RU2786485C1 - Optical connector - Google Patents
Optical connector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786485C1 RU2786485C1 RU2021123682A RU2021123682A RU2786485C1 RU 2786485 C1 RU2786485 C1 RU 2786485C1 RU 2021123682 A RU2021123682 A RU 2021123682A RU 2021123682 A RU2021123682 A RU 2021123682A RU 2786485 C1 RU2786485 C1 RU 2786485C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- lens
- centering
- collimator
- precision
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 249
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 14
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- -1 dirt Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 208000004698 Branchiootic syndrome Diseases 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 12
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 241000510609 Ferula Species 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 5
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 4
- 230000002633 protecting Effects 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 210000003666 Nerve Fibers, Myelinated Anatomy 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 230000001902 propagating Effects 0.000 description 2
- 230000036633 rest Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники оптических систем передачи, в частности 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, а именно: оптические соединители могут находиться в воде, грязи, пылевой атмосфере и других неблагоприятных условиях.The invention relates to the field of technology of optical transmission systems, in particular to optical connectors with an expanded light beam, designed to interconnect fiber optic fibers and optical cables in communication systems and distributed optical sensor systems, the elements of which operate in harsh conditions, namely: optical connectors can be exposed to water, dirt, dusty atmosphere and other adverse conditions.
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.The need to create and use optical connectors with an expanded beam is due to the task of eliminating the problem of complete overlapping of the light beam leaving (incoming) from (in) the optical fiber, due to the expansion of the light beam diameter by tens of times larger than the characteristic dimensions of dust or dirt particles.
Основной принцип, используемый в подобных соединителях, заключается в создании, с помощью шариковой линзы, расширенного светового пучка , диаметр которого в десятки раз превышает диаметр (7 мкм - 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.The basic principle used in such connectors is to create, using a ball lens, an expanded light beam, the diameter of which is tens of times greater than the diameter (7 μm - 9 μm) of the mode spot at the output of a single-mode optical fiber on one of the coupled optical cables and transmission of this expanded light beam into a second articulated optical cable for subsequent focusing and input into the corresponding optical fiber. In this case, the transmission of the expanded light beam occurs without optical contact between the fibers.
Из уровня техники известны конструкции бесконтактных оптических соединителей с расширенным световым пучком (US4781431, опубл. 01.11.1988; GB2408350, опубл. 25.05.2005; US20090324175, опубл. 31.12.2009; WO 2019012244, опубл. 17.01.2019). В описаных в источниках конструкциях оптические соединители состоят из 2-х совершенно идентичных безконтактных оптических разъемов (далее БОР), в которых используются шариковые линзы (120), находящиеся в оптическом контакте с оптическим волокном, помещенным в керамическую ферулу (1000). Оптический контакт необходим для устранения (уменьшения) потерь на отражение на торце оптического волокна и поверхности шариковой линзы. Все элементы БОР помещены и фиксированы в защитном корпусе, а оптические элементы установлены в цельнометаллическом корпусе - оптическом модуле. В указанных источниках описаны, как правило, БОР гермафродитного типа. Гермафродитный тип БОР наиболее удобен, особенно в полевых условиях эксплуатации, так как в этом случае все БОР идентичны и не требуется разделения на типы разъемов «папа» - «мама». Позиционирование двух оптических модулей при соединении пары БОР «гермафродитного» типа в оптическом соединителе осуществляется с помощью штыревого сочленения. Упомянутые оптические схемы используют шариковые линзы, у которых фокус находится на поверхности шара, что позволяет, при оптическим контакте линзы с торцом оптического волокна, получить после линзы расширенный и близкий к параллельному пучок света. В соответствии с законами оптики, для того, чтобы фокус шариковой линзы находился на поверхности этой линзы или внутри, вблизи поверхности (120), необходимо (см., например, Викторов Д. «Фокус шара» // Квант. ,2006., № 5. С. 30-31), чтобы материал шариковой линзы имел стабильный показатель преломления света ( в диапазоне используемых в системах связи длин волн):From the prior art, designs of contactless optical connectors with an expanded light beam are known (US4781431, publ. 01.11.1988; GB2408350, publ. 05.25.2005; US20090324175, publ. 12.31.2009; WO 2019012244, publ. 01.17.2). In the designs described in the sources, optical connectors consist of 2 completely identical non-contact optical connectors (hereinafter ROC), which use ball lenses (120) that are in optical contact with an optical fiber placed in a ceramic ferrule (1000). Optical contact is necessary to eliminate (reduce) reflection losses at the end of the optical fiber and the surface of the ball lens. All BOR elements are placed and fixed in a protective case, and optical elements are installed in an all-metal case - an optical module. These sources describe, as a rule, hermaphroditic BOR. The hermaphroditic type of BOR is the most convenient, especially in the field, since in this case all BORs are identical and there is no need to separate the types of connectors "father" - "mother". The positioning of two optical modules when connecting a pair of "hermaphroditic" BORs in an optical connector is carried out using a pin joint. The mentioned optical schemes use ball lenses, in which the focus is on the surface of the ball, which makes it possible, upon optical contact of the lens with the end of the optical fiber, to obtain an expanded and close to parallel beam of light after the lens. In accordance with the laws of optics, in order for the focus of a ball lens to be on the surface of this lens or inside, near the surface (120), it is necessary (see, for example, Viktorov D. "Focus of the ball" // Kvant., 2006.,
N=2,00N=2.00
с точностью, по крайней мере до второго знака, после запятой, поскольку изменение значения показателя преломления, например, на 1% приведет к смещению фокуса на несколько десятков микрометров от поверхности линзы, что при использовании стандартных одномодовых оптических волокон с диаметром модового пятна 7 мкм - 9 мкм чревато возникновением значительных потерь оптической мощности.with an accuracy of at least the second decimal place, since a change in the value of the refractive index, for example, by 1% will lead to a focus shift of several tens of micrometers from the lens surface, which, when using standard single-mode optical fibers with a mode spot diameter of 7 microns - 9 microns is fraught with the occurrence of significant losses in optical power.
Оптические стекла, со значением показателя преломленияOptical glasses, with refractive index value
N=2,00, прозрачные в диапазоне длин волн средств связи 1,31 мкм - 1,55 мкм, не представлены в общеупотребительных каталогах оптических стекол, например, Schott, O'Hara и т.п. Это означает, что в описанных в источниках конструкциях отсутствует возможность использования шариковых линз, изготавливаемых из оптических стекол с показателями преломления отличными от N=2, но c хорошо отработанной технологией производства, например, К8 или К108, а, напротив, требуется применение специальных стекол, которые не являются достаточно доступными. Это приводит к значительному усложнению конструкции соединителя и его удорожанию.N=2.00, transparent in the communication wavelength range 1.31 µm - 1.55 µm, not listed in commonly used optical glass catalogs, eg Schott, O'Hara, etc. This means that in the designs described in the sources there is no possibility of using ball lenses made from optical glasses with refractive indices other than N = 2, but with a well-established production technology, for example, K8 or K108, but, on the contrary, the use of special glasses is required, which are not readily available. This leads to a significant complication of the design of the connector and its rise in price.
