RU2059275C1 - Adhesion-free method and tip for fixing quartz-polymeric of quartz-quartz optical fibers covered with polymeric protecting envelope - Google Patents

Abstract

FIELD: fiber-optic communication lines. SUBSTANCE: quartz wire of fiber is cleared from polymer along some length and inserted into the case of otical tip in such a manner, that quartz wire could pass away from the hole at front edge. Then polymer envelope is fixed at its rare end, and quartz wire is fixed at front part of the tip by means of radial deformation directly of material of the case. Longitudinal deformation of material of the tip is made at the front end of the tip being symmetrical to output of quartz wire. Longitudinal deformation results to radial deformation and reduction of quartz wire. Optical tip is made in form of a case with hole beign aligned with mounting surface, inside which hole quartz wire and polymer envelope are fixed correspondingly by reduction. Annular recess is made at front edge of the case, which is symmetrical relatively the quartz wire. EFFECT: improved efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи и предназначено для разъемных оптических соединителей кварц-полимерных и кварц-кварцевых с полимерной оболочкой оптических волокон и кабелей. The invention relates to fiber-optic communication technology and is intended for detachable optical connectors of quartz-polymer and quartz-quartz with a polymer sheath of optical fibers and cables.

Технические требования к наконечникам разъемых оптических соединителей (в дальнейшем оптическим наконечникам), вытекающие из требования минимальных потерь света в разъемах, можно свести к трем:
юстировка выхода световодной кварцевой жилы относительно посадочной поверхности (подразумевается, что посадочная поверхность наконечника выполнена с достаточной точностью относительно ответной посадочной поверхности фотоприемника или светоизлучателя);
надежная фиксация оптического волокна, исключающая любые смещения кварцевой жилы в процессе эксплуатации;
высокое качество обработки торца кварцевой жилы.The technical requirements for the tips of optical connectors (hereinafter referred to as optical tips) arising from the requirement of minimum light loss in the connectors can be reduced to three:
alignment of the output of the light guide quartz core relative to the landing surface (it is understood that the landing surface of the tip is made with sufficient accuracy relative to the response landing surface of the photodetector or light emitter);
reliable fixation of the optical fiber, eliminating any displacement of the quartz vein during operation;
high quality processing of the end face of a quartz vein.

Конструкции оптических наконечников, известных в настоящее время, можно разделить на две группы с использованием адгезивов и с механической фиксацией оптических волокон. Адгезивные технологии в целом обеспечивают хорошие эксплуатационные характеристики наконечников, но имеют принципиальные недостатки значительное время, необходимое для сборки наконечника, и привлечение дополнительного оборудования, такого, как ультрафиолетовых или индукционных нагревателей. Кроме того, при применении адгезивных способов фиксации кварц-полимерных оптических волокон требуются адгезивы с очень специфическими требованиями показателем преломления ниже показателя преломления кварца и с высокой оптической чистотой для того, чтобы снизить потери света на отражающей границе кварц-адгезив. Для решения этой проблемы, например, был разработан комбинированный способ фиксации оптического волокна [1] в котором кварцевую жилу опрессовывают в металлическом капилляре, а капилляр затем вставляют в корпус наконечника, юстируют и фиксируют адгезивом. Этот способ обладает недостатками как адгезивных, так и безадгезивных технологий. The designs of the optical tips currently known can be divided into two groups using adhesives and with mechanical fixation of the optical fibers. Adhesive technologies generally provide good performance for the tips, but they have fundamental disadvantages, the considerable time required to assemble the tip, and the use of additional equipment, such as ultraviolet or induction heaters. In addition, when using adhesive methods for fixing quartz-polymer optical fibers, adhesives with very specific requirements below the refractive index of quartz and with high optical purity are required in order to reduce light loss at the reflecting quartz-adhesive interface. To solve this problem, for example, a combined method of fixing optical fiber [1] was developed in which the quartz core is pressed into a metal capillary, and the capillary is then inserted into the tip body, aligned and fixed with adhesive. This method has the disadvantages of both adhesive and non-adhesive technologies.

