CN102257419A - 扩束连接器概念 - Google Patents

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马修·克鲁兹
蒂莫西·W·安德森
杰弗里·D·尼尔森
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Abstract

一种用于光缆的终端包括套管。在一个实施方式中，该光缆的光纤穿过所述套管的中心孔并附装至透镜，该透镜座置在由环氧树脂形成在所述套管的端表面中的锥形或圆柱形的座内。在第二实施方式中，使光缆的光纤(133)穿过套管(105)的中心孔。接着，使其中具有透镜(139)的帽套筒(151)在套管上滑动并附装至套管，使得透镜抵靠或附装至所述光纤。在又一实施方式中，可以在所述套管和/或所述帽套筒中可选地形成检查槽，以允许技术工人检查光纤和透镜的安装和/或抵靠和/或间隔的状态。

Description

扩束连接器概念
本发明要求于2008年12月17日提交的美国申请No.12/337,212的权益，通过引用将该申请结合于此，该申请为于2007年6月19日提交的美国申请No.11/765,318的部分继续申请。
技术领域
本发明涉及光纤通信。更具体地说，本发明涉及一种用于提供光缆的整齐终端部的终端，并且涉及结合一个或更多个该终端的结构，诸如连接器、跳线器或衰减器。
背景技术
在现有技术中公知的是，光缆可以被切割而终止以连接至连接器、跳线器或衰减器或其他这种结构。典型的终端部包括套管，该套管具有穿过其中心的中心孔。一段光纤在切割好的光缆的端部处露出。光纤穿过套管中的中心孔并与该套管的端部齐平地切割。环氧树脂将光纤固定在中心孔内，并且光纤的切割端部与套管的端部一起被抛光以完成终端部。
在现有技术中认为这种典型的终端部不适合用在容易受到振动的恶劣环境(例如飞机)中。由于光纤延伸至套管的端部并与接收结构进行物理接触，光纤在振动时容易受到损坏(例如小的应力裂纹)。通过引用结合在此的美国专利6,074,100解决了与该典型的终端部相关的物理接触的缺陷。
图17至21示出了美国专利6,074,100的终端。在图17中，光缆208被剥除以去除并暴露出光缆材料的若干鞘套。光缆208的剥除端部包括中心光纤212、围绕光纤212布置的硅树脂缓冲部214、包封硅树脂缓冲部214的内护套216、包括围绕内护套216缠绕的例如聚酰胺纤维(例如Kevlar
Figure BPA00001389462100011
)之类的编织或织物纤维的加强构件218和包封加强构件218的外护套220。
在图18中，光缆208的剥离端部被准备好粘合至套管组件222。该套管组件222包括刚性套管224和外接并粘合至套管224的端部的后部主体或套筒226。更具体地说，刚性套管224限定了外端表面228、中心孔230和内端部232，并且后部主体226圆柱形内孔234和限定圆柱形外表面238的渐缩端部236。套管224由陶瓷例如氧化锆制成，后部主体226由不锈钢制成。
在准备粘合时，将粘合剂240的颗粒或环与区域A对应地施加至后部主体226的外表面238上，并且将粘合剂层242与区域B对应地施加至光纤212和内护套214。区域A和B中的粘合剂240是相同的，并且被进一步选择成使得玻璃转化温度(TG)大于在终端的操作环境中所预期的最高温度。在粘合之前，将加强构件218向后折叠在外护套220上。随后将覆盖在加强构件218上的收缩管244用于临时将加强构件218预先定位在外护套220上。
在图19中，光缆208的剥离端部被***在套管组件222内，使得光纤212穿过套管孔230，并且内护套214靠着套管224的内端部232。接下来，向后滑动收缩管244(以阴影线示出)以释放加强构件244，该加强构件244于是折叠在后部主体226的圆柱形外表面238上。这样，区域A中的粘合剂240的环接触并浸入加强构件218。然后，向前移动收缩管244，使得其覆盖加强构件218和外护套220。在固化过程中，粘合剂240凝固并且收缩管244收缩。在固化过程之后，光纤212的端部在紧接近于套管224的外端表面228的位置处裂开，如图19所示。
之后，执行各种喷砂或抛光操作以便使光纤212的切割端部凹入套管224的外端表面228之下，如图20和图21所示。具体地说，端部轮廓250的特征在于，光纤212限定了相对于套管224的端表面228凹入或下陷的端表面252(在图20中最佳地示出)。光纤212的所述端表面至少是载光芯部212CO及其周围的覆层212CL的组合。
通过图17至21的结构，美国专利6,074,100提供了更适合于用在易于振动的要求苛刻的工作环境中的光缆终端部。通过使光纤终端部252凹入至套管端部228中的点，光纤不再与光传输/接收结构(例如，另一个光纤端部或检测器透镜)直接物理接触，因而不容易受到损坏(例如，光纤中的裂纹)。
发明内容
本申请人已经意识到了现有技术的终端的缺陷。
