КОНТАКТНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ С РАСШИРЕННЫМ ИЗОЛИРОВАННЫМ ПУЧКОМ Российский патент 2023 года по МПК G02B6/32 G02B6/38 

Изобретение относится к оптическим соединителям с расширенным световым пучком, предназначенным для соединения между собой волоконно-оптических волокон и оптических кабелей в системах связи и распределенных оптических сенсорных системах, элементы которых функционируют в тяжелых условиях. В частности, оптические соединители могут находиться в воде, грязи, пылевой атмосфере и.т.п.

Необходимость в создании и использовании оптических соединителей с расширенным пучком обусловлена задачей устранения проблемы полного перекрытия светового пучка, выходящего (входящего) из(в) оптического волокна, за счет расширения диаметра светового пучка в десятки раз больше, чем характерные размеры пылевых или грязевых частиц.

Основной принцип, используемый в подобных соединителях, заключается в создании с помощью сферической (шариковой) линзы расширенного светового пучка, диаметр которого в десятки раз превышает диаметр (7÷9 мкм) модового пятна на выходе одномодового волоконного световода на одном из сочленяемых оптических кабелей и передачи этого расширенного светового пучка во второй сочленяемый оптический кабель для последующей фокусировки и ввода в соответствующее оптическое волокно. При этом передача расширенного светового пучка происходит без оптического контакта между волокнами, как показано на фиг.1.

Конструкции подобных оптических соединителей раскрыты в ряде патентов, например, US 4781431; GB 2408350A; US 2009/032417S A1; WO 2019/012244 Al; CN201497816; FR2740879; JPH0572444; JPH04321002; KR20200064239; WO2023022219; РФ 2786485.

В патенте РФ № 2786485, которое принято за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, раскрыт оптический соединитель бесконтактного типа с расширением светового пучка. Известный оптический соединитель изображен на фиг.2, где на увеличенной выноске показан оптический модуль. Оптический соединитель содержит внутри основного защитного герметизирующего корпуса (11) гермафродитного типа оптический модуль (14), состоящий из основания (1), центрирующей шайбы (2) и крышки модуля (3). Основание, центрирующая шайба и крышка содержат соосные отверстия (15, 17, 23), параллельные оси симметрии модуля (14). В отверстия (17) центрирующей шайбы (2) вклеены центрирующие втулки (4), в которых с одной стороны установлены и фиксированы коллиматорные объективы (5) со сферическими линзами (20), обращенными к соответствующим отверстиям защитной крышки (3) корпуса (14), а с противоположной стороны центрирующей втулки вставлен керамический наконечник-ферула (7) оптического волокна (8), идущего от оптического кабеля (13) так, что поверхность наконечника-ферулы (7) оптического волокна (8) лежит, в результате поджима пружиной (9), в фокальной плоскости коллиматорного объектива (5), а центр оптического волокна находится в точке фокуса на оптической оси, в результате чего свет, излучаемый из оптического волокна (8) в виде расходящегося пучка, проходя через коллиматорный объектив, преломляется и превращается в расширенный коллимированный пучок света, который, будучи направлен на идентичный коллиматорный объектив (5), находящийся в другом модуле (14) защитного корпуса (11) соединителя идентичной конструкции, преломляется и фокусируется в оптическое волокно (8), подведенное в другой идентичной конструкции соединителя, аналогично излучающему волокну (8), но от другого кабеля. При этом направление расширенного пучка света задается с помощью направляющих штырей (10) и приемных отверстий (15), расположенных параллельно оси симметрии оптического модуля (14) и проходящих через соответствующие центрирующие втулки (4) центрирующей шайбы (2), положение которых определяется также с помощью центрирующей шайбы (2). Основание (1) и крышка (3) оптического модуля (14) играют роль защитного кожуха для механической защиты и герметизации центрирующей шайбы (2) и оптических элементов в ней. Оптический модуль (14) закрепляется внутри защитного корпуса (11), который может также обеспечивать герметизацию при сочленении соединителей, а также иметь узел фиксации (12) оптического кабеля (13).

Из приведенного описания известного решения, а также из патентных решений других авторов, следует, что все оптические части оптических соединителей, за исключением части сферической поверхности коллиматорного объектива, находятся в герметичном пространстве, защищенном от внешних неблагоприятных факторов.

