ОПТИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G02B6/32 

Изобретение относится к оптическому соединителю, в котором применяется шаровая линза.

Предложенный оптический соединитель и способ его изготовления обеспечивает улучшение центрирования оправы и шаровой линзы за счет смещения центральной оси шаровой линзы от оптической оси без применения юстировочного приспособления.

Известен оптический соединитель, содержащий оправу, для оптического волокна, корпус, охватывающий оправу, выступ, выполненный на внешней поверхности корпуса для приваривания к другому оптическому соединителю, шаровую линзу, которая фокусирует луч света, передаваемый по оптическому волокну и корпус линзы, который удерживает и защищает шаровую линзу.

Оправу формируют для удержания оптического волокна с одним или несколькими сердечниками и оптическое волокно вставляют в отверстие оправы. Затем торец оправы шлифуют и шлифованную оправу приклеивают эпоксидным клеем или приваривают к корпусу оправы. Шаровую линзу, которая фокусирует световой луч, передаваемый оптическим волокном, изготавливают для установки в корпус линзы. Корпус, в котором установлена оправа, и корпус, удерживающий линзу, центрируют с помощью юстировочного приспособления. Одну сторону корпуса оправы приваривают к одной стороне корпуса линзы.

Для изготовления известного оптического соединителя, имеющего корпус оправы и корпус линзы, требуется приклеивание эпоксидным клеем или приваривание для удержания оправы и шаровой линзы, соответственно, что усложняет производственный процесс и снижает производительность. Соединение корпуса оправы и корпуса линзы обладает плохими характеристиками в отношении температуры, вибраций и ударных нагрузок, в вышеописанном способе неизбежно применение прецизионного юстировочного приспособления, поскольку путь луча смещен от центра шаровой линзы для уменьшения потерь на отражение в оптическом соединителе, что приводит к увеличению производственных расходов. Более того, поскольку шаровая линза такого известного оптического соединителя либо приваривается, либо приклеивается эпоксидным клеем к оправе, повторное использование шаровой линзы невозможно.

Известен оптический соединитель для деления длин волны (заявка GB N 2144557, G 02 B 6/32, 06.03.85, фиг. 2), содержащий первую и вторую линзы для фокусирования световых лучей в точку, оптическое волокно. Известен способ изготовления оптического соединителя для оптических волокон с двойным сердечником (патент США N 4820016, G 02 B 6/28, 11.04.89).

Задачей настоящего изобретения является создание оптического соединителя с шаровой линзой и способа его изготовления, которые отвечают требованиям к воздействию температуры, вибраций и ударных нагрузок, обеспечивают возможность повторного использования шаровой линзы за счет ее плотной посадки в корпусе, улучшение центрирования оправы и шаровой линзы за счет смещения центральной оси шаровой линзы от оптической оси без применения юстировочного приспособления.

Указанный технический результат достигается тем, что в оптическом соединителе для соединителя с делением длины волны, содержащем оптическое волокно с одним сердечником, первую и вторую шаровые линзы для фокусирования световых лучей в точку, введены первая и вторая оправы, выполненные с одной стороны соединителя с делением волны, для удержания и поддержки каждого из оптических волокон с двойным сердечником, первый корпус, установленный вокруг первой и второй оправ и первой шаровой линзы для удержания оправ и первой шаровой линзы и для центрирования шаровой линзы, третья оправа, выполненная с другой стороны соединителя с делением длины волны для удержания оптического волокна с одним сердечником, второй корпус, установленный вокруг третьей оправы и второй шаровой линзы для удержания третьей оправы и второй шаровой линзы и центрирования второй шаровой линзы, диэлектрический фильтр, расположенный между первой и второй шаровыми линзами для отражения световых лучей от оптических волокон с двойным сердечником и пропускания светового луча, приходящего от оптического волокна с одним сердечником, держатели, выполненные на верхней и нижней частях диэлектрического фильтра для его удержания, и втулки для удержания всех деталей внутри оптического соединителя с делением длины волны на месте и их защиты, при этом, первая шаровая линза, расположена с одной стороны от первой и второй оправы для фокусировки каждого светового луча, проходящего от оптических волокон в точку, а вторая шаровая линза расположена с одной стороны третьей оправы для фокусировки светового луча в точку. На первую и вторую шаровые линзы может быть нанесена противоотражающая пленка для минимизации потерь на отражение.