对于物理接触(PC)连接器，如果技术人员在利用工具工作时无意地阻碍纤维绳进入PC连接器，则保持光纤的套管会克服弹簧偏压而略微缩回连接器主体中。如果套管缩回信号波长的二分之一以上，则信号连接将丢失。在轮船、飞机、潜水艇等中，信号丢失可能会成为复位计算机设备或进入紧急程序的触发器。任何情形都可能很危险。
而且对于现有技术的连接器来说，连接非常容易受到污物和灰尘的影响。在套管的光纤附近中存在污物和/或灰尘会导致连接器失效。例如，小颗粒碎屑会容易地阻碍光路，这种颗粒直径可能小至8微米。
申请人还已经意识到，使若干不同的终端结构用于不同类型的端部结构(例如连接器、跳线器、衰减器)效率低下。现有技术的这种结构需要设计、加工和库存许多不同部件。而且，技术人员必须受训以安装若干不同类型的终端，并且必须携带用于不同结构终端的不同类型的专业工具。
此外，申请人已经意识到，现有技术的许多终端难以安装在光缆的端部处，从而它们在光缆端部的附装不可靠，并且它们在端部结构(例如连接器、跳线器)的附装也不可靠，展示出可变的性能特性(例如，终端处的dB损失在安装之时普遍不一致，并且可能随着终端的振动而改变)。
本发明解决了现有技术中的一个或更多个缺点。
这些及其他目的通过一种用于光缆的包括套管的终端来实现。在一个实施方式中，该光缆的光纤穿过所述套管的中心孔并附装至一透镜，该透镜安置在由环氧树脂形成在所述套管的端表面中的锥形或圆柱形的座中。在第二实施方式中，所述光缆的光纤穿过所述套管的中心孔。接着，将其中具有透镜的帽套筒滑动到所述套管上并附装至该套管，使得所述透镜抵靠或附装至所述光纤。在又一实施方式中，可以在所述套管和/或所述帽套筒中可选地形成检查槽，以允许技术人员检查光纤和透镜的附装和/或抵靠和/或间隔的状态。
从如下给出的详细描述将更清楚本发明的进一步的应用范围。然而，应理解的是，示出了本发明优选实施方式的详细描述和具体实施例仅仅是以图示的方式给出的，这是因为在本发明的精神和范围内的各种改变和修改根据该详细描述对本领域技术人员说将变得清楚。
附图说明
从如下给出的详细描述以及仅以示例方式给出的附图将更完全地理解本发明，附图并不限制本发明，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的终端的侧剖视图；
图2是示出了图1的套管的端部的俯视图；
图3是示出了图1的套管的端部的侧视图；
图4是图1的套管的端视图；
图5是示出了由一段光缆形成的跳线器的剖视图，其中如图1所示的套管附装在每个端部处；
图5A是与图1类似的剖视图，但是示出了用于终端的第一实施方式的另选设计；
图5B是与图3类似的侧视图，但是示出了用于具有另选保持特征的终端的第一实施方式的又一个另选设计；
图6是包括根据图5A的终端的ST光纤连接器的侧剖视图；
图7是包括多个根据本发明的第一实施方式的终端的MT连接器的第一实施方式的俯视图；
图7A是图7的MT连接器的端视图；
图8是包括多个根据本发明的第一实施方式的终端的MT连接器的另选实施方式的俯视图；
图8A是图8的MT连接器的端视图；
图9是用于根据本发明的第二实施方式的终端的套管和保持套筒的立体图；
图10是图9的套管和保持套筒的侧视图；
图11是图9和图10的套管和保持套筒的端视图；
图12是沿着图11中的线XII-XII获得的剖视图；
图13是用于根据本发明的第二实施方式的终端的帽套筒的立体图；
图14是在图9的套管上滑动的图13的帽套筒的立体图；
图15是沿着图14中的线XV-XV获得的剖视图；
图16是类似于图15的剖视图，但是示出了用于帽套筒和将透镜安装在帽套筒内的另选实施方式；
图17是部分地剖开的侧视图，示出了根据现有技术的光缆的端部，该光缆已经被剥离而暴露出光纤；
图18是部分地剖开的侧视图，示出了根据现有技术的、制备用于粘合至套管组件的图17的剥离端部；
图19示出了根据现有技术的剥离端部与套管组件的粘合以形成终端；
图20是抛光操作之后的图19的终端的端部的侧剖视图；以及
图21是位于图20的终端的端部的光纤闭合剖视图。
具体实施方式
下面参照附图更详细地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施方式。然而，本发明可以以许多不同形式实施，并且不应该被解释为限于这里所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更为完整和全面，并且这些实施方式将向本领域技术人员完全地传达本发明的范围。
在全文中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，一些线条的粗细、层、部件、元件或特征为了清楚起见可能被夸大。虚线表示可选的特征或操作，除非另有明确说明。
本文使用的术语仅仅是为了描述具体实施方式之目的，并不旨在限制本发明。除非另有限定，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。还应进一步理解，诸如那些在通用的词典中定义的术语应该解释为具有与其在本说明书和相关技术中的含义一致的含义，并且不应在理想化或过渡形式的意义下来理解，除非本文另有说明。为了简洁和/或清楚起见，公知的功能或构造可能不再详细描述。
