KR20140051291A - 현장 설치가능 확장 빔 커넥터 시스템 - Google Patents

Abstract

확장 빔 커넥터 키트는, 정면 배향과 후면 배향을 갖는 제1 렌즈 조립체(200)를 포함하고, 제1 렌즈 조립체는, 제1 광섬유 페룰 조립체(300)의 제2 상호 체결 기구(303)와 상호 체결하기 위한 제1 상호 체결 기구(203)를 갖는 제1 베이스(201)와, 제1 베이스(201)로부터 연장되는 제1 내측 슬리브(101)와, 제1 내측 슬리브 내에 축 방향으로 정렬되도록 제1 내측 슬리브(101) 내에 적어도 부분적으로 배치된 제1 렌즈(102)를 적어도 포함한다. 바람직하게, 상호 체결 기구들은 스레드 부분들이다.

Description

현장 설치가능 확장 빔 커넥터 시스템{FIELD-INSTALLABLE EXPANDED BEAM CONNECTOR SYSTEM}

본 발명은, 일반적으로 확장 빔 광 커넥터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 현장 설치가능 확장 빔 광 커넥터 시스템 및 방법에 관한 것이다.

광 섬유 커넥터는 본질적으로 모든 광 섬유 통신 시스템의 중요 부품이다. 예를 들어, 이러한 커넥터는, 섬유의 세그먼트들을 더욱 긴 길이로 연결하고, 섬유를 방사원, 검출기, 리피터 등의 능동 장치들에 연결하고, 섬유를 스위치, 멀티플렉서, 감쇄기 등의 수동 장치들에 연결하는 데 사용된다. 광 섬유 커넥터의 기본 기능은, 광 섬유의 코어가 정합 구조의 광학 경로와 축 방향으로 정렬되도록 광 섬유 단부를 유지하는 것이다. 이러한 방식으로, 광 섬유로부터의 광은 광학 경로에 광학적으로 결합된다.

본 명세서에서 중점을 두는 것은 "확장 빔"(expanded beam) 광 커넥터이다. 이러한 커넥터는 통상적으로 고 진동 환경 및/또는 더러운 환경에서 사용되며, 여기서, 정합 커넥터의 광학 경로와 섬유 간의 "물리적 접촉"이 문제로 된다. 구체적으로, 더러운 환경에서, 미립자들은 정합 동안 커넥터들 사이에 포획될 수도 있다. 이러한 잔해는, 미립자들이 광학 경로(예를 들어, 단일 모드에서 10㎛의 직경)에 비해 비교적 크고 따라서 광학 송신의 적어도 일부를 차단할 수 있으므로, 광학 송신에 심각한 악영향을 끼친다. 게다가, 고 진동 환경에서, 물리적으로 접촉하는 페룰(ferrules)들을 갖는 광 커넥터들의 계면에서 스크래치가 발생하는 경향이 있다. 이러한 스크래치는 섬유 단면(end surface)의 마감 부분을 약화시키고, 이에 따라 반사 손실과 산란을 증가시킨다.

이러한 잔해와 진동 문제점들을 피하도록, 광 빔을 확장하여 커넥터들 사이의 에어 갭에 걸쳐 통신하는 커넥터를 개발해 왔다. 빔을 확장함으로써, 그 빔의 잔해에 대한 상대적 크기가 증가하여, 방해를 덜 받게 한다. 또한, 빔을 에어 갭에 걸쳐 송신함으로써, 부품별 마모를 제거하여, 커넥터의 진동에 대한 내구성을 증가시킨다. 수년에 걸쳐, 확장 빔 커넥터는, 통상적으로 스크루 연결을 통해 정합 커넥터의 외측 하우징과 정합하도록 구성된 외측 하우징을 포함하는 견고형(ruggedized) 다중 섬유 커넥터로 진화해 왔다. 외측 하우징 내에는, 다수의 내측 조립체들 즉 "삽입체들"이 포함되어 있다. 각 삽입체는, 삽입체 하우징, 삽입체 하우징 내에 포함되고 섬유를 수용하도록 구성된 페룰 조립체, 및 섬유에 광학적으로 연결된 삽입체 하우징의 정합 단부에서의 볼 렌즈를 포함한다. 볼 렌즈는 커넥터 계면을 통해(또는 커넥터 계면 근처에서) 광을 확장하고 시준(collimate)하도록 기능을 한다. 두 개의 확장 빔 커넥터가 정합되면, 광학적으로 결합된 삽입체들의 각 쌍의 볼 렌즈들 사이에 에어 갭이 존재하게 된다.

확장 빔 커넥터에 대하여 가장 요구되는 과제들 중 하나는 섬유와 렌즈 간의 광학적 정렬을 유지하는 것이다. 겨우 수 ㎛의 방사상 오프셋도 삽입 손실에 상당한 영향을 끼칠 수 있다. 전술한 삽입체 조립체들은 통상적으로 정렬 핀과 스프링력을 사용하여 소정의 채널 내의 광학적 정렬을 유지하여 삽입체 계면들 사이의 접촉을 유지하는 데 제대로 기능을 하였다.

미국 특허번호 제7,775,725호(여기서는, '725 특허라 칭하며, 그 전문이 본 명세서에 참고로 원용됨)에는, 다양한 광학 부품들의 외측 치수를 이용하여 이러한 광학 부품들을 이산적인 광학 부조립체(subassembly) 내에서 유지하고 정렬하는 단일 채널 확장 빔 커넥터가 개시되어 있다. 이에 따라, 이러한 부품들을 컴팩트한 실린더형 슬리브 내에 정렬 상태로 유지하여 부조립체를 형성할 수 있다. 이 특허는, 또한, 제2 공통 슬리브 내에 각 장치의 부조립체를 편리하게 정렬함으로써 서로 다른 광학 장치들을 광학적으로 결합하는 것을 개시하고 있다. 따라서, 이 특허는 작은 폼 팩터와 저 삽입 손실(양호한 광학적 정렬임)을 갖는 단일 채널 커넥터를 개시한다.