Известные технологии безадгезивной фиксации оптического волокна позволяют в принципе фиксировать в наконечнике как кварц- кварцевые с полимерной защитной оболочкой, так и кварц- полимерные оптические волокна, но по сравнению с адгезивными технологиями страдают общим недостатком большей сложностью наконечников, так как при механической фиксации кроме юстировки оптического волокна в наконечнике еще существует проблема возникновения микротрещин на поверхности кварца, что либо увеличивает потери света, либо приводит к потере наконечника. С другой стороны, при недостаточной силе, фиксирующей кварцевую жилу, возможно продольное перемещение кварцевой жилы относительно наконечника под влиянием временных и температурных колебаний длины полимерной оболочки, что также недопустимо. The well-known technologies of non-adhesive fixation of optical fibers allow, in principle, fixing both quartz-quartz with a polymer protective sheath and quartz-polymer optical fibers in the tip, but in comparison with adhesive technologies, they suffer from a general drawback of the greater complexity of the tips, since mechanical fixation, in addition to aligning the optical fiber in the tip there is still the problem of microcracks on the surface of the quartz, which either increases the loss of light, or leads to the loss of the tip ka. On the other hand, with insufficient force fixing the quartz core, longitudinal movement of the quartz core relative to the tip is possible under the influence of temporary and temperature fluctuations in the length of the polymer shell, which is also unacceptable.

Прямым решением проблемы продольного удержания кварцевой жилы является непосредственная фиксация поверхности кварцевой жилы. Известна конструкция [2] в которой такая фиксация осуществляется с помощью эластомера, деформируемого специальным поршнем внутри корпуса наконечника, а юстировка кварцевой жилы обеспечивается дополнительными деталями. Этот наконечник сложен в изготовлении и дорог. A direct solution to the problem of longitudinal retention of the quartz vein is to directly fix the surface of the quartz vein. A known design [2] in which such fixation is carried out using an elastomer deformed by a special piston inside the tip housing, and the adjustment of the quartz core is provided with additional details. This tip is difficult to manufacture and expensive.

Поиск путей решения этой проблемы привел компанию АМР Inc к конструкции оптического наконечника [3] в которой в корпус наконечника вставляется дополнительная деформируемая деталь с несколькими гофрами, которые при сборке наконечника сжимают кварцевую жилу через полимерную защитную оболочку в нескольких местах. Этот метод требует дополнительной прецизионной детали, и подразумевает, что кварцевая жила точно юстирована относительно оси полимерной оболочки, что не всегда выполняется, и, кроме того, опыт показал, что трение кварцевой поверхности внутри волокна не обеспечивает надежной долговременной фиксации кварцевой жилы. Следующим шагом в улучшении продольного удержания кварцевой жилы является разнесение точек обжатия оптического волокна в разные концы наконечника, что реализовано в технологии LightCrimp, заключающейся в двойном обжатии оптического волокна в передней и задней части наконечника [4] являющейся наиболее близким аналогом к изобретению. The search for solutions to this problem led AMP Inc to the construction of an optical tip [3] in which an additional deformable part with several corrugations is inserted into the tip body, which, when assembling the tip, compresses the quartz core through a polymer protective sheath in several places. This method requires additional precision detail, and implies that the quartz vein is precisely aligned relative to the axis of the polymer shell, which is not always the case, and, in addition, experience has shown that the friction of the quartz surface inside the fiber does not provide reliable long-term fixation of the quartz vein. The next step in improving the longitudinal retention of the quartz core is the separation of the compression points of the optical fiber at different ends of the tip, which is implemented in LightCrimp technology, which consists in double compression of the optical fiber in the front and rear of the tip [4], which is the closest analogue to the invention.