如这里使用的，单数形式“一”和“该(所述)”旨在也包括复数形式，除非上下文明确指明具有其他含义。还应进一步理解，术语“包括”当在本说明书中使用时表示存在所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或附加一个或更多个其他元件、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。如这里使用的，术语“和/或”包括相关列举项目中的一个或更多个的任意和所有组合。如这里使用的，诸如“X和Y之间”和“大约X和Y之间”之类的短语应被解释为包括X和Y。如这里使用的，诸如“大约X和Y之间”之类的短语是指“大约X和大约Y之间”。如这里使用的，诸如“从大约X到Y”之类的短语是指“从大约X到大约Y”。
应理解，当一个元件被描述为“在”另一个元件“上”、“附装”至另一个元件、“连接”至另一个元件、“与”另一个元件“联接”、“接触”另一个元件等时，该一个元件可能是直接在其他元件上、附装至其他元件、连接至其他元件、与其他元件连接、接触其他元件等，或者也可能存在中间元件。相反，当一个元件例如被描述为“直接在”另一个元件“上”、“直接附装”至另一个元件、“直接连接”至另一个元件、“与”另一个元件“直接联接”、“直接接触”另一个元件等时，则不存在任何中间元件。本领域技术人员还应理解，对与另一特征“相邻”布置的结构或特征的参考可能具有与该相邻特征重叠或位于该相邻特征之下的部分。
为了容易描述，这里可能使用诸如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…之上”、“上”、“侧向”、“左”、“右”等空间关系术语来描述如附图中所示的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应理解，除了附图中所示的取向外，所述空间关系术语还旨在涵盖在使用或操作时装置的不同取向。例如，如果图中的装置被倒置，描述“在”其他元件或特征“下面”或“之下”的元件将被取向为“在”其他元件或特征“之上”。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)，并且这里所使用的相对空间关系的描述也应进行相应的解释。
图1是根据本发明的终端3的侧剖视图。终端3包括套管5。套管5总体上是圆柱形形状，由陶瓷(例如氧化锆、玻璃、氧化铝)制成，并且具有1.25mm的外径。当然，也可以选择其他形状、尺寸和材料(例如金属、聚合物或复合材料)用于套管5。
套管5的第一端部7包括第一锥形入口9。套管5的第二端部11包括第二锥形入口13。尽管示出了锥形形状，但是该形状也可以是圆柱形或由套管5的第二端部11内的埋头孔形成的任何其他类型的形状。第一和第二锥形入口9、13分别在第一和第二端部7、11中大致居中。孔15从第一锥形入口9的中心穿过套管5的中心延伸至第二锥形入口13的中心。
可以在套管5的外表面中切割出保持特征诸如狭窄环或沟槽17以环绕套管5的外表面。保持环19可移除地位于沟槽17内。保持环19可以由金属、聚合物或复合材料形成。在优选实施方式中，保持环19是弹簧夹或橡胶O型环。保持环19起到将终端3附装到其他结构(例如连接器、跳线器)的作用，并且可以位于套管5上的其他位置。下面参照图5B描述不同结构的保持特征。
如图2至图4最佳所示，套管5的第二端部11包括检查槽45和倒角47。检查槽45是套管5的材料中的切口，该切口向下通到孔15。检查槽45可以利用金刚石锯条或通过其他机构形成。下面将描述检查槽45的功能。
终端3还包括保持套筒21。保持套筒21总体上为圆柱形形状，由金属(例如不锈钢)制成，并且具有近似等于或略微大于1.25mm(即略微大于套管5的外径)的内径。当然，保持套筒21可以由其他材料，诸如陶瓷、聚合物或复合材料制成。而且，保持套筒21可以具有不同的形状和尺寸，只要套管5能够对齐在保持套筒21内即可，如图1所示。
现在将描述终端3与光缆或光纤绳31的相结合使用。首先，光纤绳31穿过保持套筒21。接着，移除光纤绳31的外层以露出一段载光光纤33(近似与套管5一样长)以及一短段围绕载光纤33(如图1所示)的光缆强度构件(例如KEVLAR光纤)35。
载光光纤33利用第一锥形入口39作为引导件在套管5的第一端部7处***孔15内。光纤33穿过孔15通到套管5的第二端部11并停止在第二锥形入口13处。
光学环氧树脂37施加至光纤33的端部以及第二锥形入口13的内部。透镜39座置在第二锥形入口13处，从而光学环氧树脂37将透镜39粘附至光纤33和第二锥形入口13。在一个优选的实施方式中，透镜39是直径大约为100至3,000μm(例如125μm、300μm、500μm、750μm、1250μm，2500μm)的球形形状，并且由蓝宝石形成，且具有防反射涂层。然而，可以使用其他类型和尺寸的透镜。例如，透镜39可以具有其他形状，诸如桶形、平凸形或非球面形状。透镜39可以由其他材料形成，例如，光学玻璃、三氧化锆、石英或石英类材料。并且透镜39可以没有涂层。