'725 특허는 확장 빔 커넥터를 위한 컴팩트하고 신뢰성 있는 정렬 방안을 개시하고 있지만, 출원인은 전술한 문제점으로 인해 현장 설치가능 확장 빔 커넥터 시스템이 필요하다고 판단하였다. 본 발명은 특히 이러한 필요성을 충족한다.

해결책은 현장 설치가능 확장 빔 커넥터를 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명은 렌즈 조립체로부터 페룰 조립체를 모듈화하고 분리하고, 이들을 신뢰성 있는 기계적 상호 체결을 통해 현장에서 쉽게 연결될 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 페룰 조립체를 렌즈 조립체에 부착하기 전에 (이에 따라 렌즈 조립체에 의해 지장을 받기 전에) 현장에서 섬유를 페룰 조립체에 종단할 수 있다. 다시 말하면, 이러한 부품들을 이산적인 부품들로서 제공함으로써, 렌즈 조립체는 페룰 조립체에 대한 액세스를 방해하지 않고, 이에 따라 통상적인 종단 및 연마 기술들을 이용하여 섬유를 페룰에 현장에서 종단할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 기계적 상호 체결은 역으로 될 수 있어서, 사용자가 페룰 조립체를 렌즈 조립체로부터 분리할 수 있다. 이는, 예를 들어, 필요하다면 페룰과 렌즈 사이를 청소하는 능력, 또는 페룰 조립체와 렌즈 조립체 중 어느 하나가 고장나거나 응용 분야에 더 이상 적합하지 않게 되는 경우에 페룰 조립체만을 또는 렌즈 조립체만을 교체하는 능력을 포함하는 상당한 장점들을 제시한다. 본 발명의 커넥터 시스템은, 또한, '725 특허에서 개시한 바와 같이 다양한 광학 부품들의 외측 치수를 이용하여 이러한 부품들을 이산적인 광학 부조립체들 내에 유지 및 정렬한다. 본 개시 내용 분야의 당업자에게는 다른 장점들도 자명하다.

이제, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.

도 1a와 도 1b는 각각 본 발명의 제1 및 제2 내측 슬리브의 일 실시예를 도시하는 도.
도 2a와 도 2b는 각각 본 발명의 조립된 제1 및 제2 렌즈 조립체의 일 실시예를 도시하는 도.
도 3a와 도 3b는 각각 본 발명의 제1 및 제2 페룰 조립체의 일 실시예를 도시하는 도.
도 4a와 도 4b는 각각 도 3a와 도 3b의 제1 및 제2 페룰 조립체와 도 2a와 도 2b의 제1 및 제2 렌즈 조립체가 상호 체결하여 형성된 제1 및 제2 부조립체를 도시하는 도.
도 5는 도 4a와 도 4b의 정합된 제1 및 제2 부조립체를 도시하는 도.
도 6은 38999 타입 플러그 하우징과 리셉터클 하우징 내에 각각 배치된 도 4a와 도 4b의 제1 및 제2 커넥터의 단면도.

본 발명은 현장 설치가능 확장 빔 커넥터를 제공한다. 구체적으로, 본 발명은, 렌즈 조립체로부터 페룰 조립체를 모듈화하고 분리하여, 이들을 신뢰성 있는 기계적 상호 체결을 통해 현장에서 쉽게 연결될 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 페룰 조립체를 렌즈 조립체에 부착하기 전에 (이에 따라 렌즈 조립체에 의해 지장을 받기 전에) 현장에서 섬유를 페룰 조립체에 종단할 수 있다. 다시 말하면, 이러한 부품들을 이산적인 부품들로서 제공함으로써, 렌즈 조립체는 페룰 조립체에 대한 액세스를 방해하지 않고, 이에 따라 통상적인 종단 및 연마 기술들을 이용하여 섬유를 페룰에 현장에서 종단할 수 있다. 또한, 일 실시예에서, 기계적 상호 체결은 역으로 될 수 있어서, 사용자가 페룰 조립체를 렌즈 조립체로부터 분리할 수 있다. 이는, 예를 들어, 필요하다면 페룰과 렌즈 사이를 청소하는 능력, 또는 페룰 조립체와 렌즈 조립체 중 어느 하나가 고장나거나 응용 분야에 더 이상 적합하지 않게 되는 경우에 페룰 조립체만을 또는 렌즈 조립체만을 교체하는 능력을 포함하는 상당한 장점들을 제시한다. 본 발명의 커넥터 시스템은, 또한, '725 특허에서 개시한 바와 같이 다양한 광학 부품들의 외측 치수를 이용하여 이러한 부품들을 이산적인 광학 부조립체들 내에 유지 및 정렬한다. 본 개시 내용 분야의 당업자에게는 다른 장점들도 자명하다.

이에 따라, 본 발명의 일 양태는 확장 빔 커넥터 키트로서, (a) 정면 배향과 후면 배향을 갖는 제1 렌즈 조립체를 포함하고, 제1 렌즈 조립체는, 제1 페룰 조립체의 제2 상호 체결 기구와 상호 체결하기 위한 제1 상호 체결 기구를 갖는 제1 베이스와, 제1 베이스로부터 연장되는 제1 내측 슬리브와, 제1 내측 슬리브 내에 축 방향으로 정렬되도록 제1 내측 슬리브 내에 적어도 부분적으로 배치된 제1 렌즈를 적어도 포함하고, 일 실시예에서, (b) 제1 페룰 조립체도 포함하고, 제1 페룰 조립체는, 제1 페룰 홀더와, 제1 페룰 홀더의 전방에 있는 제2 상호 체결 기구와, 제1 페룰 홀더로부터 전방으로 연장되며 제1 단면을 갖는 제1 페룰을 적어도 포함한다.

