專利名稱：具有全內(nèi)反射鄰接面的光連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光連接器。所討論的光連接器可以用在大量的實(shí)際應(yīng)用中，例如光連接裝置用于光纖通訊系統(tǒng)、光網(wǎng)絡(luò)部分中。還可以用于例如改進(jìn)方法以增加光網(wǎng)絡(luò)的功能性。
背景技術(shù)：
光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要問(wèn)題就是網(wǎng)絡(luò)中光器件的放置。器件的使用和放置的設(shè)計(jì)決策不僅要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上的初始通信量，而且要能適應(yīng)將來(lái)的網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)，后者常常是不可預(yù)知的。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于需要減少成本且不可預(yù)測(cè)增長(zhǎng)量的都市(或城市)網(wǎng)絡(luò)尤其嚴(yán)峻。
通常解決該問(wèn)題的方法是在一開(kāi)始使用足夠多的器件以適應(yīng)當(dāng)前可預(yù)見(jiàn)的通信增長(zhǎng)量，并且當(dāng)需要適應(yīng)額外升級(jí)時(shí)，將使用一部分不用的網(wǎng)絡(luò)。在對(duì)當(dāng)前通信的影響減小到最小的情況下，很難實(shí)現(xiàn)該過(guò)程，且這一過(guò)程也是主要的運(yùn)行支出。使用一部分不用的網(wǎng)絡(luò)，包括當(dāng)需要時(shí)將一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)器件交換旋轉(zhuǎn)(truck-roll)并接合入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。這會(huì)產(chǎn)生較大的運(yùn)行成本，也意味著網(wǎng)絡(luò)環(huán)線或線路系統(tǒng)每次數(shù)小時(shí)不可用。另一種選擇是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)安裝一個(gè)內(nèi)嵌連接器，等將來(lái)需要升級(jí)時(shí)，即交換旋轉(zhuǎn)并接合一個(gè)實(shí)際需要的新器件。這同樣會(huì)產(chǎn)生高額的運(yùn)行成本，盡管“停機(jī)時(shí)間”少于前述情況(幾十分鐘而不是數(shù)小時(shí))。最后，將來(lái)需要升級(jí)時(shí)可以安裝一個(gè)2*2光開(kāi)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求增加時(shí)，該開(kāi)關(guān)可以在電路中增加新的器件。因?yàn)樵撨^(guò)程很快(該類型開(kāi)關(guān)實(shí)際需要時(shí)間＜10ms)，可靠性就較低，并且因?yàn)楫a(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)通路，需要兩個(gè)額外的連接器，因此損耗較高。而且大多數(shù)該類型開(kāi)關(guān)需要電源，由此增加了網(wǎng)絡(luò)的前期成本。
本申請(qǐng)現(xiàn)有技術(shù)下列文獻(xiàn)中標(biāo)識(shí)出了幾個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備。
EP 1186932A2；US 6,393,174；US 5,390,226；US 4176908其中一些文獻(xiàn)公開(kāi)了帶有全內(nèi)反射表面的設(shè)備，但這些文獻(xiàn)都沒(méi)有公開(kāi)下列內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
廣義上說(shuō)，本發(fā)明提供了一種光連接器，其包含至少一個(gè)用于傳輸光射線的光導(dǎo)；一個(gè)全內(nèi)反射表面，所述射線投射到該表面上，因此光導(dǎo)內(nèi)的光射線被所述表面反射到連接器的一個(gè)光學(xué)器件方向，以及使得該連接器可以與其他任何適當(dāng)匹配設(shè)置的光連接器互相連接的裝置。
這種設(shè)置具有很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠涫沟矛F(xiàn)有光路的升級(jí)對(duì)通信具有絕對(duì)最小的破壞。使用光分插復(fù)用(OADM)濾波器等實(shí)現(xiàn)隨后的升級(jí)，從而簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，而且再次將對(duì)現(xiàn)有通信的影響最小化。遵循漸進(jìn)擴(kuò)展的策略減少了資本支出。通過(guò)簡(jiǎn)化升級(jí)過(guò)程降低了運(yùn)行成本。通過(guò)去除不必需的器件以及用放大器和DSCM(色散補(bǔ)償模塊)等實(shí)現(xiàn)運(yùn)行中升級(jí)，從而增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)性能。
