CN113885135A - 新型耐功率小型光纤扩束连接器及其扩束合件与制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型耐功率小型光纤扩束连接器及其扩束合件与制作方法，其中扩束合件包括透镜、端帽、外插芯、内插芯、套管和光纤光缆，所述光纤光缆设置于所述内插芯中，与所述内插芯和所述外插芯同轴，且三者的后端嵌入于所述套管中；所述光纤光缆的前端面熔接有设置于所述内插芯前端的所述端帽，用于对输出光束进行扩束以降低光功率密度；所述内插芯的前端面连接有设置于所述外插芯前端的所述透镜，用于将输出光束进一步放大准直。本发明在光纤端面熔接Endcap(端帽)结构，提高了光纤的耐功率能力，端面采用扩束技术，提高了对接端面耐功率能力。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种新型耐功率小型光纤扩束连接器及其扩束合件与制作方法。
背景技术
随着光信号传输在各个领域不断扩展，光纤连接器需要传输的功率越来越大，高功率光束在传输过程中，尤其是在光纤连接器对接过程中，容易发生端面烧毁故障。主要是由于功率在端面转化为热引起烧毁，需要对传输高功率光束的连接器进行特殊设计，以解决相关问题。
将端面光功率密度降低，是一种有效的解决方式。
1996年，日本株式会社日立制作所提交的专利JPH09269433A公开了扩大端部的模场直径以降低功率密度的技术方案。该方案采用扩芯光纤方案，将模场直径从10微米扩大到25微米，功率密度降低有限。
很容易想到使用透镜将光纤端面放大到足够大，以进一步降低端面的功率密度。但是扩束后的连接器对角度偏移极度敏感，CN110221391B专利公开了一种方法，为了保证扩束后损耗较小，连接器配有调节机构，调节透镜和光纤的相对位置，配合水冷结构，可做出传输万瓦级的光纤连接器。但是该连接器结构复杂，尺寸庞大，不适用于小型化设备。
传统透镜扩束方案的另一问题为，高功率光束由透镜聚焦回到光纤时，光纤端面的功率密度很高，任何微损伤，加工的缺陷、胶水残留等，都将导致此处发热，也存在烧毁的可能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种新型耐功率小型光纤扩束连接器及其扩束合件与制作方法，在光纤尾端熔接Endcap(端帽)结构，提高了光纤的耐功率能力，端面采用扩束技术，提高了对接端面耐功率能力，目前对FC连接器按本发明方案优化改进后整体能够耐单模传输功率5W，极大地提高了连接器的耐功率范围(未改进前FC连接器业内耐功率不超过0.3W)，可克服在高可靠性应用情况下仅能采用熔接或耦合等方法实现高功率光传输链路互连的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型耐功率小型光纤扩束连接器的扩束合件，包括透镜、端帽、外插芯、内插芯、套管和光纤光缆，所述光纤光缆设置于所述内插芯中，与所述内插芯和所述外插芯同轴，且三者的后端嵌入于所述套管中；所述光纤光缆的前端面熔接有设置于所述内插芯前端的所述端帽，用于对输出光束进行扩束以降低光功率密度；所述内插芯的前端面连接有设置于所述外插芯前端的所述透镜，用于将输出光束进一步放大准直。
进一步地，所述透镜的直径略小于所述外插芯的内径，从而能够在所述外插芯内孔空间内进行微调，使扩束后的光斑光学中心轴与所述外插芯物理轴重合。
进一步地，在所述外插芯内孔空间内，所述透镜通过光纤耦合台调节位置和角度。
进一步地，所述透镜的前端面与所述外插芯的前端面保持预设距离，以避免插拔过程中被损伤。
一种扩束合件的制作方法，包括：先将所述内插芯压入所述套管中，在所述光纤光缆前端熔接一截所述端帽，将熔接好的所述光纤光缆穿入所述内插芯，并用胶水固化，最后将固化好的所述内插芯和光纤端面进行研磨抛光处理。