Другим недостатком выявленных решений является то, что представленные в них конструкции оптических модулей предусматривают весьма сложные технологические и технические операции по прецизионному изготовлению цельнометаллических корпусов оптических модулей с прецизионно установленными направляющими штырями, совмещению и фиксации в каждом оптическом канале каждого оптического модуля оптических осей волокна и шариковой линзы, поскольку, например, при пространственном рассогласовании оптических осей шариковой линзы и оптического волокна на расстояния порядка 1 мкм, происходит увеличение вносимых потерь сигнала не менее 1 дБ (по материалам www.fibersystems.com) и, как следствие, снижается надежность работы устройства.Another disadvantage of the identified solutions is that the designs of optical modules presented in them provide for very complex technological and technical operations for precision manufacturing of all-metal cases of optical modules with precisely installed guide pins, alignment and fixation in each optical channel of each optical module of the optical axes of the fiber and a ball lens , since, for example, with a spatial mismatch of the optical axes of a ball lens and an optical fiber at distances of the order of 1 μm, the insertion loss of the signal increases by at least 1 dB (according to www.fibersystems.com) and, as a result, the reliability of the device decreases.
В патентных решениях US 4 781 431; GB 2408 350A; WO 2019/012244 Al точное позиционирование шариковых линз и оптических волокон, вклеенных в серийно выпускаемые наконечники-ферулы достигается использованием специальных юстировочных устройств (162, 163) (из патента US 2009/032417S A1, с охранением нумерации частей, принятой в патенте), с последующей фиксацией УФ-отверждаемым клеем (130). В патенте US 2009/032417S A1, который принят за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, кроме того используется керамическая втулка (134), являющаяся пространственным центратором двух оптических ферул, одна из которых фиксирована в корпусе оптического модуля, а вторая, находится в оптическом контакте с первой и может, при необходимости выдвигаться из центратора из пространства (137), например, при ремонте. В данном патенте описано точное трудоемкое позиционирование всех оптических элементов соединителя также с помощью специальных юстировочных устройств и с фиксацией УФ-клеем.In patent decisions US 4,781,431; GB 2408 350A; WO 2019/012244 Al accurate positioning of ball lenses and optical fibers glued into commercially available ferrule tips is achieved using special alignment devices (162, 163) (from US patent 2009/032417S A1, maintaining the part numbering adopted in the patent), with subsequent fixation with UV-curable adhesive (130). In the patent US 2009/032417S A1, which is taken as the closest analogue to the claimed solution, in addition, a ceramic sleeve (134) is used, which is a spatial centralizer of two optical ferrules, one of which is fixed in the optical module housing, and the second is in optical contact with the first and can, if necessary, move out of the centralizer from space (137), for example, during repairs. This patent describes the exact labor-intensive positioning of all optical elements of the connector, also using special alignment devices and fixing with UV glue.
Кроме описанной выше необходимости взаимной юстировки линз и оптических элементов в каждом оптическом канале оптического модуля, необходимо прецизионное, с микронной точностью, совмещение оптических осей каждой пары соединяемых оптических каналов в оптических модулях при соединении пары БОР в оптическом соединителе. In addition to the above-described need for mutual alignment of lenses and optical elements in each optical channel of an optical module, precision, with micron accuracy, alignment of the optical axes of each pair of connected optical channels in optical modules is necessary when connecting a pair of BORs in an optical connector.
В противном случае, рассогласование их оптических осей, например, по углу на величину 0.1 град. приведет к увеличению вносимых потерь в оптический тракт почти на 2 дБ (по материалам www.fibersystems.com).Otherwise, the mismatch of their optical axes, for example, in angle by 0.1 deg. will lead to an increase in insertion loss in the optical path by almost 2 dB (according to www.fibersystems.com).
Точное позиционирование пары оптических модулей при сочленении двух БОР гермафродитного типа достигается прецизионным взаимным расположением соединительных штырей (фиг. 2, 105), приемных отверстий (фиг. 2, 104) и оптических осей всех оптических каналов в теле оптического модуля, что достигается применением очень точной (с допусками порядка 1 мкм) механической обработки мест посадки штыря (105) и соответствующего приемного отверстия (104) при изготовлении оптического модуля, а также применением штырей с прецизионными допусками на размеры диаметра, что существенно усложняет конструкцию устройства и его изготовление. После установки штыря и получения приемного отверстия, осуществляется юстировка, с последующей фиксацией УФ-клеем, как описано выше, всех оптических элементов в оптическом модуле относительно позиций штыря и приемного отверстия. Проведение этих технологических операций, очевидно, требует применения дорогостоящего обрабатывающего оборудования и весьма трудоемко, поскольку, как показано выше, подобные конструкции оптических модулей требует одновременного прецизионного взаимного позиционирования в корпусе большого числа элементов, например, 10 элементов в 4-х канальном БОР. Precise positioning of a pair of optical modules at the junction of two hermaphroditic BOR is achieved by precise mutual arrangement of connecting pins (Fig. 2, 105), receiving holes (Fig. 2, 104) and optical axes of all optical channels in the body of the optical module, which is achieved by using a very accurate (with tolerances of the order of 1 μm) mechanical processing of the landing sites of the pin (105) and the corresponding receiving hole (104) in the manufacture of the optical module, as well as the use of pins with fine tolerances for diameter dimensions, which significantly complicates the design of the device and its manufacture. After installing the pin and obtaining a receiving hole, adjustment is carried out , followed by fixing with UV glue, as described above, all optical elements in the optical module relative to the positions of the pin and the receiving hole. Carrying out these technological operations obviously requires the use of expensive processing equipment and is very laborious, since, as shown above, such designs of optical modules require simultaneous precision mutual positioning of a large number of elements in the housing, for example, 10 elements in a 4-channel BOR.
Из источника US 2003012513 известно использование в оптическом соединителе линз (116, 118), представляющих собой стержневые плоско-выпуклые микролинзы, сферическая часть которых сформированна из расплава части циллиндрической заготовки, соединенной с помощью оптической сварки с оптическим волокном. Данная плосковыпуклая линза помещается в наконечник, который может иметь различную форму и, в свою очередь, помещается в держатель 112, который позиционируется, с помощью штыревого соединения, с аналогичным встречным держателем. Данное техническое решение позволяет использовать для формирования линзы боросиликатное стекло или иное стекло, с температурой плавления ниже температуры плавления оптического волокна, показатель преломления которого N<2. Однако, технология формирования прецизионной микросферы (радиус R 0,2-0,6 мм) из расплава стекла, предполагающая соблюдение микронных допусков на размеры как сферической, так и цилиндрической частей, весьма сложна, что приводит к усложнению конструкции устройства. Кроме того, точное позиционирование пары подобных линз в соединителе требует использование как прецизионного наконечника, так и держателя 112. Это означает, что корпус держателя 112 должен изготавливаться на прецизионном механическом токарно-фрезерном оборудовании, что значительно усложняет конструкцию устройства и его производство, а соответственно, удорожает производство, особенно серийное, соединителей описанной конструкции.From the source US 2003012513, it is known to use lenses (116, 118) in an optical connector, which are rod plano-convex microlenses, the spherical part of which is formed from a melt of a part of a cylindrical billet, connected by optical welding with an optical fiber. This plano-convex lens is placed in a tip, which can be of various shapes and, in turn, is placed in a holder 112, which is positioned, using a pin connection, with a similar opposite holder. This technical solution makes it possible to use borosilicate glass or other glass for lens formation, with a melting temperature below the melting temperature of an optical fiber, the refractive index of which is N<2. However, the technology of forming a precision microsphere (radius R 0.2-0.6 mm) from a glass melt, which implies compliance with micron tolerances on the dimensions of both spherical and cylindrical parts, is very complex, which leads to a complication of the device design. In addition, precise positioning of a pair of such lenses in the connector requires the use of both a precision tip and holder 112. This means that the body of holder 112 must be manufactured on precision mechanical turning and milling equipment, which greatly complicates the design of the device and its production, and, accordingly, increases the cost of production , especially serial, connectors of the described design.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке достаточно простой и при этом надежной, конструкции оптического соединителя, изготавливаемого по несложной технологии из общедоступных оптических и других материалов, который предназначен для применения в жестких условиях эксплуатации в оптических системах связи и протяженных оптических сенсорных устройств.The technical problem to be solved by the present invention lies in the development of a fairly simple and at the same time reliable design of an optical connector manufactured using a simple technology from commonly available optical and other materials, which is intended for use in harsh operating conditions in optical communication systems and extended optical touch devices.