光纤33的折射率通常为1.46至1.49(例如大约小于1.5)。然而，可以想象该光纤可以具有略高的折射率，例如小于1.6的折射率。透镜39的折射率将设置成大于1.5，通常大于1.6。期望的是，透镜39的折射率大于光纤33的折射率。例如，如果光纤33的折射率小于1.6，则透镜39的折射率大于1.6。作为另一个实施例，如果透镜39的折射率大于1.5，则光纤33的折射率小于1.5。
光学环氧树脂37优选具有与光纤33和/或透镜39的光学特性匹配或接近的光学特性。更优选的是，光学环氧树脂37具有在光纤33的折射率值(例如1.46至1.49)和透镜39的折射率值(例如1.7)之间的折射率值(例如1.57)。例如，环氧树脂37可以具有在大约1.4至1.8之间的折射率值。
保持套筒21在光纤绳31上滑动以覆盖光纤绳31和套管5之间的接合部。额外的环氧树脂或其他类型的粘合剂31***到光纤绳31与套管5相遇的接合区域。粘合剂41在图1中以点示出，并且不需要具有任何特殊的光学特性。粘合剂41可以利用注射器通过保持套筒21的没有套管5的端部注入到该区域内。另选的是，注射器可以通过保持套筒21的侧壁中的孔口43***。粘合剂41粘附至KEVLAR光纤35、光纤绳31的端部、保持套筒21、光纤33和/或套管5的第一端部7。Locktite的EPOTEC 353ND和HYSOL非常适用。
最后，技术人员可以利用观测仪器通过检查槽45窥视而观察环氧树脂37的状态和透镜39与光纤33和套管5的第二端部11的连接。技术人员可以在通过检查槽45观察间隙的同时增加环氧树脂37和/或将光纤33的端部定位在距离透镜39的优选距离处。
图2是示出了与第二端部11相邻的套管5的大约一半部的顶视图。图3是与图1类似的侧视图，但不是剖视图，示出与第二端部11相邻的套管5的大约一半部。图4是套管5的第二端部11的端视图。
图5演示了如何可以将第一终端3-1连接至同样构造的第二终端3-2以构造跳线器51。如图5中所示，可以切割选定长度的光纤绳31，例如3英寸、6英寸、30cm、500米。第一终端3-1附装至光纤绳31的一个端部，而第二终端3-2附装至光纤绳31的另一个端部。在图5中，第一终端3-1和第二终端3-2以剖视图示出，而光纤绳31以侧视图示出，没有横截面，以简化视图。
跳线器51可以用于单独地替换多通道连接器的通道，如下文将详细描述的那样。为此，跳线器51可以使维修成本最低。
图5A是与图1类似的剖视图，但是示出了用于终端3的另选设计。在图5A中，另选终端3’与终端3相比包括许多相同部件，这些相同部件由相同的附图标记表示。另选终端3’的主要不同在于第二锥形入口13’进一步延伸到套管5内，使得透镜39凹入在套管5的第二端部11中。此外，检查槽45’已经进一步向回延伸到套管5内。
在图5B所示的另选实施方式中，保持特征17和19已经被双用途保持套筒78替代。保持套筒77用于与图5A中的保持套筒21相同的用途，并且还用于提供与其他目标(例如连接器封套)相互作用的连接特征。
套管75具有用于接收保持套筒77的直径减小部79。直径减小部79包括外周凹槽81。保持套筒77可以通过沿着大致位于箭头83下面的保持套筒77的周边施加一系列夹子或连续夹子而附装至套管75。保持套筒77也可以通过环氧树脂和/或通过将保持套筒77和套管75挤压在一起而附装至套管75，其中，由于保持套筒77的内径的尺寸与套管75的直径减小部的外径近似相同而形成摩擦连接，即干涉配合。
为了连接至其他目标(例如连接器封套)，保持套筒77可以在其外表面上包括突出或凹入特征，例如图示的切口85。切口85将允许技术人员在套管75的后部处***环氧树脂或进行检查，如果期望的话。切口85还可以与第二结构的其他固定装置接合。例如，第二结构中的夹子或销可以突出到切口85中，以将图5B的终端固定至第二结构。
图5A和图5B中的透镜39的凹入特性将保护物理接触(PC)型连接器中的透镜39，并且实质上将PC型连接器转换成扩束连接器，如将在图6中所看到的那样。在PC型连接器中，载光光纤穿过并完全到达套管的端部或其他保持结构。套管的端部与另一套管(或用于发射/接收光的结构)物理接触，该另一套管具有光纤终止于其端部的抛光端部。申请人已经意识到现有技术的PC连接器的缺陷。
PC连接器在恶劣环境中非常容易产生通信错误。由于配对连接器的套管之间的光传递路径的直径非常小，在该部位的任何灰尘或碎屑都会严重削弱信号强度。另外，物理接触这方面在存在振动时非常麻烦。振动导致光纤端部磨损、刮伤和损坏。磨损随着时间的流逝而改变了连接器的性能特征。另外，磨损会导致连接器失准和信号传输失败。
在本说明书的现有技术部分讨论的美国专利6,074,100通过将光纤端部从套管的端部表面向回凹入而解决了其中一个缺陷。然而，本发明通过透镜39还将连接器转换成扩束连接器，这甚至进一步提高了PC连接器在恶劣环境中的性能，如下面将详细描述的那样。为此，本发明提供了具有物理尺寸和特征部位(即连接器的封套)以替换标准PC连接器的扩束连接器。
