DE69523006T2

DE69523006T2 - Faseroptisches Stecker

Info

Publication number: DE69523006T2
Application number: DE1995623006
Authority: DE
Inventors: James Fountain; Andrew Gardner
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: EP0699930B1; EP0699930A3; EP0699930A2; GB9417247D0; DE69523006D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Adapter zur Verwendung in Verbindung mit faseroptischen Steckern, die mehrere optische Fasern führen. Beispielsweise bezieht sich die Erfindung auf Adapter, die zur Übertragung von Licht aus den optischen Fasern in verschiedene Teile des Steckers dienen und zur optischen Ausrichtung der Lichtstrahlen, die aus den optischen Fasern austreten und in die Steckerteile eintreten.
Monomod-Fasern zur Benutzung in Kommunikations-Netzwerken sind bekannt. Ihre Anwendung auf andere Industrien hat sich jedoch infolge einer Schwierigkeit bei der Erzeugung zufriedenstellender Verbinder zur Verbindung der einzelnen optischen Fasern miteinander in Grenzen gehalten. Die gegenwärtig verfügbaren Verbinder und Stecker sind kostspielig, weil sie eine präzise Ausrichtung der optischen Fasern mit einer Genauigkeit von weniger als einem Mikro am Stecker-Interface benötigen, und diese Stecker sind empfindlich gegenüber einer Vibration und gegenüber dem Eindringen von Staub. Dies ergibt Probleme hinsichtlich der Konstruktion von Kommunikationsnetzen mit einer optischen Monomod-Faser bei Anwendung in einem Flugzeug, obgleich in anderer Hinsicht optische Monomod-Faser-Technologie beträchtliche Vorteile bei einer derartigen Anwendung verspricht.
Eine Möglichkeit der Lösung des Toleranzproblems bei optischen Monomod-Faser- Steckern besteht darin, den durch eine optische Faser zugeführten Strahl auszudehnen, wobei ein Linsensystem benutzt wird, um am Stecker-Interface einen Kollimatorstrahl zu erzeugen, dessen Strahldurchmesser sehr viel größer ist als der Durchmesser des Faserkerns. Eine derartige Anordnung ist weniger anfällig für Mißausrichtungen und Verschmutzung, aber eine solche Anordnung ist sehr raumgreifend.
Eine andere Lösung des Kostenproblems wurde kürzlich verfügbar, und diese Lösung weist einen Stecker auf, der die Möglichkeit schafft, eine Mehrzahl von optischen Monomod-Fasern unter Benutzung eines einzigen kostengünstigen Blocks herzustellen. Dieser Block weist einen Vaterstecker aus einem Material wie Epoxyd- Kunstharz auf, der in einer speziellen Ausbildung mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann und mehrere optische Monomod-Fasern aufweist, die mit ihren jeweiligen Enden in einer Reihe am Stecker-Interface enden. Der Stecker weist außerdem zwei Löcher an jedem Ende dieser Reihe auf, um Paßstifte aufzunehmen. Die Steckerhülse wird von einem entsprechenden Mutterteil (Fassung) aufgenommen, die eine weitere Mehrzahl von optischen Monomod- Fasern enthält, deren jeweilige Enden in einer identischen Reihe am Interface der Mutter-Steckerbuchse enden. Der Mutterteil weist außerdem zwei Löcher auf, um Ausrichtstifte aufzunehmen, und wenn die beiden Teile zusammengesteckt sind, wirken die Ausrichtstifte innerhalb der Löcher der beiden Teile zusammen, um diese Teile zusammenzuhalten und die beiden Reihen optischer Faserenden in Paßausrichtung miteinander zu halten. Dieser Stecker hat den Vorteil, daß er sehr kompakt ausgebildet ist, kostengünstig hergestellt werden kann und relativ einfach zu handhaben ist. Jedoch ist dieser Stecker auch sehr empfindlich gegenüber Vibration und Schmutz.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben angegebene Problem zu lösen und eine ökonomisch vertretbare Steckeranordnung zu schaffen, die robust ausgebildet ist und betriebssicher arbeitet und außerdem einfach in der Benutzung ist, um eine Vielzahl von optischen Monomod-Fasern miteinander zu verbinden.
Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Adapters zur Befestigung des oben beschriebenen Blocks, der die jeweiligen Enden einer Mehrzahl von optischen Monomod-Fasern enthält.
Die vorliegende Erfindung sucht einen Adapter zu schaffen, bei dem die Strahlen aus den Enden einer Mehrzahl von optischen Monomod-Fasern auseinandergezogen werden, wobei der Adapter zwei Löcher aufweist, um Ausrichtstifte aufzunehmen, um den Adapter auf den Block auszurichten, wobei eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen ist und jede Öffnung auf das Ende einer jeweiligen optischen Faser ausgerichtet wird und jede Öffnung jeweils eine Gradientenindex-Linse aufweist, um einen Lichtstrahl auszudehnen, der von der zugeordneten optischen Faser zugeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein abnehmbarer Adpater vorgesehen, wie dieser in den Ansprüchen definiert ist.