Технический результат заключается в упрощении технологии изготовления оптического соединителя.The technical result consists in simplifying the manufacturing technology of the optical connector.
Указанный технический результат достигается в оптическом соединителе, состоящим из двух абсолютно идентичных бесконтактных оптических разъемов (БОР), механически соединяемых между собой, каждый из которых содержит защитный корпус, в котором закреплен оптический модуль, который не является цельнометаллическим, аThe specified technical result is achieved in an optical connector, consisting of two absolutely identical non-contact optical connectors (BOR), mechanically connected to each other, each of which contains a protective housing in which an optical module is fixed, which is not all-metal, but
состоит из крышки, основания и установленной между ними прецизионной центрирующей шайбы, имеющих соосные сквозные отверстия, в отверстиях прецизионной центрирующей шайбы зафиксированы центрирующие втулки, в которых с одной стороны установлены коллиматорные объективы, состоящие из сферической линзы, расположенной по направлению к отверстиям защитной крышки, и плосковогнутой линзы c диаметром, точно совпадающим с внутренним диаметром центрирующей втулки,consists of a cover, a base and a precision centering washer installed between them, having coaxial through holes, centering bushings are fixed in the holes of the precision centering washer, in which collimator objectives are installed on one side, consisting of a spherical lens located towards the holes of the protective cover, and plano-concave lens with a diameter that exactly matches the inner diameter of the centering sleeve,
при этом плосковогнутая линза располагается внутри центрирующей втулки и сформирована, в процессе вклейки сферической линзы, из оптического клея с показателем преломления,in this case, a plano-concave lens is located inside the centering sleeve and is formed, in the process of gluing a spherical lens, from optical glue with a refractive index,
совпадающим, в пределах точности в 10% с показателем преломления N материала сферической линзы, который имеет значение менее 2 (N<2),coinciding, within an accuracy of 10%, with the refractive index N of the spherical lens material, which has a value of less than 2 (N<2),
причем центрирующая втулка выполнена с возможностью установки внутри нее ферулы с вклеенным в нее оптическим волокном, с образованием оптического контакта между оптическим волокном и плоскостью коллиматорного объектива в точке фокуса на оптической оси цилиндрической части коллиматорного объектива,moreover, the centering sleeve is configured to install a ferrule inside it with an optical fiber glued into it, with the formation of an optical contact between the optical fiber and the plane of the collimator lens at the focal point on the optical axis of the cylindrical part of the collimator lens,
кроме того оптический фокус коллиматорного объектива находится на плоской поверхности плосковогнутой линзы на оптической оси оптического волокна, вклеенного в ферулу,in addition, the optical focus of the collimator objective is on the flat surface of a plano-concave lens on the optical axis of the optical fiber glued into the ferrule,
при этом соосные отверстия в крышке, основании и прецизионной центрирующей шайбе оптического модуля выполнены с возможностью размещения в них оптических каналов и соединительных элементов, а оптическое волокно, вклеенное в ферулу, находится в оптическом контакте с плоскостью коллиматорного объектива в точке фокуса на оптической оси плоковогнутой линзы коллиматорного объектива, за счет фиксирующего ферулу элемента.at the same time, coaxial holes in the cover, base and precision centering washer of the optical module are made with the possibility of placing optical channels and connecting elements in them, and the optical fiber glued into the ferrule is in optical contact with the plane of the collimator lens at the focal point on the optical axis of the plano-concave lens collimator lens, due to the element fixing the ferrule.
В качестве фиксирующего ферулу элемента может использоваться пружина, обеспечивающая поджим оптического волокна или клей.A spring can be used as a fixing element for the ferrule, which provides compression of the optical fiber or glue.
Оптический модуль закрепляется внутри защитного корпуса, который обеспечивает фиксацию и герметизацию при сочленении двух БОР оптического соединителя.The optical module is fixed inside the protective case, which provides fixation and sealing when two ROBs of the optical connector are joined.
Защитный корпус может иметь узел фиксации оптического кабеля.The protective housing may have an optical cable fixation unit.
Защитный корпус может иметь гермафродитную конструкцию для упрощения соединения частей корпуса между собой.The protective housing may have a hermaphroditic design to facilitate the connection of the parts of the housing to each other.
Защитный корпус каждого БОР может иметь пылевлагозащитный чехол, защищающий рабочий торец части защитного корпуса в отсутствие соединения.The protective housing of each ROB can have a dust and moisture protective cover protecting the working end of the protective housing part in the absence of a connection.
Прецизионная центрирующая шайба может быть изготовлена из металла, различных сплавов, различных видов керамики с помощью любых пригодных технологий.A precision centering washer can be made from metal, various alloys, various types of ceramics, using any suitable technology.
В прецизионной центрирующей шайбе может быть выполнено дополнительное сквозное технологическое центральное отверстие для крепления прецизионной центрирующей шайбы к основанию и крышке посредством крепежного резьбового элемента (винт, болт).An additional through technological central hole can be made in the precision centering washer for fastening the precision centering washer to the base and the cover by means of a fastening threaded element (screw, bolt).
В прецизионной центрирующей шайбе может быть выполнено два или более сквозных отверстия для размещения направляющих элементов, количество которых определяется конкретной конструкцией БОР, причем в первой половине отверстий направляющий элемент жестко зафиксирован за счет закрепления его в основании оптического модуля, а вторая половина отверстий, расположенная зеркально симметрично относительно первой половины отверстий является приемной и служит для ввода и фиксации в нем (при соединении двух БОР оптического соединителя) направляющих элементов (штырей), установленных в прецизионной центрирующей шайбе, с аналогичным жестким закреплением в основании оптического модуля второго стыкуемого разъема. Остальные сквозные отверстия прецизионных центрирующих шайб предназначены для размещения оптических каналов, количество которых не ограничено и определяется конкретной конструкцией БОР.In the precision centering washer, two or more through holes can be made for accommodating guide elements, the number of which is determined by the specific ROR design, and in the first half of the holes the guide element is rigidly fixed by fixing it in the base of the optical module, and the second half of the holes, located mirror-symmetrically relative to the first half of the holes, it is receiving and serves to insert and fix in it (when connecting two ROBs of an optical connector) guide elements (pins) installed in a precision centering washer, with a similar rigid fixation at the base of the optical module of the second mating connector. The remaining through holes of the precision centering washers are designed to accommodate optical channels, the number of which is not limited and is determined by the specific design of the ROB.
