SE1450257A1 - Kollimerande lins - Google Patents

Abstract

En kollimerande stavlins (100) för fiberoptisk kommunikation med en cylindrisk mantelyta (110) och en sfärisk konvex främre yta (120), varvid linsen har en viss längd L och en viss radie R på kurvaturen hos linsen, och den sfäriska konvexa främre ytan (120) ges av R = AL + B, varvid A är en första parameter hos optiskt glas från 0,3 till 0,6; B är en andra parameter hos optiskt glas från -0,1 till +0,1; längden L är från 2 till 8 mm; och radien R hos kurvaturen är från 0,5 till 3,5 mm.Att publiceras med FIG. 1.

Description

l0 15 20 25 30 undvika vinkelavvikelser mellan fibrerna. Felaktig upplinjering av fibrema och reflektioner kan leda till förluster av ljus i kontakterna.

Olika kontakter och metoder för att ge en korrekt anslutning av optiska fibrer med varandra och med andra optiska element har föreslagits för att minska förlusterna.

Toppmoderna kontakter för expanderade strålar strävar efter att optimera fokus för ljuset att linjeras upp på ytan av den anslutna optisk fibern.

EP0892294 beskriver en anordning för optisk anslutning av en optisk fiber med ett annat optiskt element, exempelvis en sfärisk lins. Anordningen innefattar en väsentligen hylsformad hållare och ett kopplingselement. Den optiska fibern är fäst i hållaren, och hållaren har en ändyta vid vilken ändytan av den optiska ?bern är avsedd att placeras. Kopplingselementet har en konisk ingreppsyta avsedd att ingripa med ändytan hos hållaren. Fiberhållaren och den sfäriska linsen hålls i fast ingrepp med den koniska ingreppsytan respektive en kantyta utformad med en radie. Den koniska ingreppsytan och kantytan utformad med en radie är placerade i förhållande till varandra, så att den optiska ?bern och den sfäriska linsen är placerade på samma optiska axel och på ett sådant axiellt avstånd från varandra att ändytan av den optisk fibem är i fokus för den sfáriska linsen. I sådana förband, i vilka det finns ett utrymme mellan ?bern och linsen, reflekteras en del av ljuset tillbaka genom det optiska elementet mot ljuskällan. Dessutom är dimensionema av fiberoptiska kontakter och den maximala fiberpackningstätheten i system för ?era optiska fibrer begränsade av forrnen på linserna.

Reflektionsnivåema kan reduceras genom att tillhandahålla antire?exbehand- ling av ytorna hos fibrerna och linsema. EPl376173 beskriver en metod för optisk anslutning av ett optiskt element, exempelvis en änddel av en optisk fiber, till en sfärisk lins, i vilken det optiska elementet och linsen fixeras i ett kopplingselement i ett förutbestämt läge i förhållande till varandra. Ytan av den sfáriska linsen mot det optiska elementet behandlas med ett antire?exmedel, exempelvis magnesium?uorid.

Antire?exmedlet, t ex magnesium?uorid, appliceras på ytan av linsen mot det optiska elementet i form av ett skikt. Skiktet har en tjocklek som är anpassad på ett sådant sätt till brytningsindexet hos glaset i det optiska elementet, brytningsindex hos glaset i den sfáriska linsen och våglängden för ljuset, som sänds genom systemet, så att ljustrans- missionen i anslutningen är så hög som möjligt och refraktionen i anslutningen är så låg som möjligt. Smutspartiklar kan införas genom antire?exmedlet i den optiska axeln och därigenom orsakar minskad överföring. 10 15 20 25 30 35 Dessutom kan linsen och fibem placeras i ingrepp med varandra och därigenom eliminera luftutrymmet för att minska re?ektioner i kontaktdonet. Denna metod kräver ett glas i den sfáriska linsen som ger fokus som skall placeras i linsens yta.

Smuts i mellan ?bern och den sfariska linsen kan emellertid minska överföringsytan. I det fallet måste fibern poleras, varvid ett litet utrymme kommer att uppstå mellan fibern och den sfäriska linsen, som orsakar reflektioner.