Vorzugsweise weisen die durch den Adapter führenden Kanäle mehrere parallele Bohrungen auf, die in einer Reihe oder in mehreren derartigen Reihen angeordnet sein können.
Der Adapter kann mit einer Schicht aus einem hinsichtlich des Brechungsindex angepaßten Kleber versehen sein, der die Enden der auf die optischen Fasern auszurichtenden Linsen bedeckt. In diesem Fall ist der Kleber vorzugsweise so gewählt, daß der Brechungsindex angepaßt ist auf den Brechungsindex der optischen Faserkerne.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine faseroptische Steckverbindung vorgesehen, die aus zwei faseroptischen Steckern gemäß Anspruch 5 besteht.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Adapters gemäß der Erfindung, wobei gezeigt ist, wie der Adapter an einem bestehenden MT-Block festlegbar ist;
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Adapters in größerem Maßstab;
Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Gradientenindex-Linse, die einen Teil des Adapters bildet und die Wirkung der Linse erkennen läßt, wenn eine Kopplung mit einer optischen Monomod-Faser erfolgt.
Nunmehr wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Hier ist der Vaterteil 10 eines MT-Steckers (mechanisch übertragbarer Stecker) dargestellt, der dazu dient, eine Vielzahl optischer Monomod-Fasern in einem Kommunikationsnetz zu verbinden. Der Teil 10 weist einen Anschluß in Form eines rechteckigen Blockes 12 auf, der in einem Stecker-Interface 14 endet. Der Block 12 enthält mehrere optische Fasern 16, die sich parallel zueinander in Längsrichtung durch den Block erstrecken und an dem Interface 14 enden. Wie dargestellt, treten die jeweiligen Enden der optischen Fasern 16 am Interface 14 in Form einer Reihe aus. Der Block 12 weist außerdem zwei Löcher 18 auf, die sich durch diesen Block erstrecken, um Ausrichtstifte (nicht dargestellt) aufzunehmen. Der dargestellte Block 12 ist so ausgebildet, daß er mit einem entsprechenden Mutterteil (nicht dargestellt) zusammenpaßt, um die optischen Fasern im Vaterteil mit einer entsprechenden Anordnung optischer Fasern im Mutterteil zu verbinden, und es erstrecken sich zur Ausrichtung Paßstifte in einer entsprechenden Anordnung zu den optischen Fasern im Mutterteil, und die Paßstifte stehen durch die Paßlöcher 18 im Vaterteil und durch entsprechende Öffnungen im Mutterteil hindurch, um die Strahlen der optischen Fasern im Gebrauch optisch auszurichten.
Der Stecker gemäß Fig. 1 weist außerdem einen zusätzlichen Teil 20, nämlich einen Adapter zur Festlegung auf dem Vaterteil 10 auf, und im Betrieb ist natürlich ein entsprechender nicht dargestellter Adapter vorgesehen, der zur Befestigung an dem gleichen nicht dargestellten Mutterteil dient.
Der Adapter 20 weist einen zweiten rechteckigen Block 22 auf, der die gleichen Abmessungen im Querschnitt besitzt wie der rechteckige Block 12. Der Adapter 20 weist außerdem zwei Paßlöcher 24 auf, die den Paßlöchern 18 entsprechen, um die gleichen Paßstifte aufzunehmen. Im typischen Fall haben die Löcher einen Durchmesser von 700 um und sind in einem Abstand von 4,6 mm zueinander angeordnet und befinden sich 0,9 mm von dem benachbarten Rand des Blocks 22 entfernt.
Durch den Adapter 20 erstrecken sich mehrere parallele Bohrungen 26, die auf die optischen Fasern 16 mit einem typischen Abstand von 250 um angeordnet sind. Demgemäß sitzt ein Ende jeder Öffnung 26 an der Rückseite des Adapterblocks 22 gegenüber einer entsprechenden optischen Faser, und das andere Ende jeder Bohrung 26 befindet sich an einem Sekundär-Interface 28 an der Frontseite des Adapters 20.
Jede Bohrung 26 enthält eine entsprechende Gradientenindex-Linse 30, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Funktion der Linse 30 besteht darin, Licht zu empfangen, das aus der zugeordneten optischen Faser 16 austritt, und diese Linse soll den ursprünglich divergierenden Lichtstrahl parallelisieren. Der Kollimatorstrahl hat einen größeren Durchmesser als der in der Faser 16 wandernde Strahl.
Die Beziehung zwischen jeder optischen Faser und der zugeordneten Linse ist gleich, und deshalb soll die Situation nur für ein derartiges Paar der Einfachheit wegen beschrieben werden.
Wie dargestellt, besitzt die Linse ein erstes Ende 32 zum Empfang auftreffenden Lichts aus der optischen Faser 16. Die Linse ist zylindrisch und weist einen variablen Brechungsindex auf, der sich in einer Richtung nach außen längs des Radius der Linse ändert. Der einfallende Lichtstrahl ist divergent, aber er wird parallelisiert, wenn er längs der Linse nach einem zweiten Ende 34 der Linse hin wandert, und an diesem Ende tritt der expandierte, parallelisierte Kollimator- Lichtstrahl aus.
Die Länge L der Linse und der Durchmesser 4 der Linse werden wie folgt bestimmt:

Gleichung 1

L = π/2 A

Gleichung 2

φ = 2NAf/n&sub0;&sub0; A
Dabei ist JA eine quadratische Konstante, die die Veränderung des Brechungsindex in der gewählten Linse kennzeichnet;
n&sub0;&sub0; ist der Brechungsindex der gewählten Linse längs der Achse; und
NAf ist die numerische Apertur der optischen Monomod-Faser in Verbindung, mit der die Linse benutzt werden soll.
Grundsätzlich wird der Durchmesser der Linse so gewählt, daß die Linse das gesamte einfallende Licht des Lichtstrahls aufnehmen kann, wobei dieser Lichtstrahl nach Austritt aus der optischen Faser divergiert, wie dies durch die numerische Apertur der optischen Faser angegeben wird. Der gewünschte Durchmesser des parallelisierten austretenden Lichtstrahls wird durch n&sub0;&sub0; und JA bestimmt und durch NAf begrenzt. Die Strahlfokussierung wird durch geeignete Wahl der Länge der Linse erreicht.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel sind die Linsenparameter wie folgt:
A = 0,597
n&sub0;&sub0; = 1,592
L = 2,6 mm
φ = 200 um
Vorzugsweise kann eine Schicht aus einem den Brechungsindex anpassenden Kleber über die Rückseite des Adapters gefügt werden, um den Adapter an dem Stecker-Interface 14 in Verbindung mit den Paßstiften anzuordnen und um eine Rückreflexion zwischen Linse und Faser am Interface 14 zu minimieren. Ein solcher Kleber dient auch dazu, das Interface gegenüber Vibration zu schützen, und er bewirkt eine Abdichtung gegenüber der Umgebung, wodurch der robuste Aufbau und die Betriebssicherheit des Steckers verbessert werden.
Der Adpater kann modifiziert werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Typen optischer Fasern zu bewirken, und er kann unterschiedliche numerische Aperturen aufweisen oder so ausgebildet sein, daß er unterschiedliche Lichtwellen führen kann, indem die verschiedenen Linsenparameter in entsprechender Weise geändert werden.
Die obige Beschreibung hat sich auf die Benutzung eines Adapters konzentriert, der in Verbindung mit einem Vater-Steckerteil 10 eines MT-Steckers benutzt wird, um Licht zu empfangen, das aus optischen Monomod-Fasern dieses Vatersteckers austritt. Natürlich kann der Adapter auch benutzt werden, um Licht den optischen Fasern eines Vater-Steckerteils 10 des Steckers zuzuführen. Ebenso ist es klar, daß ein gleicher Adapter geeignet ist, um Licht nach dem Mutterteil des Steckers oder von diesem Mutterteil zu übertragen. In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß zwei Adapter zusammen benutzt werden, und zwar einer in Verbindung mit dem Vaterteil und der andere in Verbindung mit dem Mutterteil des MT-Steckers.
Der erfindungsgemäße Adapter ist sowohl ökonomisch als auch betriebssicher und schafft eine kompakte unempfindliche Anordnung zur Benutzung mit optischen Mehrfachfaser-Steckern in einem Kommunikationsnetz, beispielsweise für Flugzeuge.