본 발명의 다른 양태는 현장에서 확장 빔 커넥터에 섬유를 종단하는 방법이다. 일 실시예에서, 이 방법은, (a) 제1 페룰 조립체 내에 제1 섬유를 종단하는 단계와, (b) 제1 페룰 조립체의 페룰의 단면이 제1 렌즈 조립체의 제1 렌즈로부터 소정의 거리에 있도록 제1 렌즈 조립체를 제1 페룰 조립체와 기계적으로 상호 체결하는 단계와, (c) 제2 페룰 조립체 내에 제2 섬유를 종단하는 단계와, (d) 제2 페룰 조립체의 페룰의 단면이 제2 렌즈 조립체의 제2 렌즈로부터 소정의 거리에 있도록 제2 렌즈 조립체를 제2 페룰 조립체와 기계적으로 상호 체결하는 단계와, (e) 제1 및 제2 렌즈가 소정의 제2 거리만큼 이격되도록 제1 렌즈 조립체의 제1 내측 슬리브를 제2 렌즈 조립체의 외측 슬리브 내에 삽입하여, 제1 섬유와 제2 섬유를 광학적으로 결합하는 단계를 포함한다.

본 발명은 현장 설치가능 확장 빔 커넥터 시스템을 제공한다. 도 2a를 참조해 보면, 확장 빔 커넥터 키트의 제1 렌즈 조립체(200)가 도시되어 있다. 제1 렌즈 조립체(200)는 정면 배향과 후면 배향을 갖고, 이러한 제1 렌즈 조립체는, 제1 페룰 조립체(300)(도 3a 참조)의 제2 상호 체결 기구(303)와 상호 체결하기 위한 제1 상호 체결 기구(203)를 갖는 제1 베이스(201)를 적어도 포함한다. 제1 내측 슬리브(101)(도 1a에도 도시되어 있음)는 제1 베이스(201)로부터 연장된다. 제1 렌즈(102)는, 제1 렌즈가 제1 내측 슬리브 내에서 축 방향으로 정렬되도록 제1 내측 슬리브(101) 내에 적어도 부분적으로 배치된다.

내측 슬리브의 기능은 광학 부품들을 유지하고 정렬하는 것이며, 이 실시예에서는, 광학 부품들이 페룰(도 3a를 참조하여 후술함)과 렌즈(102)이지만, 광학 부품들은 (미국 특허출원 공개번호 제20080050073호에 개시되어 있는 바와 같이) 유리 블록을 포함할 수도 있다. 바람직한 일 실시예에서, 광학 부품들은, 원통형 내측 슬리브(101)가 그 광학 부품들을 광학적으로 정렬하여 유지하도록 대략 동일한 외경을 갖는다.

내측 슬리브는, 바람직하게, 금속(예를 들어, 인-청동)이나 세라믹 등의 정밀한 재료로 형성된다. 일 실시예에서, 내측 슬리브는 제조와 조립이 용이하도록 단순한 원통이다. 일 실시예에서, 내측 슬리브(101)는 (후술하는) 렌즈 수용을 용이하게 하도록 자신의 내경에 있어서 유연(compliant)하다. 내측 슬리브가 강성 재료(예를 들어, 세라믹)를 포함하는 실시예들에서 유연성을 부여하도록, 내측 슬리브가 자신의 길이를 따라 슬롯(103)을 형성할 수도 있다.

제1 렌즈(102)는, 일면에서, 섬유로부터 방출되는 비교적 좁은 광 빔을 에어 갭을 통한 전달을 위해 비교적 넓은 빔으로 확장하고 시준하도록 기능을 한다. 당해 기술에 공지되어 있듯이, 시준된 빔은 유사 렌즈(112)(도 1b와 도 2b 참조)에 의해 수광되고, 이러한 유사 렌즈는 빔을 정합 구조의 수용되는 섬유의 단면 상으로 포커싱한다. 적절한 렌즈로는, 예를 들어, 볼 렌즈, GRIN 렌즈, 또는 렌즈 굴절률이 균일하거나 등급화된 구면 또는 비구면을 갖는 렌즈나 렌즈 조립체가 있다. 일 실시예에서, 렌즈들(102, 112)은 에어/유리 계면에 대하여 반사 방지(AR) 재료로 코팅된 볼 렌즈들이다. 코팅은, 광학 경로가 렌즈를 통과하는 영역에서만 도포될 수 있고, 또는, 간략하고도 제조가 용이하도록 (즉, 하우징 내에 렌즈를 정렬할 필요가 없도록) 볼 렌즈 주위로 균일하게 도포될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 렌즈는, 그 전문이 본 명세서에 참고로 원용되는 미국 특허출원번호 제13/486,590호에 개시되어 있는 렌즈 몸체 등의 렌즈 몸체 내에 형성된다.

광학 부부품들(subcomponents)은 내측 슬리브 내에 여러 방식으로 배치될 수 있다. 내측 슬리브 내에 고정할 렌즈들은 움직임에 저항하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일 실시예에서, 렌즈는 억지 끼워맞춤부(interference fit)에 의해 슬리브 내에 유지된다. 이는 열적 극한에 노출되는 경우에 광학 성능의 합당한 정렬과 안정성을 제공한다. 다른 일 실시예에서는, 렌즈와 슬리브 사이에 매우 작은 조립 간격이 존재하여, 렌즈를 슬리브 내에서 이동시켜 에폭시로 제 위치에 고정할 수 있다. 이는 에폭시 경화 기간 동안 능동적인 광학적 위치 설정과 감시를 가능하게 한다. 마지막으로, 억지 끼워맞춤부와 에폭시 고정의 조합을 이용할 수도 있다. 대안으로, 슬리브(101)는 전술한 바와 같이 유연할 수도 있다. 이러한 방식으로, 슬리브의 내경은 렌즈(102)의 내경보다 약간 작을 수 있지만, 렌즈(102)를 수용하도록 확장되어 억지 끼워맞춤부를 통해 렌즈(102)를 유지할 수 있다. 다시, 렌즈를 내측 슬리브에 더욱 고정하도록, 도 1a에 도시한 바와 같이 에폭시(104)를 렌즈의 가장자리에 바를 수 있다.