SE469762 visar en anslutningsanordning för axiell anslutning av ändpartierna av åtminstone en optisk ?ber med en annan, som är fasta i åtminstone en plugg vardera anordnade i ett kopplingshus, i syfte att åstadkomma en optisk förbindelse mellan ?brema via en till varje fiberände anslutningsbar lins. Linsen utgörs av en linskropp, vars främre ändyta är delvis sfärisk och vars motsatta, bakre ändyta är anordnad vinkelrätt mot den längsgående axeln hos linskroppen, att i kopplingshuset ett ring- format, delvis sfäriskt eller koniskt säte är anordnat för den främre ändytan av lins- kroppen, vilket säte är koncentriskt med den längsgående axeln hos kopplingshuset, att pluggen är införbar i en koaxiell styrhylsa styrd i kopplingshuset, och att den främre änden av kontakten kan pressas till anliggning mot den bakre ändytan av linskroppen, så att den partiella sfäriska ändyta av linskroppens framände, pressas till anliggning mot sätet varvid en centrering av linsen, pluggen och kopplingshuset uppnås relativt varandra.

US643 8290 beskriver en anordning för koppling av ljus från en optisk fiber till en annan innefattande ett par formade plan-konvexa linser. Varje lins har en asfärisk yta och en plan yta. De asfäriska ytoma har en konisk konstant mellan -0,6 och -0,3, där den koniska konstanten väljs för att ge optimal kopplingseffektivitet från en inkomm- ande kollimerad stråle på den asfäriska ytan till en optisk ?ber som ligger nära den plana ytan. Linsparet är åtskilda med ett avstånd, som är ungefär lika med summan av brännviddema hos linserna. Ljus från en optisk fiber placerad nära fokalplanet för den ena i linsparet är fokuserat in i en optisk ?ber placerad nära fokalplanet hos den andra i linsparet. Den totala längden av linsen är vald att vara sådan att den optiska fibern är nära men med ett mätavstånd till den plana ytan av linsen, som orsakar re?ektioner och därmed förluster av ljus i kontaktdonen.

Tidigare kända kontaktdon kräver följaktligen att de optiska fibrerna och linsema placeras på samma optiska axel liksom att ändytorna av ?brerna är placerade i fokus för linsen med små toleranser. 10 15 20 25 30 35 Sammanfattning Det är ett ändamål med några utföringsformer att undanröja åtminstone några av nackdelarna ovan och att åstadkomma en förbättrad lins för optiska ?berkontaktdon.

Enligt en första aspekt uppnås detta genom en kollimerande stavlins för ?ber- optisk kommunikation med en cylindrisk mantelyta, en plan bakre yta och en sfärisk konvex främre yta, varvid linsen har en viss längd L och en viss radie R på kurvaturen hos linsen, och den sfäriska konvexa främre ytan ges av R = A * L + B, varvid A är en första parameter för optiskt glas från 0,3 till 0,6; B är en andra parameter för optiskt glas från -0,1 till +0,l; längden L är från 2 till 8 mm; och radien R hos kurvaturen är från 0,5 till 3,5 mm.

En fördel med några utföringsformer av den kollimerande linsen enligt den första aspekten är att högre, dvs. lösare, toleranser är godtagbara i en anslutning mellan den kollimerande linsen och en optisk fiber som skall placeras i fokus för linsen. Lösare toleranser minskar kravet på toleranserna på upplinjeringsanordningar för upplinjering av en optisk fiber med linsen. Således kan den kollimerande linsen vara något lutad i anslutningen mellan linsen och den optiska ?bern utan skadlig effekt på den erforderliga optiska kvaliteten i anslutningen. Den optiska dämpningen hos kontaktdonet är en parameter som har en påverkan på kvaliteten. Mindre krav på toleranser resultera i en billigare bearbetningsprocess med mindre dyra maskiner. En annan fördel är att linsen ger låg dämpning och tillbakare?ektioner. Ytterligare en annan fördel med vissa utföringsformer av den kollimerande linsen är hög kvalitet på de optiska egenskapema i kombination med realisering av en lins med liten fysisk storlek.

I några utföringsformer är linsen gjord av ett optiskt glas med parametrarna A och B optimerade, så att den optiska dämpningen mellan den optiska ?bern som skall anslutas och linsen minimeras för en viss längd L hos linsen och glasmaterialet i linsen.