Для осуществления способа изготовления оптического соединителя для оптических волокон с двойным сердечником изготавливают оправы для удержания оптических волокон с двойным сердечником, вставляют и закрепляют оптические волокна с двойным сердечником в центре оправ, шлифуют торцы оправ, удерживающих оптические волокна с двойным сердечником, изготавливают шаровую линзу, на поверхность которой наносят противоотражающую пленку для фокусирования света от оптических волокон с двойным сердечником в точку, изготавливают корпус на основании расчета расстояния смешения для центрирования оправ и шаровой линзы, крепят каждую оправу внутри корпуса и вталкивают шаровую линзу в корпус с заранее определенным усилием для крепления шаровой линзы внутри корпуса. Потери на отражение составляют менее - 45 дБ.

В частных случаях использования способа: - расстояние смещения составляет 100 мкм, а угол света, проходящего по оптическому волокну относительно его оси, составляет 8,6^o, при этом на волокно наносят противоотражающую пленку, шаровая линзы имеет диаметр 2 мм и длину световой волны 1,55 мкм, расстояние смещения составляет 100 мкм.

- расстояние смещения составляет 100 мкм, расстояние между оптическими волокнами с двойным сердечником составляет 200 мкм, угол света, проходящего по оптическому волокну относительно его оси, составляет 8,6^o, а точка пересечения световых лучей от оптических волокон с двойным сердечником отстоит на 960 мкм от внешней поверхности шаровой линзы для удержания потерь на отражение на уровне менее -45 дБ.

- расстояние смещения равно разности между фокусным расстоянием шаровой линзы и ее радиусом.

- на оправы на этапе их крепления в корпусе наносят противоотражающую пленку,
Фиг. 1 - схематический вид оптического соединителя по настоящему изобретению, в котором согласно настоящему изобретению размещены оптические волокна с двумя сердечниками.

Фиг. 2 - схематический вид оптического соединителя с делением длины волны, применяемого в оптическом соединителе по настоящему изобретению.

Фиг. 3 - графическое представление соотношения потерь на отражение и расстояния смещения между шаровой линзой и осью оптического волокна.

Фиг. 4 - графическое представление соотношения между углом выходящего света и расстоянием смещения между шаровой линзой и осью оптического волокна.

На фиг. 1 показан оптический соединитель по настоящему изобретению для оптических волокон с двумя сердечниками, который содержит оправы 22 и 26, которые соответственно удерживают оптические волокна 24 и 28, шаровую линзу 30, на поверхность которой нанесена противоотражающая пленка так, чтобы фокусировать луч 32 и второй луч 34 в точку, и корпус 20, который центрирует каждую оправу 22 и 26 и шаровую линзу 30. Корпус 20 выполнен для одновременного удержания и поддержки каждой оправы 22 и 26 и шаровой линзы 30. Такой оптический соединитель выполнен с возможностью удержания оптического волокна с по меньшей мере одним сердечником.

Способ изготовления такого оптического соединителя содержит этапы, при которых изготавливают оправы 22 и 26, которые, соответственно, удерживают и поддерживают оптические волокна 24 и 28 с двумя сердечниками, вставляют каждое из волокон 24 и 28 в соответствующие центры оправ 22 и 26, шлифуют торец оправ 22 и 26, изготавливают шаровую линзу 30, поверхность которой покрыта противоотражающей пленкой с тем, чтобы фокусировать каждый световой луч 30 и 34 от оптических волокон 24 и 28 в точку, и изготавливают корпус 20 на основе расчета расстояния смещения (D-d) для центрирования каждой оправы 22 и 26 и шаровой линзы 30.

