CN1250994C - 光学连接器 - Google Patents

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Abstract

一种光学连接器(V)，用于把从任一光学组件输入的光束(L)光耦合到中继光导纤维(F)中。所述的光学连接器包含输入端耦合体(1)和输出端耦合体(2)，它们都有用于引导光(L)通过的中心导孔(13，22)，至少一个透镜(40)或一个透镜***安置在该连接器(V)内。带有中心导孔(34)的中间耦合体(3)安置在输入端耦合体(1)与输出端耦合体(2)之间，所述的中间耦合体是可移动可锁定地置于输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)之一的平面上，同时输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)中的另一个以弹性件(25)可旋转运动且可轴向移动的方式安装在中间耦合体(3)中。光学连接器(V)允许输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)独立地进行彼此相对的角位置调节或平行位移。

Description

光学连接器
技术领域
本发明涉及一种把来自任一光学组件的到达光束光耦合到光导纤维中而进一步传输的光学连接器。
背景技术
借助于玻璃光导纤维，以光的形式传输信息和能量已经有30多年了。以全纤维束的方式进行传输常常是仅在很短的距离内有效，长距离传递信息可能要通过单根玻璃纤维线路。这样同时要有几个耦合位置，具体地，一方面是光束输入光纤的位置，另一方面是使光纤对光纤进行耦合的各个连接位置。线路中的每次耦合都有一定的能量损耗。两根光纤之间可以实现最好的耦合，其中两根光纤的端部被抛光成光滑的表面并以平面相对的方式相互挤压在一起。这种类型的连接要求高精度的设备且仅适用于永久连接。
光传输的可拆卸耦合，是借助于聚焦透镜或聚焦透镜***把平行光束馈送到进行进一步传输的光纤中。为了使耦合位置的传输尽可能没有损耗，必须确保到达的光束能够与进一步传输光的光导高精度地轴向对准。这可以通过各种方法来实现。例如US.4,087,155，有一个公知的用于实现光纤对光纤耦合的插塞连接器，其中要耦合的光纤可以在没有透镜***的情况下被精确地直接引向另一光纤。每根光纤同时处于至少三个弹性安装的圆球之间，它们在耦合时可有微微地位移。
US.4,296,999表示出一种完全不同的解决方案。两个耦合体彼此尽可能精确刚性地连接，其中假定一是实际上与中心位置不发生轴向位移。做这种连接的每根光纤都是连接到透镜或透镜***的，而且为了聚焦透镜或透镜***可以沿着轴向(z方向)相对移近或移远。
文献EP-B-0,198,657更为重要，其中描述并表示出一种在光源与光导纤维之间以及两根光纤之间实现光耦合的器件。同时，披露了两个基本原理。一种情况是，将带有聚焦透镜的至少一条光导固定于套筒中，且该套筒由紧套在该套筒上的具有弹性橡胶的柔性管的中介结构被固定在耦合管中。借助于螺钉在套筒径向上的作用，可以使其在径向(x和y方向)上位移，用相同的方法可以与固定设置的第二光导装置进行角度对准。Z方向的聚焦调整省略，但是在设计中已经考虑在内。在第二解决方案中，耦合体被配置成一个法兰。借助于周边分布的不同螺距的螺钉，两个法兰既可以在z方向彼此相对移动，又可以在x和y方向调整到所需的角度。
用于相对于基准平面倾斜或轴向(Z方向)移动，光学元件的器件是公知的。这类器件包括三点多更多点的调整螺钉支撑，和用于在光学元件于基准面之间施加弹性力的一或多个弹簧。DE-B-2158588披露的工具，DE-B-911549公开的角度计以及US-A-4641915公开的光纤耦合器都利用了这一原理。