I några utföringsformer har det optiska glaset ett brytningsindex, nd, från 1,4 till 2,1, vid våglängden 587,6 nm.

I några utföringsformer har det optiska glaset ett brytningsindex, nd, från 1,7 till 1,9, vid våglängden 587,6 nm.

I några utföringsformer har det optiska glaset ett Abbe-tal Vdí 80, vilket definieras som (nD - 1)/ (nF - nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindexen vid de Fraunhoferska D, F och C spektrala linjerna 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm.

I några utföringsformer har det optiska glaset ett Abbe-tal Vdí40, vilket definieras som (nD - 1)/ (nF - nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindexen vid de Fraunhoferska D, F och C spektral linjerna 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm. 10 15 20 25 30 35 I några utföringsformer kan det optiska glaset har någon kombination av brytningsindex och Abbe-tal, varvid brytningsindex, nd är från 1,4 till 2,1 , men företrädesvis från 1,7 till 1,9 vid våglängden 587,6 nm, och Abbe-talet Vdí 80, men företrädesvis Vd <40, varvid Abbe-talet, Vd, kan definieras som (nD - l) / (nF - nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindexen vid de Freunhoferska D , F och C spektrallinjer 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm.

I några utföringsformer, kan linsen ha en plan bakre yta.

Enligt en andra aspekt tillhandahålls ett optiskt ?berkontaktdon, innefattande en eller ?era av de kollimerande stavlinsema enligt den första aspekten.

En fördel med det optiska ?berkontaktdonet är att mycket låga bakåtre?ek- tioner eller returförluster (RL) introduceras.

En annan fördel med det optiska fiberkontaktdonet är att det kan innehålla ett antal kollimerade stavlinser inom ett reducerat utrymme.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Ytterligare ändamål, särdrag och fördelar kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen av utföringsformer, med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: FIG. 1 är en sidovy av en kollimerande lins enligt några utföringsformer; FIG. 2 är en graf som illustrerar radien som en funktion av längden hos den kollimerande linsen; FIG. 3 visar två kollimerande linser enligt FIG. 1 som används för att koppla ljus från en käll?ber in till en mottagande fiber.

FIG. 4 visar en frontvy av ett optiskt ?berkontaktdon enligt några utförings- former; och FIG. 5 visar en sektionsvy längs linjen V-V av den optiska ?berkontakten i FIG. 4.

Detaljerad beskrivning Utföringsfonner av uppfinningen kommer att beskrivas med hänvisning till FIG. 1-5, som schematiskt illustrerar ett exempel på anordning enligt några utförings- former.

FIG. 1 visar en kollimerande lins 100 för fiberoptisk kommunikation. Linsen 100 kan vara tillverkad av en optisk glasstav med en cylindrisk form, som de?nieras av en viss diameter D, längd L och radie R på kurvaturen hos linsen. I några utförings- former har linsen 100 en cylindrisk mantelyta 110, en sfårisk eller nära sfärisk konvex 10 15 20 25 30 35 främre yta 120 med radien R och en plan bakre yta 130, som bildar en kollimerande stavlins. Den kollimerande stavlinsen är emellertid inte begränsad till dessa speciella former hos ytorna. Linsen bör utformas på ett sätt fór att minimera dämpningen mellan två optiska ?brer, när två linser är anordnade att expandera och kollimera den optiska vägen mellan ?brema. Sålunda kan den främre ytan 120 och den bakre ytan 130 ha andra former for att expandera och kollimera en ljusstråle från en källfiber eller fokusera en kollimerad stråle i en mottagningsfiber.

Det optiska glaset kan ha, men är inte begränsat till, en kombination av brytningsindex och Abbe-tal, varvid brytningsindexet eller brytningsindexet (vid våglängden 587,6 nm) nd: 1,4 3 nd S 2,1, men företrädesvis från 1, 7 - 1,9 och ett Abbe- tal Vd S 80, men företrädesvis Vd <40. Brytningsindexet definieras i nonnal rums- temperatur och atmosfársfórhållanden och vid våglängden 587,6 nm.

Abbe-talet Vd definieras som (nD - 1) / (nF - nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindexen vid Fraeunhoferska D, F och C spektrallinjerna 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm.