도 3a를 참조해 보면, 확장 빔 커넥터 키트의 제1 페룰 조립체(300)가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 제1 페룰 조립체(300)는, 제1 페룰 홀더(301), 제1 페룰 홀더(301)의 전방에 있는 (전술한) 제2 상호 체결 기구(303), 및 제1 페룰 홀더로부터 전방으로 연장되며 제1 단면(309)을 갖는 제1 페룰(302)을 포함한다. 도 3a에 도시한 실시예에서, 제1 페룰 홀더와 제1 페룰은 이산되어 있지만, 일체 형성될 수도 있다.

알려져 있는 바와 같이, 제1 페룰(302)은 보어홀(304) 내에 광 섬유를 유지한다. 일 실시예에서, 그 전문이 본 명세서에 참고로 원용되는 미국 특허출원번호 제13/486,590호에 개시한 바와 같이, 광 섬유는 페룰로부터 돌출되며 렌즈 몸체 내에 수용된다.

렌즈와 페룰은, 렌즈 조립체가 페룰 조립체와 상호 체결되면, 페룰(302)과 렌즈(102)가 내측 슬리브(101) 내에 광학적으로 정렬되어 유지되도록 동일한 외경을 갖는다.

확장 빔 커넥터 키트의 중요한 양태는, 페룰 조립체와 렌즈 조립체가 현장에서 연결될 수 있게 하는 상호 체결 기구이다. 페룰 조립체와 렌즈 조립체의 연결 전에, 페룰 조립체와 렌즈 조립체는 이산적인 모듈 유닛들로서 취급될 수 있어서, 렌즈 조립체로부터의 간섭 없이 페룰 내의 섬유의 종단을 용이하게 할 수 있다. 상호 체결 기구는 페룰 조립체를 렌즈 조립체에 연결하도록 기능을 할 뿐만 아니라 내측 슬리브 내에 페룰을 고정한다. 전술한 바와 같이, 렌즈와 페룰의 직경은 본질적으로 동일하기 때문에, 렌즈와 페룰이 슬리브 내에 배치되면, 축 방향 정렬이 보장된다.

상호 체결 기구들의 서로 다른 유형들을 본 발명의 범위 내에서 구현할 수 있다. 예를 들어, 이러한 기구들은, 협동하는 스레드형 부재들, 베이오넷(bayonet)형 커넥터, 대응 애퍼처(apertures) 내로 스냅 작동하는 탄성 래치, 억지 끼워맞춤부, 세트 스크루, 접착성 계면, 압착 끼움부, 및 두 개의 부품을 상호 연결하기 위한 다른 임의의 공지된 기구를 포함할 수 있다. 일반적으로, 필수는 아니지만, 스레드 등의, 가역적인 경향이 있는 기계적 상호 연결부를, 비가역적인 경향이 있는 접착형 연결부보다 선호한다. 또한, 필수는 아니지만, 스레드 등의 원통형 부품들에 적합한 기구가 바람직하다.

도 2a와 도 3a를 참조해 보면, 제1 및 제2 상호 연결 기구들이 제1 및 제2 스레드 부분들(203a, 303a)로서 도시되어 있다. 본 개시 내용은 스레드형 상호 연결을 설명하고 있지만, 본 발명은, 청구범위에서 특정하게 한정하지 않는 한, 이러한 실시예로 한정되지 않는다. 도 2a의 실시예에서, 스레드 부분(203a)은 베이스의 전방에 있으며, 제1 내측 슬리브를 둘러싼다. 제1 스레드 부분은 또한 구체적인 본 실시예에서 제1 베이스와 일체형이지만, 제1 베이스로부터 이산된 것일 수도 있다. 도 3a의 실시예를 참조해 보면, 제2 스레드 부분(203a)은 제1 페룰 홀더의 전방에 있으며, 제1 페룰의 후면 부분을 둘러싼다. 구체적인 본 실시예에서, 제1 페룰 홀더와 제2 스레드 부분은 일체형이지만, 이러한 부품들은 이산될 수도 있다.

내측 슬리브들은 렌즈와 페룰을 광학적으로 정렬하여 유지하도록 기능하기 때문에, 페룰과 렌즈의 외경과 내측 슬리브의 내경 간의 차는 페룰과 렌즈의 광 축들 간의 방사상 오프셋을 허용할 수 있는 최댓값을 초과해서는 안 된다. 일반적으로, 이러한 차는 약 4㎛ 이하(다중 모드 섬유 시스템)이며, 바람직하게는 약 3㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 약 1.5㎛ 이하이다(단일 모드 섬유 시스템).

도 4a를 참조해 보면, 제1 및 제2 상호 체결 기구들(203, 303)이 상호 체결되어 있으며, 이에 따라 렌즈 조립체를 페룰 조립체와 연결한다. 렌즈 조립체와 페룰 조립체의 결합을 본 명세서에서 "광학 부조립체" 또는 "부조립체"라 칭한다. 전술한 바와 같이, 이 구성에서, 페룰은 렌즈와의 방사상 정렬을 보장하도록 내측 슬리브 내에 단단히 유지된다.