與本發(fā)明的廣義方面相一致的輔助方面中，使用全內(nèi)反射表面可以使該表面把光導(dǎo)內(nèi)的射線反射到連接器的一個(gè)光學(xué)器件方向，也可以選擇破壞其內(nèi)反射特性使得射線透過(guò)表面。
另一個(gè)輔助方面中，連接器包含了能夠讓該連接器與其他任何適當(dāng)匹配設(shè)置的光連接器互相連接的裝置，當(dāng)所述第一連接器需要與任何其他連接器互相連接時(shí)，其集成了破壞該連接器的全內(nèi)反射的裝置；連接器的互相連接裝置可以是這樣有效定位的，這樣如前述當(dāng)連接器與另一個(gè)合適的連接器互相連接后，連接器的全內(nèi)反射表面充分靠近另一個(gè)連接器的全內(nèi)反射破壞裝置，從而使得光射線通過(guò)兩個(gè)互相連接的連接器形成的接合處。
與本發(fā)明的廣義方面相一致的輔助方面中，射線以第一種模式反射至所述光學(xué)器件，其對(duì)射線進(jìn)行處理，其中對(duì)眼睛有害的射線保留在連接器內(nèi)，因而連接器操作對(duì)眼睛是安全的。
另一個(gè)輔助方面中，所述連接器包含了多個(gè)光導(dǎo)。當(dāng)該連接器與相似的匹配連接器運(yùn)行第二種模式時(shí)，該設(shè)置尤其有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種接合使得射線可以從一個(gè)連接器端口切換到另一個(gè)端口。
另一個(gè)輔助方面中，互相連接裝置允許一個(gè)匹配連接器首先以無(wú)表面破壞方式接觸，隨后集成了能提供表面破壞的最終快速閉合機(jī)構(gòu)。
另一個(gè)輔助方面中，在光導(dǎo)和表面之間放置了附加的反射裝置。這種設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于例如允許光導(dǎo)在連接器內(nèi)平行，甚至與全內(nèi)反射表面正交。
另一個(gè)輔助方面中，在光導(dǎo)和表面之間放置了折射裝置，其能夠自適應(yīng)的把從光導(dǎo)中發(fā)射出來(lái)的射線方向調(diào)節(jié)為投射到全內(nèi)反射表面上。其也允許光導(dǎo)在連接器內(nèi)平行，甚至與全內(nèi)反射表面正交。
另一個(gè)輔助方面中，全內(nèi)反射表面位于棱鏡的至少兩個(gè)面上。這種設(shè)置也是很有好處的，例如其可以將匹配連接器以一定角度放置(例如與連接器成90度)。
本發(fā)明也提供了一個(gè)多連接器系統(tǒng)，其包含了與前述任一方面相一致的第一連接器，其與一個(gè)或多個(gè)其它光連接器結(jié)合使用，其它各個(gè)連接器進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ湓O(shè)置，按照本發(fā)明上述第三個(gè)方面中的方法與所述第一光連接器互相連接，獲得此處概述的效果。


圖1a，1b，1c給出了本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中使用光連接器的三個(gè)不同的狀態(tài)；圖2是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中光連接器的第一連接部分的示意圖；圖3是圖2中的實(shí)施例位于“匹配”(第二種使用模式)狀態(tài)下的示意圖；圖4a，4b，4c和4d闡釋了第二個(gè)實(shí)施例的變化形式；圖5是本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中光連接器的示意圖；
圖6是本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例中光連接器的示意圖；圖7是本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例中光連接器的示意圖；圖8是本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例中光連接器的示意圖；圖9是本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例中光連接器的示意圖；圖10是第七個(gè)實(shí)施例位于第一種“匹配”(第二種使用模式)狀態(tài)下的示意圖；圖11是第七個(gè)實(shí)施例位于第二種“匹配”(第二種使用模式)狀態(tài)下的示意圖；圖12是第七個(gè)實(shí)施例位于第三種“匹配”(第二種使用模式)狀態(tài)下的示意圖；圖13是第七個(gè)實(shí)施例位于第四種“匹配”(第二種使用模式)狀態(tài)下的示意圖；