Наличие незащищенных оптических поверхностей (фиг.2) в подобных типах бесконтактных оптических соединителей с расширенным пучком в реальных условиях эксплуатации в полевых условиях может создать ряд проблем, а именно:

1. наружные сферические поверхности могут оказаться в неблагоприятной для оптических материалов среде, например, мутной воде или пылевой атмосфере или быть загрязненными при стыковках и расстыковках оптических соединителей, что с одной стороны приводит к потерям мощности при прохождении через промежуток с загрязненной, непрозрачной средой между противоположными частями оптических соединителей, а с другой - к абразивному воздействию на поверхности сферических линз при их очистке при проведении работ по обслуживанию в полевых условиях в процессе расстыковки и стыковки оптических соединителей, которое также приводит к потерям оптической мощности, снижению, в результате этого, качества оптической связи и снижению сроков эксплуатации оптических соединителей;

2. расчеты в геометрическом приближении параксиальных световых лучей, приведенные в патенте РФ № 2786485, показывают, что если используется объектив, состоящий из сферической линзы с радиусом кривизны R, изготовленной из материала с показателем преломления N₁, то фокусное расстояние АВ такого объектива, отсчитываемое от центра А сферической поверхности, при падении лучей из среды с показателем преломления N₀ в среду с показателем преломления N₂, равно:

Из этой формулы следует, что фокусное расстояние коллиматорного объектива, формирующего параллельные световые пучки между наружными поверхностями сферических линз, зависит от показателя преломления N₀ среды между линзами. Как было указано выше, оптические поверхности коллиматорных объективов, за исключением наружной части сферической линзы, находятся в герметичном пространстве, где оптической средой с показателем преломления N₂ является воздух (N₂ = 1). Поэтому использовать одновременно такой объектив в разных средах, например в воздухе и в воде (N₀=1,3) не представляется возможным, поскольку коллиматорный объектив, рассчитанный для условий формирования параллельного пучка в воздухе, не сформирует параллельный пучок, например, в воде. Поэтому оптические соединители, предназначенные для соединения оптических кабелей на земле, не могут быть использованы при переходе в водную среду.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом патентуемого изобретения является повышение надежности и качества оптической связи в неблагоприятных условиях, а также обеспечение универсальности применения оптического соединителя для применения в средах с различными показателями преломления, в котором минимизированы механические воздействия на наружные оптические поверхности объективов оптического соединителя, а оптические свойства окружающей среды не оказывают влияние на функционирование оптического соединителя в любых условиях эксплуатации, в том числе при эксплуатации в жестких условиях пыльной атмосферы, мутной воды и т.д.

Заявленный технический результат достигается за счет конструкции оптического соединителя, содержащего два идентичных, соединяемых между собой с образованием оптического контакта, оптических разъема, каждый из которых состоит из защитного корпуса, в котором закреплен оптический модуль, который содержит крышку, основание и установленную между ними прецизионную центрирующую шайбу, имеющие соосные сквозные отверстия с возможностью размещения в них оптических каналов и соединительных элементов, причем в отверстиях прецизионной центрирующей шайбы зафиксированы центрирующие втулки, в которых установлены в основании оптического модуля коллиматорные объективы, центрирующая втулка выполнена с возможностью установки внутри нее ферулы с оптическим волокном, поверхность торца которого лежит в фокальной плоскости коллиматорного объектива, при этом над поверхностью коллиматорного объектива, через промежуток равный его фокусному расстоянию, закреплена позиционированная перпендикулярно оптической оси коллиматорного объектива опорная пластина с окнами из оптического материала, прозрачного в используемом диапазоне длин волн, к которой жестко прикреплена лицевая пластина с окнами, закрытыми прозрачным эластомерным материалом, прозрачным в используемом диапазоне длин волн, которые являются частью общей эластомерной пластины, расположенной под лицевой пластиной, причем окна опорной пластины находятся в оптическом контакте с окнами лицевой пластины и соосны отверстиям прецизионной центрирующей шайбы для установки центрирующих втулок и с соответствующими отверстиями в крышке, при этом окна из эластомерного материала выполнены с возможностью механической деформации с образованием оптического контакта при соединении оптических разъемов с образованием изолированной трассы распространения расширенного светового пучка.

