УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА С ИЗЛУЧАТЕЛЕМ Российский патент 1997 года по МПК G02B6/42 

Устройство относится к волоконной оптике и квантовой электронике, в частности, к устройствам для разъемного соединения волоконных световодов с лазерами.

Известен (патент Франции N 2356167, кл. H 04 B 9/00, Разъем для соединения стекловолоконного кабеля с излучателем или приемником световой энергии), в котором предложена конструкция соединения источника световой энергии с волоконным световодом. Конструкция содержит две юстируемые линзы, устанавливаемые между световодом и источником излучения. После оптимальной юстировки линзы вклеиваются в оправку. Световод навинчивается на оправку.

Главным недостатком предложенной конструкции является невозможность смены световода, так как юстировка линз проводится под заранее вклеенный в оправу световод.

В патенте Великобритании N 2158262, кл. G 02 B 6/26 Устройство для введения лазерного луча в волоконный световод описано устройство, содержащее фокусирующую систему, полость для крепления световода, вклеенного во втулку, и юстировочное приспособление, с помощью которого для каждого световода осуществляется оптимальная настройка. Главным недостатком этого устройства является необходимость вклеивания каждого отдельного отрезка световода во втулку и необходимость каждый раз подстраивать устройство, что требует достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала и а целом высокой трудоемкости изготовления устройства.

Из известных наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Устройство для соединения волоконного световода с излучателем", описанное в авт. св. СССР N 1203459, кл. G 02 B 6/42. Устройство содержит корпус, в котором крепится излучатель, фиксирующая линза и волоконный световод во втулке. Устройство позволяет обеспечивать высокую эффективность повторных стыковок световода с излучателем.

Главным недостатком этого устройства является высокая стоимость, так как при однократном использовании световодов, например в медицинских целях, необходимо большое количество световодов. А конец каждого световода необходимо вклеивать во втулку и центрировать относительно внешнего диаметра втулки на координатном станке, что требует большой трудоемкости при изготовлении световодов.

Задачей изобретения является повышение экономичности устройства путем достижения сменности световодов без дополнительной юстировки.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндрический корпус с концентричными внутренними отверстиями с размещенными в нем концентрично излучателем, оптической фокусирующей системой и втулкой с закрепленными в ней концентрично волоконным световодом, втулка представляет собой концентричные цилиндр и полуцилиндр, выполненный одной деталью со сквозным отверстием для световода по оси цилиндра и V-образной канавкой по оси полуцилиндра, причем глубина V-образной канавки такова, что волоконный световод выступает над полостью полуцилиндра на половину своего диаметра, при этом волоконный световод закреплен в канавке пластинчатой пружиной, второй конец которой установлен в пазу, выполненном на наружной поверхности цилиндра.

На фиг. 1 приведен разрез устройства с полупроводниковым лазером в качестве излучателя. В корпусе 1 изготовлены концентрично расположенные отверстия 2, 3, в которых концентрично установлены излучатель 4, фокусирующая система 5 и втулка 6. Во втулке 6 с помощью плоской пружины 7 закреплен волоконный световод 8. Дополнительно световод во втулке зажимается цанговым зажимом 9, а втулка закрепляется гайкой 10.

Устройство работает следующим образом.

Лазерное излучение попадает на фокусирующую систему 5, с помощью которой излучение фокусируется на входной торец волоконного световода 8, закрепленного во втулке 6 с помощью пружины 7 и цангового зажима 9.

На фиг. 2 приведен боковой разрез втулки (а) и вид с торца (б). Втулка состоит из цилиндра 11 и полуцилиндра 12. Вдоль оси полуцилиндра 12 изготовлена V-образная канавка 13, в которой закреплен волоконный световод 8 при помощи пластинчатой пружины 7, закрепленной с помощью винта 16 в полости 14, проделанной в цилиндре 11. Вдоль оси цилиндра 11 просверлено отверстие 15 для прохода световода 8. Наружный диаметр цилиндра 11 равен внутреннему диаметру отверстия 3 в корпусе 1 (фиг. 1) и обработан таким образом, чтобы световод 8 располагался концентрично относительно цилиндрической поверхности цилиндра 11.

Устройство работает следующим образом.

Для смены световода 8 отпускают цанговый зажим 9 и, отжимая пружину 7, вытаскивают световод из отверстия 15. Затем новый световод вводят в отверстие 15, поджимают пружину 7, укладывают световод в канавку 13 и опускают пружину 7. Затем протягивают световод, чтобы его входной торец расположился на необходимом расстоянии от торцевой поверхности полуцилиндра 12 и в этом положении световод окончательно закрепляют цанговым зажимом 9.

Устройство может содержать корпус 1, внутри которого изготовлены концентрично расположенные цилиндрические отверстия 2, 3, в которых размещены фокусирующая система 5 и втулка 6 с закрепленным в ней с помощью пружины 7 волоконным световодом 8. Втулка может зажиматься в корпусе 1 при помощи гайки 10. В корпусе имеются дополнительные отверстия для крепления устройства на лазере.

