НАКОНЕЧНИК, УЗЕЛ В СБОРЕ И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ВЫРАВНИВАНИЯ ВОЛОКНА, НАКОНЕЧНИКА И ЗАЖИМА Российский патент 2022 года по МПК G02B6/32 G02B6/38 

Область изобретения

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к системам и способам для оптических волокон и более конкретно к наконечникам и узлам в сборе наконечника для оптических волокон, и системам и способам для повышения точности выравнивания волокна, наконечника и зажима и тем самым улучшая удержание зоны прямой видимости (LOS).

Уровень техники

[0002] Наконечники обычно используются для высокомощных лазерных волокон для снижения интенсивности выходной мощности и для предотвращения или уменьшения возможных повреждений, которые могут возникнуть на поверхности контакта между пучком на выходе и смежной средой или устройством, например, поверхность контакта волокна с воздухом. Наконечники прикрепляются к оптическому волокну обычно посредством наплавления (проксимального) края наконечника на концевую поверхность волокна. Известными в уровне техники методиками наплавления являются сплайс сплавление или лазерная плавка.

[0003] Известные из уровня техники наконечники могут быть в целом разделены на две основные группы: наконечники с волноводным внутренним сердечником и оболочкой, окружающей сердечник; и наконечники без сердечника. Для обеспечения коллимации пучка оптического волокна на выходе некоторые наконечники имеют линзовидный край (край, который не наплавлен на волокно). Эти наконечники могут сокращенно называться «коллиматорные наконечники» и обычно выполнены таким образом, что линзовидный край является неотъемлемой частью наконечника. Неколлиматорные наконечники обычно являются цилиндрическими с плоской поверхностью на их дистальном конце.

[0004] Наконечник, наплавленный на оптическое волокно, часто фиксируется с помощью зажимного устройства, такого как обжимной соединитель или механический держатель. Наконечник, соединенный (наплавленный) с волокном, обычно размещен внутри зажима коаксиально относительно основной оси волокна и наконечника с образованием выравнивания по этой основной оси между зажимом, наконечником и пучком волокна на выходе. Для соединения наружной поверхности наконечника с внутренней стороной зажима клейкий материал вводят в небольшой периферический зазор между внутренней стороной зажима и внешней стороной наконечника для их соединения. Этот клейкий материал затем затвердевает, например, с использованием способов отверждения. Это параллельное прикрепление обжимного соединителя к наконечнику очень восприимчиво к внешним силам и воздействиям, таким как изменения температуры или вибрирование узла в сборе обжимного соединителя, наконечника и волокна, и приводит (через какое-то время) к угловым сдвигам, т. е. к отклонению пучка на выходе относительно оси наконечника и/или зажима. В некоторых случаях сдвиг выравнивания наконечника относительно положения зажима в несколько микрометров (мкм) приведет к угловому удержанию нескольких сотен микрорадиан (мкрад). Такие величины углового сдвига могут быть критичными для некоторых оптических систем, например, систем, использующих высокомощную передачу.

[0005] Одним примером высокомощных оптических систем, требующих высокую точность выравнивания, являются оптические резонаторы лазера, осуществляющие параметрическое улучшение резонатора (параметрическое преобразование).

[0006] Некоторые известные из уровня техники типы наконечников показаны на фиг. 1A и 1B, причем на фиг. 1A показан неколлиматорный наконечник 10, наплавленный на оптическое волокно 11 на его проксимальном конце, прикрепленный к зажиму 12 в виде обжимного соединителя путем параллельного прикрепления с помощью соединения с ним посредством связующего материала 13; и на фиг. 1B показан коллиматорный наконечник 20, наплавленный на оптическое волокно 21 на его проксимальном конце, прикрепленный к зажиму 22 в виде обжимного соединителя путем параллельного прикрепления посредством соединения с ним с помощью связующего материала 23. Наконечники 10 и 20 коаксиально наплавлены на соответствующие волокна 11 и 21 по их соответствующим основным осям y1 и y2.

[0007] Наконечник 10 является простым цилиндрическим наконечником с плоскими концевыми поверхностями, симметричными относительно основной оси y1 цилиндра. Коллиматорный наконечник 20 имеет один проксимальный плоский конец, наплавленный на волокно 21, причем его дистальный конец изогнут и имеет форму линзы, при этом он симметричен относительно оси y2 цилиндра.

[0008] Например, как показано на фиг. 1A, диаметр оптического волокна d1 обычно находится в диапазоне 50—250 мкм (микрометров), тогда как диаметр наконечника d2 обычно находится в диапазоне 250—1500 мкм (микрометров). Соотношение между d2 и d1, т.е. d2/d1, обычно приближается к 1 и меньше 2, так что максимальный диаметр «d2max» наконечника обычно приближается к диаметру d1 оптического волокна. Зазор G1 между обжимным соединителем 12 и наконечником 10 обычно находится в диапазоне 100 мкм (микрометров).

[0009] В заявке на патент № CN103399381A раскрыта выходная головка для волоконно-оптического лазера, которая содержит выходное оптическое волокно, наконечник, направляющую втулку для оптического волокна и фиксирующее гнездо направляющей втулки. Наконечник размещен на заднем конце выходного оптического волокна и используется для проведения оптимизационной обработки на выходе выходного оптического волокна; направляющая втулка для оптического волокна используется для направления выходного оптического волокна, и наружная концевая поверхность направляющей втулки для оптического волокна выровнена с наружной концевой поверхностью наконечника или немного выше нее; фиксирующее гнездо направляющей втулки используется для фиксации направляющей втулки для оптического волокна, и первая фиксирующая конструкция для подвижной фиксации выходного оптического волокна размешена в фиксирующем гнезде направляющей втулки. Благодаря использованию выходной головки для волоконно-оптического лазера фиксированное охлаждение на выходном оптическом волокне реализуется согласно совпадающей конструкции наконечника и направляющей втулки оптического волокна, повышается степень изоляции выходной головки для волоконно-оптического лазера, уменьшаются потери выходной головки оптического лазера, и в то же время стоимость обслуживания выходной головки оптического лазера ниже.

[0010] В заявке на патент № CN205608247U раскрыт держатель наконечника для оптического волокна для самонастраивающегося оптического коллиматора. Весь держатель наконечника для оптического волокна представляет собой систему из отверстия, состоящего из пяти частей, следует за основанием и начинается с опоры наконечника для оптического волокна в надлежащем порядке и различает фиксированную область, фиксированную область зоны шила наконечника для оптического волокна, область стабильности разреза и оптического волокна, и после одного тонкого конца хвоста ленты наконечника для оптического волокна следует один конец основания держателя наконечника для оптического волокна и собирается для удаления области стабильности оптического волокна. В этом держателе реализован центральный захват для стабилизации наконечника для оптического волокна, обеспечивающий стабильность и надежность узла в сборе с помощью самонастраивающегося оптического коллиматора на основе гибкого шарнира. Преимущество, которое имеет надежность высоты, позволяет свободно загружать и выгружать с помощью самонастраивающегося оптического коллиматора. Обработка удобна, и надежная работа не предъявляет особых требований к экспериментальной среде, инструментам и оборудованию.

[0011] В заявке на патент № CN105717578A раскрыт фиксатор наконечника для оптического волокна для самонастраивающегося коллиматора оптического волокна. Весь фиксатор наконечника для оптического волокна представляет собой полую нераздельную часть и содержит пять частей, включая основание, область фиксации колоночной зоны наконечника для оптического волокна, область фиксации конусной зоны наконечника для оптического волокна, выемку и область стабилизации оптического волокна последовательно, причем конец, с гибким проводником, наконечника для оптического волокна перемещается к области стабилизации оптического волокна от конца, с основанием, фиксатора наконечника для оптического волокна для сборки. Фиксатор может жестко фиксировать наконечник для оптического волокна, и фиксатор и самонастраивающийся коллиматор оптического волокна на основе гибкого шарнира могут быть прочно и надежно собраны. Фиксатор наконечника для оптического волокна имеет преимущества в высокой надежности, и фиксатор наконечника для оптического волокна и самонастраивающийся коллиматор оптического волокна могут быть собраны или разобраны без ограничений.