FIG. 2 visar en graf som illustrerar radien R i mm som en funktion av längden i mm hos linsen såsom beskrivits i anslutning til FIG. 1. Formen på den bakre ytan 130 av linsen kan vara plan eller ha någon annan form och den främre ytan 120 av linsen ges av: R = f (L), varvid f (L) är en funktion av L som en variabel som beskriver formen på linsen till att vara sfärisk. En funktionell form hos stavlins 100 med en sfirisk eller nära sfärisk främre yta de?nieras av uttrycket: R=A* L + B varvid A och B är parametrar for optiska glas som de?nierar typen av optiskt glas hos linsen. Det optiska glaset hos linsen kan exempelvis vara gjort av olika typer av glasmateiial.

Med hänvisning till FIG. 2 kan den kollimerande stavlinsen 100 ha en radie R från 0,5 till 3,5 mm och en längd L från 2 till 8 mm. Parametern A kan ha ett värde från 0,3 till 0,6 och parametern B kan ha ett värde från -0,1 till +0,l, beroende på vilken typ av optiskt glas. Dessa värden kan sättas in i formeln R = A * L + B, och definierar därigenom ett visst förhållande mellan radien, längden och formen på linsen, som kan variera mellan värden som illustreras med en streckad linje 210 och en streckad linje 220, såsom visas i FIG. 2. Diametern D hos linsen kan vara men är inte begränsad till 1- 4 mm. 10 15 20 25 30 FIG. 3 visar två kollimerande stavlinser 100 och 100 ' som beskrivits ovan, som används fór att koppla ljus 135 från en käll?ber 140 till en mottagande ?ber 140'.

De optiska fibrerna kan vara av antingen enkelmod eller multimod. Linserna 100, 100' kan vara anslutna till eller fästa vid och mot sina respektive optiska fibrer 140 och 140' med hjälp av exempelvis ett lim eller fast eller fórspänd med eller utan ett bindemedel.

Bindemedlet kan vara ett UV-härdbart lim eller ett optisk indexmatchande bindemedel.

Respektive lins kan företrädesvis anslutas utan mellanrum mot den optiska fibern.

Mindre vinkelavvikelser mellan ?brema och linserna kan vara tillåtet utan att generera re?ektioner, som orsakar oacceptabla förluster av ljus i kontaktdonen.

FIG. 4 visar en frontvy av ett optiskt fiberkontaktdon 150 enligt några utfóringsforiner för ett antal optiska fibrer anslutna till ett motsvarande antal linser 100.

FIG. 5 visar en snittvy längs linjen V-V av det optiska ?berkontaktdonet 150 i FIG. 4. De optiska fibrerna 140 är anordnade i en bunt eller kabel 160, som är anslutna till motsvarande antal kollimerande stavlinser 100, såsom beskrivits ovan. Linserna 100 är anordnade i en hållare eller sockel 170. På grund av stavformen på linsen kan ett antal linser anordnas i olika konfigurationer i hållaren. I denna utfóringsforin är hållaren anpassad for 12 linser. Emellertid kan färre eller ?era, till exempel 6, 7, 8, 10, 14, 16 eller 20, linser vara anordnade i olika konfigurationer i ett kontaktdon enligt andra utforingsformer.

