CN87104187A - 光连接器导轨 - Google Patents

Abstract

用于光纤耦合的光导连接器导轨，含有一个插入部件，该插入部件包括一个固定光纤的导管、一个围绕上述导管的加强管和一个用于把上述导管和上述加强管插入浇铸在一起的、导管和加强管之间的树脂浇铸区域。上面所说的导管包括一块平板和一块引导基板，该引导基板的一个表面上刻有光纤导槽，平板粘着在上述引导基板上，形成将来光纤插入其中的光纤导孔。

Description

本发明与1987年3月13日提交的美国专利申请（序号为025，840）有关。

本发明涉及在光波通讯系统中进行连接和转接时能使多股光纤精确耦合的一种光连接器导轨。

图1A和图1B是一个先有技术中的（5股）光连接器导轨的示意图，其中图1A是俯视图，图1B是图1A所示连接器耦合端的正视图。

从上面二个图中可以看出，由树脂浇铸成的组件30上形成有二个导针孔31。多股光纤阵列（A）中的光纤（B）在连接导针孔31的轴心的直线上互相对准，并通过把两根导针32插入每个连接器上相应的导针孔31中就能和另一连接器中的光纤实行耦合。两个导针孔31相隔3.600mm，光纤（B）中之光纤以0.250mm的间距相互隔开。

上面描述的先有光连接器导轨实现连接时，需要二根导针，它们不能象电气连接器那么方便，即只要简单地将插头插入一个公共的插座就能实现连接。为了使常规的光连接器导轨进行连接，必须使用导针小心谨慎地按一定的程序进行。还有一个问题是光连接器导轨拆开后导针的有无缺乏一致性，每次进行重新连接时，操作人员必须察看一下导轨上是否还留有导针，如果没有，则要装上必要的导针。在数个光连接器导轨中永久地埋入导针倒是可以解决上面这个问题，但是这个想法并没有做成商用，因为它涉及实用中的许多缺点诸如不可能将两个都有永久性固定导针的连接器的导轨进行连接等。导针的直径很小，只有0.7mm，这也进一步增加了装卸导针时的困难。

此外，由树脂浇铸做成的导引针孔在导针插入这些孔时易于磨损或损坏。因此，要实现光纤的高精度和可靠的耦合将会遇到很大的困难。

由于多股光纤是在一次操作中浇铸而成的，随着被连接光纤数目的增加，要实现精确耦合就变得更加困难，从生产效率的观点看，要把偏移量保持在1～2μm就非常困难。光纤导孔也是用模针对准放置在模具中做成的，这样模针不论是在浇铸压力下变形或是当安置在模具中时变形都会增加模针的变化。

本发明的一个目的是提供一种不用导针从而解决了上述问题的光连接器导轨。

本发明的另一个目的是提供一种有一插入部件的光连接器导轨，该插入部件包括在其外表面上的一个加固管、其内部的一个导管以及一个在加固管及导管之间的树脂浇铸区域。该导管和加固管浇铸在一起形成一个整体部件。

本发明的另一目的是提供一种有插入部件的光连接器导轨，该导轨的末端有一个截面呈非圆形的法兰盘，以使得两个光连接器导轨单元连接起来，并根据其转动方向相对准。

本发明还有一个目的是提供一种具有多个插入部件的光连接器导轨，这些插入部件可以通过一个联接部件连接在一起，以使得插入部件形成一个整体。

图1A和1B是一个常规光连接器导轨的示意图，其中图1A是俯视图，图1B是连接器端面的正视图。

图2A和图2B，是本发明实施例中使用的导管的示意图，其中，图2A是导引基板的立体图，图2B是导管端面的正视图。

图3，是本发明实施例中插入部件的全视图。

图4A至4E是本发明的一个实施例中带有一个法兰盘光连接器导轨的示意图，其中，图4A是总侧视图，图4B是其纵剖面图，图4C是图4A沿X₁-X₁线的剖面图，图4D是图4A沿X₂-X₂线的剖面图，图4E是示出导轨法兰盘部分剖面的截面图。