[0012] В полезной модели № CN202886656U раскрыта конструкция соединения оптического волокна, в которой может применяться подвижный соединитель оптического волокна. Оптический разъем можно удобно вставлять в один конец контактного гнезда оптического волокна или отсоединять от него. Другой конец гнезда обеспечен линзой или рядом линз, которые могут фокусировать образованные лазерные лучи в модуле лазера на концевой поверхности оптического волокна подвижного соединителя волокна, тем самым осуществляя соединение оптического волокна. Контактное гнездо оптического волокна фиксируется в канавке в поверхности опоры. Опора устанавливается на тепловыделяющей нижней пластине лазера.

[0013] В заявке на патент № DE102009025556A1 раскрыт светопроводящий штекерный соединитель кабеля для присоединения и отсоединения высокомощного лазерного излучения к оптоволоконному волноводу, который имеет полость, образованную между внешней стороной промежуточной трубы и внутренней стороной внешней трубы, чтобы обеспечить поток охлаждающей среды. Соединитель имеет трубчатый элемент с медной внутренней трубкой, промежуточной трубкой и наружной трубкой. Внутренняя и промежуточная трубки по форме должным образом соединены между собой.

[0014] В заявке на патент № WO13083275A1 раскрыт оптический волновод, содержащий оптическое волокно; обжимной соединитель, имеющий первое сквозное отверстие, через которое выводится оптическое волокно таким образом, что передняя часть оптического волокна выступает за обжимной соединитель; содержащий наконечник, который соединен с концом передней части оптического волокна, причем концевая поверхность наконечника, самая дальняя от оптического волокна, используется как точка введения или выведения лазерного излучения, направляемого в оптическое волокно; и содержащий опору, которая имеет второе сквозное отверстие с первой и второй областью.

[0015] В патенте США № 7580609B раскрыто устройство для ослабления интенсивности волокна, содержащее волокно с направляемой системой, содержащее сердечник и слой наружной оболочки, секцию ослабления ненаправленной интенсивности волокна (FIR), содержащую первый наконечник для волокна, причем волокно имеет первый конец и второй конец, прикрепленное на своем первом конце к волокну системы. Соединительная область расположена между первым концом первого волокна и волокном системы. Секция FIR обеспечивает точку размягчения по меньшей мере на 700 градусов Цельсия по всей длине и обеспечивает достаточный поперечный размер по всей ее длине, так что пучок излучения, получаемого от расширяющегося в нем волокна системы, предотвращает контакт с воздухом по всей его длине. В одном устройстве секция FIR содержит внешний капилляр на волокне наконечника, причем капилляр и волокно наконечника обеспечивают согласование показателей преломления.

[0016] В заявке на патент № CN103676051A раскрыт наконечник для высокомощного оптического волокна на уровне мириаватт, который содержит оптическое волокно, модовый фильтр, кварцевый блок и оболочку. Оптическое волокно проникает в модовый фильтр, оптическое волокно с удаленным покрытием размещено в середине оптического волокна и в модовом фильтре, полость охлаждения размещена в оболочке. Модовый фильтр размещен в полости охлаждения, кварцевый блок встроен в концевую часть оболочки, один конец кварцевого блока размещен в полости охлаждения оболочки и сварен с оптическим волокном, тогда как другой конец блока размещен снаружи оболочки, и концевая часть кварцевого блока обеспечена оконной пленкой.

[0017] В заявке на патент № JP2013205573A раскрыта соединительная конструкция наконечника для оптического волокна, которая содержит оптическое волокно и наконечник, на который концевая поверхность одного волокна оптического волокна наплавлена и соединена с ним. Конструкция дополнительно содержит покрывающий элемент, который покрывает концевую часть на стороне соединения оптического волокна и наплавлен и соединен с наконечником вместе с оптическим волокном.

[0018] В заявке на патент № CN105652462A раскрыта коллиматорная система высокомощного оптического волокна с функцией фильтрации света оболочки. Коллиматорная система высокомощного оптического волокна содержит выходное хвостовое волокно оптического волокна с двойной оболочкой, стеклянный наконечник для оптического волокна и его фиксатор, коллиматорную линзу и упаковочное устройство, и приспособление для циркуляции водяного охлаждения. Наконечник для стекловолокна и его фиксатор содержат наконечник для стекловолокна и фиксатор для наконечника. Коллиматорная линза и упаковочное устройство содержат коллиматорную линзу и фиксатор для упаковки коллиматорной линзы. Волокнистый сердечник выходного хвостового волокна оптического волокна с двойной оболочкой соединен со стеклянным наконечником для оптического волокна посредством сварки. Фиксатор наконечника и фиксатор для упаковки коллиматорной линзы в коллиматорной линзе и упаковочном устройстве соединены посредством резьбы. Коллиматорная линза используется для фильтрации света оболочки.

[0019] В патенте США № 5937123А раскрыто устройство выравнивания оптического волокна с коллиматорной линзой, которое содержит обжимной соединитель для вмещения оптического волокна; шаровой элемент, имеющий осевое отверстие для вмещения обжимного соединителя; корпус с гнездом на одном конце для вмещения шарового элемента; и оправу линзы на противоположном конце для вмещения втулки линзы. Компрессионное кольцо для вталкивания шарового элемента в гнездо приводится в действие первой пружиной, расположенной для приложения силы сжатия к компрессионному кольцу с помощью наконечника. Канал в корпусе позволяет вводить связующее вещество, чтобы закрепить шаровой элемент в гнезде для сохранения желаемого положения после регулировки. Линза, закрепленная во втулке линзы, расположена в трубке линзы в положении для коллимации света, выходящего из оптического волокна. Вторая пружина, расположенная между втулкой линзы и оправой линзы, выталкивает втулку линзы из оправы, и в корпусе предусмотрен канал для введения связующего вещества, чтобы соединить втулку линзы с оправой линзы для поддержания желаемого положения.

[0020] В заявке на патент № KR101404652B раскрыто оптическое волокно, которое перемещает волоконно-оптический лазер посредством полного внутреннего отражения, наконечник, установленный на выходном разъеме оптического волокна и имеющий больший диаметр, чем оптическое волокно, для снижения выхода волоконно-оптического лазера на единицу площади, и обжимной соединитель, который покрывает и поддерживает оптическое волокно и изготовлен из металлического материала. Обжимной соединитель содержит полую часть, которая вмещает оптическое волокно, концевую часть, которая имеет больший диаметр, чем полая часть, для размещения в ней наконечника. Предусмотрено устройство для вывода волоконно-оптического лазера, которое содержит вмещающую канавку, соединенную с полой частью.

[0021] В патенте США № 7306376B раскрыта цельная конструкция обжимного соединителя, наконечника и оптического волокна, причем оптическое волокна заканчивается в обжимном соединителе и соединено посредством наплавления с образованием цельного блока, который минимизирует оптические потери и обычно может передавать высокомощное лазерное излучение, предпочтительно порядка 500 Вт и выше, без повреждения оптического волокна и обжимного соединителя. Обжимной соединитель, наконечник, оптическое волокно и плавкий порошок состоят из материала по сути с такими же физическими характеристиками таким образом, что при их сплавлении образованная таким способом конструкция является цельной и оптический путь является прозрачным.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрен наконечник, содержащий:

a. первую часть, которая по меньшей мере частично симметрична относительно основной оси, причем указанная первая часть наплавлена на оптическое волокно на его проксимальном конце таким образом, что указанная основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна; и

b. вторую часть, соединенную с указанной первой частью на дистальном конце указанной первой части, причем указанная вторая часть выступает от указанной первой части таким образом, что указанная вторая часть образует выступающую соединяющую область, которая перпендикулярна указанной основной оси, для прикрепления указанного наконечника к области прикрепления зажима зажимного приспособления, причем указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси,

причем указанный наконечник вставлен по меньшей мере частично внутрь указанного зажимного приспособления,

