外部尺寸。通过采用这些适配器71或72中的一个，有可能将具有相同尺寸的光学接头41a和41b连接。
图12B示出本发明第六实施例。如图12B所示，在本实施例光学接头中的光纤的端面1a以大于45的倾斜角θ倾斜。当倾斜角θ为45度时，如图12A所示，在光纤端面处反射的光线5a偏离光线外边缘反射并作为光线4a返回。在对比中，通过将端面1a的倾斜角θ设定为大于45度，如图12B所示，可以防止反射光线如此地产生。虽然角度θ可以设定为大于45度的任意角，优选地是该角度设定为48～60度，而最佳的是50～55度。
虽然本发明参照其特定实施例加以详细描述，本领域技术人员应理解的是在不背离本发明的精髓的前提下可以在其中作出各种修改和变动，本发明的范围由所附的权利要求书限定。
除了将本发明应用于光通信外，明显的是本发明也可以应用于激光束加工、医学应用等用的激光设备中。
虽然上述实施例描述了平行于光纤轴传播的光线，光线实际上相对光纤轴稍微倾斜地传播并在通过光纤传播的同时反复反射。在本发明中的端面的角度考虑到这种倾斜而加以设定。换句话说，端面应倾斜成通过光纤传播的光线在其上全反射。
在上述实施例中，光线在一个方向上从光纤2a向光纤2b传播。然而，本发明可以防止激光以端面1b的倾斜度向外发射，光线也应从光纤2b向光纤2a传播。
通过将光纤的端面形成为当本发明的光学接头处于断开状态时实现全反射，有可能防止光线发射到自由空间中。此外，当光学接头未断开时，由于全反射效应的丧失，两根光纤光学上连接。于是，本发明可以防止接头断开时发射到自由空间中的激光对人眼等的伤害，并也可以阻挡从光纤上形成的倾斜端面的尖端发射的散射光线，由此改善了安全性。相同的结构也可以用于光学收发器中，以获得相同的效果。

Claims (14)

1.一种光学接头，用于光学上连接第一光纤和第二光纤，以便光线从第一光纤传播到第二光纤，其中，光纤的端面以一倾斜度切割，并且第一光纤端面的倾斜角相对于光轴满足对于通过第一光纤传播的光线的全反射条件，光学接头包括在光线传播方向上延伸超过光学接头的端部的光线阻断装置。
2.如权利要求1所述的光学接头，其特征在于，还包括用于覆盖第一光纤的端面的外罩，该外罩具有比第一光纤的端面更靠近光轴倾斜的切割表面，切割表面的前端比第一光纤端面的前端延伸得更远，并且，切割表面的后端比第一光纤端面的后端回退得更远。
3.如权利要求1所述的光学接头，其特征在于，当光学接头未处于断开状态时，第一和第二光纤的端面经由光学匹配油连接到一起。
4.如权利要求1所述的光学接头，其特征在于，还包括光线阻断装置表面部分上的光吸收装置，从第一光纤的端面泄漏的光线入射到该表面部分上。
5.如权利要求4所述的光学接头，其特征在于，光吸收装置为至少以下方法之一，即，在光阻断装置的表面上涂敷光吸收涂层，使该表面粗糙，或在该表面上形成沟槽。
6.如权利要求1所述的光学接头，其特征在于，以一倾斜度切割的外罩围绕第一光纤形成，而光线阻断装置由外罩的一部分构成。
7.如权利要求1所述的光学接头，其特征在于，还包括一外罩，其用于覆盖第二光纤并具有围绕第一光纤的开口，该开口相对于光纤轴形成预定的立体角。
8.一种光学接头，用于将第一光纤和第二光纤连接到一起，以便光线从第一光纤传播到第二光纤，其中，光纤的端面以一倾斜度切割，并且第一光纤端面的倾斜角相对于光轴满足针对通过第一光纤传播的光线的全反射条件，并且防止光线在相反方向上返回。
9.一种连接光学接头，包括连接光纤，用于将第一光学接头与第二光学接头连接，以便光线从第一光学接头传播到第二光学接头，其中，第二光学接头中的光纤端面和连接光学接头中的连接光纤以一倾斜度切割，并且连接光纤端面相对于光轴的倾斜角满足针对通过其传播的光线的全反射条件。
10.一种光学收发器，包括：
用于发射光信号的激光源；以及
用于传播来自激光源的光线的光纤；
其中，光纤的端面相对于光轴具有倾斜角，该倾斜角满足针对通过光纤传播的光纤的全反射条件。
11.如权利要求10所述的光学收发器，其特征在于，还包括光线阻断装置，该装置在光线传播的方向延伸超过光纤端面的端部。
12.如权利要求10所述的光学收发器，其特征在于，还包括围绕除了沿着光纤轴的部分之外的整个光纤形成的外罩。
13.一种光学收发器，包括：
用于发射光信号的激光源；以及
用于传播来自于激光源的光线的光导元件，
其中，在光线发射一侧的光导元件的端面相对于其光轴具有倾斜角，该倾斜角满足针对通过该光导元件传播的光线的全反射条件。
14.如权利要求13所述的光学收发器，其特征在于，所述光导元件为棱镜。
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