일 실시예에서, 렌즈(102)와 페룰 단면(309)은 또한 축 방향으로 정렬된다. 일 실시예에서, 이러한 축 방향 정렬은 에어 갭을 생성하도록 렌즈 표면과 페룰 단면 사이의 소정의 거리에 해당한다. 일 실시예에서, 환형 스페이서(annular spacer; 도시하지 않음)는 이러한 에어 갭을 생성하도록 렌즈와 페룰 사이에 위치한다. 환형 스페이서는, 광 축을 따른 렌즈(102)의 가장자리와 페룰의 단면 사이의 거리가 렌즈의 초점거리와 동일하여 섬유 단면이 렌즈로부터의 초점거리에 위치하는 것을 보장하도록 소정의 두께를 갖는다. 렌즈의 초점거리는 부분적으로 렌즈 재료의 기능이며, 일부 재료들에 대해서는, 초점이 렌즈 표면에 가깝게 위치할 수도 있다. 이러한 점에서, 일부 실시예들에서, 소정의 거리가 제로일 수도 있다. 예를 들어, 단일 모드 시스템에 대해서는, 표면에 초점을 갖는 렌즈 재료를 종종 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 섬유가 렌즈 재료와 물리적으로 접촉하고 있으며 렌즈에 도포된 적절한 AR 코팅과 물리적으로 접촉하고 있음을 의미한다. 이 단일 모드 시스템에 대한 후방 반사는, 섬유와 렌즈 사이에 에어 갭이 있는 시스템에 비해 더욱 감소된다. 일반적으로, 물리적 접촉은, 후방 반사가 다중 모드 시스템에서만큼 심각하지 않으므로 단일 모드에서만 이용한다. 이러한 실시예에서의 스페이서는 렌즈의 최후방점보다 더 연장되지 않으며, 일부 실시예들에서는, 스페이서를 사용하지 않을 수도 있다.

스페이서를 사용하기보다는, 일 실시예에서, 제1 베이스는 후방을 향하는 제1 숄더를 포함하고 페룰 홀더는 전방을 향하는 제2 숄더를 포함하여, 스레드형 베이스가 스레드 부분과 스레드 상호 체결되고 제1 및 제2 숄더가 접촉하면 페룰 단면과 렌즈 사이에 소정의 거리를 확립한다. 페룰 단면으로부터 렌즈를 이격시키는 다른 방안은 본 개시 내용의 당업자에게 자명할 것이다.

부조립체(400)는 정합 광학 구조와 정합하여 페룰의 섬유(들)를 정합 광학 구조의 광학 경로(들)와 광학적으로 결합하도록 구성된다. "광학 경로"라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 섬유 또는 도파관(wave guide), 기판의 실리카계 또는 폴리머 구조, 또는 실리카계 또는 폴리머 광학 부품 등의, 광학 신호들을 전도하기 위한 임의의 매체를 가리킨다. "정합 부품"이라는 용어는 광학 경로를 내장하거나 포함하는 광학 패키지를 가리킨다. 예를 들어, 정합 부품은 다른 커넥터, 즉, 여기서, "정합 커넥터"일 수 있으며, 또는, 광학 경로가 일체형 부품으로 있는 광학 장치일 수 있다. 광학 장치들의 예로는, 애드/드롭 필터(add/drop filter), 어레이 도파로 격자(Arrayed Waveguide Gratings; AWGs), 스플리터/커플러, 및 감쇄기 등의 수동형 장치들, 및 광 증폭기, 송신기, 수신기, 및 송수신기 등의 능동형 장치들이 있다.

도 4b에 도시한 정합 구조는 제2 광학 부조립체(410)이며, 이 제2 광학 부조립체는, 많은 점에서, 부조립체(400)와 유사하다. 정합 구조가 커넥터로서 도시되어 있지만, 본 발명의 범위 내에서 정합 구조의 다른 실시예들이 가능하다는 점을 이해하기 바란다. 예를 들어, 정합 구조는 어댑터일 수도 있으며, 이는 본 발명의 커넥터를 다른 커넥터와 인터페이싱하도록 이산적일 수도 있고, 또는, 송수신기나 다른 광학 장치 내에 통합될 수도 있다. 전술한 바와 같은 다른 정합 구조들도 가능하다.

도 1b와 도 2b를 참조해 보면, 부조립체(410)는, 부조립체(400)처럼, 제2 페룰 조립체(310)와 상호 체결된 제2 렌즈 조립체(210)를 포함한다. 구체적으로, 제2 렌즈 조립체는, 제2 페룰 조립체(310)(도 3b 참조)의 제4 상호 체결 기구(313)와 상호 체결하기 위한 제3 상호 체결 기구(213)를 갖는 제2 베이스(211), 제2 베이스(211)로부터 연장되는 제2 내측 슬리브(111), 및 제2 렌즈(112)가 제2 내측 슬리브 내에서 축 방향으로 정렬되도록 제2 내측 슬리브(111) 내에 적어도 부분적으로 배치된 제2 렌즈(112)를 포함한다. 이러한 구체적인 실시예에서, 제2 내측 슬리브는 제2 베이스의 후방으로 연장된다.

도 4a와 도 4b에 도시한 실시예에서, 제2 내측 슬리브는 제1 내측 슬리브보다 짧다. 이는, 광학 부조립체(410)가 리셉터클로서 구성되는 한편 부조립체(400)가 플러그로서 구성되기 때문이다. 그러나, 이러한 구성들은 임의적이며 제1 및 제2 광학 부조립체들의 기능을 쉽게 반대로 할 수도 있다는 점을 이해하기 바란다.

도 3b를 참조해 보면, 광학 부조립체(410)는 또한 제2 페룰 조립체(310)를 포함한다. 제2 페룰 조립체(310)는, 제2 페룰 홀더(311), 제2 페룰 홀더(311)의 전방에 있는 제4 상호 체결 기구(313), 및 제2 페룰 홀더로부터 전방으로 연장되는 제2 페룰(312)을 포함한다. 이러한 구체적인 실시예에서, 제2 페룰 조립체는 제1 내측 슬리브(101)를 수용하도록 제2 페룰(312)과 제2 스레드 부분(313a) 사이의 환형 공간(317)을 포함한다.