圖14闡釋了包括了多個(gè)光導(dǎo)的第二光連接器裝置；圖15是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中使用第一種使用模式的光連接器的防潮形式示意圖；圖16是一種帶有所示第二種不同匹配連接器的防潮連接器；圖17是一個(gè)闡釋了本發(fā)明的光連接器的級(jí)聯(lián)裝置的示意圖；圖18給出了本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例中的光連接器；圖19到21給出了本發(fā)明的光連接器可以應(yīng)用的多個(gè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合；圖22給出了包含了本發(fā)明光連接器的光連接器裝置背板實(shí)施形式；圖23a和23b是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中光連接器作為保護(hù)眼睛的連接器的示意圖；圖24a和24b闡釋了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中保護(hù)眼睛的光連接器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1a給出了一個(gè)連接器，其包含主體10，其容納了第一和第二光導(dǎo)12、14，每個(gè)光導(dǎo)的一端分別由準(zhǔn)直器18、20連接到一個(gè)折射器件16，所述實(shí)施例中的準(zhǔn)直儀是漸變折射率透鏡(“GRIN”透鏡)。第一種運(yùn)行模式時(shí)，連接器可以與其他任何連接器分離，這樣從光導(dǎo)12發(fā)出的射線由玻璃-空氣接口處的全內(nèi)反射表面11反射到光導(dǎo)14。保護(hù)膜13限定了一個(gè)空氣間隙15。
本說(shuō)明書(shū)中的術(shù)語(yǔ)“聯(lián)鎖”可以廣義的解釋，其包括其含義內(nèi)的所有形式，匹配接觸，互相支撐，纏繞以及其他不同于簡(jiǎn)單的連接器面接觸的各種連接形式。
主體10內(nèi)還包括了聯(lián)鎖裝置，其包括兩個(gè)或多個(gè)對(duì)準(zhǔn)孔22用于精確對(duì)準(zhǔn)(第二種運(yùn)行模式)。選擇另一個(gè)連接器使得當(dāng)連接器匹配時(shí)，全內(nèi)反射表面匹配能夠讓光射線通過(guò)接合處。
圖1b給出了通過(guò)對(duì)準(zhǔn)孔互相接觸的兩個(gè)連接器或連接部分。
第一種使用模式下，連接器的第一連接部分操作取決于空氣間隙(低折射率介質(zhì)或真空)存在于折射器件16的面24上，而且為了防止折射器件/空氣間隙界面污損，優(yōu)選使用一些適當(dāng)?shù)姆椒ü潭ㄒ粋€(gè)保護(hù)罩26，這些方法對(duì)于光連接器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)人員是很明顯的。
連接器的第一種使用模式下，其中第一連接部分與第二連接部分相分離，第一連接部分的端口1輸入的光信號(hào)會(huì)在玻璃-空氣界面24上實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射，并從端口2出射。因此例如第一連接部分位于網(wǎng)絡(luò)環(huán)路內(nèi)，傳送給端口2的信號(hào)在環(huán)路內(nèi)其他地方也是可用的。
現(xiàn)在假定對(duì)環(huán)路進(jìn)行擴(kuò)展-改進(jìn)方式-即補(bǔ)充一些光學(xué)器件(如分插復(fù)用器)，所提供的保護(hù)罩或膜26可以去除，第二連接部分與第一部分基本相同，其壓在第一連接部分之上，并用插入到孔22內(nèi)的定位銷28或類似裝置將它們對(duì)準(zhǔn)(見(jiàn)圖1b)。第二連接部分也有一個(gè)折射器件，如圖1b中的器件30，但在此種情況下為了更佳的實(shí)現(xiàn)效果，在折射器件30的外表面上鍍了一層折射率匹配材料32。第二連接部分壓在第一連接部分之上，直到全內(nèi)反射表面24和材料之間仍存在一個(gè)非常小的空氣間隙(例如大約50微米)。然后在遠(yuǎn)小于10ms的時(shí)間內(nèi)(實(shí)際＜1ms)，第二連接部分一直推向第一連接部分，直到折射器件16、30的兩個(gè)相對(duì)表面緊密接觸(圖1c)。這種緊密接觸再加上匹配材料，能夠確保第一連接部分內(nèi)不會(huì)發(fā)生內(nèi)反射，因此端口1處的光信號(hào)直通入折射器件30，到達(dá)光導(dǎo)33，通過(guò)端口4出射。類似的，進(jìn)入第二連接部分的端口3的信號(hào)也直通到光導(dǎo)14，通過(guò)端口2出射。為了保證匹配連接器內(nèi)的光串?dāng)_在端口1和2之間小于-50dB，折射率匹配材料一般在折射器件的折射率的0.2％之內(nèi)。