Использование в конструкции каждого оптического модуля прецизионной центрирующей шайбы для фиксации в ее отверстиях прецизионных центрирующих втулок, с коллиматорными объективами и направляющих элементов, обеспечивает позиционирование коллиматорных объективов в оптических модулях соединяемых БОР, друг напротив друга с высокой точностью (для передачи оптического сигнала с минимумом потерь) в связи с тем, что прецизионные втулки, также, как и оптические ферулы, являются, в том числе, серийно производимыми изделиями, типоразмеры которых законодательно установлены международными стандартами, например, IEC 61754-13 от 1999г, IEC 61754-20 от 2001г. Таким образом, применение в конструкции оптического соединителя прецизионных центрирующих шайб и втулок существенно упрощает производство оптического соединителя, поскольку отсутствует необходимость в дополнительном проведении трудоемкого процесса юстировки для точного позиционирования всех оптических элементов соединителя при эксплуатации устройства и изготовлении оптического соединителя, что характерно для конструкций оптического соединителя, описанных в источниках: US 4781431; GB 2408350A; WO2019/012244. В результате использование заявленной конструкции оптического соединителя позволяет повысить эксплуатационные характеристики устройства и упростить производство оптического соединителя при сохранении высокой надежности его работы и других эксплуатационных характеристик.The use of a precision centering washer in the design of each optical module for fixing precision centering bushings in its holes, with collimator lenses and guide elements, ensures the positioning of collimator lenses in optical modules connected by ROB, opposite each other with high accuracy (for transmitting an optical signal with a minimum of losses) due to the fact that precision sleeves, as well as optical ferrules, are, among other things, mass-produced products, the dimensions of which are legally established by international standards, for example, IEC 61754-13 from 1999, IEC 61754-20 from 2001. Thus, the use of precision centering washers and bushings in the design of an optical connector greatly simplifies the production of an optical connector, since there is no need for an additional laborious adjustment process to accurately position all optical elements of the connector during operation of the device and the manufacture of an optical connector, which is typical for optical connector designs, described in the sources: US 4781431; GB 2408350A; WO2019/012244. As a result, the use of the claimed design of the optical connector makes it possible to increase the operational characteristics of the device and simplify the production of the optical connector while maintaining high reliability of its operation and other operational characteristics.
Под оптическим каналом подразумевается оптическая система обеспечивающая передачу оптического сигнала, а именно: связанные между собой коллиматорный объектив, центрирующая втулка, оптическое волокно оптического кабеля, вклеенное в ферулу.An optical channel means an optical system that provides the transmission of an optical signal, namely: a collimator lens, a centering sleeve, an optical fiber of an optical cable glued into a ferrule, interconnected.
В качестве направляющего элемента может использоваться металлический или керамический штырь. Направляющие элементы (например, штыри) при их установке в соответствующие ответные приемные отверстия позволяют задавать направление расширенного пучка света. При этом направляющие элементы и приемные отверстия расположены параллельно оси симметрии оптического модуля и проходят через соответствующие центрирующие втулки прецизионной центрирующей шайбы, положение которых определяется также с помощью прецизионной центрирующей шайбы, что значительно упрощает процесс изготовления соединителя, по сравнению с необходимостью высокоточной механической обработки при позиционировании направляющих штырей и приемных отверстий относительно оптических каналов, что необходимо в конструкциях соединителей по патентным решениям US 4781431; GB 2408350A; WO2019/012244.A metal or ceramic pin can be used as a guide element. Guide elements (for example, pins) when installed in the corresponding reciprocal receiving holes allow you to set the direction of the expanded light beam. In this case, the guide elements and receiving holes are located parallel to the axis of symmetry of the optical module and pass through the corresponding centering bushings of the precision centering washer, the position of which is also determined using the precision centering washer, which greatly simplifies the process of manufacturing the connector, compared to the need for high-precision machining when positioning the guides. pins and receiving holes relative to the optical channels, which is necessary in the designs of connectors according to patent solutions US 4781431; GB 2408350A; WO2019/012244.
Количество отверстий с центрирующими втулками в прецизионной центрирующей шайбе может варьироваться от 3 до необходимого, определяемого числом оптических каналов оптического соединителя, при этом не менее 2-х отверстий всегда предназначены для направляющих элементов (штырей).The number of holes with centering sleeves in a precision centering washer can vary from 3 to the required number, determined by the number of optical channels of the optical connector, while at least 2 holes are always intended for guide elements (pins).
Основание и крышка оптического модуля играют роль защитного кожуха для механической защиты и герметизации прецизионной центрирующей шайбы и оптических элементов (коллиматорных объективов, ферулы и оптического волокна) в ней.The base and cover of the optical module play the role of a protective casing for mechanical protection and sealing of the precision centering washer and optical elements (collimator objectives, ferrule and optical fiber) in it.
Оптические прецизионные центрирующие втулки (втулки-центраторы) могут быть выполнены керамическими или металлическими.Optical precision centering bushings (centering bushings) can be made of ceramic or metal.
Оптические прецизионные втулки-центраторы могут быть вклеены внутри сквозных отверстий прецизионной центрирующей шайбы.Optical precision centering sleeves can be glued inside the through holes of the precision centering washer.
Втулки-центраторы могут быть выполнены сплошными или разрезными.Bushings-centrators can be made solid or split.
Применение разрезных втулок-центраторов в конструкции оптического соединителя обеспечивает вентиляцию воздуха, устраняя сопротивление за счет повышения давления воздуха при вдвижении ферулы во втулку.The use of split sleeves-centrators in the design of the optical connector provides air ventilation, eliminating resistance due to an increase in air pressure when the ferrule is pushed into the sleeve.
Выполнение изобретения заявленной конструкции с обеспечением оптического контакта оптического волокна в феруле с плоскостью коллиматорного объектива в точке фокуса на оптической оси цилиндрической части коллиматорного объектива способствует тому, что свет, излучаемый из оптического волокна в виде расходящегося пучка, проходя через коллиматорный объектив, преломляется и превращается в расширенный коллимированный пучок света, который, будучи направлен на идентичный коллиматорный объектив, находящийся в другом оптическом модуле защитного корпуса второго БОР оптического соединителя, преломляется и фокусируется в оптическое волокно, оптического кабеля подведенного и зафиксированного в защитном корпусе второго БОР оптического соединителя. The implementation of the invention of the claimed design with the provision of optical contact of the optical fiber in the ferrule with the plane of the collimator lens at the focus point on the optical axis of the cylindrical part of the collimator lens contributes to the fact that the light emitted from the optical fiber in the form of a divergent beam, passing through the collimator lens, is refracted and converted into an expanded collimated beam of light, which, being directed to an identical collimator lens located in another optical module of the protective housing of the second ROB of the optical connector, is refracted and focused into the optical fiber of the optical cable supplied and fixed in the protective housing of the second ROB of the optical connector.
Заявленная конструкция оптического соединителя поясняется фигурами 1-9, на которых представлен, в качестве примера оптический соединитель из двух идентичных БОР, каждый их которых имеет 4 оптических канала и направляющий штырь и симметрично расположенное приемное отверстие для направляющего штыря. Представленный вариант не ограничивает варианты других конструкций БОР с другим количеством оптических каналов и направляющих элементов, построенных в соответствии с подходом в настоящей заявленной конструкции.The claimed design of the optical connector is illustrated by figures 1-9, which show, as an example, an optical connector of two identical BORs, each of which has 4 optical channels and a guide pin and a symmetrically located receiving hole for the guide pin. The presented option does not limit the options for other ROR designs with a different number of optical channels and guide elements built in accordance with the approach in the present claimed design.
На фиг. 1 представлен вертикальный разрез крышки оптического модуля.In FIG. 1 shows a vertical section of the optical module cover.
На фиг. 2 представлен вертикальный разрез прецизионной центрирующей шайбы оптического модуля.In FIG. 2 shows a vertical section of the precision centering washer of the optical module.
На фиг. 3 представлена схема установки центрирующей втулки в прецизионную центрирующую шайбу.In FIG. 3 shows a diagram of the installation of a centering sleeve in a precision centering washer.