при этом указанный наконечник сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения наконечник и указанное зажимное приспособление удерживаются таким образом, что поверхность выступающей соединяющей области наконечника соединена с противоположной поверхностью области прикрепления зажима посредством связующего материала таким способом, который позволяет перемещения теплового расширения указанного связующего материала вдоль указанной оптической оси.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения вторая часть имеет форму линзы на ее дистальном конце, образуя коллиматор для коллимации пучка оптического волокна.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения

вторая часть содержит:

основную часть, симметрично размещенную относительно указанной основной оси; и

по меньшей мере один выступающий элемент, соединенный с указанной основной частью как единое целое, над внешней периферией указанной основной части, указанный по меньшей мере один выступающий элемент выступает перпендикулярно указанной основной оси,

причем указанный выступающий элемент образует соединяющую область указанной второй части.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один выступающий элемент указанной второй части является одним кольцом, соединенным с внешней периферией указанной основной части.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения выступающий элемент указанной второй части содержит множество выступающих крыловидных секций, каждая из которых образует соединяющую область, которая перпендикулярна указанной основной оси, причем указанные выступающие крыловидные секции симметрично расположены относительно указанной основной оси и находятся на расстоянии друг от друга.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения основная часть указанной второй части имеет линзовидную кромку для коллимации пучка оптического волокна.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения основная часть указанной второй части является цилиндрической с плоскими кромками.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения все части указанного наконечника образуют цельную деталь, изготовленную из такого же материала.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения

наконечник изготовлен из прозрачного материала.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения

связующий материал представляет собой один из списка: материал на основе кремния, SiO2, УФ-отверждаемый материал, BK7, стекло на основе фторида, Caf, стекла на основе халькогенида, AsS, AsSe.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения наконечник не содержит сердечник.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна из указанных первой и второй частей представляет собой оптический волновод.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения по меньшей мере часть указанной второй части, образующей выступающую соединяющую область, имеет борозды или является шероховатой для улучшения приклеивания наконечника к другому элементу.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения максимальный диаметр наконечника составляет от 0,2 мм до 10 мм.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения длина выступающей соединяющей области указанной второй части, взятая от основной оси, равна радиусу оптического волокна или вдвое превышает его.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрен узел в сборе для оптических волокон, при этом указанный узел в сборе содержит:

(i) зажимное приспособление, содержащее по меньшей мере одну область прикрепления зажима зажимного приспособления; и

(ii) наконечник, содержащий:

первую часть, которая по меньшей мере частично симметрична относительно основной оси, причем указанная первая часть наплавлена на оптическое волокно на его проксимальном конце таким образом, что его основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна; и

вторую часть, соединенную с дистальным концом указанной первой части, при этом указанная вторая часть содержит основную часть и выступающий элемент, который выступает от указанной первой части, образуя тем самым выступающую соединяющую область, которая перпендикулярна основной оси, для прикрепления указанного наконечника к области прикрепления зажима зажимного приспособления, указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси,

причем указанный наконечник вставлен по меньшей мере частично внутрь указанного зажимного приспособления, при этом указанный наконечник сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения

выступающая соединяющая область второй части указанного наконечника и область прикрепления зажима указанного зажимного приспособления являются противоположными, образуя область зацепления, и соединены друг с другом с использованием связующего материала.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения наконечник и область прикрепления зажима указанного зажимного приспособления выполнены с возможностью прикрепления посредством защелкивания друг с другом.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения вторая часть указанного наконечника содержит кольцевую конструкцию, которая коаксиально размещена относительно основной оси, образуя указанную выступающую соединяющую область.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения основная часть коаксиально расположена относительно основной оси.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения основная часть имеет форму линзы для коллимации пучка волокна на выходе.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения первая часть имеет меньший диаметр, чем указанная основная часть.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения все части указанного наконечника образуют цельную деталь, изготовленную из прозрачного или полупрозрачного материала.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения наконечник изготовлен из стекла или любого другого материала на основе кремния.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения зажимное приспособление дополнительно содержит отверстия для вмещения в них удаляемой прокладки, причем указанные отверстия находятся на расстоянии друг от друга, при этом каждое из указанных отверстий расположено таким образом, что при вставке наконечника в зажимное приспособление прокладка может быть помещена с возможностью удаления в отверстия для механической фиксации равного вертикального расстояния вдоль основной оси в зазоре, образованном между указанной соединяющей областью указанного наконечника и областью прикрепления зажима зажимного приспособления.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения зажимное приспособление дополнительно содержит по меньшей мере один канал, направленный к указанной области зацепления, для вставки связующего материала в указанную область зацепления через него, для соединения указанного наконечника с указанным зажимным приспособлением.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения впуск каждого указанного по меньшей мере одного канала расположен под или над указанной областью зацепления и направлен к указанной области зацепления, имеющей выпуск, расположенный в области зацепления.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения внутренняя стенка указанного зажимного приспособления содержит углубления в областях, в которые должен быть введен связующий материал, для обеспечения расширения связующего материала наружу относительно указанной основной оси для предотвращения его вертикального расширения.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения также предусмотрен способ, включающий:

a. предоставление наконечника и зажимного приспособления, причем указанный наконечник наплавлен на один конец оптического волокна,

причем указанный наконечник содержит по меньшей мере одну выступающую часть, образующую выступающую соединяющую область, которая расположена перпендикулярно относительно основной оси, которая выполнена с возможностью выравнивания оптической оси оптического волокна, прикрепленному к нему;

b. зацепление выступающей соединяющей области наконечника с по меньшей мере одной противоположной областью прикрепления зажима зажимного приспособления, при этом указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси;

c. вставку связующего материала в указанную область зацепления для соединения указанного наконечника с указанным зажимным приспособлением;

в результате чего, установку указанного наконечника таким способом, который сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения вставка связующего материала в указанную область зацепления проводится посредством по меньшей мере одного канала в указанном зажимном приспособлении.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает этап механического поддерживания выравнивания указанного зажимного приспособления и указанного наконечника, тогда как указанный связующий материал отверждается путем поддержания одинакового расстояния «d» между соединяющей областью указанного наконечника и противоположной областью указанного выступа указанного зажимного приспособления по всей периферии указанной области зацепления относительно основной оси указанного наконечника.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает:

вставку прокладок в отверстия в указанном зажимном приспособлении для механического поддержания одинакового расстояния «d», при этом указанные отверстия находятся на расстоянии друг от друга;

удаление прокладок после затвердевания связующего материала после этапа вставки связующего материала.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения прокладки имеют одинаковую форму и размер.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает этап проведения испытания на устойчивость выравнивания наконечника и зажима после соединения указанного наконечника с указанным зажимным приспособлением для проверки устойчивости оптического выравнивания указанного зажимного приспособления и указанного наконечника в условиях одного экстремального воздействия.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения внешние воздействия, используемые для испытания на устойчивость, являются по меньшей мере одним из: экстремальные температуры; экстремальные условия тряски или вибрации.

Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения испытание на устойчивость проводят с использованием по меньшей мере одной оптической системы, при этом свет распространяется через указанное оптическое волокно, соединенное с наконечником, и пучок, выходящий из указанного наконечника, сравнивается с эталонным пучком для определения степени точности выравнивания указанного наконечника при соединении с указанным зажимным приспособлением.

Краткое описание графических материалов

[0022] На фиг. 1A и 1B показаны изображения двух известных в уровне техники типов наконечника, прикрепленных к зажиму в виде обжимного соединителя путем параллельного прикрепления. На фиг. 1A показан цилиндрический наконечник с плоской кромкой; и на фиг. 1B показан коллиматорный наконечник.

[0023] На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе цилиндрического наконечника согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

[0024] На фиг. 3A показан вид в поперечном разрезе цилиндрического наконечника с кольцевым выступом для образования перпендикулярной соединяющей области согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

[0025] На фиг. 3B показан вид в поперечном разрезе коллиматорного наконечника согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

[0026] На фиг. 4 проиллюстрированы направления распространения клейкого вещества при высоких температурах.