В частности, опорная пластина может быть расположена между центрирующей шайбой и защитной крышкой оптического модуля, либо над защитной крышкой оптического модуля, либо может являться защитной крышкой оптического модуля, либо может содержать оптическое окно общее для части коллиматорных объективов, либо может содержать оптическое окно общее для всех коллиматорных объективов.

В частности, в качестве эластомерного материала использован материал, характеристики которого должны удовлетворять следующим условиям:

- твердость предлагаемых эластомеров составляет (по Шору А) до 50, оптимальное значение 30-35, твердость прозрачного эластомера, выбираемого для конкретной конструкции оптического соединителя, определяется уровнем механических усилий при соединении (стягивании) двух частей оптического соединителя для реализации упругой деформации в пределах 50%,

- разрывная прочность не менее 1МПа,

- температурный диапазон существования высокоэластичного состояния от -65°С до + 85°С^.,

- показатель преломления эластомеров N₁₆ должен лежать в диапазоне 1,4÷1,5.

В частности, в качестве таких материалов могут быть силиконовый или полиуретановый эластомеры, которые имеют показатели преломления N₁₀₁ ≈ N₁₀₂ ≈ 1.4 -1,5 в области собственной прозрачности, совпадающей с рабочими длинами волоконно-оптических линий связи 1.3÷1.6 мкм.

Кроме этого, для повышения надежности защиты и универсальности использования, оптический модуль размещают в герметичном корпусе.

Таким образом, повышение надежности при эксплуатации и качества оптической связи, а также создание универсального оптического соединителя с техническими характеристиками и эксплуатационными возможностями, недостижимыми на предыдущем уровне развития техники, достигается за счет применения нового принципа построения оптического соединителя с расширенным пучком, который заключается в дополнении коллиматорных объективов, формирующих параллельный пучок света в оптических соединителях с расширенным пучком, новым универсальным оптическим элементом, содержащим прозрачные, легко деформируемые эластомерные материалы, нетипичные для использования в подобных оптических системах, находящиеся в оптическом контакте с окнами из прозрачных оптических твердых материалов. Этот новый элемент, соответственно, конструктивно оформленный, позволяет сформировать изолированную от внешних воздействий оптическую среду, нивелирующую негативные воздействия на оптические элементы и изолирующую трассу распространения расширенных пучков света.

Универсальность и улучшение характеристик предлагаемого принципа обусловлена добавлением в оптические схемы оптических соединителей с расширенным пучком единственного оптического элемента: опорной пластины с окнами из общеупотребительных оптических материалов (стекла, кварца, сапфира и т.п.), находящейся в оптическом контакте с лицевой пластиной с окнами из прозрачного эластомера. При этом, предлагаемое решение применимо для любых типов коллиматорных объективов, в том числе на основе градиентных линз, формирующих параллельный пучок света.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее:

На фигуре 1 - схема формирования расширенного светового пучка без оптического контакта между волокнами согласно наиболее близкому аналогу;

На фигуре 2 - общий вид оптического соединителя, состоящего из 2-х идентичных частей с вынесенным увеличенным видом оптического модуля согласно наиболее близкому аналогу;

На фигуре 3 - схема формирования контактного оптического соединителя с расширенным изолированным пучком согласно патентуемому решению;

На фигуре 4 - оптическая схема контактного оптического соединителя с расширенным изолированным пучком согласно патентуемому решению;

На фигуре 5 - общий вид оптического модуля, выполненного согласно фиг.4, для варианта патентуемого решения, когда пластины (15) с эластомером (16), отдельные для каждого оптического канала, является частью герметичного оптического модуля 14;

На фигуре 6 - иллюстрация патентуемого решения, на основании фиг.4, для варианта, когда пластины (15) с эластомером (16), отдельные для каждого оптического канала, являются частью герметичного корпуса (11);

На фигуре 7- общий вид оптического модуля, выполненного согласно фиг.4, для варианта решения, когда общая для всех оптических каналов пластина (15) с эластомером (16) является частью герметичного оптического модуля 14;

На фигуре 8 - иллюстрация патентного решения, на основании фиг.4, для варианта, когда общая для всех оптических каналов пластина (15) с эластомером (16) является частью герметичного корпуса (11);

На фигуре 9 - общий вид деталей конструкции оптического модуля (14), выполненного согласно фиг.4 и фиг.5;

На фигуре 10 - вид оптического модуля (14), выполненного на основании фиг.4, фиг.5 и фиг.9.