이러한 구체적인 실시예에서, 페룰 조립체(310)는, 또한, 페룰 홀더(311)가 압입되는 후방 몸체(rear body; 315), 및 후방 몸체의 앞에서 페룰 홀더(311) 둘레로 슬라이딩 장착될 수 있는 리테이너(retainer; 316)를 포함한다. 리테이너(316)는 스프링(314)에 대한 백스톱(backstop)으로서 기능을 하고, 이 스프링은 페룰 홀더(311)를 바이어싱하도록 기능을 하고 이에 따라 페룰(312)을 커넥터 하우징(602)에 대하여 전방으로 바이어싱하도록 기능을 한다(도 6을 참조하여 후술함).

일 실시예에서, 현장 설치 가능 확장 빔의 다른 부품은 도 2b에 도시한 바와 같은 외측 슬리브(215)이다. 외측 슬리브는 내측 슬리브들(101, 111)을 정렬하도록 기능을 한다. 이를 위해, 외측 슬리브는 제1 내측 슬리브(101) 및/또는 제2 내측 슬리브(111)를 적어도 부분적으로 수용하고, 내측 슬리브들 내에 포함된 광학 부품들(예를 들어, 페룰과 렌즈)이 모두 정렬 상태로 유지되도록 제1 및 제2 내측 슬리브들을 정렬하여 유지한다. 일 실시예에서, 외측 슬리브의 내경은, 내측 슬리브들이 서로 근접 정렬되어 유지되도록 내측 슬리브들의 외경에 매우 가깝게 허용된다. 이는 다른 방식으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 내측 슬리브들의 외경은 외측 슬리브의 내경보다 약간 작을 수도 있다. 대안으로, 외측 슬리브는, 외측 슬리브의 내경이 내측 슬리브들의 외경과 동일하거나 약간 작지만 확장되어 내측 슬리브들을 수용하도록 유연할 수도 있다. 외측 슬리브들을 유연하게 하는 수단은 공지되어 있으며, 예를 들어, 폴리머 등의 유연한 재료들로부터 외측 슬리브를 제조하거나, 또는 길이의 적어도 일부를 따라 슬롯(216)을 형성하여 그 외에는 강성인 재료를 유연하게 하는 것 등이 있다. 어느 경우든, 내측 슬리브의 외경과 외측 슬리브의 내경 간의 차는 일반적으로 렌즈의 광 축들 사이의 허용가능한 최대 방사상 오프셋보다 커서는 안 된다. 전술한 바와 같이, 이는 약 4㎛ 이하(다중 모드 섬유 시스템)이고, 바람직하게는 약 3㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 약 1.5㎛ 이하이다(단일 모드 섬유 시스템).

도 2b를 참조해 보면, 본 실시예에서, 외측 슬리브(215)는 제2 렌즈 조립체(210)에 영구적으로 부착되어 있으며, 전술한 바와 같이, 제2 렌즈 조립체는 커넥터 시스템의 리셉터클 측이다. 외측 슬리브는 제1 내측 슬리브(101)를 수용하기 위한 캐비티(218)를 형성한다. 외측 슬리브(215)는 렌즈 조립체(210)와 연관되어 도시되어 있지만, 대신에 정합 동안, 외측 슬리브(215)가 제1 내측 슬리브(101)를 수용하기보다는 제2 내측 슬리브(111)를 수용하도록 외측 슬리브(215)를 커넥터의 플러그 측인 렌즈 조립체(200) 내에 통합할 수도 있다는 점을 이해하기 바란다. 외측 슬리브를 부착하도록 어느 렌즈 조립체를 선택할지는 기호와 응용 분야에 따른다. 외측 슬리브는, 억지 끼워맞춤 또는 접착을 비롯한 다양한 방식에 의해 내측 슬리브들 중 하나에 영구적으로 부착될 수도 있다.

본 실시예에서, 외측 슬리브는 베이스(211) 내에 완전하게 포함되며, 이는 보호 관점에서 바람직하지만, 다른 실시예들에서는 외측 슬리브가 베이스(211)로부터 연장될 수도 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 외측 슬리브(215)는 베이스(211)로부터 이산되어 있는 부품이다. 이러한 구성에 의해, 외측 슬리브가 하우징으로부터 별도로 제조될 수 있고, 따라서, 베이스(211)의 다른 부분들에 대해서는 불필요할 수도 있는 정밀 제조 기술의 이용을 용이하게 한다. 그럼에도 불구하고, 일부 실시예들에서는, 외측 슬리브(215)를 베이스(211)와 일체형으로 하는 것이 바람직할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 외측 슬리브(215)는 내측 슬리브들(101, 111) 중 하나와 일체형으로 될 수 있다. 구체적으로, 외측 슬리브(215)가 내측 슬리브(101, 111)에 대하여 제 위치에 고정되는 정도로, 외측 슬리브는, 내측 슬리브와 일체형일 수 있고, 일체형으로 성형될 수 있고, 형성될 수 있고, 또는 그 외에는 내측 슬리브에 고정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 내측 슬리브들이 외측 슬리브 내에 정렬되어 유지되도록, 내측 슬리브들의 외경과 외측 슬리브의 내경 사이에, 허용오차가 작은 끼워맞춤부가 존재한다는 점이 중요하다. 최소 허용 오차가 바람직하지만, 일반적으로, 허용 오차가 너무 엄격하면, 정합 동안 내측 슬리브가 외측 슬리브 내에 슬라이딩하는 능력을 타협할 수도 있다. 외측 슬리브 내에서의 내측 슬리브의 슬라이딩을 용이하게 하며 바인딩을 감소시키는 방안들은, '725 특허에 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 원용된다. 이러한 방안들에 더하여, 외측 슬리브 내에 내측 슬리브를 삽입하는 것은, 외측 슬리브(215)의 전방 가장자리 상의 리드-인(217)에 의해 향상될 수 있다. 리드-인(217)은 정합 동안 내측 슬리브를 외측 슬리브와 정렬하는 경향이 있는 챔퍼형 가장자리(chamfered edge)이다.