[0027] На фиг. 5 схематически показан способ повышения точности выравнивания наконечника с зажимом согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

[0028] На фиг. 6A и 6B схематически показан узел в сборе зажима и наконечника и возможный способ зацепления наконечника с зажимом и дальнейшего соединения с ним, с использованием прокладок согласно некоторым вариантам осуществления зажима, наконечника и способов согласно настоящему изобретению. На фиг. 6A показаны вид сбоку в поперечном разрезе линзовидного наконечника и зажима при взаимном зацеплении и устройство ввода в виде шприца, используемое для введения связующего материала для соединения наконечника и зажима узла в сборе; и на фиг. 6B показан вид сверху в разрезе по линии A—A зажима и наконечника, показанных на фиг. 6A.

[0029] На фиг. 7 показана система для проверки устойчивости точности выравнивания узла в сборе зажима и наконечника согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.

[0030] На фиг. 8A и 8B показан узел в сборе наконечника и зажима согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, перпендикулярно прикрепленных друг к другу. На фиг. 8A показан изометрический вид узла в сборе; и на фиг. 8B показан поперечный размер по линии B—B узла в сборе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] В последующем подробном описании различных вариантов осуществления ссылка делается на прилагаемые чертежи, которые образуют его часть и на которых в качестве иллюстрации показаны конкретные варианты осуществления, в которых изобретение может быть реализовано на практике. Следует понимать, что могут быть использованы другие варианты осуществления и могут быть сделаны структурные изменения, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.

[0032] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрены новые наконечники для оптических волокон, зажимы для наконечников, узлы в сборе наконечника и зажима и способы повышения точности выравнивания оптического волокна, наконечника и зажима и поддержания этой точности выравнивания в долгосрочной перспективе в различных условиях окружающей среды. Наконечники и зажимы согласно настоящему изобретению предназначены для «перпендикулярного прикрепления» друг к другу, также называемого в данном документе «плоскостное прикрепление» или «плоскостное перпендикулярное прикрепление», для улучшения выравнивания волокна, наконечника и зажима относительно оптической оси, образуемой пучком оптического волокна на входе или выходе. Поддержание высокой точности выравнивания волокна, наконечника и зажима может значительно уменьшать угловое удержание пучка волокна на входе/выходе в долгосрочной перспективе.

[0033] Наконечники, зажимы, узлы в сборе наконечника и зажима и способы по настоящему изобретению могут быть реализованы в любой оптической системе независимо от необходимой точности выравнивания или номинальной мощности на входе/выходе. Например, настоящее изобретение может быть реализовано в системах, использующих высокую входную или выходную мощность оптического волокна, таких как системы, использующие мощность в киловаттах, в которых требуется высокая точность выравнивания, а также в системах, требующих гораздо меньшие величины мощности, например, несколько микроватт.

[0034] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрен наконечник для оптических волокон, который содержит по меньшей мере первую часть, которая по меньшей мере частично симметрична относительно основной оси, и вторую часть. Первая часть выполнена с возможностью прикрепления к оптическому волокну на его проксимальном конце таким образом, что его основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна на входе или выходе. Вторая часть соединяется с первой частью. Вторая часть выступает от первой части, образуя тем самым «выступающую соединяющую область», которая перпендикулярна основной оси, для перпендикулярного прикрепления наконечника к другому элементу. Эта конфигурация обеспечивает «перпендикулярное соединение» или «плоскостное прикрепление» наконечника к зажиму, например, но без ограничения, элементу, вмещающему обжимной соединитель, или сплюснутому элементу. Термин «перпендикулярный» относится к плоскости, перпендикулярной «оси выравнивания», также называемой в данном документе основной осью, образуемой симметрией наконечника и оптической оси пучка волокна на выходе.

[0035] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения дополнительно предусмотрен новый зажим для наконечников. Зажим по настоящему изобретению содержит корпус, выполненный с возможностью вмещения в него по меньшей мере части наконечника для волокна; и по меньшей мере один внутренний выступ, расположенный над внутренней стенкой корпуса, образуя «область прикрепления зажима», предназначенную для прикрепления противоположной соединяющей области наконечника таким образом, что область зацепления между внутренним выступом зажима и областью прикрепления наконечника перпендикулярна основной оси наконечника, выровненной с оптической осью волокна, к которому он присоединяется.

[0036] В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения также предусмотрен узел в сборе для оптических волокон, содержащий: зажим, имеющий один или более внутренних выступов, соединенных с ним как единое целое или раздельно зацепленных с ним; и наконечник. Наконечник узла в сборе содержит первую часть и вторую часть, предпочтительно без ограничения соединенных друг с другом как единое целое. Первая часть выполнена с возможностью прикрепления к оптическому волокну на его проксимальном конце таким образом, что его основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна на входе или выходе. В некоторых вариантах осуществления вторая часть соединяется с первой частью как единое целое. Вторая часть выступает от наружной поверхности первой части таким образом, что она перпендикулярна основной оси первой части, образуя выступающую соединяющую область для перпендикулярного прикрепления наконечника к зажиму. Эта конфигурация обеспечивает «перпендикулярное соединение» наконечника с зажимом относительно «оси выравнивания», также называемой в данном документе «основной осью», образуемой симметрией наконечника и оптической оси пучка волокна на выходе.

[0037] Перпендикулярное прикрепление (соединение) наконечника к зажиму, предусмотренное в настоящем изобретении, значительно снижает или даже предотвращает неравномерное распределение связующего материала (используемого для соединения наконечника и зажима) относительно вертикальной основной оси, например, при высоких температурах, поскольку это перпендикулярное прикрепление позволяет перпендикулярно распределять связующий материал по соединяющей области.

[0038] Теперь ссылка делается на фиг. 2, 3A и 3B, на которых показаны различные конструкции наконечников согласно настоящему изобретению, все из которых образуют соединяющую область для прикрепления наконечника к зажиму или любому другому элементу посредством перпендикулярного прикрепления.

[0039] На фиг. 2 показано схематическое изображение цилиндрического наконечника 100 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Цилиндрический наконечник 100 имеет первую часть 110 и вторую часть 120, соединенные друг с другом как единое целое. Первая и вторая части 110 и 120 представляют собой цилиндры, радиально симметричные относительно основной оси x1, выполненные с возможностью выравнивания с оптической осью оптического волокна 31 при прикреплении (например, наплавлении) к проксимальному концу первой части 110, как показано на фиг. 2. Диаметр цилиндра первой части 110 меньше диаметра цилиндра второй части 120 таким образом, чтобы образовать плоскую кольцевую соединяющую область 150 посредством подъема, образованного в месте соединения дистального конца первой части 110 и проксимального конца второй части 120. Эта соединяющая область 150 перпендикулярна основной оси x1. Соединяющая область 150 предназначена для прикрепления наконечника 100 к другому элементу 41, например, обжимному соединителю или любому другому зажимному приспособлению, с помощью любого крепежного средства, например, с использованием клейких веществ 61 для соединения наконечника 100 с элементом 41.

[0040] На фиг. 3A показано схематическое изображение цилиндрического наконечника 200 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Этот наконечник 200 содержит первую часть 210, прикрепляемую к оптическому волокну 32, например, посредством наплавления; и вторую часть 220, имеющую цилиндрическую основную часть 220a и кольцевой выступающий элемент 220b, соединенный с основной частью 220a как единое целое на ее внешней периферии. Все части наконечника 200, т. е. первая часть 210, основная часть 220a и кольцевой выступающий элемент 220b второй части 220, радиально симметричны относительно основной оси x2, причем основная ось x2 выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна 32 на выходе, когда наконечник 200 соединен с волокном 32.

[0041] Как показано на фиг. 3A, проксимальный конец первой части 210 может соединяться с выходным или входным концом оптического волокна 32, например, посредством его наплавления, причем дистальный конец первой части 210 соединяется как единое целое с основной частью 220a второй части 220. Диаметр первой части 210 меньше диаметра основной части 220a. Кольцевой выступающий элемент 220b второй части 220 больше в диаметре, чем оба диаметра первой части 210 и основной части 220a таким образом, что он также выступает от основной части 220a с образованием соединяющей области 250 для соединения тем самым с элементом 42, таким как обжимной соединитель или любой другой зажим, имеющим противоположную перпендикулярную соединяющую сторону, используя клейкое средство 62.