На фигурах позициями 1-29 показаны:

1 - основание оптического модуля,

2 - прецизионная центрирующая шайба оптического модуля,

3 - крышка оптического модуля,

4 - центрирующая втулка,

5 - коллиматорный объектив,

6 - ограничитель-отрезок ферулы,

7 - ферула,

8 - оптическое волокно,

9- пружина,

10 - направляющий штырь,

11 - корпус оптического соединителя

12 - узел фиксации оптического кабеля,

13 - оптический кабель,

14 - оптический модуль,

15 -окно в опорной пластине,

16 -эластомерные окна,

17 - опорная пластина,

18 - резьбовые отверстия для юстировочных винтов

19 - гладкие отверстия для юстировочных винтов 18

20 - юстировочные винты

21 - резиноподобные пружинные кольца

22 - плоская поверхность опорной пластины

23 - упорная шайба

24 - лицевая металлическая пластина

25 - эластомерная пластина с эластомерными окнами 16

26 - винт крепления лицевой пластины 24

27 - регулирующая шайба

28 - отверстия для направляющих штырей 10

29 - отверстия для окон 15.

Оптическая схема, иллюстрирующая новый принцип построения оптического соединителя в рамках предлагаемого решения, показана на фиг.4 и отличается тем, что все поверхности коллиматорных объективов (5) помещаются в изолированное (герметизируемое) пространство, а вывод параллельного пучка излучения осуществляется через окна (15) из оптических материалов (стекло, кварц, сапфир и т.п.) опорной пластины (17), внутренняя поверхность которой находится на расстоянии, равном фокусному расстоянию коллиматорного объектива, где параллельный пучок имеет практически плоский волновой фронт (https://in-science.ru/library/article_post/rasprostranenie-gaussova-puchka), и спозиционирована (съюстирована) строго перпендикулярно оптической оси коллиматорного объектива (5), а наружная поверхность находится в оптическом контакте с эластомерными окнами (16) (согласно фигурам, 16 - это окна) из оптически прозрачного легкодеформируемого материала. При этом конструкция и геометрические размеры эластомерных окон выполнены так, что свободная поверхность эластомерных окон выступает над обрезом торца защитного корпуса оптического разъема для того, чтобы при сочленении оптических разъемов в соединителе, поверхности эластомерных окон вошли в соприкосновение, механически деформировались с образованием оптического контакта, образовав изолированную от внешних условий трассу распространения расширенного светового пучка.

Возможны следующие конструкционные, решения:

- окна (15) опорной пластины (17) с эластомерными окнами (16), отдельными для каждого оптического канала, являются частью герметичного оптического модуля 14, формируя выходные оптические окна для каждого оптического канала (фиг.5);

- окна (15) опорной пластины (17) с эластомерными окнами (16), отдельные для каждого оптического канала являются частью герметичного корпуса (11) оптического соединителя, в который помещается модуль (14) с коллиматорными объективами (фиг.6);

- опорная пластина (17) может быть выполнена в виде верхней части крышки (3) из однородного оптического материала (стекла, кварца, сапфира и т.п.) и является общей для всех оптических каналов и, соответственно, коллиматорных объективов в модуле (14) (фиг.7), выполняя роль герметичного выходного окна для вывода оптического излучения из модуля (14);

- опорная пластина (17) может быть выполнена в виде верхней части крышки (3) из однородного оптического материала (стекла, кварца, сапфира и т.п.) и является общей для всех оптических каналов соединителя (11), выполняя роль герметичного выходного окна для вывода оптического излучения (фиг.8) корпуса соединителя (11).

При сочленении двух частей оптического соединителя наружные поверхности эластомерных окон (16) деформируются и образуют оптический контакт между двумя частями оптического соединителя. Таким образом пространство между двумя частями оптического соединителя, при их соединении, заполняется однородным оптически прозрачным эластомером окон (16), в котором распространяется световой пучок, который оказывается гарантированно изолированным от внешней среды.