图6示出了具有本发明的扩束特征的标准ST型连接器封套。具体地说，已经移除了背景技术的物理接触的套管组件。在其空间内，申请人将扩束套管组件61(其可以与图5A的套管3’或图5B的套管75相同或类似地构造)***。该扩束套管组件61可以包括如图5A所示的保持环19，以便将套管组件61附装至ST连接器的轴环63。另选的是，轴环63可以压配合到图5B的套管组件的不锈钢套筒77上，或通过环氧树脂或通过任何其他固定方式粘附至图5B的套管组件的不锈钢套筒77上。另选的是，该扩束套管5或75可以直接被挤压或通过环氧树脂粘附在轴环63中，而不需要任何保持特征17和19和/或保持套筒21或77。
如图6所示，套管组件1具有中心孔，载光光纤65穿过该中心孔。透镜67位于套管组件61的端面中的锥形凹部69中。折射率匹配的环氧树脂将透镜67固定至光纤65和锥形凹部69。光纤65、锥形凹部69和透镜67之间的连接可以通过检查槽68检查。
如在图6中可以看到，透镜67经过锥形凹部69凹入套管61中的距离大于透镜67的直径。因此，透镜67在套管组件61的端部中受到保护，即与套管组件61的端部接触的平面物体不会与透镜67进行物理接触。
申请人已经发现扩束ST连接器相比于PC ST连接器具有许多优点。透镜67将光路扩宽到光纤65的直径的大约三倍，并且可以采用更大的透镜将光路扩宽到甚至大于光纤65的直径的大约三倍。这在产生灰尘和碎屑的高振动环境中是特别有利的。例如，对于美国专利6,074,100来说，在套管和发射/接收结构之间存在物理接触。如果振动导致界面上出现磨损，则摩擦会在连接器内产生灰尘。如果横截面面积等于光纤65的端表面面积的一半的一块灰尘或碎屑位于现有技术的PC套管的中心，则该块灰尘会阻挡通过连接器的光的大约50％。更可能的是，PC ST连接器在这种情况下会失效。如果相同尺寸块的灰尘位于本发明的扩束套管组件61的中心，其将阻挡穿过该连接器的光的大约11％。更可能的是扩束ST连接器将继续发挥作用。
另外，在背景技术的PC ST连接器中，光纤直接物理接触在套管的端部处容易出现故障。连接器中的振动导致光纤端部磨损、刮擦和损坏。磨损随着时间而改变连接器的性能特征。本发明的扩束ST连接器没有这些缺陷。透镜67不与另一物体进行直接接触。相反，透镜67距离检测器透镜或光纤具有最佳间隔。该最佳间隔优选为一英寸的5到100/1000以获得最小信号衰减。然而，该间隔将根据透镜67的材料、涂层、尺寸和形状而改变。使光发射和接收特征通过间隙而分离开使得这些特征远离磨损担心，并且有助于保持扩束ST连接器的性能特征随着时间恒定。
另外，扩束ST连接器不容易受到意外断开。在PC ST连接器中，如果技术人员在利用工具工作的同时意外地阻止光纤绳75进入PC ST连接器，或冲击波撞击连接器或装置，则PC套管可能克服环绕轴环63的弹簧73的偏压力而略微缩回到连接器封套内。如果PC套管缩回超过信号波长的二分之一，将失去信号连接。在轮船、飞机或潜水艇等中，信号丢失可能会成为复位计算机设备或进入紧急程序的触发器。任何情形都可能很危险。
在本发明的扩束ST连接器中，不需要沿着光路在连接器中进行物理接触。相反，有意地设置间隙。而且，由于透镜67，该间隙可以被大大地扩大，而不会失去通过该连接器的信号连接。例如，如果扩束ST连接器的光纤绳被技术人员阻碍，则扩束套管组件61相比于PC ST连接器的PC套管会进一步缩回到套管63内大约1000次，而不会断开信号连接，假定轴环63甚至会允许这种缩回长度。
图7包括根据本发明的扩束MT型连接器俯视图和端视图。该MT型连接器具有大致块状形状，并且通常具有大约3/8”X1/8”X3/8”的尺寸。背景技术的MT物理接触(PC)连接器具有两个至十二个通道，诸如八个通道。如果一个通道断裂或损坏，则更换背景技术的整个MT PC连接器。申请人意识到这十分浪费。
因此，申请人已经设计了具有上述扩束套管相比于PC套管所具有的所有优点的扩束MT连接器。图7是该扩束MT连接器81的俯视图，图7A是该扩束MT连接器81的连接器端视图。
该扩束MT连接器具有由技术人员修复的单独通道。例如，从光缆延伸到MT连接器81内的有缺陷的通道的光纤可以被切断，并且将新的终端在光缆侧安装在切割的光纤上。可以将MT连接器81内的有缺陷的终端移除，并且如果存在足够长度的光缆，则可以将新安装的终端***在MT连接器81中的有缺陷的终端被移除的空余位置。如果光缆长度不足，则利用跳线器51会便于该修复，如图5所示。
如在图7中可以看出，扩束MT连接器81具有对准销83和对准孔口85。MT连接器81的顶部敞开以露出八个V形凹槽87-1至87-8。八个终端89-1至89-8设置在八个V形凹槽87-1至87-8中。如图7A中最佳所示，八个终端89-1至89-8在MT连接器81的连接端部处呈现了八个透镜91-1至91-8。透镜91-1至91-8略微凹入MT连接器81的连接端部内以防止透镜91-1至91-8磨损。
图8是根据本发明的另选的扩束MT连接器81’的俯视图。图8A是该另选的扩束MT连接器81’的连接器端视图。该另选的扩束MT型连接器81’不具有敞开顶部，而是包括孔93-1至93-8。终端89-1至89-8位于孔93-1至93-8中。透镜91-1至91-8略微凹入另选的MT连接器81’的连接端部中，以防止透镜91-1至91-8磨损。