[0042] В других вариантах осуществления изобретения вторая часть содержит главную основную часть, предпочтительно симметрично расположенную относительно основной оси, и множество выступов, образующих множество перпендикулярных соединяющих областей, также предпочтительно симметрично расположенных относительно основной оси. Например, множество крыловидных выступов, имеющих плоскую поверхность, перпендикулярную основной оси, могут быть прикреплены к основной части, образующей множество соединяющих областей, таким образом, что клейкое средство может быть помещено над плоской поверхностью крыловидных выступов для перпендикулярного соединения наконечника с зажимом, содержащим внутреннюю противоположно перпендикулярную область(-и).

[0043] На фиг. 3B показан коллиматорный наконечник 300 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Этот наконечник 300 имеет цилиндрическую первую часть 310 и вторую часть 320 с линзовидной головкой, образующей коллиматорную линзу для направления и коллимации через нее оптического пучка. Первая и вторая части 310 и 320 симметрично расположены относительно основной оси x3, которая выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью, образованной оптическим волокном 33, прикрепляемым к дистальному концу наконечника 300. Коллиматорная линзовидная вторая часть 320 выступает от первой части 310 благодаря большему диаметру, чем диаметр первой части 310. В результате разницы в диаметрах у первой части 310 и второй части 320 образуется выступающая соединяющая область 350, которая перпендикулярна основной оси x3. Образованная соединяющая область 350 обеспечивает перпендикулярное прикрепление наконечника 300 к элементу 43, такому как обжимной соединитель, имеющему противоположную перпендикулярную соединяющую область для зацепления с соединяющей областью 350 наконечника 300.

[0044] Для перпендикулярного прикрепления наконечника 300 к элементу 43 или любому другому зажиму клейкий материал 63 помещен (например, с помощью впрыскивания) в пространство между соединяющей областью 350 наконечника 300 и соединяющей поверхностью элемента.

[0045] Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения по меньшей мере часть второй части, образующей выступающую соединяющую область, имеет борозды или является шероховатой для улучшения приклеивания наконечника к зажимному элементу посредством связующего материала. В этой конфигурации, поскольку площадь поверхности соединяющей области увеличивается, при введении (например, впрыскивании) клейких веществ в зазор между перпендикулярной соединяющей областью наконечника и противоположной областью элемента, к которому должен быть прикреплен наконечник, шероховатая область выступающей части наконечника обеспечивает лучший захват клейкого материала (клея) на эту шероховатую поверхность и тем самым улучшение соединения элемента (например, зажима, такого как обжимной соединитель) и наконечника.

[0046] Дополнительно или альтернативно соединяющая область(-и) зажима, выполненная(-ые), чтобы быть противоположной(-ми) выступающей(-им) соединяющей(-им) области(-ям) наконечника, является(-ются) шероховатой или имеет борозды для этой же цели улучшения прикрепления.

[0047] Согласно некоторым вариантам осуществления для постоянного соединения наконечника по настоящему изобретению с зажимом наконечник по меньшей мере частично помещается внутри зажимного элемента, и зажим и наконечник удерживаются таким способом, который обеспечивает одинаковый зазор «d» между поверхностями соединяющей области наконечника и областью прикрепления зажима по всей периферии наконечника и зажима. Это может осуществляться с помощью механических средств, сохраняющих этот одинаковый зазор «d», и/или с помощью оптических устройств, когда оптическое волокно уже прикреплено к проксимальному концу наконечника для проверки характеристик выравнивания оптического пучка на выходе из наконечника и зажима при совместном удержании.

[0048] При удерживании наконечника в объединенном зазоре в соединяющей области в зажиме связующий материал, такой как клейкое вещество (клей), вводится в этот зазор, например, посредством впрыскивания клейкого вещества, которое затвердевает с помощью отвердевания или любого другого средства, известных в уровне техники для соединения таких компонентов.

На фиг. 4 проиллюстрированы направления распространения клейкого вещества 402 при высоких температурах. На фигуре видно, что клейкое вещество 402 расширяется без ограничения в направлениях B и C. Такое неограниченное распространение в пространстве не влияет/отклоняет угол наконечника. Как также видно на фигуре, клейкое вещество 402 расширяется вдоль оптической оси (направление A), что также не влияет/отклоняет угол наконечника.

Следует отметить, что при низких температурах направление распространения является обратным (при низких температурах клейкое вещество 402 сжимается).

Таким образом, наконечник согласно изобретению, т. е. наконечник, имеющий выступающую соединяющую область, перпендикулярную основной оси, которая должна быть прикреплена к противоположной соединяющей области, перпендикулярной основной оси зажимного приспособления, минимизирует отклонения от исходного выравнивания из-за теплового воздействия.

Таким образом, наконечник по настоящему изобретению является преимущественным над наконечниками из уровня техники, которые прикрепляются к зажимам в виде обжимного соединителя путем параллельного прикрепления, и в результате чего подвергаются существенному угловому отклонению по мере расширения клейкого вещества.

Иллюстративные клейкие вещества, которые могут использоваться, представляют собой отверждаемые ультрафиолетом (УФ) клейкие материалы, клейкие вещества на основе кремния, такие как SiO2, или клейкие вещества из двух компонентов. Материалы не на основе кремния, которые могут использоваться, представляют собой, например, BK7, стекло на основе фторида, CaF, стекла на основе халькогенида, такие как AsS или AsSe и т. п.

[0049] Для механического поддержания одинакового зазора «G» между соединяющей областью наконечника и областью элемента, прикрепленного к ней, по периферии наконечника во время процесса соединения прокладки могут быть помещены на одинаковом расстоянии друг от друга внутри этого зазора. С этой целью прокладки могут иметь одинаковый размер и форму.

[0050] Ссылка теперь делается на фиг. 5, на которой схематически показан способ повышения точности выравнивания наконечника, волокна и зажима согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Согласно этим вариантам осуществления наконечник по настоящему изобретению и зажим зацеплены, например, посредством размещения наконечника внутри зажима таким образом, что они выровнены относительно его основной оси 71. В этом зацепленном положении зазор «G» сохраняется одинаковым по всей области зацепления между зажимом и наконечником для сохранения выравнивания между ними относительно основной оси.

[0051] Необязательно для поддержания этого зазора «G» удаляемая прокладка может быть помещена между соединяющей областью наконечника и областью 72 зацепления зажима. Как упомянуто выше, прокладки могут иметь одинаковую форму и размеры и могут находиться друг от друга на одинаковом расстоянии.

[0052] При зацеплении зажима и наконечника и сохранении зазора «G» связующий материал вводится (вставляется) в этот зазор для прикрепления (соединения) наконечника к зажиму 73. Например, жидкий или гелеобразный клей может быть впрыснут в область зацепления. Этот клей может затвердеть 74 посредством отверждения или просто сушкой в зависимости от используемого связующего материала.

[0053] В случаях, в которых прокладки используются для механического поддержания одинакового расстояния «G» между соединяющей областью наконечника и противоположной областью зажима, прокладки могут быть удалены 75 после затвердевания связующего материала или перед полным затвердеванием связующего материала после его частичного затвердевания.

[0054] Согласно некоторым вариантам осуществления в случаях, в которых соединяющие области расположены на расстоянии и отдельно друг от друга, оставляя области по периферии соединяющей области наконечника, которые не заполнены связующим материалом, прокладки могут быть расположены в «чистых полостях», куда не вставлен связующий материал, для обеспечения их удаления после затвердевания (например, отверждения) связующего материала.

[0055] Ссылка теперь делается на фиг. 6A и 6B, на которых схематически показан способ создания узла в сборе 600 зажима 400 и наконечника 500 посредством прикрепления наконечника 500 к зажиму 400 с помощью прокладок 60 согласно некоторым вариантам осуществления зажима, наконечника и способов по настоящему изобретению.