EP-A-0,443,454公开一种用于将光导纤维连接于另一个元件的光学连接器，该连接器包括一输入端耦合体，一中间耦合体和一输出耦合体。中间耦合体由滚珠和球窝接合以可旋转和可锁定的方式固定于输入端耦合体中。输出端耦合体或是以固定不能调节的方式或是以轴向可移动的方式支承在中间耦合体中。其缺陷在于，输出端耦合体相对于输入端耦合体仅可作非常有限范围的调节。而中间耦合体的旋转总是对输入的聚焦光束带来下列的同时作用：
(i)在垂直于纵轴线方向(XY方向)移动焦点；(ii)改变光束方向；(iii)在纵轴线方向(Z方向)移动焦点。
从理论和实践人们都知道，其中(iii)的作用对于耦合效率的影响是小的，而(i)和(ii)作用的必然结合使光束最佳耦合到光导纤维成为不可能。
即使公知的耦合器件因此可以进行各种要求的移动，但是这些调整仍然很费时并要求有适当的经验。事实上，采用公知的解决方案，其角度调整与xy平面内平行位移是通过相同的螺钉来完成的。于是，按照现有技术的描述，无法仅对角度作微小调整。因此，为了避免重新调整，可能是再次的角位置调整，常常允许这种离轴的微小位移。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种光学连接器，在其输入端和输出端都带有彼此间可分别进行相对角位置调整和平行位移的耦合体。
本发明提供一种光学连接器V，用于把输入光束L光学耦合到继续传输的光导纤维F中，它包含输入端耦合体1和输出端耦合体2，它们都有用于通过光L的中心导孔13、22，和带有中心导孔34的中间耦合体3，所述的中间耦合体3安置在输入端耦合体1与输出端耦合体2之间，其特征在于中间耦合体3是可移动且可锁定置于输入端耦合体或输出端耦合体之一的输入端耦合体1的平面上，同时输入端耦合体1或输出端耦合体2中的另一个以可旋转运动的方式安装在中间耦合体3中。
根据上述的光学连接器，其中：中间耦合***于输入端耦合体内，该输入端耦合体包含垂直于中心导孔伸展且有凸缘环绕的平面法兰，并有几个第一调整螺钉和至少一个第一锁定螺钉从该凸缘穿过而作用在中间耦合体上。
根据上述的光学连接器，其中：仅有两个第一调整螺钉对准法兰的中心，固定于凸缘中用作反压力元件的螺纹弹簧销于每个第一调整螺钉在直径方向相对设置。
根据上述的光学连接器，其中：两个螺纹弹簧销之间有一个指向法兰中心的第一锁定螺钉。
根据上述的光学连接器，其中：中间耦合体是截锥体的形状，其平的底表面可移动地放置在一个耦合体的法兰平面表面上。
根据上述的光学连接器，其中：截锥体的表面有研磨的斜面，被作为作用于其上的第一调整螺钉、第一锁定螺钉的支靠表面。
根据上述的光学连接器，其中：穿过凸缘的螺钉和螺纹弹簧销的设置，使得其垂直于截锥形中间耦合体的表面。
根据上述的光学连接器，其中：中间耦合体具有相对于中心导孔延伸的凹陷孔洞，且耦合体的圆柱管件以径向环绕的弹性圆筒部分为中介可旋转地安装在该接受孔中。
根据上述的光学连接器，其中：安装在截锥形中间耦合体中的耦合体包括法兰，三个第二锁定螺钉从其中穿过并接合到截锥体上表面上的螺纹孔内，在所述法兰的螺纹孔中的三个第二调整螺钉直接支承在截锥体的上表面或凹孔中。
根据上述的光学连接器，其中：耦合体是圆盘形的，不延伸至中间耦合体，且三个第二锁定螺钉穿过该耦合体并弹性地支承在它们所穿过的耦合体上，且该锁定螺钉通过螺纹连接于中间耦合体；而且有三个圆周调整螺栓以螺旋连接方式与耦合体连接，所述的锁定螺钉以自由移动方式穿过耦合体，并支撑在中间耦合体上。