Согласно изобретению способ фиксации кварц-полимерных или кварц-кварцевых с полимерной защитной оболочкой оптических волокон в наконечнике разъемного оптического соединителя методом двойного обжатия оптического волокна имеет следующую цель:
обеспечение надежной фиксации оптического волокна, исключающей продольное перемещение кварцевой жилы относительно корпуса наконечника при временной и температурой нестабильности линейных размеров полимерной оболочки без применения адгезива;
исключение появления микротрещин на поверхности кварца, которые могут привести к дополнительным оптическим потерям.According to the invention, the method of fixing quartz-polymer or quartz-quartz with a polymer protective sheath of optical fibers in the tip of a detachable optical connector by double compression of the optical fiber has the following purpose:
ensuring reliable fixation of the optical fiber, eliminating the longitudinal movement of the quartz core relative to the tip body during temporary and temperature instability of the linear dimensions of the polymer shell without the use of adhesive;
the exclusion of microcracks on the surface of the quartz, which can lead to additional optical losses.

Новым техническим результатом данного способа является упрощение возможных конструкций оптических наконечников, процесса сборки наконечников и необходимых для сборки приспособлений, что кроме выигрыша во времени сборки и стоимости готового наконечника дает повышение точности юстировки оптического волокна за счет минимизации количества деталей оптического наконечника при приближающимся к адгезивным технологиям качеству механической фиксации и коэффициенту потерь света. A new technical result of this method is the simplification of the possible designs of optical tips, the process of assembling the tips and the devices necessary for assembling, which, in addition to the gain in assembly time and the cost of the finished tip, provides an increase in the accuracy of alignment of the optical fiber by minimizing the number of parts of the optical tip with the quality approaching adhesive technologies mechanical fixation and light loss coefficient.

На чертеже показан оптический наконечник, две проекции, где 1 корпус оптического наконечника, 2 кварцевая жила оптического волокна, 3 полимерная оболочка оптического волокна. 4 осевое отверстие в корпусе оптического наконечника, 5 деформированный задний конец оптического наконечника, 6 передний торец оптического наконечника, 7 канавка, образуемая при деформации переднего торца оптического наконечника, 8 посадочная поверхность корпуса оптического наконечника. The drawing shows an optical tip, two projections, where 1 the body of the optical tip, 2 quartz core of the optical fiber, 3 polymer shell of the optical fiber. 4 axial hole in the body of the optical tip, 5 deformed rear end of the optical tip, 6 front end of the optical tip, 7 groove formed by deformation of the front end of the optical tip, 8 landing surface of the optical tip body.

Поставленная задача решается двойным обжатием оптического волокна, но в отличие от [4] фиксация оптического волокна в корпусе наконечника [1] показанного на чертеже, производится деформацией материала самого корпуса 1 наконечника без применения дополнительных деталей из эластичных материалов для фиксации оптического волокна и его юстировки, причем второе обжатие производится по поверхности кварцевой жилы 2. The problem is solved by double compression of the optical fiber, but unlike [4] the fixation of the optical fiber in the tip housing [1] shown in the drawing is carried out by deformation of the material of the tip housing 1 without the use of additional parts made of elastic materials for fixing the optical fiber and its alignment, moreover, the second compression is performed on the surface of the quartz core 2.

Кварцевую жилу 2 оптического волокна очищают на некоторой длине от полимерной оболочки 3 и вставляют в отверстие 4 корпуса наконечника так, чтобы полимерная оболочка 3 вошла внутрь корпуса наконечника с заднего конца 5, а кварцевая жила 2 вышла из корпуса 1 в переднем торце 6. The quartz fiber core 2 of the optical fiber is cleaned at a certain length from the polymer shell 3 and inserted into the hole 4 of the tip body so that the polymer shell 3 enters the tip body from the rear end 5, and the quartz core 2 leaves the case 1 at the front end 6.

Первое обжатие корпуса наконечника производят с его заднего конца 5 непосредственно в радиальном направлении, которое приводит к радиальной деформации материала корпуса 1 и фиксации полимерной оболочки 3, что частично предохраняет кварцевую жилу 2 от продольных механических нагрузок, возникающих при эксплуатации волоконно-оптического кабеля с оптическим наконечником разъема. В частных случаях эта деформация может быть необратимой либо обратимой (упругой), например цанговый зажим на заднем конце корпуса 5, а также иметь различную форму по азимутальному углу. The first crimping of the ferrule body is carried out from its rear end 5 directly in the radial direction, which leads to radial deformation of the material of the housing 1 and the fixation of the polymer shell 3, which partially protects the quartz core 2 from longitudinal mechanical stresses arising from the operation of a fiber optic cable with an optical tip connector. In special cases, this deformation can be irreversible or reversible (elastic), for example, a collet clamp at the rear end of the housing 5, and also have a different shape in the azimuthal angle.