进一步地，在研磨后再进行镀膜处理，以提高透光效率。
一种新型耐功率小型光纤扩束连接器，包括插头和插座，所述插头和所述插座均包括所述扩束合件；所述插头还包括插头壳体和开口套筒，所述插头壳体用于对设置于内部的所述扩束合件进行保护、定位和导向，所述开口套筒设置于所述扩束合件的前端，且所述扩束合件的前端面位于所述开口套筒的中心位置，以与所述插座中的所述扩束合件进行对准；所述插座还包括插座壳体，用于对设置于内部的所述扩束合件进行保护、定位和导向。
进一步地，所述开口套筒由陶瓷材料制成。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用在光纤端面熔接Endcap结构，在光纤与透镜之间对传输光斑进行预放大，提高光纤端面的耐功率性能，再利用透镜将光束进一步放大准直，实现了采用一种小型化光纤连接器对接结构替代直接熔接或耦合进行大功率光传输互连，灵活性更强。
(2)本发明充分利用陶瓷材料的超高精密加工，使放大后的光束中心轴和外插芯物理轴重合，连接器不需要透镜微调机构即可保证扩束后的对接损耗较小，尺寸紧凑、插拔方便。
(3)目前对FC连接器按本发明方案优化改进后整体能够耐单模传输功率5W，极大地提高了连接器的耐功率范围(未改进前FC连接器业内耐功率不超过0.3W)，因此可克服在高可靠性应用情况下仅能采用熔接或耦合等方法实现高功率光传输链路互连的问题。
附图说明
图1是本发明实施例1的扩束合件主视图。
图2是本发明实施例3的插头主视图。
图3是本发明实施例3的插座主视图。
附图标记：1.插头壳体，2.开口套筒，3.扩束合件，4.插座壳体；3-1.透镜，3-2.端帽，3-3.外插芯，3-4.内插芯，3-5.套管，3-6.光纤光缆，3-7.胶水。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种新型耐功率小型光纤扩束连接器的扩束合件，包括透镜3-1、端帽3-2(Endcap)、外插芯3-3、内插芯3-4、套管3-5和光纤光缆3-5，光纤光缆3-5设置于内插芯3-4中，与内插芯3-4和外插芯3-3同轴，且三者的后端嵌入于套管3-5中。优选地，套管3-5为金属套管。光纤光缆3-5的前端面熔接有设置于内插芯3-4前端的端帽3-2，用于对输出光束进行扩束以降低光功率密度。内插芯3-4的前端面连接有设置于外插芯3-3前端的透镜3-1，用于将输出光束进一步放大准直。
以单模G657A2光纤为例，光纤纤芯为9um，结合高斯光束功率密度计算，当光纤输出光斑在经过0.5毫米的传输后，耐受功率提高了将近20倍，按照常规研磨镀膜后的光纤，耐受功率为0.3W(行业经验值)，在光纤端面通过端帽3-2熔接一截0.5mm石英棒，耐受功率可以提高到6W。同时端帽3-2和光纤之间采用熔接的方式，可以保证此处损耗极低，提高了光纤界面的耐功率能力。
为了最大限度降低对接端面的损耗，利用陶瓷的超高精度来保证，具体地，内插芯3-4的内孔和光纤光缆3-5外径配合，通信行业发展至今，可保证光纤光缆3-5与内插芯3-4的同轴度为微米级别，内插芯3-4和外插芯3-3配合精度也可达到微米级别，因此，光纤光缆3-5位置位于外插芯3-3的物理轴中心。优选地，透镜3-1尺寸略小于内插芯3-4，故可在外插芯3-3内孔空间内可进行微调，经过耦合台调节位置和角度，将扩束后的光斑光学中心轴和外插芯3-3物理轴重合。此外，外部利用开口套筒插拔抱紧两端的外插芯3-3，保证两端外插芯3-3的角度偏移达到最小。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种扩束合件的制作方法：先将内插芯3-4压入套管3-5中，在光纤光缆3-5前端熔接一截端帽3-2，将熔接好的光纤光缆3-5穿入内插芯3-4，并用胶水3-7固化，如图1所示，最后将固化好的内插芯3-4和光纤端面进行研磨抛光处理。