尽管图7、图7A、图8和图8A示出了终端89-1至89-8，但应意识到，简单地通过将光纤绳或光纤直接固定在V形凹槽87-1至87-8或孔93-1至93-8中，也能够获得本发明的若干优点。光纤绳或光纤可以通过环氧树脂固定。这种修改仍然具有凹入透镜91-1至91-8，并且仍然具有不受灰尘和碎屑影响以及免受磨损的益处。然而，更换单独通道的能力将被削弱。
尽管图6、图7、图7A、图8和图8A已经示出了ST和MT型连接器封套，本发明的扩束套管可以应用于其他类型的连接器封套，例如LC、SC、FC、MU、ROC、38999或28504型连接器封套。
现在参照图9至图16来描述根据本发明的第二通用实施方式的终端103。终端103可以与关于终端3的上述描述一样地使用(例如在连接器、跳线器、衰减器中)。申请人已经发现，如图1所示在套管5的第二端部11中形成第二锥形入口13通常比较困难。第二锥形入口13的尺寸必须精确以使透镜39适当地对准，并且套管5的普通陶瓷材料难以加工成高公差。如果成批加工套管5，则检查套管时发现第二锥形入口13很好成形的套管5与第二锥形入口13不符合规格的套管混杂在一起。因此，必须检查每个套管5，并且必须将超出公差的套管5丢弃/回收。
现在参照图9至图16描述扩束终端103的第二实施方式。终端103的第二实施方式包括关于图1至8A描述的终端3的第一实施方式的一个或更多个优点，并且更容易制造成高公差。
图9是根据本发明的第二实施方式的终端103的第一部分101的立体图。第一部分101包括套管105。在一优选实施方式中，套管105是由陶瓷(例如氧化锆、玻璃、氧化铝)制成的总体上为圆柱形形状的单件式整体结构，并且具有750μm的外径。当然，也可以为套管105选择其他形状、尺寸和材料(诸如金属、聚合物或复合材料)。
如图12最佳所示，套管105的第一端部107包括锥形入口109。锥形入口109在第一端部107中大致居中。套管105的第二端部111大致是平坦的(即在最终抛光过程之后可包括微小半径)。套管105的第二端部111可以可选地包括围绕其周边的斜边缘110。孔115从第一锥形入口109的中心穿过套管105的中心到达套管105的第二端部111的中心。
终端103的第一部分101还包括保持套筒121。保持套筒121大致为圆柱形形状，由金属(诸如不锈钢)制成，并具有近似等于或略微小于750μm的内径(即略微小于套管105的外径以使套管105在保持套管121内产生压配合)。当然，保持套筒121可以由其他材料制成，例如陶瓷、聚合物或复合材料。另外，保持套筒121可以具有不同的形状和尺寸，只要套管105能够在对准在保持套筒121内即可，如图9至12所示。
现在，将描述终端103的第一部分101到光缆或光纤绳131的组装。可以想象，光纤绳到终端的第一部分101的组装可以通过技术人员在现场而不是在工厂进行。首先，将光纤绳131穿过保持套筒121。接着，将光纤绳131的外层移除以露出一段载光光纤133(大约与套管105一样长)和一短段光缆强度构件例如KEVLAR光纤135(其围绕载光光纤133，如图12所示)。
载光光纤133利用第一锥形入口109作为引导件在套管105的第一端部107处***孔115中。光纤133***穿过孔115以从套管105的第二端部111略微延伸出。如在结合图18的现有技术所描述的那样，光纤113在***孔115之前可以涂覆有环氧树脂。在套管105的第二端部111，光纤133被切割成与第二端部111齐平。然而，同样以现有技术中公知的传统方式抛光光纤133和第二端部111。
将保持套筒121在光纤绳131上滑动以覆盖光纤绳131和套管105之间的接合处。将环氧树脂或其他类型的粘合剂141***光纤绳131与套管105相遇的接合区域。粘合剂141在图12中以点示出，并且不需要具有任何特定的光学特性。粘合剂141可以利用注射器通过保持套筒121的没有套管5的端部注入到该区域内。另选的或附加的是，注射器可以通过保持套筒121的侧壁中的可选的孔口143***。粘合剂41粘附至KEVLAR光纤135、光纤绳131的端部、保持套筒121、光纤133和/或套管105的第一端部107。Locktite的EPOTEC 353ND和HYSOL非常适用
图13是根据本发明的第二实施方式的终端103的第二部分102的立体图。第二部分102包括帽套筒131。在一个优选实施方式中，帽套筒151是呈端部敞开的管状柱体或端部敞开的***柱体(具有沿着其侧壁从第一敞开端部到第二敞开端部的裂口，该裂口可略微分开或敞开以扩大帽套筒151的内径)形状的单件式整体体结构，并且具有近似等于或略微大于(例如大约1到2微米)750微米的内径(即略微大于套管105的外径)。在一个优选实施方式中，帽套筒151由陶瓷(例如氧化锆、玻璃、氧化铝)制成，但是帽青铜151可以由其他材料制成，例如金属、聚合物或复合材料。另外，帽套筒151的形状和尺寸可以不同，只要套管105能够在帽套筒151内对准即可，如图14至16所示。在一个优选实施方式中，帽套筒151与套管105直接接触，中间没有***任何结构。