Таким образом технический результат достигается наличием в опорной пластине (17) выводных окон (15) из стекла К8, кварца или из иного твердого оптического материала толщиной 1÷2мм, прозрачного в используемом в оптическом соединителе диапазоне длин волн, которая находится в оптическом контакте с легкодеформируемым материалом эластомерных окон (16), в качестве которого могут быть использованы различные типы силиконовых или полиуретановых эластомеров или иных любых эластомеров, прозрачных в используемом диапазоне длин волн, характеристики которых удовлетворяют следующим условиям:

- твердость предлагаемых эластомеров составляет (по Шору А) до 50, оптимальное значение 30-35, твердость прозрачного эластомера, выбираемого для конкретной конструкции оптического соединителя, определяется уровнем механических усилий при соединении (стягивании) двух частей оптического соединителя для реализации упругой деформации в пределах 50%,

- разрывная прочность не менее 1МПа,

- температурный диапазон существования высокоэластичного состояния от

-65°С до + 85°С^.,

- показатель преломления эластомеров N₁₆ должен лежать в диапазоне 1,4÷1,5 и должен приблизительно (с точностью до 1 знака после запятой) быть равен показателю преломления N₁₅ материала окон (15). Требование близости значений показателей преломления N₁₅ ≈ N₁₆ обусловлено необходимостью снижения потерь оптической мощности за счет френелевского отражения при переходе из одной оптической среды в другую, а поскольку, как известно (Г.Я.Ландсберг, “Оптика”, М., “Физматлит, 2006г.), коэффициент отражения R определяется формулой:

то выражение (2) и определяет указанное требование.

Этому требованию удовлетворяет большое число эластомеров на основе силикона и полиуретана, которые имеют показатели преломления N₁₀₁ ≈ N₁₀₂ ≈ 1.4 -1,5 в области собственной прозрачности, совпадающей с рабочими длинами волоконно-оптических линий связи 1.3÷1.6 мкм (Е.И.Алексеева и др. «Оптически прозрачные фотоотверждаемые кремнийорганические композиции», ВИАМ/2007-204873. 2007г.).

Надежный оптический контакт между эластомерными окнами (16) двух частей оптического соединителя (фиг.4) достигается за счет их деформации при механической стыковке частей оптического соединителя. Деформация материала окон (16) должна происходить в области упругой деформации эластомера в пределах 50% изменения толщины материала окна (16). При этом даже в случае возникновения механических повреждений поверхности эластомерного материала окон (16) типа царапин, небольших выемок и т.п., которые сделали бы невозможным функционирование оптических элементов из стеклянных или иных твердотельных прозрачных материалов в этих условиях, эластомерные поверхности окон (16) за счет деформации их формы при механическом сдавливании “распрямляют” соприкасающиеся поверхности, осуществляя оптический контакт без внесения искажений и потерь мощности в распространяющийся оптический пучок. Таким образом, новый принцип построения оптических соединителей с расширенным пучком, предполагает, что оптическое излучение от одной части оптического соединителя распространяется к другой части оптического соединителя в однородной прозрачной среде, не зависящей от жестких внешних условий и не зависящей от показателя преломления внешней среды. Следовательно, в предложенной схеме, при сохранении всех преимуществ расширенного оптического пучка, минимизируются потери мощности при работе в загрязненной воде или пылевой атмосфере, а также практически устраняются все потери на френелевское отражение от поверхностей всех элементов в коллиматорных объективах (5) при переходе излучения из одной среды в другую , поскольку поверхности всех оптических деталей могут быть просветлены для оптического перехода типа стекло-воздух, поскольку находятся в защищенной от внешних условий среде. (Г.Я.Ландсберг, “Оптика”, М., “Физматлит, 2006г.). Одновременно с этим предлагаемая оптическая схема позволяет сохранить возможность использования различных типов оптических материалов с разными значениями показателей преломления при изготовлении сферических линз коллиматорных объективов (5).

Работоспособность данной оптической схемы должна обеспечивать жесткая механическая конструкция, в которой поверхности окон (15), через которые распространяется параллельный световой пучок, сформированный коллиматорным объективом (5), должны быть позиционированы строго перпендикулярно оптической оси объектива (5).

В этом случае, согласно законам оптики, не происходит отклонения выходящего параллельного пучка от заданного направления распространения. Соответственно, жестко закрепленные опорная пластина с окнами из оптически прозрачного материала при деформирующем контакте с пластинами из эластомерных материалов формируют поверхности оптического контакта также строго перпендикулярные оптической оси коллиматорных объективов.