Устройство работает следующим образом.

Лазерное излучение входит в отверстие 2 корпуса 1 и с помощью фокусирующей системы фокусируется на входном торце световода 8.

В корпусе 1 могут быть концентрично расположенные отверстия, которые служат для размещения в них втулки 6 с закрепленным в ней световодом 8 и дополнительной втулки с вклеенным в нее дополнительным световодом. Дополнительный световод располагается концентрично относительно цилиндрической поверхности дополнительной втулки.

Устройство работает следующим образом.

Дополнительная втулка закрепляется в корпусе 1 с помощью гайки 21. Волоконный световод 8 вставляется во втулку 6 так, чтобы входной торец световода 8 находился в плоскости торца полуцилиндра. Не зажимая цанговый зажим 9, втулку 6 вставляют в корпус 1 и зажимают гайкой 10. После этого осторожно продвигают световод 8 до контакта его входного торца со световодом и в этом положении зажимают цанговый зажим 9.

Пример конкретного исполнения.

Втулка изготовлялась из эбонита. Изначально изготавливалась заготовка с размерами цилиндра большими чем необходимые. Полуцилиндр имел диаметр 4 мм. На координатном станке резцом изготавливалась таким образом V-образная канавка, такая, чтобы световод выступал над поверхностью полуцилиндра на половину своего диаметра. В большом цилиндре фрезеровалось отверстие, в котором закреплялась пружина. Отрезок волокна длиной 6 мм зажимался в V-образной канавке и внешний диаметр цилиндра на координатном станке обрабатывается до величины 8 мм, так чтобы закрепленный световод располагался концентрично относительно цилиндрической поверхности втулки. Длина полуцилиндра 6 мм, цилиндра 12 мм. Затем вдоль оси цилиндра сверлили отверстие на 0,1 мм превышающее диаметр световода. После этого световод вставлялся во втулку, после чего проверялась эффективность ввода излучения от трех типов лазерных установок, используемых для медицинских целей. Во-первых, использовалась установка на базе гелий-неонового лазера ЛГ-52-3, на выходном фланце которого закреплен узел ввода, включающий в себя устройство юстировки по оси и восьмикратный микрообъектив от микроскопа в качестве фокусирующей системы. В экспериментах применялся кварц-полимерный световод с внешним диаметром 0,9 мм и диаметром соответствующей сердцевины 0,2 мм. Проведенные эксперименты показали, что эффективность ввода достигает 75% и слабо изменяется при замене световодов (изменения до 5% ). Проводилось до 20 стыковок в каждом эксперименте. Во-вторых, в экспериментах использовалась установка с полупроводниковым лазером типа ИЛПН-108 в качестве излучателя и сорокократным микрообъективом в качестве фокусирующей системы. При замене световодов во втулке эффективного ввода лазерного излучения находилась в пределах 70 75% В третьих, применялась медицинская установка на базе полупроводникового лазера 32 ДЛ 105, вывод излучения из которого осуществлялся отрезком волоконного световода длиной 4 см и диаметром соответствующей сердцевины 100 мкм, (то есть осуществлялась схема устройства, приведенная на фиг. 4). Эксперименты показали, что эффективность соединения изменяется в пределах 77 83%
Таким образом, применение предложенного устройства позволяет:
1. Реализовать высокую эффективность стыковки при замене световода.

2. Уменьшить стоимость установки для медицинских применений за счет использования одноразовых световодов без вклеивания их во втулки.

Использование: волоконная оптика и квантовая электроника. Сущность изобретения: для повышения эксплуатационных характеристик устройств путем достижения сменности световодов без дополнительной юстировки устройство содержит цилиндрический корпус с концентричными внутренними отверстиями, в которых концентрично размещен излучатель, оптическая фокусирующая система и втулка с волоконным световодом. Втулка представляет собой концентричные цилиндр и полуцилиндр, выполненные одной деталью, со сквозным отверстием для световода по оси цилиндра и V-образной канавкой по оси полуцилиндра. Волоконный световод закреплен в канавке пластинчатой пружиной, второй конец которой фиксирован на поверхности цилиндра. 2 ил.

Устройство для соединения волоконного световода с излучателем, содержащее цилиндрический корпус с концентричными внутренними отверстиями, в которых размещены излучатель, оптическая фокусирующая система и втулка, в которой концентрично закреплен волоконный световод, отличающееся тем, что в него введена пластинчатая пружина, при этом втулка выполнена в виде одной детали, состоящей из концентричных цилиндра со сквозным отверстием по оси цилиндра и полуцилиндра с V-образной канавкой по его оси, в которой установлен волоконный световод с возможностью поджатия его одним концом пластинчатой пружины, второй конец которой установлен в пазу, выполненном на наружной поверхности цилиндра, причем волоконный световод утоплен в V-образной канавке на половину своего диаметра.