На фиг. 4 представлен вертикальный разрез основания оптического модуля с установленным штырем.In FIG. 4 shows a vertical section of the base of the optical module with the pin installed.
На фиг. 5 (а, б, в, г) представлены варианты формирования коллиматорных объективов.In FIG. 5 (a, b, c, d) shows options for the formation of collimator lenses.
На фиг. 6 (а, б, в, г) представлены варианты стыковки коллиматорного объектива с ферулой с формированием плосковогнутой линзы.In FIG. 6 (a, b, c, d) shows options for joining a collimator lens with a ferrule with the formation of a plano-concave lens.
На фиг. 7 представлен вид оптического модуля с установленными кабелями.In FIG. 7 shows a view of the optical module with installed cables.
На фиг.8 представлен вид оптического соединителя, состоящего из 2-х БОР.In Fig.8 presents a view of the optical connector, consisting of 2 BOR.
На фиг. 9 схема входа параксиального светового луча в коллиматорный объектив.In FIG. 9 diagram of the input of the paraxial light beam into the collimator lens.
На фигурах позициями 1-23 показаны:In the figures, positions 1-23 show:
1 - основание оптического модуля,1 - base of the optical module,
2 - прецизионная центрирующая шайба оптического модуля,2 - precision centering washer of the optical module,
3 - крышка оптического модуля,3 - optical module cover,
4 - центрирующая втулка,4 - centering sleeve,
5 - коллиматорный объектив,5 - collimator lens,
6 - отрезок ферулы,6 - segment of ferula,
7 - ферула,7 - ferula,
8 - оптическое волокно,8 - optical fiber,
9- пружина,9- spring,
10 - направляющий штырь,10 - guide pin,
11 - БОР (бесконтактный оптический разъем),11 - BOR (non-contact optical connector),
12 - узел фиксации оптического кабеля,12 - optical cable fixing unit,
13 - оптический кабель,13 - optical cable,
14 - оптический модуль,14 - optical module,
15 - приемное отверстие,15 - receiving hole,
16 - позиционирование (обозначение юстировки),16 - positioning (adjustment designation),
17 - отверстие в прецизионной центрирующей шайбе,17 - hole in the precision centering washer,
18 - центральное отверстие,18 - central hole,
19 - световой луч,19 - light beam,
20 - сферическая линза коллиматорного объектива,20 - spherical lens of the collimator objective,
21 - плосковогнутая линза коллиматорного объектива,21 - plano-concave lens of the collimator objective,
22 - клей,22 - glue,
23 - отверстие в крышке,23 - hole in the cover,
24 - защитный корпус.24 - protective housing.
Пример реализации заявленной конструкции оптического соединителя.An example of the implementation of the claimed design of the optical connector.
Оптический соединитель (фиг. 8) состоит из 2-х БОР 11, каждый из которых имеет защитный корпус 24 гермафродитного типа. В защитном корпусе закреплен оптический модуль 14. Оптические модули 14 имеют идентичные сборные конструкции. Каждый оптический модуль 14 состоит из соединяемых между собой основания оптического модуля 1, крышки 3, и размещенной между ними прецизионной центрирующей шайбы 2. Основание, крышка и прецизионная центрирующая шайба имеют 6 соосных отверстий 15, 23, 17. Кроме того, по центру прецизионной центрирующей шайбы выполнено дополнительное сквозное отверстие 18 для ее соединения с крышкой и основанием винтом (на фиг. не показан). В шести сквозных соосных отверстиях 17 прецизионной центрирующей шайбы 2 прочно зафиксированы центрирующие втулки 4. Четыре отверстия 17 предназначены для установки оптических каналов, одно отверстие - с установленным штырем 10 и еще одно - приемное отверстие 15 для размещения в нем штыря 10, установленного во второй ответной прецизионной центрирующей шайбе 2.The optical connector (Fig. 8) consists of 2
Каждый оптический канал оптического соединителя представляет собой связанные между собой коллиматорный объектив 5, центрирующую втулку 4, оптическое волокно 8 оптического кабеля 13, вклеенное в ферулу 7.Each optical channel of the optical connector is
Прецизионная центрирующая шайба 2 будет являться единственным позиционирующим элементом всей конструкции БОР оптического соединителя, благодаря чему автоматически позиционируются оптические каналы и направляющие штыри, а центрирующие втулки 4, в свою очередь задают оптические оси коллиматорных объективов, определяя таким образом оптические характеристики оптического соединителя.The
Точность изготовления крышки 3 и основания 1 оптического модуля - средняя, достигаемая на общеупотребительном токарно-фрезерном оборудовании.The manufacturing accuracy of the
Вместо шариковой линзы с показателем преломления N=2,00 в конструкции настоящей полезной модели применяется оптическая система, которая представляет собой коллиматорный объектив 5, состоящий из сферической линзы 20 и плосковогнутой линзы 21, радиус кривизны вогнутой части которой R2 , точно соответствует радиусу кривизны R1 сферической линзы 20. Instead of a ball lens with a refractive index N = 2.00, the design of this utility model uses an optical system, which is a
Коллиматорный объектив 5 установлен в центрирующей втулке 4 прецизионной центрирующей шайбы и находится в оптическом контакте с оптическим волокном 8, вклеенным в стандартную ферулу 7 (фиг. 7).The
При этом сферическая линза 20, может быть произведена из общедоступных оптических стекол с показателем преломления N<2 (что существенно упрощает процесс производства оптического соединителя), прозрачных в используемом диапазоне длин волн света, а плосковогнутая линза 21 автоматически формируется в процессе установки сферической линзы 20 в центрирующую втулку 4, с помощью оптического клея, показатель преломления которого N2 близок или совпадает с показателем преломления N1, в пределах точности 10% , что позволяет пренебречь потерями оптической мощности за счет френелевского отражения (менее 0.1%) и исключить процедуру просветления сферической линзы со стороны плосковогнутой клеевой линзы, тем самым дополнительно упростить технологию изготовления оптического соединителя.At the same time, the
Использование в заявленной конструкции коллиматорного объектива имеет и другие существенные преимущества перед использованием в устройствах аналогичного назначения одиночной шариковой линзы. В заявленной конструкции в коллиматорном объективе обеспечивается увеличение дины оптического пути расходящегося светового пучка по сравнению с одиночной шариковой линзой, что приводит к увеличению диаметра коллимированного пучка на выходе из коллиматорного объектива, что в свою очередь уменьшает дифракционную расходимость, а кроме того, фактическое уменьшение числа сферических преломляющих поверхностий, за счет применения плосковогнутой линзы, уменьшает абберационные искажения, в частности, вызванные сферической абберацией и, следовательно, улучшает ввод излучения в оптическое волокно в оптическом соединителе, обеспечивая снижение потерь оптического сигнала в процессе эксплуатации устройства, что , в итоге, повышает надежность его работы и эксплуатационные характеристики в целом.The use of a collimator lens in the claimed design has other significant advantages over the use of a single ball lens in devices of a similar purpose. In the claimed design, the collimator lens provides an increase in the length of the optical path of the diverging light beam compared to a single ball lens, which leads to an increase in the diameter of the collimated beam at the output of the collimator lens, which in turn reduces the diffraction divergence, and in addition, the actual decrease in the number of spherical refractive surfaces, due to the use of a plano-concave lens, reduces aberration distortions, in particular, those caused by spherical aberration and, therefore, improves the input of radiation into the optical fiber in the optical connector, reducing optical signal losses during the operation of the device, which, as a result, improves reliability its operation and performance in general .