Для того, чтобы удерживать потери на отражение в оптическом соединителе менее -45 дБ, расстояние смещения (D-d) составляет 100 мкм, угол ⊘ света, проходящего по оптическому волокну, относительно выходной оси составляет 8,6^o, а расстояние L между оптическими волокнами составляет 200 мкм, при этом точка пересечения световых лучей от оптических волокон с двумя сердечниками находится на расстоянии 960 мкм от внешней поверхности шаровой линзы 30.

Противоотражающая пленка нанесена на поверхности и линзы и оптического волокна и шаровая линза имеет диаметр 2 мм и длину световой волны 1,55 мк для того, чтобы получить расстояние смещения (D-d) в 100 мкм и угол ⊘ в 8,6^o. Этот способ изготовления оптического соединителя также содержит этапы, при которых противоотражающую пленку наносят на внешние поверхности оправ 22 и 26 и вставляют оправы в корпус 20, и вталкивают шаровую линзу 30 в корпус 20 с заранее определенным усилием для крепления шаровой линзы 30 в корпусе 20.

На фиг. 2 схематически показана конструкция соединителя с делением длины волны, применяемого в оптическом соединителе по настоящему изобретению.

Соединитель с делением длины волны с одной стороны имеет оправы 40 и 44, которые соответственно удерживают оптические волокна с двумя сердечниками 42 и 46, шаровую линзу 48, на поверхность которой нанесена противоотражающая плена для фокусировки каждого из лучей 50 и 52, приходящих от оптических волокон 42 и 46 в точку, корпус 38, удерживающий каждую оправу 40 и 44, шаровую линзу 48 и центрирующий шаровую линзу 48.

С другой стороны соединителя с делением длины волны установлена оправа 66, удерживающая оптическое волокно 68 с одним сердечником, а шаровая линза 64, на поверхность которой нанесена противоотражающая пленка, расположена с одной стороны оправы 66 так, чтобы фокусировать световой луч 60, передаваемый по оптическому волокну 68 с одним сердечником, в точку.

Соединитель с делением длины волны также содержит корпус 62, который удерживает оправу 66 и шаровую линзу 64 и центрирует шаровую линзу 64, диэлектрический фильтр 56, выполненный между шаровыми линзами 48 и 64 для отражения световых лучей 50 и 52 и передачи светового луча 60, который проходит по оптическому волокну с единственным сердечником, держатель 54, сформированный на верхней и нижней частях фильтра 56 для удержания фильтра, и втулки 36, которые предотвращают смещение деталей и закрывают детали, защищая их. Соединитель с делением длины волны может изготавливаться независимо от количества оптических волокон.

Поскольку корпус, удерживающий оправы и шаровую линзу, юстируется во время изготовления, настоящее изобретение не требует применения операции способа, необходимой для смещения центральной оси шаровой линзы от оптический оси на заранее определенное расстояние, и оптический соединитель с шаровой линзой отвечает требованиям, предъявляемым к воздействию условий окружающей среды, таких как температура, вибрации, ударные нагрузки и пр.

Настоящее изобретение может обеспечить центрирование оправы и шаровой линзы без применения какого-либо юстировочного прибора, что приводит к сокращению времени на юстировку и повышению производительности.

Кроме того, настоящее изобретение дает определенные преимущества в области простоты изготовления оптического соединителя, в котором применяются оправы для оптических волокон с по меньшей мере одним сердечником, а также в области повторного использования шаровой линзы, поскольку она устанавливается в корпус без приклеивания или сварки.