根据上述的光学连接器，其中：上盖表面上的中间耦合体包括连接于其上的圆筒形伸出部分，并带有与从截锥体中的导孔轴向延伸相同深度的导孔，其中耦合体借助于第二调整螺钉可枢轴运动地连接于其中，并可以由第二锁定螺钉固定。
根据上述的光学连接器，其中：该连接器中设有至少一个透镜或透镜***。
根据上述的光学连接器，其中：输入端耦合体或输出端耦合体之一被设计成管件，以用于与激光光源连接；且至少一个准直透镜或准直透镜***设置在输入端耦合体或输出端耦合体的另一个中或中间耦合体中。
根据上述的光学连接器，其中：光导纤维总是连接到输入端耦合体和输出端耦合体上，其中输入端耦合体安置有准直透镜或准直透镜***，中间耦合体或输出端耦合体中安置有聚焦透镜或聚焦透镜***。
附图说明
以下表示：
图1根据本发明器件的纵剖图，其中在输入端来自激光装置的光束被馈送到输出端的光导纤维中。
图2表示相似结构类型的器件第二实施方案的相同视图。
图3表示用于耦合两个光导纤维的器件第三实施方案形式的纵剖图，以及
图4表示用于耦合两个光导纤维的器件第三实施方案形式的纵剖图，以及
图4表示根据图1-3之一，本发明耦合器件在输出端一侧的视图。
图5表示本发明耦合器件第四实施方案形式的纵剖图，其中角位置是借助于径向取向的螺钉来实现的。
图6表示本发明耦合器件第五实施方案形式的纵剖图，以及
图7表示图6耦合器件的输出端一侧中心部分的平面图。
具体实施方式
根据本发明的完整器件在本文中表示为V，它用于将来自任一光学组件的光束光学耦合到继续传输的光导纤维F中。光耦合器件V，其第一实施方案的实例表示在图1中，它具有三个组件。输入端耦合体1，输出端耦合体2，以及设置于两者之间的耦合体，用中间耦合体3表示。由于术语“输出端耦合体”和“输入端耦合体”都是可以互换的，在下文的说明中仅重点地说明两个之中的一个，同时位于两者之间的元件都表示为“中间耦合体”。输入端耦合体1其形状实际上仅仅取决于输入端光学组件的外观是怎样的。光源，尤其是激光装置，分束器或输入端光导纤维被视为这一类光学组件。
输入端耦合体1具有管件10，它带有在周边有一体形成的环形凸缘12的连接端法兰11。该管件10同时形成有输入端耦合体1的中心导孔13。由凸缘12限定的法兰11的表面被设计成平面表面14。该平面表面14用非常精密的方法制成，并用作位于其上的中间耦合体3的滑动表面。在凸缘12中设置有几个，优选地为4个螺孔15，这些孔沿周边均匀分布并且指向中心。这4个螺孔15用于接受两个第一调节螺钉17或两个螺纹弹簧销19。位于两个相邻螺孔15之间中心的五个螺孔16用于接受第一锁定螺钉18。
中间耦合体3可移动地放置在平面表面14上。该中间耦合体3为截锥体的。而且可以是圆截锥体或多边形底面的截锥体。为了防止截锥体3在平面表面14上扭转，适宜对其表面31上的承受相应第一调整螺钉17，第一锁定螺钉18或螺纹弹簧销19的斜面32进行研磨。这在图4中表示的最为明显。
两个第一调整螺钉17相互垂直，使得一个第一调整螺钉实现X方向的位移，而另一个第一调整螺钉在Y方向进行调整。径向相反设置于每个第一调整螺钉都是螺纹弹簧销19，其中第一调整螺钉17和螺纹弹簧销19固定在中心轴的方向上贯穿凸缘12的螺纹孔15中。第一锁定螺钉18设置在两个螺纹弹簧销19之间，而且也是向着中心轴取向。
螺纹弹簧销19还可以用其它元件代替，这些元件要达到的目标是在凸缘12与中间耦合体3之间产生推斥力分量，并使中间耦合体3紧压在第一调整螺钉上。可替代螺纹弹簧销19的是，结合于凸缘12与中间耦合体3之间体积的弹性块。但是，除了螺纹弹簧销19之外，也可以采用螺钉。因此，这些不同形式的替代品包括三个或更多的拧入凸缘螺纹孔15中并刚性固定中间耦合体的螺钉。用这些替代品不需要区分调整和锁定螺钉。由于倾斜表面或倾斜基础切面23的缘故，第一调整螺钉17、第一锁定螺钉18和螺纹弹簧销19在截锥体30上施力，进而将该截锥体30压到平面表面14上。该压力可以由螺纹孔15的倾斜度依照实际需要不受限制地设定。