终端103的第二部分102还包括透镜139。在一个优选实施方式中，透镜139是直径大约为100μm到3,000μm(例如125μm、300μm、500μm、750μm、1,250μm，2,500μm)的球形形状，并且由蓝宝石形成，且具有防反射涂层。然而，可以使用其他类型和尺寸的透镜。例如，透镜39可以具有其他形状，诸如桶形、平凸形或非球面形状。透镜39可以由其他材料形成，例如，光学玻璃、三氧化锆、石英或石英类材料。并且透镜39可以没有涂层。
光纤33的折射率通常为1.46至1.49(例如大约小于1.5)。然而，可以想象该光纤可以具有略高的折射率，例如小于1.6的折射率。透镜39的折射率将设置成大于1.5，通常大于1.6。期望的是，透镜39的折射率大于光纤33的折射率。例如，如果光纤33的折射率小于1.6，则透镜39的折射率大于1.6。作为另一个实施例，如果透镜39的折射率大于1.5，则光纤33的折射率小于1.5。
透镜139通过环氧树脂153附装在帽套筒151内，如图15的剖视图中最佳所示。透镜139和帽套筒151之间的附装可以在工厂装配时完成，使得终端103的组装后的第二部件102能够作为子组件供应给现场技术人员。通过在工厂里将透镜139组装在帽套筒151中，可以在清洁可控环境中利用用于校准的引导件和测量仪器完成非常精确的位置和牢固的附装。另选的是，透镜139可以一体地形成在帽套筒151中。换言之，帽套筒151和透镜139可以形成为由光学玻璃或光学等级聚合物(聚碳酸酯)制成的一体部件，其中透镜模制和/或翻转在帽套筒151中的适当位置。
终端103的第二部分102将由现场技术人员携带到施工场地。如关于图9至12所讨论的那样，在将终端的第一部分101安装在光纤133的端部上之后，技术人员将用帽套筒151“盖住”套管105的端部。为了将帽套筒151附装至套管105，可以在将帽套筒151放置在套管105的第二端部111上之前向套管105的外表面和/或帽套筒151的内表面施加环氧树脂。“被盖住”的套管105将有效将该终端转换成扩束终端，其具有关于本发明的第一实施方式描述的所有益处和优点(图1至图8A)。
图15是沿着图14中的线XV-XV获得的剖视图，如图14和图15所示，透镜139从帽套筒151的端面155略微突出。另外，光纤133的端部(其与套管105的第二端部111齐平)直接抵靠透镜139。在这种构造中，光纤133和透镜130的界面之间无需任何光学环氧树脂。由于透镜139具有比光纤133的圆柱形形状的直径大若干倍的直径，相向的光纤和球形透镜的表面开始接***行表面。例如，该球形透镜可以具有比光纤133的直径大至少三倍(更优选地大约四倍或更多倍)。通过使透镜139相对于光纤133如此之大，减少了透镜139的球形色差问题。透镜139和光纤133之间的相对尺寸同样适合于图1的第一实施方式。
尽管图15示出了光纤133的端部(该端部与套管105的第二端部11齐平)直接抵靠透镜139，但是将光纤133的端部与透镜139间隔开是理想的。透镜139将具有由诸如透镜的折射率和透镜的形状之类的因素确定的焦点。在某些实施方式中，在透镜139的焦点与透镜139的外物理边缘间隔开的情况下，将光纤133的端部定位在透镜139的焦点处即距离透镜139一定距离可能是理想的。光纤133的端部和透镜139之间的间隙可以是气隙或由光学环氧树脂填充，如下面参照图16所详细描述的那样。
图16示出了另选的帽套筒151’。该另选的帽套筒151’略微长于图15的帽套筒151。通过该布置，透镜139略微凹入帽套筒151’内，并且不突出过帽套筒151’的端面155。通过该布置，修改后的终端103’的透镜139将不会与抵靠端面155的结构物理接触。因而，修改后的终端103’具有从端面155凹入的透镜139，从而与配对连接器形成固定的最小透镜间隔。
图16还示出了透镜139可以与光纤133的端部略微间隔开。光学环氧树脂137将透镜139粘附至光纤133的端部。光学环氧树脂137将由现场技术人员在***套管105之前利用注射器直接施加至套管105的端部和/或透镜139，从而使得从光纤133的终端端部发出的光在进入透镜139之前进入光学环氧树脂137。另外，可以在帽套筒151’的侧壁中与透镜139相邻地设置检查槽或小孔口157，该检查槽或小孔口157在帽套筒151被附装至套管105时提供了透镜139和套管105的第二端部111之间的观察视野。孔口157还将允许利用注射器施加光学环氧树脂137，孔口157将用作通风孔。
另外，如果设置了小孔口157，则技术人员可以利用观测仪器通过孔口157窥视而观察光学环氧树脂137的状态和透镜139与光纤133和套管15的第二端部111的连接。技术人员可以在通过孔口157观察间隙的同时增加光学环氧树脂137和/或将光纤33的端部定位在距离透镜139的优选距离处。当然，孔口157和光学环氧树脂137可以用在图15中所示的实施方式中，其中透镜139从帽套筒151的端面155略微突出。