Конструкция оптического соединителя с расширенным пучком, в соответствии с новым принципом построения согласно фиг.4 и фиг.5, представлена на фиг.9 и фиг.10. В качестве прототипа использована конструкция оптического соединителя, известного из патента РФ № 2786485.

Параллельно центрирующей шайбе (2) закрепляется жесткая опорная металлическая (сталь, титан и т.п.) пластина (17) с отверстиями, соосными существующим отверстиям в центрирующей шайбе (2) и с 3-мя резьбовыми отверстиями (18), соосными гладким отверстиям (19), дополнительно просверленными в центрирующей шайбе (2).

Пластина (17) точно позиционируется относительно поверхности центрирующей шайбы (2) с помощью 3-х юстировочных винтов (20) и пружинных колец (21) из резиноподобного материала, расположенных концентрично с центрирующими втулками (4) в центрирующей шайбе (2), а также с помощью отверстий (28), через которые проходят направляющие штыри (10). Одна из поверхностей (22) металлической пластины (17) должна иметь высокую плоскостность (допуск не более 10 мкм на длине 15мм), поскольку на эту плоскую поверхность наклеиваются плокопараллельные пластинки (15). Указанные требования к параллельности опорной пластины (17) и плоскостности пластинок (15) обусловлены необходимостью точного позиционирования плокопараллельных пластинок (15) строго перпендикулярно оптическим осям коллиматорных объективов (5) для исключения потерь оптической мощности при переходе излучения из одной части оптического соединителя в другую часть, поскольку, как известно из курса оптики (Г.Я. Ландсберг, “Оптика”, М., “Физматлит, 2006г.), при нормальном (90°) падении светового излучения на поверхность прозрачной диэлектрической среды, выходящее излучение из окон опорной пластины также распространяется по нормали к поверхности пластинки.

Окна (15) опорной пластины (17) должны иметь клиновидность не более 5“ (5 угловых сек). Данные требования к клиновидности обусловлены возможными отличиями показателей преломления материалов пластин (15) и эластомера (16). Однако в случае точного (с точностью до 2 -го знака после запятой) совпадения показателей преломления материалов пластинок (15) и материала эластомерных окон (16) и достаточно хорошей плоскостности поверхности пластинки (15), обращенной к выходной поверхности коллиматорного объектива (5) и расположенной строго перпендикулярно оптической оси объектива (5), требование к клиновидности пластинки (15) оказывается несущественным, поскольку после выхода из пластинки (15) далее в эластомерной пластине (25) и окнах ( 16 ) оптическое излучения будет распространяться в оптически неотличимой среде материалов пластин (15) и (16).

Позиционирование опорной пластины (17) с жестко закрепленными пластинами (15) обеспечивается юстировочными винтами (20) с подпружинивающим эффектом упругих колец (21) из резиноподобного материала и упорной шайбой (23) из металла (сталь, титан и т.п.). Толщина опорной пластины (17) выбирается из условия недопущения деформации поверхности (22) и ухудшения, в результате этого, плоскостности выше указанного предела (допуск не более 10 мкм на длине 15мм), при фиксации пластины (17) юстировочными винтами (20).