截锥体30面积较小的上表面的中心形成有凹陷的孔洞33。在其中心，具有中心导孔34，优选地是圆柱形孔。对心安装的输出端耦合体2接合到该中心凹陷孔洞33中。而且该耦合体还包括其端部有法兰23的管件21。该管件21和端部法兰23具有中心导孔22。该中心导孔22可包含内螺纹24，在其中可以通过螺纹转动沿着Z轴方向或大或小地移动置于镜筒41中的透镜40。
在凹陷孔洞33四周内壁与管件21之间，设置有弹性圆筒部分25。该弹性圆筒部分25可以设计成弹性橡胶柔性管件，或凹陷孔洞的内壁涂覆橡胶并在其上硫化。该弹性圆筒部分25允许输出端耦合体2相对于中间耦合体3以及输入耦合体1稍稍倾斜。当然，弹性圆筒部分25也可以用其他适用的弹性元件代替，例如采用多个沿着凹陷孔洞33内壁分布的弹性元件。
为了调整输出端耦合体2与输入端耦合体1之间的角位置，在输出端耦合体2的法兰23中，交替地布置有通孔26和螺纹孔27。第二锁定螺钉29可以穿过通孔26嵌入螺纹凹孔35。第二调整螺钉28穿过法兰23中的螺孔27拧入支承在中间耦合体3的相应凹孔36中。为了使螺钉以一定倾角移动，无螺纹的通孔26和凹孔36必须足够地宽。这种倾斜运动通常很小，在0度至几度之间。
如图2中描绘的第二实施方案的实例所示，镜筒41中的透镜40也可以按照可螺旋移动方式设置在中间耦合体3的中心导孔34中。光导F是市场上可得到的，端部件E固定地或可拆卸地连接在输出端耦合体2上。
在图3中，表示了实际上与图1和2类似的第三实施方案，其中输入端耦合体1有一厚壁管件10，管件的输入端开口有用于固定光导纤维F的端部件。因此，此处表示的是光纤对光纤连接的解决方案。该方案中，输入端耦合体1将带有一个准直透镜或准直透镜***40，而在输出端耦合体2管件21的相反端具有聚焦透镜或透镜***40。除此之外，本实施方案的结构与输出端耦合体2不需要法兰23。因此本方案较为经济。第二调整螺钉28和第二锁定螺钉29可以位于一个平面内，该平面最适宜为圆柱伸出部分37的垂直截面。为了使器件有更大的稳定性，可以进一步加入第二调整和锁定螺钉(未示出)。它们与图5所示的第二调整和锁定螺钉28，29在轴向上间隔一定距离。为了能进行最佳的倾斜运动，第二调整和锁定螺钉28，29应当距弹性圆筒部分25足够地远。采用图5所示实施方案，到达的光束L可以精确对准地导入到光导纤维F中，其中平行位移和倾斜运动可彼此独立地进行。
进一步地，本发明器件的第五实施方案用图6中的纵剖图和图7的局部平面图表示出来。输出端耦合体2配置成有中心通孔22的盘或环。通过两个调整螺钉38和两个锁定螺钉39可以相对于中间耦合体3进行调整或锁定。
为了调整输出端耦合体2的角位置，设置第二调整螺钉38。第二调整螺钉38拧入环状输出耦合体2的相应螺纹孔27中，并支承在中间耦合体3面向输出端耦合体2的表面上。为了避免限制过度，优选地仅仅调节三个第二调整螺钉38。有利的是均匀地分布于圆周。
通孔26中的第二锁定螺钉39穿过环状输出端耦合体2并嵌入到中间耦合体3的螺纹凹孔35。第二锁定螺钉39借助于弹簧件42支承在输出端耦合体2的外侧。弹簧件42设置于第二锁定螺钉39的螺钉头39’与输出端耦合体2之间。采用的弹簧件42可以是圆柱压簧或构成了适用弹簧组件的几个弹簧盘。但是，有较大压缩强度的弹性压力元件也可以考虑用作弹簧件42，例如塑料环或塑料盘。