光学环氧树脂137将与之前描述的光学环氧树脂37相同或类似。即，光学环氧树脂可具有与光纤133或透镜139的光学特性匹配或接近或光纤133和透镜139的光学特性之间的光学特性。例如，光学环氧树脂137可以具有在光纤133的折射率值(例如1.46值1.49)和透镜139的折射率值(例如1.7)之间的折射率值(例如1.57)。例如，该环氧树脂37可以具有在大约1.4和1.8之间的折射率值。
在图14至图16的实施方式中，可以看到帽套筒151/151’并不是完全座靠在保持套筒121上。间隙159围绕帽套筒151/151’和保持套筒121之间的区域。该间隙159可以起到保持特征的作用，从而提供了用于与其他物体(例如连接器封套)相互作用的锚固结构。与图5B的实施方式中的切口85类似，间隙159也由第二结构的其他固定装置接合。例如，第二结构中的夹子可以突出到间隙159中以将图14至图16的终端103/103’固定至第二结构。
因而描述了本发明，显而易见，本发明可以以各种方式进行修改。这种修改不应被认为脱离了本发明的精神和范围，所有这些对本领域技术人员来说显而易见的修改都被包含在所附权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种光缆设备，该光缆设备包括：
单件式套管，该单件式套管具有从第一端部延伸到第二端部的孔；
单件式帽套筒，该单件式帽套筒的尺寸适合于装配在所述套管的所述第二端部上并直接接触所述套管以便附装至该套管；以及
位于所述帽套筒内的透镜，其中在所述帽套筒附装至所述套管时所述透镜紧接所述套管的所述第二端部定位。
2.根据权利要求1所述的光缆设备，其中所述套管和所述帽套筒由陶瓷材料形成。
3.根据权利要求1所述的光缆设备，该光缆设备还包括：
穿过所述套管的所述孔的光纤，所述光纤具有紧接所述套管的所述第二端部的终端端部。
4.根据权利要求3所述的光缆设备，该光缆设备还包括：
光学环氧树脂，该光学环氧树脂将所述光纤的所述终端端部连接至所述透镜，使得从所述光纤的所述终端端部退出的光在进入所述透镜之前经过所述光学环氧树脂。
5.根据权利要求3所述的光缆设备，其中所述光纤大致为具有第一直径的圆柱形形状，并且所述透镜大致为具有第二直径的球形形状，所述第二直径大于所述第一直径。
6.根据权利要求5所述的光缆设备，其中所述第二直径比所述第一直径大至少三倍。
7.根据权利要求3所述的光缆设备，其中所述透镜由与所述光纤不同的材料制成，其中形成所述光纤的所述材料具有小于1.6的第一折射率，形成所述透镜的所述材料具有大于所述第一折射率的折射率。
8.根据权利要求3所述的光缆设备，其中所述透镜由与所述光纤不同的材料制成，其中形成所述透镜的所述材料具有大于1.5的第一折射率，形成所述光纤的材料具有小于所述第一折射率的折射率。
9.根据权利要求1所述的光缆设备，其中所述透镜由蓝宝石形成。
10.根据权利要求1所述的光缆设备，该光缆设备还包括：
紧接所述透镜形成在所述帽套筒中的检查槽，该检查槽在所述帽套筒附装至所述套管时提供了所述透镜和所述套管的所述第二端部之间的区域的观察。
11.根据权利要求1所述的光缆设备，其中所述帽套筒内的所述透镜没有任何部分突出超过所述帽套筒的端面。
12.根据权利要求1所述的光缆设备，该光缆设备还包括：
保持套筒，该保持套筒的尺寸适合于装配在所述套管的所述第一端部上并直接接触所述套管以附装至所述套管。
13.根据权利要求12所述的光缆设备，其中所述保持套筒包括贯穿槽，该贯穿槽在所述保持套筒附装至所述套管时提供访问所述套管的所述第一端部附近的区域的途径。
14.根据权利要求1所述的光缆设备，该光缆设备还包括：
支撑所述套管和所述帽套筒的连接器封套。
15.一种光缆设备，该光缆设备包括：
套管，该套管具有从第一端部延伸到第二端部的孔；
单件式整体帽套筒，该单件式整体帽套筒的尺寸适合于装配在所述套管的所述第二端部上并直接接触所述套管以便附装至该套管；以及
位于所述帽套筒内的透镜，其中在所述帽套筒附装至所述套管时所述透镜紧接所述套管的所述第二端部定位。
16.一种形成用于光缆的终端的方法，该方法包括：
将光缆的外层移除以露出一段光纤；
在套管的第一端部处将所述光纤***孔；
将所述光纤穿到紧接所述套管的第二端部的位置；
将所述光纤固定在所述孔中；
将其中具有透镜的帽套筒放置在所述套管的所述第二端部上；以及
将所述帽套筒附装至所述套管，使得从光纤退出的光经过所述透镜。
17.根据权利要求16所述的方法，该方法还包括：
将光学环氧树脂***在所述光纤和所述透镜之间，使得从所述光纤退出的光在穿过所述透镜之前经过所述光学环氧树脂。
18.一种光缆设备，该光缆设备主要由以下部件构成：
套管，该套管具有从第一端部延伸到第二端部的孔；
保持套筒，该保持套筒装配在所述套管的所述第一端部上并直接附装至所述套管；
帽套筒，该帽套筒的尺寸适合于装配在所述套管的所述第二端部上并直接接触所述套管以便附装至该套管；以及
位于所述帽套筒内的透镜，其中在所述帽套筒附装至所述套管时所述透镜紧接所述套管的所述第二端部定位。
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