После проведения юстировки пространство между поверхностью центрирующей шайбы (2) и нижней поверхностью опорной пластины (17) заполняется компаундом для придания жесткости оптической системе. Полученная сборка из центрирующей шайбы (2) и опорной пластины (17) помещается в основание (1), в котором закреплен направляющий штырь (10), и закрывается защитной крышкой (3), которая позиционируется относительно центрирующей шайбы (2) и опорной пластины (17) с помощью штырей (10), проходящих через отверстие в защитной крышке (3). При этом верхняя поверхность опорной пластины (17) с окнами (15) должна быть доступна для оптического контакта с окнами из прозрачного эластомерного материала (16) при установке лицевой пластины (24) с окнами из прозрачного эластомерного материала (16), которые являются частью общей эластомерной пластины (25). Окна (16) соосны с отверстиями для установки центрирующих втулок (4) в центрирующей шайбе (2), а также с соответствующими отверстиями в защитной крышке (3). Лицевая металлическая пластина (24) с эластомерной пластиной (25) позиционируется относительно центрирующей шайбы (2) и опорной пластины (17) с помощью отверстий, через которые проходят направляющие штыри (10), и крепится к защитной крышке (3) оптического модуля (14) с помощью одного винта (26), проходящего через регулирующую металлическую шайбу (27) . За счет прижима винтом (26) жесткой лицевой пластины (24) к поверхности защитной крышки (3), опорная пластина (17) с окнами (15) деформирует эластомерную пластину (25) в области окон с эластомером (16), создавая тем самым надежный оптический контакт и защищая поверхность пластины (15) от повреждающих механических воздействий, которые ухудшали эксплуатационные свойства оптических соединителей на предыдущем уровне развития техники. Уровень деформации эластомерной пластины определяется толщиной регулирующей шайбы (27). При этом при эксплуатации данного варианта оптического соединителя лицевая пластина (25) с окнами из эластомерного материала (6) является легко заменяемым расходным элементом, не требующим юстировок и настроек, легко и оперативно сменяемым при необходимости в полевых условиях даже не квалифицированным персоналом. При этом остальная часть оптического соединителя требует более легкого и редкого обслуживания, по сравнению с оптическими соединителями предыдущего уровня развития техники.

верхняя поверхность опорной пластины (17) с окнами (15) должна быть доступна для оптического контакта с окнами из прозрачного эластомерного материала (16) при установке лицевой пластины (24) с окнами из прозрачного эластомерного материала (16), которые являются частью общей эластомерной пластины (25). Окна (16) соосны с отверстиями для установки центрирующих втулок (4) в центрирующей шайбе (2), а также с соответствующими отверстиями в защитной крышке (3). Лицевая металлическая пластина (24) с эластомерной пластиной (25) позиционируется относительно центрирующей шайбы (2) и опорной пластины (17) с помощью отверстий, через которые проходят направляющие штыри (10), и крепится к защитной крышке (3) оптического модуля (14) с помощью одного винта (26), проходящего через регулирующую металлическую шайбу (27) . За счет прижима винтом (26) жесткой лицевой пластины (24) к поверхности защитной крышки (3), опорная пластина (17) с окнами (15) деформирует эластомерную пластину (25) в области окон с эластомером (16), создавая тем самым надежный оптический контакт и защищая поверхность пластины (15) от повреждающих механических воздействий, которые ухудшали эксплуатационные свойства оптических соединителей на предыдущем уровне развития техники. Уровень деформации эластомерной пластины определяется толщиной регулирующей шайбы (27). При этом при эксплуатации данного варианта оптического соединителя лицевая пластина (24) с эластомерной пластиной (25) и окнами из эластомерного материала (16) является легко заменяемым расходным элементом, не требующим юстировок и настроек, легко и оперативно сменяемым при необходимости в полевых условиях даже не квалифицированным персоналом. При этом остальная часть оптического соединителя требует более легкого и редкого обслуживания, по сравнению с оптическими соединителями предыдущего уровня развития техники.