Enligt några utforingsforiner möjliggör linserna fór optiska fibrer och fiberoptiska kontaktdonen anslutning och urkoppling mellan optiska ?brer och används for att ansluta utrustning och kablar, mellan en optisk fiber och en ljuskälla, dvs en diod, mellan en optisk ?ber och en ljusdetektor etc. Kontaktdonen kopplar mekaniskt och linjerar upp ?berkärnorna så att ljus kan passera. De optiska fiberkontaktdonen expanderar och kollimerar utgângsljusstrålen från en forsta ?ber och fokusera den kollimerade strålen till en mottagande andra ?ber. Fokuseringen uppnås genom optimering av parametrarna A och B på ett sådant sätt att den optiska dämpningen mellan den optiska fibern, som skall anslutas, till den optiska ?berlinsen minimeras for en viss längd L hos linsen och glasmaterialet hos linsen. Ljusvåglängden kan vara, men är inte begränsad till, 1310 - 1550 nrn. De kollimerande stavlinsema och optiska fiberanslutningar kan användas i olika optiska fibeitillämpningar och apparater fór telekommunikation, datornätverk, sensoreri medicintekniska produkter, gruvdrift, militären, tv etc. 10 15 Särdragen och fördelarna med uppfinningen är uppenbara från den detaljerade beskrivningen och sålunda är avsikten med de bifogade kraven att täcka alla sådana särdrag och fördelar hos uppfinningen, som faller inom ramen för tekniken. Exempelvis kan linsen vara tillverkad av någon typ av optiskt glas. Även om ut?iringsforrner av tekniken har illustrerats i de bifogade ritningarna och beskrivits i den föregående detaljerade beskrivningen, är emellertid beskrivningen endast illustrativ och ändringar, modifikationer och utbyten kan göras utan att avvika från omfattningen av den beskrivna tekniken och definieras av de följande patentkraven. I nägra utföringsformer kan till exempel det optiska glaset ha varje kombination av brytningsindex och Abbe- tal, inom de häri beskrivna intervallen. Det bör därför inses att begränsningarna hos de beskrivna utföringsformerna endast är för illustrativa ändamål och inte på något sätt begränsande. Omfattningen av tekniken definieras i stället av de bifogade patentkraven snarare än av beskrivningen, och alla variationer som faller inom området för patentkraven är avsedda att omfattas därav.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. l. En kollimerande stavlins (100, 100 ') for ?beroptisk kommunikation med en cylindrisk mantelyta (l 10) och en sfärisk konvex främre yta (120), kärmetecknad av att linsen har en viss längd L och en viss radie R på kurvaturen hos linsen, och den sfäriska konvexa främre ytan (120) ges av R = A * L + B, varvid A är en första parameter hos optiskt glas från 0,3 till 0,6; B är en andra parameter hos optiskt glas från -0,1 till +0,l; längden L är från 2 till 8 mm; och radien R hos kurvaturen är från 0,5 till 3,5 mm.

2. Kollimerande stavlins enligt krav l, varvid linsen är tillverkad av ett optiskt glas med parametrarna A och B som de?nierar typen av optiskt glas hos linsen.

3. Kollimerande stavlins enligt krav 2, varvid parametrarna A och B är optimerade, så att den optiska därnpningen mellan en ansluten optisk fiber och linsen är minimerad for längden L hos linsen och glasmaterialet hos linsen.

4. Kollimerande stavlins enligt något av kraven 1 -3 , varvid det optiska glaset har ett brytningsindex, nd, från 1,4 till 2,1 vid våglängden 587,6 nm.

5. Kollimerande stavlins enligt något av kraven l-3, varvid det optiska glaset har ett brytningsindex, nd, från 1,7 till 1,9 vid våglängden 587,6 nm.

6. Kollimerande stavlins enligt något av kraven 1-5, varvid det optiska glaset har ett Abbe-tal Vd 5 80, vilket definieras som (nD - l) / (nF ~ nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindex vid Fraunhoferska D, F och C spektrallinjerna 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm.

7. Kollimerande stavlins enligt något av kraven l-6, varvid det optiska glaset har ett Abbe-tal Vd í 40, vilket definieras som (nD - l) / (nF - nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindex vid Fraunhoferska D, F och C spektrallinjerna 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm.

8. Kollimerande stavlins enligt krav 1 eller 3, varvid det optiska glaset har någon kombination av brytningsindex och Abbe-tal, varvid brytningsindexet, nd, är från 1,4 till 2,1, men företrädesvis från 1,7 till l, 9, vid våglängden 587,6 nrn, och ett Abbe- tal Vdí 80, men företrädesvis Vd <40, varvid Abbe-talet, Vd, de?nieras som (nD - 1) / (nF - nC), varvid nD, nF och nC är brytningsindex vid Fraunhoferska D, F och C spektrallinjerna 589,3 nm, 486,1 nm och 656,3 nm.

9. Kollimerande stavlins enligt något av kraven 1-8, varvid linsen (100) har en plan bakre yta (130).

10. Ett optiskt ?berkontaktdon, innefattande en eller ?era kollimerande stavlinser enligt något av kraven 1-9. 10