Оптический соединитель используется в волоконно-оптических линиях связи. Оптический соединитель с делением длины волны содержит оптическое волокно с одним сердечником и оптические волокна с двойным сердечником. Диэлектрический фильтр расположен между первой и второй линзами для фокусировки световых лучей в точку и предназначен для отражения лучей от оптических волокон с двойным сердечником и пропускания лучей, приходящего от оптического волокна с одним сердечником. Для изготовления оптического соединителя для оптических волокон с двойным сердечником изготавливают оправы волокон, шаровую линзу с противоотражающей пленкой и корпус на основании расчета расстояния смещения для центрирования оправ и линзы. Крепят каждую оправу внутри корпуса и вталкивают шаровую линзу в корпус с заранее определенным усилием. Улучшено центрирование оправки шаровой линзы, повышена стойкость к воздействию температуры, вибрации и ударным нагрузкам, обеспечена возможность повторного использования линзы. 2 с. и 7 з.п.ф-лы. 4 ил.

1. Оптический соединитель для соединителя с делением длины волны, содержащий оптическое волокно с одним сердечником, первую и вторую шаровые линзы для фокусировки световых лучей в точку, отличающийся тем, что содержит первую и вторую оправы, выполненные с одной стороны соединителя с делением длины волны для удержания и поддержки каждого из оптических волокон с двойным сердечником, первый корпус, установленный вокруг первой и второй оправ и первой шаровой линзы для удержания оправ и первой шаровой линзы и для центрирования шаровой линзы, третью оправу, выполненную с другой стороны соединителя с делением длины волны для удержания оптического волокна с одним сердечником, второй корпус, установленный вокруг третьей оправы и второй шаровой линзы для удержания третьей и второй шаровой линзы и центрирования второй шаровой линзы, диэлектрический фильтр, расположенный между первой и второй шаровыми линзами для отражения световых лучей от оптических волокон с двойным сердечником и пропускания светового луча, приходящего от оптического волокна с одним сердечником, держатели, выполненные на верхней и нижней частях диэлектрического фильтра для его удержания и втулки для удержания всех деталей внутри оптического соединителя с делением длины волны в их положениях и из защиты, при этом первая шаровая линза расположена с одной стороны от первой и второй оправы для фокусировки каждого светового луча, проходящего от оптических волокон с двойным сердечником в точку, а вторая шаровая линза расположена с одной стороны третьей оправы для фокусировки светового луча в точку. 2. Оптический соединитель по п. 1, отличающийся тем, что на первую и вторую шаровые линзы наклеена противоотражающая пленка для минимизации потерь на отражение. 3. Способ изготовления оптического соединителя для оптических волокон с двойным сердечником, отличающийся тем, что изготавливают оправы для удержания оптических волокон с двойным сердечником, вставляют и закрепляют оптические волокна с двойным сердечником в каждый центр оправ, шлифуют торцы оправ, удерживающих оптические волокна с двойным сердечником, изготавливают шаровую линзу, на поверхность которой наносят противоотражающую пленку для фокусирования света от оптических волокон с двойным сердечником в точку, изготавливают корпус на основании расчета расстояния смещения для центрирования оправ и шаровой линзы, крепят каждую оправу внутри корпуса и вталкивают шаровую линзу в корпус с заранее определенным усилием для крепления шаровой линзы внутри корпуса. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что потери на отражение составляют менее -45 дБ. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что расстояние смещения составляет 100 мкм, а угол света, проходящего по оптическому волокну относительно его оси, составляет 8,6^o. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что на волокно наносят противоотражающую пленку, шаровая линза имеет диаметр 2 мм и длину световой волны 1,55 мкм, расстояние смещения составляет 100 мкм. 7. Способ по п.3, отличающийся тем, что расстояние смещения составляет 100 мкм, расстояние между оптическими волокнами с двойным сердечником составляет 200 мкм, угол света, проходящего по оптическому волокну относительно его оси, составляет 8,6^o, а точка пересечения световых лучей от оптических волокон с двойным сердечником отстоит на 960 мкм от внешней поверхности шаровой линзы для удержания потерь на отражение на уровне менее -45 дБ. 8. Способ по п.3, отличающийся тем, что расстояние смещения равно разности между фокусным расстоянием шаровой линзы и ее радиусом. 9. Способ по п.3, отличающийся тем, что на оправы на этапе их крепления в корпусе наносят противоотражающую пленку.