Расчеты в геометрическом приближении параксиальных световых лучей (фиг. 9) показывают, что если используется коллиматорный объектив 5, состоящий из сферической линзы 20 с радиусом кривизны R1, изготовленной из материала с показателем преломления N1, а плосковогнутая линза 21 сформирована из оптического клея с показателем преломления N2, то фокусное расстояние АВ такого коллиматорного объектива, отсчитываемое от центра А сферической поверхности, при падении световых лучей 19 из среды с показателем преломления N0 равно:Calculations in the geometric approximation of paraxial light rays (Fig. 9) show that if a
Формула 1.
Следовательно, идеальный коллиматорный объектив 5 (в реальных условиях, коллиматорный объектив может незначительно отличаться от идеального, при учете того, что оптический пучок, излучаемый одномодовым световодом является гауссовым) реализуется при условии нахождения фокуса В на плоской поверхности и продольный размер L объектива коллиматорного объектива 5 должен быть равен :Therefore, the ideal collimator lens 5 (in real conditions, the collimator lens may differ slightly from the ideal one, given that the optical beam emitted by a single-mode light guide is Gaussian) is realized provided that the focus B is on a flat surface and the longitudinal size L of the lens of the
Формула 2.
Например, для хорошо известного оптического стекла марки К8 или К108 с показателем преломления N1=1,5 в области длин волн 1.31-1.55 мкм, широко используемых в системах связи и сенсорных устройствах и оптического клея ОМ 72 ТФ 5 с показателем преломления N2 =1,587 размер L, для коллиматорного объектива, содержащего сферическую линзу с радиусом кривизны R , составляет:For example, for the well-known optical glass of the K8 or K108 brand with a refractive index N1=1.5 in the wavelength range of 1.31-1.55 μm, widely used in communication systems and sensor devices, and optical glue OM 72
L=3,12RL=3.12R
При этом форма коллиматорного объектива 5 может быть самой разнообразной, определяемой конкретными размерами используемых оптических элементов и требованиями к оптическому соединителю.In this case, the shape of the
В первом примере реализации заявленной конструкции, представленной на фиг. 5 а, коллиматорный объектив сформирован при заливке оптического клея в центрирующую втулку 4 и размещении сферической линзы 20 с диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр центрирующей втулки 4, в полость втулки на половину диаметра линзы 20, таким образом, что между сферической линзой 20 и внутренними стенками центрирующей втулки остается зазор, заполненный оптическим клеем. То есть, сферическая линза погружается в оптический клей внутри оптической втулки на половину своего диаметра и фиксируется в нем. При этом оптический клей после погружения в него сферической линзы 20 при застывании клея и клеевом соединении сферической линзы 20 и ферулы 7, формирует плосковогнутую линзу 21. В данном примере осуществляют прецизионную установку сферической линзы 20 рутинными юстировочными процедурами.In the first example of the implementation of the claimed design, shown in Fig. 5 a, the collimator lens is formed by pouring optical glue into the centering
Во втором примере реализации заявленной конструкции представленном на фиг. 5 б, коллиматорный объектив сформирован при заливке оптического клея в центрирующую втулку 4 и размещении сферической линзы 20 с диаметром, существенно меньшим, чем внутренний диаметр центрирующей втулки 4, в полость втулки практически целиком. При этом между сферической линзой 20 и внутренними стенками центрирующей втулки остается зазор, заполненный оптическим клеем. То есть, сферическая линза практически целиком погружается в оптический клей внутри оптической втулки, оставляя только непогруженной верхнюю часть с диаметром большим сформированного коллимированного пучка, и прочно фиксируется в нем. При этом оптический клей после погружения в него сферической линзы 20 формирует плосковогнутую линзу 21. В данном примере также осуществляют прецизионную установку сферической линзы 20 рутинными юстировочными процедурами.In the second example of the implementation of the claimed design, shown in Fig. 5b, the collimator lens is formed by pouring optical glue into the centering
В третьем примере реализации заявленной конструкции, представленном на фиг. 5 в, коллиматорный объектив сформирован при заливке оптического клея в центрирующую втулку 4 и установки сферической линзы 20 с диаметром, большим, чем внутренний диаметр центрирующей втулки 4, в полость втулки 4 таким образом, что сферическая линза 20 опирается на внутренние стенки полости центрирующей втулки 4. При этом между сферической линзой 20 и внутренними стенками центрирующей втулки не имеется зазоров. То есть, часть сферической линзы погружается в оптический клей и прочно фиксируется в нем. При этом оптический клей после погружения в него сферической линзы 20 формирует плосковогнутую линзу 21.In the third example of the implementation of the claimed design, shown in Fig. 5 c, the collimator lens is formed by pouring optical glue into the centering
В четвертом примере реализации заявленной конструкции, представленном на фиг. 5 г, коллиматорный объектив сформирован по принципу, описанному в третьем примере, однако плосковогнутая линза 21 склеивается с отрезком ферулы 6, стандартного типоразмера, в котором вместо оптического волокна помещен отрезок из прозрачного в диапазоне применяемых длин волн материала, показатель преломления которого равен или близок по величине показателю преломления оптического клея, формирующего плосковогнутую линзу 21. Материалом, заменяющим оптическое волокно может быть, например, оптический клей или стекло, по характеристикам аналогичное, применяемому в сферической линзе 20. Продольный размер отрезка ферулы выбирается из условия, что общая длина L объектива коллиматорного объектива также определяется формулой 2. Сформированный указанным способом коллиматорный объектив 5 внутри центрирующей втулки 4, предполагается использовать в оптическом соединителе, с возможностью замены оптического кабеля оконцованного ферулами-наконечниками стандартного типоразмера. При этом применение отрезка ферулы 6 обусловлено исключительно необходимостью защиты плоской поверхности плосковогнутой линзы 21, сформированной при застывании оптического клея, при вдвижении ферулы 7 при ремонте в полевых условиях.In the fourth example of the implementation of the claimed design, shown in Fig. 5 g, the collimator lens is formed according to the principle described in the third example, however, the plano-
Апертура сферической части линзы 20 и рабочий диаметр цилиндрической части плосковогнутой линзы 21коллиматорного объектива 5, в любом варианте исполнения, должны превышать размеры световых пучков, распространяющихся в такой сферической линзе.The aperture of the spherical part of the
В третьем и четвертом примерах реализации заявленной конструкции (фиг. 5 в, г) за счет того, что диаметр сферической линзы 20 несколько превышает внутренний диаметр прецизионной центрирующей втулки 4 (допуск в пределах 1 мкм) серийно выпускаемые центрирующие втулки 4 точно позиционируют сферическую линзу 20 в окружности внутреннего отверстия центрирующей втулки 4 и дополнительной работы по юстировке сферической линзы 20 не требуется. Это достигается также, благодаря высокой точности (разброс - 1-2 мкм) серийно выпускаемых сферических линз. Иными словами точное позиционирование сферической линзы 20 в коллиматорном объективе 5 относительно оптической оси волокна 8 в феруле 7 осуществляется автоматически за счет жесткой посадки сферической линзы 20 в отверстие центрирующей втулки.In the third and fourth examples of the implementation of the claimed design (Fig. 5 c, d), due to the fact that the diameter of the
Таким образом, коллиматорные объективы, раскрытые в третьем и четвертом примерах реализации, фактически являются самоцентрирующимися типами коллиматорных объективов, использование которых дополнительно существенно снижают трудоемкость при изготовлении заявленной конструкции и повышают эксплуатационные характеристики за счет снижения трудоемкости при эксплуатации (отсутствует необходимость в юстировке при эксплуатации). Thus, the collimator lenses disclosed in the third and fourth embodiments are in fact self-centering types of collimator lenses, the use of which additionally significantly reduces the labor intensity in the manufacture of the claimed design and improves performance by reducing labor intensity during operation (there is no need for adjustment during operation).