Затем обрабатывают торец кварцевой жилы 2 методом скола, причем если торец кварцевой жилы 2 вступает над поверхностью переднего торца 6 корпуса 1, на этом этапе имеется возможность выровнить торцы перед заключительным обжатием кварцевой жилы. Then the end face of the quartz core 2 is processed by the cleavage method, and if the end face of the quartz core 2 enters above the surface of the front end 6 of the housing 1, at this stage it is possible to align the ends before the final crimping of the quartz core.

Фиксация непосредственно кварцевой жилы 2 оптического волокна в переднем торце 6 корпуса наконечника осуществляется продольной деформацией корпуса 1 со стороны переднего торца 6, которая приводит к симметричному радиальному обжатию кварцевой жилы в отверстии 4. The direct fixation of the optical fiber quartz core 2 in the front end 6 of the tip housing is carried out by longitudinal deformation of the housing 1 from the front end 6 side, which leads to a symmetric radial compression of the quartz core in the hole 4.

Достаточными признаками являются юстировка и фиксация оптического волокна непосредственно материалом наконечника без применения дополнительных деталей. Sufficient signs are the alignment and fixation of the optical fiber directly by the tip material without the use of additional parts.

Отверстие 4 в корпусе наконечника 1 выполняют с необходимой точностью относительно посадочной поверхности 8 корпуса и с минимальным зазором до кварцевой жилы в переднем торце 6, что вместе с симметричностью радиального обжатия обеспечивает необходимую юстировку оптического волокна. Радиальный размер продольной деформации выбирают таким, чтобы радиальная деформация материала корпуса 1 в направлении кварцевой жилы 2 обеспечивала ее надежную фиксацию относительно корпуса наконечника, но чтобы радиальная деформация материала корпуса 1 в направлении к посадочной поверхности 8 не изменяла ее диаметра. Таким образом, радиальный размер продольной деформации должен быть больше диаметра кварцевой жилы 2, но достаточно малым по сравнению с диаметром посадочной поверхности 8. В частном случае продольная деформация может быть в форме кольцевой канавки 7, имеющей треугольный профиль, как показано на чертеже, но достаточным признаком является ее симметричность, не приводящая к радиальному смещению кварцевой жилы в процессе обжатия и компромиссный радиальный размер, не изменяющий размера посадочной поверхности 8 корпуса 1 и обеспечивающий фиксацию кварцевой жилы. The hole 4 in the housing of the tip 1 is performed with the necessary accuracy with respect to the seating surface 8 of the housing and with a minimum clearance to the quartz core in the front end 6, which, together with the symmetry of the radial compression, provides the necessary alignment of the optical fiber. The radial dimension of the longitudinal deformation is chosen so that the radial deformation of the material of the housing 1 in the direction of the quartz core 2 ensures its reliable fixation relative to the housing of the tip, but so that the radial deformation of the material of the housing 1 in the direction of the landing surface 8 does not change its diameter. Thus, the radial dimension of the longitudinal deformation should be larger than the diameter of the quartz core 2, but small enough in comparison with the diameter of the seating surface 8. In the particular case, the longitudinal deformation may be in the form of an annular groove 7 having a triangular profile, as shown in the drawing, but sufficient a sign is its symmetry, which does not lead to a radial displacement of the quartz core during the crimping process and a compromise radial size that does not change the size of the seating surface 8 of the housing 1 and provides a fix tion of the quartz veins.