Изобретение относится к оптическим соединителям с расширенным световым пучком, предназначенным для соединения между собой волоконно-оптических волокон и оптических кабелей в системах связи и распределенных оптических сенсорных системах, элементы которых функционируют в тяжелых условиях, в частности в воде, грязи, пылевой атмосфере и т.п. Заявленный оптический соединитель содержит два идентичных, соединяемых между собой с образованием оптического контакта, оптических разъема, каждый из которых состоит из защитного корпуса, в котором закреплен оптический модуль, который содержит крышку, основание и установленную между ними прецизионную центрирующую шайбу, имеющие соосные сквозные отверстия с возможностью размещения в них оптических каналов и соединительных элементов, причем в отверстиях прецизионной центрирующей шайбы зафиксированы центрирующие втулки, в которых установлены в основании оптического модуля коллиматорные объективы. Центрирующая втулка выполнена с возможностью установки внутри нее ферулы с оптическим волокном, поверхность торца которого лежит в фокальной плоскости коллиматорного объектива, при этом над поверхностью коллиматорного объектива, через промежуток, равный его фокусному расстоянию, закреплена позиционированная перпендикулярно оптической оси коллиматорного объектива опорная пластина с окнами из оптического материала, прозрачного в используемом диапазоне длин волн, к которой жестко прикреплена лицевая пластина с окнами, закрытыми прозрачным эластомерным материалом, прозрачным в используемом диапазоне длин волн, которые являются частью общей эластомерной пластины, расположенной под лицевой пластиной, причем окна опорной пластины находятся в оптическом контакте с окнами лицевой пластины и соосны отверстиям прецизионной центрирующей шайбы для установки центрирующих втулок и с соответствующими отверстиями в крышке. При этом окна из эластомерного материала выполнены с возможностью механической деформации с образованием оптического контакта при соединении оптических разъемов с образованием изолированной трассы распространения расширенного светового пучка. Технический результат - повышение надежности и качества оптической связи в неблагоприятных условиях, а также обеспечение универсальности применения оптического соединителя для применения в средах с различными показателями преломления, в котором минимизированы механические воздействия на наружные оптические поверхности объективов оптического соединителя, а оптические свойства окружающей среды не оказывают влияния на функционирование оптического соединителя в любых условиях эксплуатации, в том числе при эксплуатации в жестких условиях пыльной атмосферы, мутной воды и т.д. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Оптический соединитель, характеризующийся тем, что содержит два идентичных, соединяемых между собой с образованием оптического контакта, оптических разъема, каждый из которых состоит из защитного корпуса, в котором закреплен оптический модуль, который содержит крышку, основание и установленную между ними прецизионную центрирующую шайбу, имеющие соосные сквозные отверстия с возможностью размещения в них оптических каналов и соединительных элементов, причем в отверстиях прецизионной центрирующей шайбы зафиксированы центрирующие втулки, в которых установлены в основании оптического модуля коллиматорные объективы, центрирующая втулка выполнена с возможностью установки внутри нее ферулы с оптическим волокном, поверхность торца которого лежит в фокальной плоскости коллиматорного объектива, при этом над поверхностью коллиматорного объектива, через промежуток, равный его фокусному расстоянию, закреплена позиционированная перпендикулярно оптической оси коллиматорного объектива опорная пластина с окнами из оптического материала, прозрачного в используемом диапазоне длин волн, к которой жестко прикреплена лицевая пластина с окнами, закрытыми прозрачным эластомерным материалом, прозрачным в используемом диапазоне длин волн, которые являются частью общей эластомерной пластины, расположенной под лицевой пластиной, причем окна опорной пластины находятся в оптическом контакте с окнами лицевой пластины и соосны отверстиям прецизионной центрирующей шайбы для установки центрирующих втулок и с соответствующими отверстиями в крышке, при этом окна из эластомерного материала выполнены с возможностью механической деформации с образованием оптического контакта при соединении оптических разъемов с образованием изолированной трассы распространения расширенного светового пучка.

2. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что опорная пластина расположена между центрирующей шайбой и защитной крышкой оптического модуля.

3. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что опорная пластина расположена над защитной крышкой оптического модуля.

4. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что опорная пластина является защитной крышкой оптического модуля.

5. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что опорная пластина содержит оптическое окно, общее для части коллиматорных объективов одного оптического модуля.

6. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что опорная пластина содержит оптическое окно, общее для всех коллиматорных объективов одного оптического модуля.

7. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что в качестве эластомерного материала использован материал, характеристики которого удовлетворяют следующим условиям:

- твердость предлагаемых эластомеров составляет (по Шору А) до 50, при этом твердость прозрачного эластомера, выбираемого для конкретной конструкции оптического соединителя, определяется уровнем механических усилий при соединении двух частей оптического соединителя для реализации упругой деформации в пределах 50%,

- разрывная прочность не менее 1 МПа,

- температурный диапазон существования высокоэластичного состояния от -65°С до +85°С,

- показатель преломления эластомеров N₁₆ выбран из диапазона 1,4÷1,5.

8. Оптический соединитель по п.7, характеризующийся тем, что в качестве эластомерного материала использован силиконовый или полиуретановый эластомеры, которые имеют показатели преломления N₁₀₁≈N₁₀₂≈1,4-1,5 в области собственной прозрачности, совпадающей с рабочими длинами волоконно-оптических линий связи 1,3÷1,6 мкм.

9. Оптический соединитель по п.1, характеризующийся тем, что оптический разъем имеет герметичный корпус.