도 6을 참조해 보면, 광학 부조립체들(400, 410)은 각각 플러그와 리셉터클 하우징들(601, 602) 내에 배치된다. 본 실시예에서, 하우징들(601, 602)은, 전기 커넥터에 통상적으로 사용되는 견고형 커넥터들인, 공지되어 있는 MIL-DTL-38999, 타입 III 커넥터들이다. 하우징들은, 정합 동안 부조립체들(400, 410)을 정렬하고 고정하도록 기능을 하는 강성 구조를 제공한다. 본 명세서에서는 MIL-DTL-38999, 타입 III 커넥터들을 상세히 개시하고 있지만, 본 발명의 부조립체들의 컴팩트한 설계는, 백플레인 커넥터, 마더/도터(Mother/Daughter) 카드 커넥터, 또는 쿼드락스(Quadrax) 타입 커넥터 등의 통상적인 커넥터 시스템과의 사용을 용이하게 한다.

일 실시예에서, 페룰과 렌즈 등의 광학 부품들은 하우징에서 통상적으로 사용되는 광학 부품들보다 좁다. 더욱 좁은 부품들을 사용함으로써, 상호 체결 기구들을 수용하는 추가 공간을 제공한다. 즉, 상호 체결 기구들은 일반적으로 공간을 소모한다. 따라서, 38999 타입 커넥터를 위한 하우징 등의 통상적인 하우징이 사용되면, 도 6에 도시한 바와 같은 상호 체결 기구들을 수용하는 데 더욱 좁은 광학 부품들이 필요할 수도 있다. 이러한 구체적인 실시예에서, 페룰과 렌즈는 약 1.25mm인 직경을 갖고, 이 직경은 38999 타입 커넥터에서 통상적으로 사용되는 직경의 대략 절반이다. 감소된 직경을 보상하고 부품들이 하우징의 더욱 큰 캐비티 내에서 이동하는 것을 방지하도록, 클립들(603, 604)을 사용하여, 부조립체들(400, 410)을 각각 플러그와 리셉터클 하우징들(601, 602) 내에 고정하고 중심을 맞춘다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 커넥터의 구성의 중요한 장점은 현장 설치를 용이하게 한다는 점이다. 즉, 렌즈 조립체가 페룰 조립체와는 별도의 이산적인 부품이기 때문에, 렌즈 조립체로부터 방해를 받지 않고서, 공지되어 있는 기술들을 이용하여 섬유를 현장에서 종단시킬 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에서, 커넥터를 종단하는 방법은, (a) 제1 페룰 조립체 내에 제1 섬유를 종단하는 단계와, (b) 제1 페룰 조립체의 제1 페룰의 단면이 제1 렌즈 조립체의 제1 렌즈로부터 소정의 거리에 있도록 제1 렌즈 조립체를 제1 페룰 조립체와 기계적으로 상호 체결하는 단계와, (c) 제2 페룰 조립체 내에 제2 섬유를 종단하는 단계와, (d) 제2 페룰 조립체의 페룰의 단면이 제2 렌즈 조립체의 제2 렌즈로부터 소정의 거리에 있도록 제2 렌즈 조립체를 제2 페룰 조립체와 기계적으로 상호 체결하는 단계와, (e) 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 렌즈들(102, 112)이 소정의 제2 거리만큼 이격되어 제1 및 제2 섬유들(도시하지 않음)을 광학적으로 결합하도록 제1 렌즈 조립체(200)의 제1 내측 슬리브(101)를 제2 렌즈 조립체(210)의 외측 슬리브(215) 내에 삽입하는 단계를 포함한다. 이러한 단계들을 더욱 상세히 후술한다.

(a) 단계와 (c) 단계에서, 각 페룰 조립체는, 공지되어 있는 표준 종단 순서(procedure)에 따라 다음에 따르는 연마 공정과 광 섬유로 종단된다. 본 발명의 장점은, 페룰을 내측 슬리브 내에 설치하기 전에 페룰의 단면(309)을 제조(즉, 연마)할 수 있다는 점이다. 이는, 알려져 있는 기술들과 기기를 사용하여, 알려져 있는 임의의 단면 형상으로 단면(309)을 구성할 수 있게 한다. 예를 들어, 단면(309)(및/또는 제2 페룰(312)의 대응하는 단면)을 연마하여 평평하거나 곡선형 단면 또는 APC 단면을 가질 수 있다. 보유를 위해 강도 부재(strength member)를 갖는 케이블을 사용하면, 이를 공지되어 있는 바와 같이 크림프 아일릿(crimp eyelet)을 사용하여 페룰 조립체의 후방 몸체(315) 상으로 크림핑할 수 있다. 페룰들 내에 섬유들을 종단하는 (a) 단계와 (c) 단계는 렌즈 조립체들을 페룰 조립체들과 결합하는 (b) 단계와 (d) 단계 전에 수행될 수도 있다는 점을 인식하기 바란다. 또한, 일부 실시예들에서는, 하나의 섬유만을 종단하면 된다는 점을 이해하기 바란다. 즉, 소정의 상황에서, 제1 또는 제2 페룰 조립체는 섬유로 미리 종단된다.

전술한 바와 같이, (b) 단계와 (d) 단계에서, 페룰 단면과 렌즈 사이의 소정의 거리는, 스페이서에 의해, 또는 렌즈 조립체의 베이스를 페룰 조립체 상에 안착시킴으로써, 형성될 수 있다. 대안으로, 상호 체결 기구들이 스레드 부분들이고 스레드들이 충분히 가느다란 일 실시예에서, 소정의 거리는, 스레드 부분들을 정밀 지점까지 스레딩한 후 에폭시로 고정함으로써, 제어될 수 있다. 어느 경우든, 필요하다면 스레드 잠금 접착을 적용하여 조립체들을 고정할 수 있다. 다른 방안들은 본 개시 내용의 당업자에게 자명할 것이다.