[0056] Зажим 400 может представлять собой обжимной соединитель или любой другой вмещающий элемент, предназначенный для вмещения в него наконечника 500.

[0057] Наконечник 500 имеет первую часть 510, соединенную с оптическим волокном 35 на его проксимальном конце, и вторую часть 520, соединенную как единое целое с дистальным концом первой части 510. Вторая часть 520 имеет коллиматорную головку 522 и выступающее кольцо 521, соединенное с первой частью 510. Выступающее кольцо 521 имеет больший диаметр, чем диаметр первой части 510, образуя соединяющую область 521a для соединения с зажимом 400.

[0058] Зажим 400 содержит впускное отверстие 401, предназначенное для вмещения в него наконечника 500. Впускное отверстие 401 зажима 400 выполнено таким образом, что оно содержит более широкую выемку для вмещения в нее второй части 520 наконечника 500 и более узкую часть для вмещения в нее более узкой первой части 510 наконечника 500 и прикрепленного к нему волокна 35. Разница в ширине во впускном отверстии 401 образует выступ 410, который используется как область, противоположная соединяющей области 521a наконечника 500.

[0059] Согласно некоторым вариантам осуществления, как показано на фиг. 6A и 6B, зажим 400 также содержит один или более каналов, таких как канал 420 для вставки через него связующего материала 81 с использованием средства для вставки, такого как шприц 80 для впрыска с его помощью жидкого или гелеобразного связующего материала. Зажим 400 также содержит отверстия 430 для вставки через них прокладок 60.

[0060] На фиг. 6B показан способ расположения отверстий 430 прокладок таким образом, что они находятся на одинаковом расстоянии и отделены от областей зацепления, где размещен связующий материал. Это позволяет легко удалять прокладки 60 после затвердевания связующего материала 81. Отверстия 430 имеют одинаковый диаметр или по меньшей мере высоту (в случае нецилиндрических отверстий) для вмещения в них прокладок 60 одинаковой формы. Прокладки 60 могут быть длиннее, чем длины отверстий 430, чтобы обеспечить легкое удаление прокладок 60 из них.

[0061] При размещении наконечника 500 (прикреплении к волокну 35) в зажиме 400 прокладки 60 вставляются через отверстия 430 зажима для сохранения одинакового зазора между соединяющими областями 521a наконечника 500 и выступом 410 зажима 400 по периферии выступа 410. Когда прокладки 60 находятся в отверстиях 430, связующий материал 81 может быть впрыснут через канал(-ы) 420 в соединяющие области с использованием шприца 80. Впуск канала 420 расположен под поверхностью выступа 410 зажима 400.

[0062] Необязательно способ проверки исходного выравнивания может быть осуществлен перед соединением, чтобы убедиться, что зажим 400 и наконечник 500 выровнены друг с другом относительно основной оси x4, которая выровнена с оптической осью оптического волокна 35.

[0063] При соединении зажима 400 и наконечника 500 прокладки 60 могут быть удалены из отверстий 430, например, посредством механического захвата и вытягивания каждой прокладки 60.

[0064] Как показано на фиг. 6B, множество (три) расположенных на одинаковом расстоянии соединяющих областей созданы посредством конструкции внутренней стороны зажима 400. Зажим 400 содержит три отдельных углубления 450, проходящие внутрь к внутренней стенке зажима 400, каждый из которых соединяется со своим отдельным каналом 420. Прохождение углублений 450 внутрь позволяет связующему материалу расширяться с течением времени наружу относительно основной оси x4, например, из-за воздействия внешнего тепла или перемещений, предотвращая расширение связующего материала по вертикальной оси, параллельной основной оси x4. Это внешнее расширение предотвращает отклонение наконечника 500 и зажима 400 от исходного выравнивания между ними в условиях воздействия, которые могут изменить степень вязкости связующего материала, например, изменения температуры, которые могут привести к затвердению или таянию связующего материала путем тряски узла в сборе 600 и т. п.

[0065] Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения при соединении зажима и наконечника могут быть проведены одно или более испытаний на устойчивость, для проверки поддержания выравнивания между зажимом и наконечником в различных условиях, влияющих на выравнивание, например, в условиях экстремальных температур или вибрации/качания/встряхивания. Условия, влияющие на выравнивание, могут по сути быть условиями, которые воздействуют на свойства прилипания связующего материала и/или возможность соединяющих областей зажима и/или наконечника прилипать к связующему материалу.

[0066] Например, узел в сборе наконечника, зажима и волокна может быть помещен в печь для нагревания узла в сборе и тем самым связующего материала внутри. Во время или сразу после нагрева узла в сборе оптический выходящий пучок узла в сборе может быть оптически измерен относительно эталонного пучка, чтобы проверить точность выравнивания относительно точности выравнивая, достигнутой до нагрева узла в сборе.

[0067] Подобные испытания могут быть выполнены путем измерения одного или более свойств выравнивания узла в сборе до и после применения других экстремальных воздействующих условий, таких как до и после встряхивания узла в сборе, с использованием механических средств встряхивания и тому подобного.

[0068] Ссылка теперь делается на фиг. 7, на которой схематически показан способ подвергания узла в сборе 90 зажима и наконечника оптическому испытанию на устойчивость, тогда как оптическое волокно 77 прикреплено к наконечнику 91, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. В этом случае наконечник 91 представляет собой коллиматорный наконечник, имеющий вторую часть в виде линзы.

[0069] Пучок света, выпускаемый оптическим впускным устройством 70, направлен через оптическое волокно 77, прикрепленное к наконечнику 91, выходящее через наконечник в виде выходящего пучка 91a наконечника. Этот пучок 91a коллимируется посредством коллиматорной головки наконечника. Выходящий пучок 91a наконечника обнаружен в оптической измерительной системе 40, расположенной на известном расстоянии от него. Эталонный пучок 41a также одновременно выпускается либо отдельным эталонным выпускным устройством 41, либо с использованием того же выходящего пучка оптического впускного устройства, направленного расщепителем оптического пучка и необязательно, например, посредством одного или более отражателей. Эталонный пучок 41a направлен параллельно к исходной оптической оси оптического волокна 77.

[0070] Узел в сборе 90 нагревается до и во время измерения, причем оптическая измерительная система 40 измеряет различия в оптических свойствах между эталонным пучком 41a и выходящим пучком 91a наконечника, когда узел в сборе 90 нагрет до предварительно заданной температуры, для проверки выравнивания зажима и наконечника в условиях нагревания. Точность выравнивания узла в сборе указывает на отклонение выходящего пучка 91a наконечника оси x5 оптического выравнивания. Это отклонение обозначено как угол альфа «α», образованный между эталонным пучком 41a и выходящим пучком 91a наконечника, причем значение угла α пропорционально степени неточности узла в сборе таким образом, что высокое значение α указывает на высокую степень неточности выравнивания. Другим свойством, которое может быть измерено, является ошибка линии прямой видимости относительно эталонного пучка 41a. Оптическая измерительная система 40 может содержать одно или более оптических устройств и элементов, таких как оптические детекторы.

[0071] Теперь ссылка делается на фиг. 8A и 8B, на которых показан узел в сборе 800 наконечника и зажима согласно некоторым вариантам осуществления по настоящему изобретению, перпендикулярно прикрепленных друг к другу. Узел в сборе 800 содержит коллиматорный наконечник 810 и зажим 820 в виде обжимного соединителя, предназначенный для вмещения в него наконечника 810. Наконечник 810 прикреплен на своем проксимальном конце к оптическому волокну 38. Наконечник 810 помещен (вставлен) в зажим 820 в виде обжимного соединителя выше.