图5A和5B，是本发明中连接器插头和光连接器插座的一个例子的示意图，其中图5A是纵向侧视图，图5B是图5A沿X₁-X₁线的剖面图。

图6和图7是根据本发明的实施例，带有一个法兰盘的光连接器导轨的示意图。

图8A和图8B是根据本发明的另一个实施例，带有一个由树脂浇铸成的联接部件的光连接器导轨的全视图。

图9A和9B是本发明的一个光连接器导轨的示意图，图9B是图9A沿X₁-X₁线的剖面图。

图10和11是根据本发明其他两个实施例，带有一个树脂浇铸成的联接部分的光连接器导轨的纵向剖面侧视图。

图12A、12B和13是连接二个本发明的光连接器导轨单元的示意图。

图14是用来浇铸插入部件的模具的纵向截面图。

图15是用来把树脂浇铸成联接部件的模具的纵向截面图。

图16A和16B示出根据本发明的带有一个树脂浇铸的联接部件的光连接器导轨的变形结构截面图。

图17A和17B示出导管前端的主视图。

图2A和2B示出具有光纤导孔的导管示意图，其中光纤导孔的作用是帮助光纤对准固定在本发明的光连接器导轨中。

如图2A所示，导引基板11在其顶部表面上有V形光纤导引槽，平板13被一层簿的粘合层粘着在基板上，形成导管1。如图2B所示，导管1在其内部具有三角形的光纤导孔14。

导引基板11和平板13都可以由硅或者陶瓷（如玻璃）或铝来构成。如果它们是由杨氏模置比光纤玻璃小的塑料来制成的话，它们就是有足够的形变能力，从而确保了所需光学接触极易达到。

为了得到高的尺寸精度，平板13最好由旋转涂复形成的小于或等于1μm的粘合剂簿层粘着在导引基板11上。

图3是本发明的光连接器导轨中插入部件的原理图。图中，插入部件101由加强管111（由适当的材料，如陶瓷或金属制成）和导管1构成，导管1在树脂浇铸区域113中和加强管111浇铸在一起，从而形成一个整体部件。

图4A至4E示出根据本发明的一个实施例的光连接器导轨。如图所示，带有光纤导孔的导管1插入浇铸（insert-molded）在加强管111中，导管和加强管之间填充以树脂浇铸区域113。在导管后端设有一法兰盘105和一个树脂浇铸而成的末端104，它们即可以在导管1插入浇铸时时同成形，也可以分两步浇铸而成。法兰盘105和树脂浇铸成的末端部分104的内部有一个光纤列阵固定区域106，这个区域与导管1中的光纤导孔14相连通。

加强管111可以由不锈钢或陶瓷制成。为了保证与树脂浇铸区域113强力粘合，其内表面可以进行凹凸处理。典型情况下都用热固型环氧树脂作为浇铸树脂，但是，如果允许用于特定的目的，热塑型树脂也是可以采用的。

用于进行插入浇铸的模具必须设计成这样，就是使导管1与一个参考部件（如法兰盘105）之间构成一个预定的角度。如果要求高的尺寸精度，加强管111的外表面可以位于加强管111中心的光纤导孔14为加工中心进行研磨。

光纤列阵固定区域106可以用插入模具中心的与这个区域相对应的芯针浇铸而成。浇铸完成后，芯针即抽出。

两个具有上述结构的光连接器导轨可以插入到一个套筒中连接在一起。正如是说过的那样，导管1必须根据导轨的旋转方向正确定位。为此，法兰盘5具有一个非圆形（比方说八边形）截面。由于导管1被浇铸成与法兰盘105有一预定的相对位置，因此，两个光连接器导轨连接时，只要在两个单元的法兰盘之间就它在套筒中旋转的角度而言提供匹配，两个光连接器导轨单元就能连接在一起，并根据旋转方向对准。

具体地说，如图5A和5B所示，光连接器插头外壳140上有一八边形的凹入区域143，用以接受导轨的八边形法兰盘105;插座141上开有凹槽142，与每个插头上的销144相咬合，从而的一个预定的角度与销144相连接。其结果是，操作人员只须将两个插头140从相对的两边插入插座141就可以达到将两个光连接器导轨对准连接的目的。