Важным условием выполнения фиксации кварцевой жилы является выбор материала наконечника. Материал должен быть достаточно однородным и пластичным, чтобы обеспечить надежную фиксацию кварцевой жилы без появления микротрещин, и вместе с тем обеспечивать сохранение размера посадочной поверхности при деформации переднего торца корпуса 1, в частном случае в качестве материала корпуса 1 могут служить медные сплавы с рекристаллизационным отжигом перед сборкой наконечника. An important condition for fixing the quartz core is the choice of tip material. The material must be sufficiently homogeneous and ductile to ensure reliable fixation of the quartz core without the appearance of microcracks, and at the same time ensure the size of the seating surface during deformation of the front end of the housing 1, in particular, copper alloys with recrystallization annealing can serve as the material of the housing 1 tip assembly.

Согласно изобретению конструкция оптического наконечника для волоконно-оптического разъемного соединителя штекерного типа предназначена для стыковки кварц-полимерных или кварц-кварцевых с полимерной оболочкой оптических волокон со светоизлучающими и фотоприемными приборами. Целью изобретения является конкретная конструкция наконечника, реализующая способ двойной фиксации оптического волокна 3 материалом наконечника. Технический результат выражается в простоте и дешевизне самого наконечника и в повышении точности юстировки за счет минимизации количества прецизионных деталей. According to the invention, the design of the optical tip for the plug-in fiber-optic detachable connector is for joining quartz-polymer or quartz-quartz to the polymer sheath optical fibers with light emitting and photodetector devices. The aim of the invention is a specific design of the tip, implementing the method of double fixing the optical fiber 3 with the material of the tip. The technical result is expressed in the simplicity and cheapness of the tip itself and in increasing the accuracy of alignment by minimizing the number of precision parts.

Для достижения указанной цели изготавливают корпус 1 наконечника, имеющий цилиндрическую форму посадочной части 8 с отверстием 4 по оси наконечника, диаметр которого в переднем торце соответствует с минимальным зазором для скользящей посадки кварцевой жилы 2 ее диаметру. Точность выполнения этого отверстия обеспечивает юстировку кварцевой жилы 2. Диаметр этого отверстия в заднем торце корпуса 1 наконечника соответствует с минимальным зазором диаметру полимерной оболочки 3, что позволяет зафиксировать полимерную оболочку материалом корпуса 1 обжатия заднего конца 5 корпуса 1. To achieve this goal, a tip housing 1 is made having a cylindrical shape of the landing part 8 with a hole 4 along the axis of the tip, the diameter of which in the front end corresponds with a minimum clearance for the sliding fit of the quartz core 2 to its diameter. The accuracy of this hole ensures alignment of the quartz core 2. The diameter of this hole in the rear end of the tip housing 1 corresponds to the diameter of the polymer shell 3 with a minimum clearance, which allows the polymer shell to be fixed with the material of the compression housing 1 of the rear end 5 of the housing 1.

Обжатие корпуса наконечника произведено с его заднего конца 5 непосредственно в радиальном направлении, которое приводит к радиальной деформации материала наконечника и фиксации полимерной оболочки, что предохраняет кварцевую жилу 2 от продольных механических нагрузок, возникающих при эксплуатации волоконно-оптического кабеля с наконечником. В частных случаях эта деформация может быть необратимой либо обратимой (упругой), например цанговый зажим на заднем конце корпуса 1 наконечника. Compression of the tip housing is made from its rear end 5 directly in the radial direction, which leads to a radial deformation of the tip material and fixation of the polymer shell, which protects the quartz core 2 from longitudinal mechanical stresses arising from the operation of a fiber optic cable with a tip. In special cases, this deformation can be irreversible or reversible (elastic), for example, a collet clamp at the rear end of the tip body 1.

Поверхность торца кварцевой жилы 2 получается методом скола и (или) полировкой, если это необходимо. The surface of the end face of the quartz core 2 is obtained by cleaving and (or) polishing, if necessary.