第二锁定螺钉39和弹簧件42的作用是在输出端耦合体2与中间耦合体3之间施加吸引力。第二调整螺钉38有相应的反作用力。借助于这一措施，使输出端耦合体2相对于中间耦合体3实现精确的角定位。因此，第二锁定螺钉39穿过其中的通孔26必须被设计得足够宽，该通孔26中的第二锁定螺钉39允许输出端耦合体2进行所需的倾斜运动。
第二锁定螺钉39的数量本身不是要考虑的因素，但是优选的是三个第二锁定螺钉39。同时，在任何情况下第二锁定螺钉39总是设置在两个调整螺钉38之间。
有利的是，第二调整螺钉38设置的距中心尽可能的远。借此，可又进行更为精确的固定。另一方面，第二锁定螺钉39不是十分的必要。因此图7表示了第二调整螺钉38和锁定螺钉39的一种具体的优选方案。
根据图6和7的实施方案使在Z方向上输出端耦合体2到中间耦合体3的距离可以是任意的。如果在XY方向需要较大的角度校正，则为了进行这种倾斜运动，输出端耦合体2与中间耦合体2之间的Z方向距离必须足够大。采用图6和7的实施方案，这些要求不成问题。
有利的是，为了防止外部的污物和光进入器件内，尤其是防止透镜40或纤维端头弄脏，可以采用任何解决方案进行光学密封。在器件设定之后，可以将柔性收缩管接到器件上。进一步地，可以在输出端耦合体2的中心通孔22中设置套筒43，该套筒在输出端耦合体2与中间耦合体3之间的缝隙中延伸，并伸入中间耦合体3的中心导孔34中。
当然，透镜或透镜***40也可以设置在中间耦合体3中。在两种变型中，透镜或透镜***40可以固定在镜筒41种中，且镜筒被设计成在Z方向可移动的。
参考标号列表
E  端部件
F  光导纤维
L  光束
V  器件
1  输入端耦合体
2  输出端耦合体
3  中间耦合件
10 管件
11 法兰
12 凸缘
13 输入端中心导孔
14 平面表面
15 凸缘中的螺纹孔
16 锁定螺钉的螺纹孔
17 第一调整螺钉
18 第一锁定螺钉
19 螺纹弹簧销
21 管件
22 中心导孔
23 端部法兰
24 内螺纹
25 弹性圆筒部分
26 通孔
27 螺纹孔
28 第二调整螺钉
29 第二锁定螺钉
30 截锥体
31 表面
32 斜面
33 凹陷孔洞
34 中间耦合体中的中心导孔
35 螺纹凹孔
36 凹孔
37 圆筒伸出部分
38 第二调整螺钉
39 第二锁定螺钉
40 透镜
41 镜筒
42 弹簧件
43 套筒

Claims (16)

1.一种光学连接器(V)，用于把输入光束(L)光学耦合到继续传输的光导纤维(F)中，它包含输入端耦合体(1)和输出端耦合体(2)，它们都有用于通过光(L)的中心导孔(13，22)，和带有中心导孔(34)的中间耦合体(3)，所述的中间耦合体(3)安置在输入端耦合体(1)与输出端耦合体(2)之间，其特征在于：中间耦合体(3)是可移动且可锁定置于输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)之一的平面上，同时输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)之中的另一个以可旋转运动的方式安装在中间耦合体(3)中。
2.根据权利要求1的光学连接器，其特征在于：中间耦合体(3)位于输入端耦合体(1)内，该输入端耦合体(1)包含垂直于中心导孔(13)伸展且有凸缘(12)环绕的平面的法兰(11)，并有几个第一调整螺钉(17)和至少一个第一锁定螺钉(18)从该凸缘穿过而作用在中间耦合体(3)上。
3.根据权利要求2的光学连接器，其特征在于：仅有两个第一调整螺钉(17)对准法兰(11)的中心，固定于凸缘(12)中用作反压力元件的螺纹弹簧销(19)于每个第一调整螺钉(17)在直径方向相对设置。