图4中的法兰盘105的形状是八边形的，但这并不是法兰盘105唯一可取的形状，它可以是任何其它非圆截面形状。

为了给本发明的光连接器导轨耦合端的研磨和抛光提供方便，导管1的前端比加强管111的前端凸出，导管的突出端做成锥形，以便导轨的耦合端可以容易地进行研磨和抛光，从而形成一个以光纤为中心的圆柱面型剖面（如图17A所示）。此时，如图17B所示，导管的厚度t₁做成与其厚度t₂基本相等，以使得光纤的中心设置在圆柱表面的顶端。从而获得有效的光学接触。这能使两根光纤在不存在介入空气层的情况下实现光学接触，得出的耦合损耗可以减小到约0.3dB，这相当于夫累湟尔（Fresnel）损耗。

图6是一张纵断面侧视图，它示出本发明的是连接器导轨的另一实施例。在这个实施例中，加强管和导轨的法兰盘以整体的形式由金属制成（如不锈钢管111）。导管1插入浇铸在这根金属管111中，并在导管和加强管之间形成一个树脂浇铸区域113。

如图6所示，导管1的末端突出于导引导轨的末端之外，导管1的导引基板11也做得比上面覆盖着的平板13长，这样就使得部分光纤导槽12暴露在基板的多余部分15中，该基板和台阶16一起，形成光纤列阵固定区域。这样的安排使得光纤（B）插入各自的导孔14时十分容易。图6中，光纤（B）和被包裹着的充纤（A）由一粘合剂层7牢靠地固定在各自的位置上。

图7是本发明的光连接器导轨的另一个实施例中沿平行于光纤导孔方向截取的纵向截面图。在这个实施例中，法兰盘105是由浇铸树脂和一个金属部件121结合而成的，这个金属部件象图6所示的实施例中那样是和加强管一体的。金属部件121内表面经过凹面处理以保证和树脂浇铸区域的强力粘合。在导管1中还做出一个与光纤导槽12相连通的光纤列阵固定区域106。

例子：

装配一个具有图7所示的结构的光连接器导轨。导管由全硅的导引基板和平板构成，这种导轨适用于容纳三根覆层光纤，光纤导孔做得能使每根光纤相互间隔0.30mm。用来固定覆层光纤的孔以这样的方式做在导管上，以使得前面的孔和后面的孔连通。覆层光纤固定孔的直径为0.27mm，深度为3mm。

加强管由不锈钢制成，并有一个八边形法兰盘做为它的组成部分。法兰盘中的加强管的末端的内表面经过凹凸处理。导管被放入并插入浇铸在加强管内。浇铸以后，把光纤导孔中心作为加工的中心对加强管的外表面进行研磨。所得的光连接器导轨具有图7所示的结构，其加强管部分的直径为2.499mm，总长度为14mm。

把光纤插入两个这样的连接器导轨单元中，用粘合剂固定住，并对它们的末端进行研磨和抛光，以提供一个圆柱面的外型，然后把这些导轨装进能用八边形法兰盘精确定位的连接器插头中去，再把插头从相对的两端插入适当的连接器插座中，接着进行耦合损耗测量。光纤是多模光纤，每根光纤的外径为125μm，芯径为50μm，平均耦合损耗为0.12dB。导轨末端可以进行研磨和抛光，以提供一个与光纤轴垂直的平坦表面。两个导轨连接在一起时，在折射指数匹配的媒质的压力下，其顶端又垂直于光纤轴时，则其平均连接损耗为0.08dB。

为了评价导轨的可靠性，对它们进行了500次连接/断开循环测试和从-30℃到+70℃的热循环测试。在每次所进行的试验中，耦合损耗的变化都在±0.05dB的范围内，这已相当好地满足实用目的了。

再有，图8A和8B表示根据本发明的另一实施例的光连接器导轨。在图8A和8B中，插入部件101在其表面上有加强管111（加强管由合适的材料，如金属或陶瓷制成），在其内部有导管1，它与加强管树脂浇铸在一起，形成了一个整体部件。树脂浇铸而成的联接部件122的构造使得多个插入部件101能以一个整体的形式连接和固定。