Представленные на фиг. 5 варианты построения коллиматорных объективов не исчерпывают другие возможные варианты, соответствующие описанной логике построения коллиматорных объективов в соответствии с настоящим техническим решением.Shown in FIG. 5 options for constructing collimator lenses do not exhaust other possible options that correspond to the described logic for constructing collimator lenses in accordance with this technical solution.
Формирование и стыковка коллиматорного объектива со стандартной ферулой для получения оптического контакта плоскости коллиматорного объектива с оптическим волокном, вклеенным в ферулу или в отрезок ферулы стантартного типоразмера, осуществляется внутри центрирующей втулки, причем возможны различные варианты стыковки коллиматорного объектива с оптическим волокном, вклеенным в ферулу, в зависимости от требований к оптическому соединителю (фиг.6а-г).The formation and docking of a collimator lens with a standard ferrule to obtain optical contact between the plane of the collimator lens and an optical fiber glued into the ferrule or into a segment of the ferrule of a standard size is carried out inside the centering sleeve, and various options for docking the collimator lens with an optical fiber glued into the ferrule are possible. depending on the requirements for the optical connector (fig.6a-d).
В одном из примеров (фиг. 6а) выполнения заявленной конструкции, клеевое соединение коллиматорного объектива 5 с ферулой с оптическим волокном внутри центрирующей втулки 4 может осуществляется при сборке и формировании коллиматорного объектива, которые предполагается использовать в оптическом соединителем, не подлежащим разборке или ремонту. Порядок сборки следующий:In one of the examples (Fig. 6a) of the claimed design, the adhesive connection of the
1. В центрирующую втулку 4 через, основание 1 оптического модуля 14, на необходимую глубину, определяемую с применением формулы 2, вводится ферула 7, с вклеенным оптическим волокном 8 , идущим от оптического кабеля 13, и вклеивается клеем 22 в центрирующую втулку 4.1. In the centering
2. Центрирующая втулка 4 помещается в вертикальное положение открытым концом вверх. В отверстие центрирующей втулки 4 заливается оптический клей, а затем помещается сферическая линза 20.2. Centering
3. Точное позиционирование сферической линзы 20 в коллиматорном объективе 5 относительно оптической оси волокна 8 в феруле 7 осуществляется автоматически за счет жесткой посадки сферической линзы 20 в отверстие центрирующей втулки.3. Precise positioning of the
В следующем примере реализации заявленной конструкции (фиг. 6 б) формирование и клеевое соединение коллиматорного объектива 5 внутри центрирующей втулки 4 с ферулой коннектора быстрого оконцевания 24 для получения оптического контакта с предустановленным отрезком оптического волокна осуществляется при сборке и формировании коллиматорного объектива, которые предполагается использовать в оптическом соединителе, c возможностью оперативной оконцовки оптического кабеля в полевых условиях без применения оптических клеев, полировки торцов и оптической сварки.In the following example of the implementation of the claimed design (Fig. 6b), the formation and adhesive connection of the
Процедура формирования коллиматорного объектива и его стыковки с отрезком оптического волокна в феруле 7 стандартного типоразмера коннектора быстрого оконцевания 24, полностью аналогична процедуре, описанной в предыдущем примере реализации (пример по фиг. 6 а).The procedure for the formation of the collimator lens and its docking with a piece of optical fiber in the
В примере реализации заявленной конструкции, проиллюстрированной на фиг. 6 в, формирование и клеевое соединение коллиматорного объектива 5 внутри центрирующей втулки 4 для оптического контакта с вклеенным оптическим волокном в отрезок ферулы 6 стандартного типоразмера предполагается использовать в оптическом соединителе, с возможностью замены оптического кабеля, оконцованного ферулами-наконечниками стандартного типоразмера.In an example implementation of the claimed design illustrated in FIG. 6c, the formation and adhesive connection of the
Процедура формирования коллиматорного объектива и его стыковки с оптическим волокном в отрезке ферулы 6 стандартного типоразмера полностью аналогична процедуре, описаной в примере реализации по фиг. 6 а.The procedure for forming a collimator lens and its docking with an optical fiber in a segment of a
В еще одном примере реализации заявленной конструкции по фиг. 6 г самоцентрирующийся коллиматорный объектив формируется аналогично процедуре, рассмотренной в примере по фиг. 6 а. Однако плосковогнутая линза 21 склеивается с отрезком ферулы 28, стандартного типаразмера, в котором вместо оптического волокна помещен отрезок из прозрачного, в диапазоне применяемых длин волн, материала, показатель преломления которого равен или близок по величине показателю преломления оптического клея, формирующего плосковогнутую линзу 21. Материалом, заменяющим оптическое волокно может быть, например, оптический клей или стекло, аналогичное, применяемому в сферической линзе 20. Продольный размер отрезка ферулы выбирается из условия, что общая длина L коллиматорного объектива также определяется формулой 2. Сформированный указанным способом коллиматорный объектив 5 внутри центрирующей втулки 4, предполагается использовать в оптическом соединителе с возможностью замены оптического кабеля оконцованного ферулами-наконечниками стандартного типоразмера. При этом применение отрезка ферулы 28 обусловлено исключительно необходимостью защиты плоской поверхности плосковогнутой линзы 21, сформированной при застывании оптического клея, при вдвижении ферулы 7 при ремонте в полевых условиях.In yet another embodiment of the claimed construction of FIG. 6d, the self-centering collimator objective is formed in a manner similar to the procedure discussed in the example of FIG. 6 a. However, the plano-
Апертура сферической части 20 и рабочий диаметр цилиндрической части плосковогнутой линзы 21 коллиматорного объектива 5 в любом варианте исполнения, должны превышать размеры световых пучков, распространяющихся в такой сферической линзе.The aperture of the
Дополнительно упрощение производства оптического соединителя достигается за счет упрощения конструкции коллиматорного объектива и его изготовления, а также отсутствия необходимости дополнительного центрирования сферической линзы коллиматорного объектива для расположения оптического фокуса коллиматорного объектива на плоской поверхности плосковогнутой линзы на оптической оси оптического волокна, вклеенного в ферулу. Коллиматорный объектив сформирован при заливке оптического клея в прецизионную центрирующую втулку и последующей жесткой посадки сферической линзы с диаметром, большим, чем внутренний диаметр центрирующей втулки в отверстие прецизионной центрирующей втулки. При этом между сферической линзой и внутренними стенками центрирующей втулки не имеется зазоров. То есть, часть сферической линзы погружается в оптический клей и прочно фиксируется в нем. При этом оптический клей после погружения в него сферической линзы формирует плосковогнутую линзу. Таким образом, конструкция и процесс изготовления коллиматорного объектива достаточно простые, при этом полученный коллиматорный объектив является самоцентрирующимся, поскольку при его выполнении указанным образом происходит опирание сферической линзы на внутренние стенки полости прецизионной центрирующей втулки, что приводит к автоматическому центрированию сферической линзы. Соответственно использование самоцентрирующегося коллиматорного объектива исключает применение дополнительных устройств и проведение каких-либо манипуляций для центрирования сферической линзы и упрощает способ изготовления оптического соединителя в целом. Additionally , the simplification of the production of the optical connector is achieved by simplifying the design of the collimator lens and its manufacture, as well as the absence of the need for additional centering of the spherical lens of the collimator lens to locate the optical focus of the collimator lens on the flat surface of the plano-concave lens on the optical axis of the optical fiber glued into the ferrule. The collimator lens is formed by pouring optical glue into the precision centering sleeve and then hard fitting a spherical lens with a diameter greater than the inner diameter of the centering sleeve into the hole of the precision centering sleeve. In this case, there are no gaps between the spherical lens and the inner walls of the centering sleeve. That is, a part of the spherical lens is immersed in optical glue and firmly fixed in it. In this case, the optical adhesive, after immersing a spherical lens into it, forms a plano-concave lens. Thus, the design and manufacturing process of the collimator lens are quite simple , while the resulting collimator lens is self-centering, since when it is performed in this way, the spherical lens rests on the inner walls of the cavity of the precision centering sleeve, which leads to automatic centering of the spherical lens. Accordingly, the use of a self-centering collimator lens eliminates the use of additional devices and any manipulations to center the spherical lens and simplifies the manufacturing method of the optical connector as a whole.