(e) 단계에서, 도 5는, 제1 내측 슬리브(101)의 선단이 제2 내측 슬리브(111)의 선단에 맞닿을 때까지 외측 슬리브(215) 내에 들어가는 정합 위치에 있으며 이에 따라 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 소정의 제2 거리를 형성하는 부조립체들(400, 410)을 도시한다.

Claims (16)

1. 확장 빔 커넥터 키트로서,
   정면 배향과 후면 배향을 갖는 제1 렌즈 조립체를 포함하고,
   상기 제1 렌즈 조립체는,
   제1 페룰 조립체의 제2 상호 체결 기구와 상호 체결하기 위한 제1 상호 체결 기구를 갖는 제1 베이스와,
   상기 제1 베이스로부터 연장되는 제1 내측 슬리브와,
   상기 제1 내측 슬리브 내에 축 방향으로 정렬되도록 상기 제1 내측 슬리브 내에 적어도 부분적으로 배치된 제1 렌즈를 적어도 포함하는, 확장 빔 커넥터 키트.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 상호 체결 기구는 제1 스레드 부분(threaded portion)인, 확장 빔 커넥터 키트.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 스레드 부분은 상기 제1 베이스와 일체형인, 확장 빔 커넥터 키트.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 조립체는, 상기 제1 내측 슬리브를 포함하고 상기 제1 내측 슬리브를 벗어나 연장되어 캐비티를 형성하는 외측 슬리브를 더 포함하고, 상기 캐비티는 상기 제1 내측 슬리브와 동일한 외경을 갖는 제2 내측 슬리브를 수용하도록 구성된, 확장 빔 커넥터 키트.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 내측 슬리브는 상기 제1 베이스의 후방으로 연장되는, 확장 빔 커넥터 키트.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 페룰 조립체를 더 포함하고,
   상기 제1 페룰 조립체는,
   제1 페룰 홀더와,
   상기 제1 페룰 홀더의 전방에 있는 상기 제2 상호 체결 기구와,
   상기 제1 페룰 홀더로부터 전방으로 연장되며 제1 단면(end surface)을 갖는 제1 페룰을 적어도 포함하는, 확장 빔 커넥터 키트.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 상호 체결 기구는 상기 제1 페룰 홀더의 전방에 있으며 상기 제1 페룰의 후면 부분을 둘러싸는 제2 스레드 부분인, 확장 빔 커넥터 키트.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 페룰 홀더와 상기 제2 스레드 부분은 일체형인, 확장 빔 커넥터 키트.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 페룰 조립체는 상기 제1 페룰과 상기 제2 스레드 부분 사이의 환형 공간을 포함하고, 상기 환형 공간은 상기 제1 내측 슬리브를 수용하도록 구성된, 확장 빔 커넥터 키트.
10. 제6항에 있어서, 상기 제1 렌즈와 상기 제1 페룰 사이에 배치되어 상기 제1 단면을 상기 렌즈로부터 소정의 거리에 위치시키도록 구성된 스페이서를 더 포함하는, 확장 빔 커넥터 키트.
11. 제6항에 있어서, 제2 렌즈 조립체를 더 포함하고,
    상기 제2 렌즈 조립체는,
    제2 페룰 조립체의 제4 상호 체결 기구와 상호 체결하기 위한 제3 상호 체결 기구를 갖는 제2 베이스와,
    상기 제2 베이스로부터 연장되는 제2 내측 슬리브와,
    상기 제2 내측 슬리브 내에 축 방향으로 정렬되도록 상기 제2 내측 슬리브 내에 적어도 부분적으로 배치된 제2 렌즈와,
    상기 제2 내측 슬리브를 포함하고, 상기 제2 내측 슬리브를 벗어나 연장되어 캐비티를 형성하는 외측 슬리브를 포함하고,
    상기 캐비티는 상기 제1 내측 슬리브를 수용하도록 구성된, 확장 빔 커넥터 키트.
12. 제11항에 있어서, 상기 제2 페룰 조립체를 더 포함하고,
    상기 제2 페룰 조립체는,
    제2 페룰 홀더와,
    상기 제2 페룰 홀더의 전방에 있는 상기 제4 상호 체결 기구와,
    상기 제2 페룰 홀더로부터 전방으로 연장되는 제2 페룰을 적어도 포함하는, 확장 빔 커넥터 키트.
13. 제12항에 있어서, 상기 제3 상호 체결 기구 및 상기 제4 상호 체결 기구는 각각 제3 스레드 부분 및 제4 스레드 부분인, 확장 빔 커넥터 키트.
14. 제13항에 있어서, 상기 제2 내측 슬리브는 상기 제2 베이스의 후면으로 연장되고, 상기 제2 페룰 조립체는 상기 제2 페룰과 상기 제4 스레드 부분 사이의 환형 공간을 포함하고, 상기 환형 공간은 상기 제2 내측 슬리브를 수용하도록 구성된, 확장 빔 커넥터 키트.
15. 제12항에 있어서, 상기 제2 페룰 조립체는 상기 제2 페룰 홀더를 유지하기 위한 후방 몸체, 상기 페룰 조립체에 슬라이딩 장착가능한 리테이너, 및 상기 제2 페룰 홀더와 상기 리테이너 사이의 스프링을 더 포함하는, 확장 빔 커넥터 키트.
16. 제1항에 있어서, 상기 페룰 조립체와 상기 제1 렌즈 조립체의 부조립체를 수용하기 위한 플러그 하우징과,
    상기 제2 페룰 조립체와 상기 제2 렌즈 조립체의 부조립체를 수용하기 위한 리셉터클 하우징을 더 포함하는, 확장 빔 커넥터 키트.

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