在图9A和图9B所示的实施例中，导管1的前端比加强管111的顶端突出，用于固定覆盖层光纤列阵的光纤固定区域106形成在树脂浇铸成的联接部件122之中。

另外，在图10所示的实施例中，导管1的前端44加强管111的顶端突出，光纤列阵固定区域106制在导管1之中。在图11所示的实施例中，导管1的前端与加强管111的顶端取齐，光纤列阵固定区域106制在导管1之中。

多个这样构成的插入部件101由一个用诸如树脂浇铸技术所制成的联接部件122联接在一起，在树脂浇铸中它们被固定并结合成图8A和8B所示的光连接器导轨，图13是两个本发明的光连接器导轨在联接状态下的示意图。图13中装有连接套筒4。如图12A所示，在每两个连接器导轨中，套筒4可以装得和插入部件一样多，要进行端对端连接的两个插入部件101插入每个套筒4之中，这两个连接器导轨的耦合由压紧每个导轨联接部件122末端的弹性夹子5来保证。也可以象图12B所示的那样，装一个套筒4来固定装在每个导轨上的所有插入部件。

上面只是连接器导轨连接方法的一个实例。如果需要的话，可把所需数目的套筒作为一个单元装在一个插座盒中。不用说二个光连接器导轨也可以装在一个插头盒中这二个光连接器导轨在插头盒内是用内装的弹簧连接，并且用螺丝或类似常规单光纤光连接器耦合时使用的紧固装置固定住。本发明的重要之处在于：二个光连接器导轨可以不用任何导针就耦合在一起;导管是插入浇铸在插入部件中的，这样可以提供大量的光纤导孔。

例子：

本发明的光连接器导轨可以用如下步骤制造。首先，制造图2B所示的那种类型的导管12。导引基板11顶端表面上的V形槽可以用一种适当的工艺如在硅片上光刻或用金刚石刀具进行切割。后一种方法由于下列二个原因而更优越：两侧对称的V形槽可以用刀刃为60°角的砂轮来形成;在后面对加强管的外表面进行研磨时可把中心导孔用作加上参考中心，这样力就均匀地施加到一个直角的三个点上，从而保证了加工的一致性。在本发明人进行的试验制造中，用金钢石砂轮在5寸的硅片上连续地切割出V形槽12，再用簿粘合剂胶膜把上面得到开槽表面粘着在一块平块上，以形成一个整体;再把得到的组件切割成预定长度的小块，这就制成了具有图2B所示形状的分离的导带1。

导引基板11最好由硅或其它硬脆材料如陶瓷、石英玻璃等来制造，这样，制出的V形槽精度高且无毛刺。

在实验制造中，每根导管1中的V形槽都制造得能接受直径为125μm并且以0.25mm的间距隔开的光纤。

下一步，是把每个导管1置入加强管111中，并如图14所示放置在模具6中。把熔化的树脂注入模具的模槽126中进行插入浇铸，使加强管111与导管1通过树脂浇铸区域113结合在一起，从而形成了形状如图3所示的插入部件101。为了保证高粘度强度，在实验制造中使用了内表面带螺纹的不锈钢管作为加强管111。

由于所采用的加工方法的特点，导管1上形成的V形槽12的间距和深度的精度都很高。然而，当导管1和加强管111是树脂浇铸在一起时，加强管的中心不一定与V形槽12的中心相匹配。为了避免这种失配加强管111与V形槽的相对位置可以用精密的方法对准;并以中央V形槽作为加工的参考中心对加强管的外表面进行研磨。由于V形槽的尺寸和间距的精度在前面对导引基板11上的加工中已经达到，因此，在中央V槽和加强管111的中心达到匹配后对加强管111的外表面进行研磨这一步骤可以使所有的V形槽同时对准位置。使用光纤导槽中的一根作为中央V形槽时是方便的。如果为有光纤导槽可以用作中央V形槽，则可以事先在导管1上形成一条没离的定位V形槽，把它当作中央V形槽来使用。