[0072] Как показано на виде в поперечном сечении B—B по фиг. 8B, наконечник 810 имеет первую часть 811, прикрепленную к оптическому волокну 38 на его проксимальном конце, и вторую часть 812, причем обе симметричны относительно основной оси x6. Наконечник 810 имеет коллиматорную головку 812a и выступающий плоский диск 812b, который выступает от коллиматорной головки 812a, образуя соединяющую область, перпендикулярную основной оси x6 узла в сборе 800. Диаметр d11 коллиматорной головки 812a больше, чем диаметр d10 первой части 811, а диаметр d12 диска 812b по сути больше, чем диаметр d11 коллиматорной головки 812a. Например, диаметр d10 первой части 811 может быть порядка 1 мм, тогда как диаметр диска d12 может быть порядка 6—8 мм, тогда как диаметр оптического волокна 38 составляет порядка 0,25 мм. Это значит, что выступающая область может достигать диаметра или длины, которые в 40 раз или более превышают диаметр оптического волокна и в 10 раз или более превышают наименьший диаметр наконечника, чтобы обеспечить достаточно большую соединяющую область для связующего материала, который должен быть помещен в нее. Выступающий диск 812b симметрично расположен относительно основной оси x6 и перпендикулярен ей.

[0073] Как показано на фиг. 8B, зажим 820 в виде обжимного соединителя имеет корпус 821 цилиндрической структуры и внутренний выступ в форме плоского конца 822, соединенного как единое целое с внутренней стенкой корпуса 821. Выступающее кольцо 822 симметрично относительно основной оси x6 и перпендикулярно ей. Когда наконечник 810 вставлен в зажим 820 в виде обжимного соединителя, нижняя часть выступающего диска 812b наконечника 810 зацепляется с верхней поверхностью выступающего кольца 822 зажима 820 в виде обжимного соединителя или противоположна ей, позволяя вводить связующий материал 85 между ними для перпендикулярного прикрепления наконечника 810 к зажиму 820 в виде обжимного соединителя.

[0074] Наконечники по настоящему изобретению могут иметь любую форму или размер, приспособленные для их использования в обозначенной оптической системе, при условии, что они содержат перпендикулярно выступающую соединяющую область для ее перпендикулярного зацепления с элементом, предназначенным для ее фиксации и/или удержания. Наконечники могут быть изготовлены из любого материала, известного в уровне техники, будь-то из прозрачного, полупрозрачного или непрозрачного.

[0075] Размер частей наконечника по настоящему изобретению может быть приспособлен к оптическим требованиям и конфигурациям, например, к диаметру и диапазону длин волн типов оптического (оптических) волокна (волокон), к которому наконечник выполнен для прикрепления, к требованиям оптической системы, в которой используются волокно и наконечник.

[0076] Зажимные элементы по настоящему изобретению могут иметь любой размер и форму в зависимости, среди прочего, от размера и формы наконечника, с которым они должны войти в зацепление.

[0077] Связующий материал, используемый для соединения наконечника с зажимом, может быть любым связующим материалом, известным в уровне техники, например, различные типы эпоксидных клеев, отверждаемые путем смешивания двух клейких веществ или любого другого клейкого материала, известного в уровне техники, которые могут быть доставлены в виде порошка, жидкости, геля или крема, которые могут быть вставлены путем впрыскивания или распространения.

[0078] Эмпирические результаты продемонстрировали значительное улучшение среднего углового удержания в условиях окружающей среды, например, тряски или изменения температуры: при использовании стандартных наконечников из уровня техники с максимальным диаметром 1 мм, при использовании параллельного прикрепления обжимного соединителя к наконечнику, среднее угловое удержание составило 200 мкрад. При использовании наконечников и обжимных соединителей по настоящему изобретению, где максимальный диаметр наконечников в его соединяющей области находится в диапазоне 6—10 мм, при использовании перпендикулярного плоскостного прикрепления обжимного соединителя к наконечнику, среднее угловое удержание составило 50 мкрад. В обоих испытаниях (используя наконечники и обжимные соединители из уровня техники и наконечники и обжимные соединители по настоящему изобретению) авторы изобретения использовали длину волны пучка на выходе 1064 нм и диаметр оптического волокна 1 мм. Из предварительных результатов испытаний очевидно, что при использовании перпендикулярного прикрепления с соотношением максимального диаметра наконечника и диаметра оптического волокна, превышающим 2 (достигая 10 в этом случае), может быть достигнута более высокая точность выравнивания и ее длительность в различных экстремальных условиях. Максимальная длина выступающей соединяющей области наконечника по настоящему изобретению, взятая от основной оси (центр наконечника), тем самым должна быть вдвое больше радиуса оптического волокна. Например, при использовании перпендикулярного прикрепления, использовании диаметра оптического волокна 1 мм, т. е. радиуса 0,5 мм, длина части(-ей) выступающей соединяющей области должна превышать 1 мм и предпочтительно значительно превышать данный порог.

Изобретение относится к системам и способам для оптических волокон, более конкретно к наконечникам и узлам в сборе наконечника для оптических волокон и системам и способам для повышения точности выравнивания волокна, наконечника и зажима и, тем самым, улучшая удержание зоны прямой видимости (LOS). Заявленный узел в сборе для оптических волокон содержит: (i) зажимное приспособление, содержащее по меньшей мере одну область прикрепления зажима зажимного приспособления; и (ii) наконечник. При этом наконечник содержит: первую часть, которая по меньшей мере частично симметрична относительно основной оси, причем указанная первая часть наплавлена на оптическое волокно на его проксимальном конце таким образом, что его основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна; и вторую часть, соединенную с дистальным концом указанной первой части, причем указанная вторая часть содержит основную часть и выступающий элемент, который выступает из указанной первой части, образуя тем самым выступающую соединяющую область, которая перпендикулярна основной оси, для прикрепления указанного наконечника к области прикрепления зажима зажимного приспособления, причем указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси. Причем указанный наконечник вставлен по меньшей мере частично внутрь указанного зажимного приспособления, а также сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания. Технический результат - повышение точности выравнивания и ее длительности в различных экстремальных условиях. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Наконечник, содержащий:

a. первую часть, которая по меньшей мере частично симметрична относительно основной оси, причем указанная первая часть наплавлена на оптическое волокно на его проксимальном конце таким образом, что указанная основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна; и

b. вторую часть, соединенную с указанной первой частью на дистальном конце указанной первой части, причем указанная вторая часть выступает от указанной первой части таким образом, что указанная вторая часть образует выступающую соединяющую область, которая перпендикулярна указанной основной оси, для прикрепления указанного наконечника к области прикрепления зажима зажимного приспособления, причем указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси,

причем указанный наконечник вставлен по меньшей мере частично внутрь указанного зажимного приспособления, при этом указанный наконечник сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания.

2. Наконечник по п. 1, отличающийся тем, что указанный наконечник и указанное зажимное приспособление удерживаются таким способом, что поверхность выступающей соединяющей области наконечника соединена с противоположной поверхностью области прикрепления зажима посредством связующего материала таким способом, который позволяет перемещения теплового расширения указанного связующего материала вдоль указанной оптической оси.

3. Наконечник по п. 1, отличающийся тем, что указанная вторая часть имеет форму линзы на ее дистальном конце, образуя коллиматор для коллимации пучка оптического волокна.

4. Наконечник по любому из пп. 1 и 3, отличающийся тем, что указанная вторая часть содержит:

основную часть, симметрично размещенную относительно указанной основной оси; и

по меньшей мере один выступающий элемент, соединенный с указанной основной частью как единое целое, над внешней периферией указанной основной части, при этом указанный по меньшей мере один выступающий элемент выступает перпендикулярно указанной основной оси,

причем указанный выступающий элемент образует соединяющую область указанной второй части.

5. Наконечник по п. 4, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один выступающий элемент указанной второй части является одним кольцом, соединенным с внешней периферией указанной основной части.

6. Наконечник по п. 4, отличающийся тем, что указанный выступающий элемент указанной второй части содержит множество выступающих крыловидных секций, каждая из которых образует соединяющую область, которая перпендикулярна указанной основной оси, причем указанные выступающие крыловидные секции симметрично расположены относительно указанной основной оси и находятся на расстоянии друг от друга.

7. Наконечник по любому из пп. 4–6, отличающийся тем, что указанная основная часть указанной второй части имеет линзовидную кромку для коллимации пучка оптического волокна.