Claims

1. Abnehmbarer Adapter (20) zur Benutzung in Verbindung mit einem faseroptischen Stecker (10), der eine Mehrzahl optischer Fasern (16) führt zur Kopplung der Lichtstrahlen von den optischen Fasern, wobei der Adapter optisch auf die Lichtstrahlen der optischen Faserenden ausgerichtet ist, die an verschiedenen Stellen im faseroptischen Stecker befindlich sind, wobei der Adapter durch einen Körper (22) gekennzeichnet ist, der eine Vielzahl paralleler Kanäle (26) aufweist, die jeweils eine entsprechende Gradientenindex-Linse aufweisen, um den Lichtstrahl einer zugeordneten optischen Faser im Stecker auszudehnen, wobei der Adapterkörper (22) weiter mit zwei durchgehenden Paßlöchern (24) ausgerüstet ist und jedes Paßloch einen Paßstift aufnimmt, um den Adapter auf den faseroptischen Stecker auszurichten und mit diesem zu verbinden.

2. Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (26) in einer Reihe an der Stirnseite des Adapterkörpers (22) enden, die ein Adapter/Stecker-Interface (14) bildet.

3. Adapter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kleberschicht auf der Interfacefläche (14) und/oder auf einer gegenüberliegenden Fläche des Adapterkörpers (22) angeordnet ist, die ein zweites Interface (28) bildet.

4. Adapter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberschicht einen Brechungsindex besitzt, der so gewählt ist, daß er an die Brechungseigenschaften der optischen Einrichtung (30) angepaßt ist.

5. Faseroptische Verbindung, welche folgende Teile umfaßt:

zwei faseroptische Stecker (10), die einen Steckerkörper (12) aufweisen, der in einem Stecker-Interface (14) endet, wobei mehrere optische Fasern (16) sich durch den Steckerkörper (12) erstrecken und an einem Interface (14) enden, und wobei jeder Steckerkörper (12) außerdem mit zwei Paßlöchern (18) versehen ist, die durch diesen hindurchgeführt sind;

und zwei Paßstifte, die in den Paßlöchern (18) beider Stecker (10) angeordnet sind;

gekennzeichnet durch

zwei abnehmbare Adapter (20), die jeweils einen Adapterkörper (22) aufweisen, durch den mehrere parallele Kanäle (26) verlaufen, von denen jeder eine entsprechende Gradientenindex-Linse (30) aufweist und der Adapter zwei Paßlöcher (24) besitzt, die sich durch den Adapter hindurch erstrecken, um Paßstifte aufzunehmen und um den Adapter (20) auf einen entsprechenden faseroptischen Stecker aufzusetzen und gegenüber diesem und dem faseroptischer Stecker (10) so auszurichten, daß jede optische Faser genau auf eine jeweilige Gradientenindex- Linse ausgerichtet ist, um Lichtstrahlen zwischen den optischen Fasern von zwei faseroptischen Steckern (10) zu koppeln.

6. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (26) in jedem Adapterkörper (22) so angeordnet sind, daß sie in einer Reihe an der Stirnseite des Adapterkörpers (22) enden, die ein Adapter/Stecker-Interface (14) bildet.

7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kleberschicht auf dem Interface (14) und/oder auf einer gegenüberliegenden Stirnfläche eines jeden Adapterkörpers (22) vorgesehen ist, die ein Sekundär-Interface (28) bildet.

8. Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberschicht einen Brechungsindex aufweist, der so gewählt ist, daß eine Anpassung an die Brechungseigenschaften der Gradientenindex-Linsen erfolgt.