接着，如图15所示，以突出于加强管111的导管1的前端面为基准，把多个插入部件101放置在模具6′中，使它们在该旋转方向上获得正确定位。随后，进行树脂浇铸，形成联接部件122，这样，这多个插入部件101就固定成一个整体。如果在进行树脂浇铸的时把模针117插入V形槽12中，那么制成联接部件122的同时，其内部可形成用116固定覆层光纤列阵（A）的光列阵固定区域，另一种方法是用一个钻头或其它钻孔工具在如图10和11所示的导管1内部直接钻孔以形成光纤列阵固定区域106。

接下来，使覆层光纤列阵固定在已制成的连接器导轨中，并对光纤端进行研磨和抛光。此后，用套筒4将二个经过这样处理的导轨耦合在一起，如图13所示，再用夹子5固定住，这只是使两个导轨连接的一种方法。如果需要的话，本发明的光连接器导轨可以装入插头盒中，当作可方便接/拆的光连接器使用。为了操作起来方便，最好把多个套筒作成一个单元装入一个插座中。

如图16A和16B所示，导管1中的光纤导孔可以设置在垂直于或者平行于插入部件101的安置方向上。这就在模具中实现正确定位提供了方便。另外，两个插入部件中的一个可以象图6B中的插入部件101′那样设计成比另一个插入部件具有更小的直径，这种直径的差异可用来决定导轨耦合的正确取向，或者用来鉴别耦合取向的两个方向。

在上述的实施例中，一个连接器的导轨中装进了两个插入部件101，不用说，也可以装入5个或更多的插入部件101。

在试制中，用了两个插入部件，其中每一个容纳了5根覆层光纤，以构成10根光纤的光连接器导轨。每个插入部件的外直径为2.499mm，长度为7mm。把两个这样的连接器导轨连接在一起，然后对具有外径为0.25mm的覆层（芯径为10m外径为125m）的单模光纤进行连接损耗测试。结果平均损耗为0.27dB，最大为0.63dB，显示出了根据本发明制成的光连接器导轨具有极低损耗的特性。此外，由于不用导针，对这种导轨可实现高效率拆、装。在500次拉/断循环试验中，耦合损耗的变化范围只有±0.1dB，这里示出了这种导轨的耦合损耗具有高度的稳定性。另一个优点是如果每个V形槽都是等边三角形的话，加强管的外表面可以在其中心被支撑在三点上的状态下进行研磨，这样，就保证了以一致和高精度的方式加工加强管。

联结部件的制成方法不限于上述的制成插入部件后在模槽中进行树脂浇铸一种。另一种方法是，联结部件可以在一个分离的工序中预先制好，后来做好的插入部件被压入或粘合到要被固定的联接部件中。不用说，就算在这种情况下，每个插入部件的导管也必须装入联结部件中以便在导轨的旋转方向上取得正确的定位。然后根据另一种方法，插入到每个插入部件中的一根或多根光纤与主光连接的相应光纤间的耦合损耗受到监测，调整每个插入部件中的每根光纤的位置，使其耦合损耗达到最小，以后，用粘合剂或树脂浇铸把插入部件固定在联结部件上。

插入部件间的间距精度对图15所示的联接部件成模也是非常重要的，用高精度的V形块支撑插入部件或用间距确定的方块盒使插入部件定位即可得到精度非常高的亚微米级的对准。

本发明的光导连接器导轨具有下列优点：

（1）由于连接时不需要任何导针，因此，连接两个导轨的操作比起连接两个先有技术中的导轨的工作要容易得多。

（2）如果导管上形成的是三角形光纤导孔，那末，光纤在耦合剂的作用下可以非常牢固地粘着在导轨上。此外，加工中心可由中央导孔的三个顶点所支撑，因此对加强管的外圆周表面可以以一致性较好的方式来进行。