8. Наконечник по любому из пп. 4–6, отличающийся тем, что указанная основная часть указанной второй части является цилиндрической с плоскими кромками.

9. Наконечник по любому из пп. 1–8, отличающийся тем, что все части указанного наконечника образуют цельную деталь, изготовленную из такого же материала.

10. Наконечник по п. 9, отличающийся тем, что указанный наконечник изготовлен из прозрачного материала.

11. Наконечник по п. 10, отличающийся тем, что указанный связующий материал представляет собой одно из списка: материал на основе кремния, SiO₂, УФ-отверждаемый материал, BK7, стекло на основе фторида, Caf, стекла на основе халькогенида, AsS, AsSe.

12. Наконечник по любому из пп. 1–11, отличающийся тем, что указанный наконечник не содержит сердечник.

13. Наконечник по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из указанных первой и второй частей представляет собой оптический волновод.

14. Наконечник по любому из пп. 1–13, отличающийся тем, что по меньшей мере часть указанной второй части, образующей выступающую соединяющую область, имеет борозды или является шероховатой для улучшения приклеивания наконечника к другому элементу.

15. Наконечник по любому из пп. 1–14, отличающийся тем, что максимальный диаметр наконечника находится в диапазоне от 0,2 мм до 10 мм.

16. Наконечник по любому из пп. 1–15, отличающийся тем, что длина выступающей соединяющей области указанной второй части, взятая от основной оси, равна радиусу оптического волокна или вдвое превышает его.

17. Узел в сборе для оптических волокон, причем указанный узел в сборе содержит:

(i) зажимное приспособление, содержащее по меньшей мере одну область прикрепления зажима зажимного приспособления; и

(ii) наконечник, содержащий:

первую часть, которая по меньшей мере частично симметрична относительно основной оси, причем указанная первая часть наплавлена на оптическое волокно на его проксимальном конце таким образом, что его основная ось выполнена с возможностью выравнивания с оптической осью пучка оптического волокна; и

вторую часть, соединенную с дистальным концом указанной первой части, причем указанная вторая часть содержит основную часть и выступающий элемент, который выступает из указанной первой части, образуя тем самым выступающую соединяющую область, которая перпендикулярна основной оси, для прикрепления указанного наконечника к области прикрепления зажима зажимного приспособления, причем указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси,

причем указанный наконечник вставлен по меньшей мере частично внутрь указанного зажимного приспособления, при этом указанный наконечник сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания.

18. Узел в сборе по п. 17, отличающийся тем, что указанная выступающая соединяющая область второй части указанного наконечника и область прикрепления зажима указанного зажимного приспособления являются противоположными, образуя область зацепления, и соединены друг с другом с использованием связующего материала.

19. Узел в сборе по любому из пп. 17–18, отличающийся тем, что указанный наконечник и область прикрепления зажима указанного зажимного приспособления выполнены с возможностью прикрепления посредством защелкивания друг с другом.

20. Узел в сборе по любому из пп. 17–19, отличающийся тем, что указанная вторая часть указанного наконечника содержит кольцевую конструкцию, которая коаксиально размещена относительно основной оси, образуя указанную выступающую соединяющую область.

21. Узел в сборе по п. 20, отличающийся тем, что указанная основная часть коаксиально расположена относительно основной оси.

22. Узел в сборе по п. 21, отличающийся тем, что указанная основная часть имеет форму линзы для коллимации пучка волокна на выходе.

23. Узел в сборе по любому из пп. 20–22, отличающийся тем, что указанная первая часть меньше в диаметре, чем указанная основная часть.

24. Узел в сборе по любому из пп. 17–23, отличающийся тем, что все части указанного наконечника образуют цельную деталь, изготовленную из прозрачного или полупрозрачного материала.

25. Узел в сборе по п. 24, отличающийся тем, что указанный наконечник изготовлен из стекла или любого другого материала на основе кремния.

26. Узел в сборе по любому из пп. 17–25, отличающийся тем, что указанное зажимное приспособление дополнительно содержит отверстия для вмещения в них удаляемых прокладок, причем указанные отверстия находятся на расстоянии друг от друга, при этом каждое из указанных отверстий расположено таким образом, что при вставке наконечника в зажимное приспособление прокладки могут быть помещены с возможностью удаления в отверстия для механической фиксации равного вертикального расстояния вдоль основной оси в зазоре, образованном между указанной соединяющей областью указанного наконечника и областью прикрепления зажима зажимного приспособления.

27. Узел в сборе по любому из пп. 17–26, отличающийся тем, что указанное зажимное приспособление дополнительно содержит по меньшей мере один канал, направленный к указанной области зацепления, для вставки связующего материала в указанную область зацепления через него, для соединения указанного наконечника с указанным зажимным приспособлением.

28. Узел в сборе по п. 27, отличающийся тем, что впуск каждого указанного по меньшей мере одного канала расположен под или над указанной областью зацепления и направлен к указанной области зацепления, имеющей выпуск, расположенный в области зацепления.

29. Узел в сборе по любому из пп. 27–28, отличающийся тем, что внутренняя стенка указанного зажимного приспособления содержит углубления в областях, в которые должен быть введен связующий материал, для обеспечения расширения связующего материала наружу относительно указанной основной оси для предотвращения его вертикального расширения.

30. Способ повышения точности выравнивания оптического волокна, наконечника и зажимного приспособления по любому из пп. 1-29, включающий:

a. предоставление наконечника и зажимного приспособления, причем указанный наконечник наплавлен на один конец оптического волокна, причем указанный наконечник содержит по меньшей мере одну выступающую часть, образующую выступающую соединяющую область, которая расположена перпендикулярно относительно основной оси, которая выполнена с возможностью выравнивания оптической оси оптического волокна, прикрепленного к нему;

b. зацепление выступающей соединяющей области наконечника с по меньшей мере одной противоположной областью прикрепления зажима зажимного приспособления, указанная область прикрепления зажима перпендикулярна указанной основной оси;

c. вставку связующего материала в указанную область зацепления для соединения указанного наконечника с указанным зажимным приспособлением;

в результате чего, установку указанного наконечника таким способом, который сохраняет указанный пучок оптического волокна выровненным и минимизирует угловое отклонение от исходного выравнивания.

31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что указанную вставку связующего материала в указанную область зацепления выполняют посредством по меньшей мере одного канала в указанном зажимном приспособлении.

32. Способ по любому из пп. 30–31, отличающийся тем, что дополнительно включает этап механического поддерживания выравнивания указанного зажимного приспособления и указанного наконечника, тогда как указанный связующий материал отверждается путем поддержания одинакового расстояния «d» между соединяющей областью указанного наконечника и противоположной областью указанного выступа указанного зажимного приспособления по всей периферии указанной области зацепления относительно основной оси указанного наконечника.

33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что дополнительно включает:

вставку прокладок в отверстия в указанном зажимном приспособлении для механического поддержания одинакового расстояния «d», при этом указанные отверстия находятся на расстоянии друг от друга;

удаление прокладок после затвердевания связующего материала после этапа вставки связующего материала.

34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что указанные прокладки имеют одинаковую форму и размер.

35. Способ по п. 30, отличающийся тем, что дополнительно включает этап проведения испытания на устойчивость выравнивания наконечника и зажима после соединения указанного наконечника с указанным зажимным приспособлением для проверки устойчивости оптического выравнивания указанного зажимного приспособления и указанного наконечника в условиях одного экстремального воздействия.

36. Способ по п. 35, отличающийся тем, что указанные экстремальные воздействия, используемые для испытания на устойчивость, являются по меньшей мере одним из следующего: экстремальные температуры; экстремальные условия тряски или вибрации.

37. Способ по п. 36, отличающийся тем, что указанное испытание на устойчивость проводят с использованием по меньшей мере одной оптической системы, при этом свет распространяется через указанное оптическое волокно, соединенное с указанным наконечником, и пучок, выходящий из указанного наконечника, сравнивается с эталонным пучком для определения степени точности выравнивания указанного наконечника при соединении с указанным зажимным приспособлением.