На переднем торце 6 корпуса 1 наконечника имеется канавка 7, которая получается в результате продольной деформации материала корпуса и которая сжимает материал корпуса в направлении кварцевой жилы, обеспечивая тем самым ее надежное обжатие. Диаметр канавки 7 выбран много меньшим диаметра посадочной поверхности 8, чтобы избежать его изменения в процессе продольной деформации переднего торца корпуса наконечника, но достаточно большим, чтобы обеспечить равномерное обжатие кварцевой жилы 2. At the front end 6 of the tip housing 1 there is a groove 7, which is obtained as a result of longitudinal deformation of the housing material and which compresses the housing material in the direction of the quartz core, thereby ensuring its reliable compression. The diameter of the groove 7 is chosen to be much smaller than the diameter of the landing surface 8, in order to avoid its change during the longitudinal deformation of the front end of the tip body, but large enough to ensure uniform compression of the quartz core 2.

Технический результат достигается использованием в наконечнике лишь одной прецизионной детали корпуса наконечника, изготавливаемого в едином технологическом цикле, возможно, на токарном станке с ЧПУ, обеспечивающем необходимую точность для юстировки и надежной фиксации оптического волокна. The technical result is achieved by using in the tip only one precision part of the tip body, manufactured in a single technological cycle, possibly on a CNC lathe, providing the necessary accuracy for alignment and reliable fixation of the optical fiber.

Claims (2)

1. Безадгезивный способ фиксации кварц-полимерных или кварц-кварцевых с полимерной защитной оболочкой оптических волокон в оптическом наконечнике методом двойного обжатия оптического волокна, при котором кварцевую жилу волокна очищают от полимера на некоторой длине и вставляют в корпус оптического наконечника так, чтобы кварцевая жила вышла из отверстия на переднем торце, а полимерная оболочка вошла в задний торец наконечника, затем фиксируют полимерную оболочку с заднего торца и фиксируют кварцевую жилу в передней части наконечника, отличающийся тем, что оптическое волокно фиксируют путем радиальной деформации непосредственно материала корпуса оптического наконечника, при этом с переднего торца наконечника производят симметричную относительно выхода кварцевой жилы продольную деформацию материала наконечника, которая приводит к его радиальной деформации и обжатию кварцевой жилы. 1. A non-adhesive method of fixing quartz-polymer or quartz-quartz with a polymer protective sheath of optical fibers in the optical tip by double compression of the optical fiber, in which the quartz fiber core is cleaned from the polymer for a certain length and inserted into the body of the optical tip so that the quartz core comes out from the hole at the front end, and the polymer shell entered the rear end of the tip, then fix the polymer shell from the rear end and fix the quartz core in the front of the tip, characterized in that the optical fiber is fixed by radial deformation of the optical housing material directly, while a longitudinal deformation of the ferrule material, symmetrical with respect to the exit of the quartz core, is produced from the front end of the tip, which leads to its radial deformation and compression of the quartz core. 2. Оптический наконечник для фиксации кварц-полимерных и кварц-кварцевых с полимерной защитной оболочкой волокон, представляющий собой корпус наконечника с отверстием, соосным с его посадочной поверхностью, в котором зафиксировано оптическое волокно двойным обжатием в передней и задней частях корпуса наконечника, отличающийся тем, что на переднем торце корпуса наконечника имеется симметричная относительно выхода кварцевой жилы канавка продольной деформации с диаметром, обеспечивающим равномерное обжатие кварцевой жилы, при отсутствии изменения диаметра посадочной поверхности наконечника, а наконечник выполнен из материала с пластичностью, обеспечивающей фиксацию кварцевой жилы без появления в ней микротрещин, но такой, чтобы радиальная деформация не меняла размера посадочной поверхности наконечника. 2. An optical tip for fixing quartz-polymer and quartz-quartz with a polymer protective sheath fibers, which is a tip housing with a hole coaxial with its seating surface, in which the optical fiber is fixed by double crimping in the front and rear parts of the tip housing, characterized in that on the front end of the tip body there is a groove of longitudinal deformation symmetrical with respect to the exit of the quartz core with a diameter that ensures uniform compression of the quartz core, if there is no and changes in the diameter of the landing surface of the tip, and the tip is made of a material with plasticity that secures the quartz core without microcracks in it, but such that the radial deformation does not change the size of the landing surface of the tip.

Images