4.根据权利要求3的光学连接器，其特征在于：两个螺纹弹簧销(19)之间有一个指向法兰(11)中心的第一锁定螺钉(18)。
5.根据权利要求2的光学连接器，其特征在于：中间耦合体(3)是截锥体(30)的形状，其平的底表面可移动地放置在输入端耦合体(1)的法兰(11)的平面表面(14)上。
6.根据权利要求5的光学连接器，其特征在于：截锥体(30)的表面(31)有研磨的斜面(32)，被作为作用于其上的第一调整螺钉(17)、第一锁定螺钉(18)的支靠表面。
7.根据权利要求3的光学连接器，其特征在于：穿过凸缘(12)的第一调整螺钉(17)和第一锁定螺钉(18)和螺纹弹簧销(19)的设置，使得它们垂直于截锥形中间耦合体(3)的表面(31)。
8.根据权利要求2的光学连接器，其特征在于：中间耦合体(3)具有相对于中心导孔(34)延伸的凹陷孔洞(33)，且输出端耦合体(2)的圆柱管件(21)以径向环绕的弹性圆筒部分(25)为中介可旋转地安装在该接受孔中。
9.根据权利要求8的光学连接器，其特征在于：安装在截锥形中间耦合体(3)中的输出端耦合体(2)包括法兰(23)，三个第二锁定螺钉(29)从其中穿过并接合到截锥体上表面上的螺纹孔(35)内，在所述法兰(23)的螺纹孔(27)中的三个第二调整螺钉(28)直接支承在截锥体的上表面或凹孔(36)中。
10.根据权利要求2的光学连接器，其特征在于：输出端耦合体(2)是圆盘形的，不延伸至中间耦合体(3)，且三个第二锁定螺钉(39)穿过该输出端耦合体(2)并弹性地支承在它们所穿过的输出端耦合体(2)上，且该锁定螺钉通过螺纹连接于中间耦合体(3)；而且有三个圆周调整螺栓(38)以螺旋连接方式与输出端耦合体(2)连接，所述的锁定螺钉(39)以自由移动方式穿过输出端耦合体(2)，并支撑在中间耦合体(3)上。
11.根据权利要求8的光学连接器，其特征在于：上盖表面上的中间耦合体(3)包括连接于其上的圆筒形伸出部分(37)，并带有与从截锥体(30)中的凹陷孔洞(33)和中心导孔(34)轴向延伸相同深度的导孔，其中输出端耦合体(2)借助于第二调整螺钉(28)可枢轴运动地连接于其中，并可以由第二锁定螺钉(29)固定。
12.根据权利要求1-11之一的光学连接器，其特征在于：该连接器(V)中设有至少一个透镜(40)或透镜***。
13.根据权利要求1-11之一的光学连接器，其特征在于：输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)之一被设计成管件，以用于与激光光源连接；且至少一个准直透镜(40)或准直透镜***设置在输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)的另一个中或中间耦合体(3)中。
14.根据权利要求1-11之一的光学连接器，其特征在于：光导纤维(F)总是连接到输入端耦合体(1)和输出端耦合体(2)上，其中输入端耦合体(1)安置有准直透镜(40)或准直透镜***，中间耦合体(3)或输出端耦合体(2)中安置有聚焦透镜(40)或聚焦透镜***。
15.根据权利要求1-11之一的光学连接器，其特征在于：输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)的其中一个以可旋转运动和轴向移动的方式安装在中间耦合体(3)中。
16.根据权利要求11的光学连接器，其特征在于：输入端耦合体(1)或输出端耦合体(2)的其中一个由弹性件以可旋转运动的方式安装在中间耦合体(3)中。
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