Таким образом, была разработана усовершенствованная технологическая процедура сборки оптического модуля, которая отличается полным отсутствием операций точной юстировки оптических элементов (при формировании коллиматорных объективов по фиг. 5в, г) и направляющих элементов:Thus, an improved technological procedure for assembling the optical module was developed, which is distinguished by the complete absence of operations for fine adjustment of optical elements (when forming collimator lenses according to Fig. 5c, d) and guide elements:
1. Коллиматорный объектив 5 с цилиндрической частью плосковогнутой линзы 21, точно соответствующей диаметру центрирующей втулки 4 за счет формирования плосковогнутой линзы 21 из массы оптического клея в процессе стыковки коллиматорного объектива с ферулой 7, в том числе ферулой 7 коннектора быстрого оконцевания 24, или отрезком ферулы 6 стандартного типоразмера, которые в свою очередь вклеены в центрирующую втулку 4, которые уже фиксированы на прецизионной центрирующей шайбе 2. При этом происходит автоматическое позиционирование оптических осей центрирующей втулки, коллиматорного объектива и оптического волокна в феруле или отрезке ферулы.1.
2. Коллиматорный объектив 5 с цилиндрической частью плосковогнутой линзы 21, точно соответствующей диаметру центрирующей втулки 4 за счет формирования плосковогнутой линзы 21 из массы оптического клея и отрезка ферулы стандартного типоразмера с замещением оптического волокна на стержень из оптического клея или стекла 28.2.
3. Подготовленная таким образом прецизионная центрирующая шайба 2 надевается на штырь 10, предварительно закрепленный в основании 1 оптического модуля 14 с помощью клея, термопосадки или точечной сварки и т.п., при этом точного позиционирования штыря 10 в основании 1 не требуется.3. The
4. Все части оптического модуля 14: основание 1, прецизионная центрирующая шайба 2 с установленными втулками 4, надетая на штырь 10 и крышка 3 собираются в единый оптический модуль 14 ,с использованием клея и герметизирующих материалов.4. All parts of the optical module 14: the
5 Наконечники-ферулы стандартного типаразмера 7, которыми оконцованы оптические волокна 8 оптического кабеля 13 через основание 1 оптического модуля 14, вводятся в центрирующую втулку 4 и поджимаются стандартными пружинами 9 для получения оптического контакта с торцом коллиматорного объектива.5 Tips-ferrules of a standard type,
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786485C1 true RU2786485C1 (en) | 2022-12-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807289C1 (en) * | 2023-07-04 | 2023-11-13 | Русанов Юрий Александрович | Contact optical connector with extended isolated beam |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4781431A (en) * | 1986-12-29 | 1988-11-01 | Labinal Components And Systems, Inc. | Lensed optical connector |
| RU2127891C1 (en) * | 1995-11-10 | 1999-03-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Optical coupler and process of its manufacture |
| WO2003005088A1 (en) * | 2001-07-05 | 2003-01-16 | Corning Incorporated | High power expanded beam connector and methods for using and making the high power expanded beam connector |
| GB2408350A (en) * | 2003-11-20 | 2005-05-25 | Fibreco Ltd | Expanded beam optical fibre connector with ball lens |
| US20130272660A1 (en) * | 2009-06-01 | 2013-10-17 | Tyco Electronics Corporation | Optical connector with ferrule interference fit |
| WO2019012244A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Ridgemount Technologies Limited | Expanded beam connector |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4781431A (en) * | 1986-12-29 | 1988-11-01 | Labinal Components And Systems, Inc. | Lensed optical connector |
| RU2127891C1 (en) * | 1995-11-10 | 1999-03-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Optical coupler and process of its manufacture |
| WO2003005088A1 (en) * | 2001-07-05 | 2003-01-16 | Corning Incorporated | High power expanded beam connector and methods for using and making the high power expanded beam connector |
| GB2408350A (en) * | 2003-11-20 | 2005-05-25 | Fibreco Ltd | Expanded beam optical fibre connector with ball lens |
| US20130272660A1 (en) * | 2009-06-01 | 2013-10-17 | Tyco Electronics Corporation | Optical connector with ferrule interference fit |
| WO2019012244A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | Ridgemount Technologies Limited | Expanded beam connector |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807289C1 (en) * | 2023-07-04 | 2023-11-13 | Русанов Юрий Александрович | Contact optical connector with extended isolated beam |
| RU222410U1 (en) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | OPTICAL CONNECTOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220026649A1 (en) | Optical connection of optical fibers to grating couplers | |
| US4753510A (en) | Tilt adjustable optical fibre connectors | |
| US7218811B2 (en) | Optical module, and multi-core optical collimator and lens housing therefor | |
| US5511140A (en) | Molded plastic optical fiber-optoelectronic converter subassembly | |
| US10718909B2 (en) | Expanded beam fiber optic connection system | |
| US4889406A (en) | Tilt adjustable optical fibre connectors | |
| US4834494A (en) | Expanded beam waveguide connector | |
| US7978418B2 (en) | Optical device and lens assembly | |
| EP0399684B1 (en) | Laser pigtail assembly and method of manufacture | |
| US20190219771A1 (en) | Optical fiber connector ferrule assembly having dual reflective surfaces for beam expansion and expanded beam connector incorporating same | |
| JP2019528473A (en) | OPTICAL FIBER CONNECTOR FERRULE ASSEMBLY HAVING SINGLE REFLECTING FACTOR FOR BEAM EXPANSION AND EXPANSION BEAM CONNECTOR INCORPORATING IT | |
| US5784512A (en) | Lens connector for optical through-connection of light guides | |
| EP0125829A2 (en) | Optical connectors | |
| US10036857B2 (en) | Expanded beam connector with discrete alignment assembly | |
| US11467351B2 (en) | Expanded beam connector | |
| US7076132B2 (en) | Optical devices and methods | |
| RU2786485C1 (en) | Optical connector | |
| CN105759372A (en) | Optic lens assembly and method thereof | |
| He et al. | Analysis of contributing factors in coupling from laser diode into optical fiber | |
| JP2654755B2 (en) | Low-reflection optical components with uneven mating connection | |
| EP0150860A2 (en) | Fiber optic connector | |
| RU222410U1 (en) | OPTICAL CONNECTOR | |
| CN219105210U (en) | Optical fiber collimator | |
| US20170052326A1 (en) | Expanded beam connector with discrete alignment assembly | |
| US20230367076A1 (en) | Lens, lens and optical fiber assembly, and optical communication system |