优选地，在研磨后再进行镀膜处理，可以提高透光效率。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例提供了一种新型耐功率小型光纤扩束连接器，包括插头和插座，插头和插座均包括实施例1的扩束合件，其中：
如图2所示，插头还包括插头壳体1和开口套筒2，插头壳体1用于对设置于内部的扩束合件3进行保护、定位和导向。优选地，插头壳体1上设有锁紧机构。开口套筒2设置于扩束合件3的前端，且扩束合件3的前端面位于开口套筒2的中心位置，开口套筒2起到精确对准插头和插座中的扩束合件3的作用。优选地，开口套筒2由陶瓷材料制成。
如图3所示，插座还包括插座壳体4，用于对设置于内部的扩束合件3进行保护、定位和导向。
优选地，为了避免插拔过程中透镜3-1损伤，透镜3-1凹陷于外插芯3-3端面，即透镜3-1的前端面与外插芯3-3的前端面保持预设距离，插拔过程中，光路部分结构不直接接触。利用插芯的高精度，连接器使用过程中不需要调节透镜3-1位置，即可保证***损耗保持到很小的值，整个连接器机构精巧，插拔方便。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。
Claims (8)
1.一种新型耐功率小型光纤扩束连接器的扩束合件，其特征在于，包括透镜、端帽、外插芯、内插芯、套管和光纤光缆，所述光纤光缆设置于所述内插芯中，与所述内插芯和所述外插芯同轴，且三者的后端嵌入于所述套管中；所述光纤光缆的前端面熔接有设置于所述内插芯前端的所述端帽，用于对输出光束进行扩束以降低光功率密度；所述内插芯的前端面连接有设置于所述外插芯前端的所述透镜，用于将输出光束进一步放大准直。
2.根据权利要求1所述的新型耐功率小型光纤扩束连接器的扩束合件，其特征在于，所述透镜的直径略小于所述外插芯的内径，从而能够在所述外插芯内孔空间内进行微调，使扩束后的光斑光学中心轴与所述外插芯物理轴重合。
3.根据权利要求2所述的新型耐功率小型光纤扩束连接器的扩束合件，其特征在于，在所述外插芯内孔空间内，所述透镜通过光纤耦合台调节位置和角度。
4.根据权利要求1所述的新型耐功率小型光纤扩束连接器的扩束合件，其特征在于，所述透镜的前端面与所述外插芯的前端面保持预设距离，以避免插拔过程中被损伤。
5.一种用于权利要求1-4任一项所述的扩束合件的制作方法，其特征在于，包括：先将所述内插芯压入所述套管中，在所述光纤光缆前端熔接一截所述端帽，将熔接好的所述光纤光缆穿入所述内插芯，并用胶水固化，最后将固化好的所述内插芯和光纤端面进行研磨抛光处理。
6.根据权利要求5所述的扩束合件的制作方法，其特征在于，在研磨后再进行镀膜处理，以提高透光效率。
7.一种新型耐功率小型光纤扩束连接器，包括插头和插座，其特征在于，所述插头和所述插座均包括如权利要求1-4任一项所述的扩束合件；
所述插头还包括插头壳体和开口套筒，所述插头壳体用于对设置于内部的所述扩束合件进行保护、定位和导向，所述开口套筒设置于所述扩束合件的前端，且所述扩束合件的前端面位于所述开口套筒的中心位置，以与所述插座中的所述扩束合件进行对准；
所述插座还包括插座壳体，用于对设置于内部的所述扩束合件进行保护、定位和导向。
8.根据权利要求7所述的新型耐功率小型光纤扩束连接器，其特征在于，所述开口套筒由陶瓷材料制成。
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