（3）在把加工中心固定在中央导孔上后，通过的加强管的外圆周表面进行磨削，即把所有的光纤导孔保持在相对于导轨的外直径的精确位置上。

（4）如果导轨的法兰盘部分做成非圆形，那么它可以在导管的相对位置很方便地正确确定的情况下铸造出来。

（5）如导管做成这样，即其前端突出加强管的前端，那么，对导轨的末端可以方便地进行磨削和抛光以实现必要的末端制备。如果导管端是逐渐减小的，那么对它可以方便地进行磨削和抛光以提供一个适当的圆柱面表面。

（6）如果把导管做成这样，即它的末端比套箍的末端突出以提供一个部分光纤导槽暴露的区域，那么，光纤的插入就可以很容易地实现。

（7）如果导管的引导基板和平板是由杨氏（young）模量比光纤小的材料（如塑料）制成的，将对导管端的磨削和抛光的操作更容易进行。此外，这种导管能更轻松地承受弹性形变，两根光纤进行光接触的机会足以大到可以进行低损耗连接。

（8）已连接好的导轨的对准由每个插入部件的加强管间的啮合及两导轨紧紧插入其中的一个套筒来确保。结果使套箍连接或折开时发生的磨损或损伤为最小，这也保证了连接/断开特性一致。

（9）导管可以以很高的生产率在合适的材料（如硅）簿片上连续加工而成。

（10）如果导管的前端做成比加强管的一端更突出，那么，在形成联接部分时导管的突出面可用作一个方便的定位装置以在套箍的旋转方向上获得正确定位。

（11）形成多个外直径或间距各异的导轨，可方便地确定正确的连接方向或连接取向。

Claims (19)

1、一种用于使光纤进行光耦合的光导连接器导轨，其特征在于：

一个插入部件，包括：

·一个用于使上述光纤定位的导管，包括一块平块和在其一个表面上有光纤导槽的导引基板，上述平板粘着在上述导引基板上形成光纤导槽，上槽的光槽就插入这些光纤导槽中：

·围绕上述导管的一个加强管，

·用于把上述导管插入浇铸在上述加强管之中的上述导管和上述加强管之间的一个树脂浇铸区域。

2、一种权项1所述的光导连接器导轨，还包括一个具有非圆截面的法兰部件，上述法兰盘装在上述插入部件的一端，在上述插入部件中，上述的光纤导孔相对于上述法兰部件正确对位。

3、一种如权项1所述的光导连接器导轨，还包括一个把多个上述的插入部件联接成一个整体部件的联接部件。

4、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中上述的光纤导槽具有V形截面。

5、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中在上述插入部件的中心开有一中心孔。

6、一种如权项5所述的光导连接器导轨，其中上述的中心孔由上述光纤导孔中的一根来形成。

7、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中上述的导管是用硬脆材料制成的。

8、一种如权项1所述的光导连接器导管，其中上述的套箍是用其杨氏模量比上述光纤的玻璃更小的材料制成的。

9、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中上述的导管在其末端上开有一暴露区域，在该区域中上述的引导基板做得长于上述的平板以方便上述光纤插入上述光纤导孔中。

10、一种如权项9所述的光导连接器导轨，其中上述暴露区域上带有一阶梯，用于固定光纤阵列。

11、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中上述的导管突出上述加强管的一端。

12、一种如权项11所述的光导连接器导轨，其中上述导管的突出部分呈逐渐缩小的形状。

13、一种如权项3所述的光导连接器导轨，其中上述的多个导管中的光纤导孔是在平行于上述插入部件的设置方向的方向上设置的。

14、一种如权项3所述的光导连接器导轨，其中上述的多个导管中的光纤导孔是在垂直于上述插入部件的设置方向的方向上设置的。

15、一种如权项3所述的光导连接器导轨，其中上述插入部件中的一个至少与其它几个有着不同的直径。

16、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中上述导管上可有光纤阵列导孔。

17、一种如权项1所述的光导连接器导轨，其中上述光纤导孔的中心在上述导管的厚度方向上与导管的中心相重合。

18、一种如权项17所述的光导连接器导轨，其中上述导管在其前端以上述光纤为中心呈一圆柱面性表面。

19、一种如权项2所述的光导连接器导轨，其中上述的法兰部件由上述加强管构成。

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