兩個(gè)連接部分的匹配構(gòu)成了連接器的第二種使用模式，其中引入一個(gè)以前沒(méi)有的光學(xué)器件在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用。新引入的光學(xué)器件連接到端口3和4，比起前述已知的擴(kuò)展光網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)方法，引入新的光器件的損耗低至可以接受，對(duì)通信中斷也很小，且成本非常低。
圖2中給出了本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中的第一種使用模式下的光連接器。本實(shí)施例中，套管60與連接器主體外殼62接觸，其包含了標(biāo)準(zhǔn)部件，例如彈簧觸點(diǎn)、閉鎖機(jī)制和應(yīng)變消除形式。套管包含第一和第二光信號(hào)導(dǎo)向裝置，也即一定長(zhǎng)度的光纖64、66-如第一個(gè)實(shí)施例-送入準(zhǔn)直器件68，例如GRIN透鏡，準(zhǔn)直器將其引導(dǎo)至折射器件70，后者的兩個(gè)壁72、74上各有一個(gè)折射裝置76、78。這些折射裝置可以采取的形式是局部空氣間隙，或填充了一些低折射率介質(zhì)的間隙，或者真空，或者是表面72、74外部的反射表面。
使用這些反射裝置允許光纖64、66基本平行的從端口1和端口2(未示出)退出連接器外殼62。由于之后連接器能夠采用標(biāo)準(zhǔn)光纖連接器中常用的制備技術(shù)，其在制備和使用方面具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)。圖3給出了第二種使用模式下用插口(receptacle)80將兩個(gè)連接部分匹配到一起，插口能精確的對(duì)準(zhǔn)連接部分。
圖4a中給出了類似的裝置，但其集成了兩個(gè)額外的特征。第一個(gè)特征是連接部分的一個(gè)或兩個(gè)前表面進(jìn)行拋光，在匹配面83內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)較小的曲率，例如FC/PC光纖連接器中常用的20mm半徑左右。此時(shí)，當(dāng)連接部分互相匹配，閉合力略微展平了連接部分的端面，從而保證匹配面的中心具有非常好的物理接觸。一般來(lái)說(shuō)，連接力在1kg左右，直徑大約為250微米區(qū)域的玻璃被展平。
第二個(gè)特征是使用了快速閉合機(jī)制，例如BelvilleTM墊圈79就放在需要匹配的一個(gè)表面之前。最好將第一連接部分的套管從一端插入到定位插口(例如穿板式連接器固定架81)中，然后把墊圈從另外一端插入插口，直到墊圈接觸到第一連接部分的全內(nèi)反射表面的外邊緣。最后第二連接部分從插口的另一端插入且向前推，直到第二連接部分的匹配面剛剛接觸到BelvilleTM墊圈的外表面(見(jiàn)圖4b)。墊圈的曲率自動(dòng)地確保了兩個(gè)匹配面之間有一個(gè)適當(dāng)?shù)淖钚【嚯x(10-100微米)。此外第二連接部分的壓力迫使墊圈變形并展平，因?yàn)閴|圈僅占據(jù)了第一連接部分全內(nèi)反射表面的凸起不如內(nèi)部更為強(qiáng)烈的外緣部分(見(jiàn)圖4c)，這樣兩個(gè)匹配面可以很好的結(jié)合。(連接器外殼的背面有一個(gè)更方便的彈簧，可以很容易的從10微米拉伸到100微米，而不會(huì)顯著減小壓力)。
在此強(qiáng)調(diào)一下BelvilleTM墊圈特征并不是曲面匹配面所必需使用的，而僅僅是性能增強(qiáng)，因?yàn)槠湓鰪?qiáng)了對(duì)連接部分對(duì)最后閉合的速度和控制。
除了在一個(gè)或兩個(gè)匹配面上提供連續(xù)曲率，還可以采用階形表面設(shè)置(未示出)，其中平面的，或者甚至曲面的匹配面替換成了墊圈可以嵌入的凹槽，凹槽的深度應(yīng)該使得墊圈仍能讓相對(duì)的匹配面滿足其距離函數(shù)。
圖4d中所示的一個(gè)附加特征是在用傳統(tǒng)連接器方法制備的連接器內(nèi)集成了一對(duì)TIR(全內(nèi)反射表面)界面。當(dāng)該連接器與傳統(tǒng)連接器或連接器對(duì)相匹配時(shí)，該連接器內(nèi)含的機(jī)械特征將兩個(gè)TIR表面互相推近。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是提供了一個(gè)密封容積來(lái)保護(hù)TIR表面，而另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于容許傳統(tǒng)連接器的互用性。
圖5闡釋了本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中的光連接器。其給出了一個(gè)曲面折射器件82(半球透鏡)，其實(shí)現(xiàn)的折射功能與圖2和3中所示的器件相同，但其額外使用了其曲面來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直和聚焦操作。
圖6所示的第四個(gè)實(shí)施例中，套管86包住了一個(gè)漸變折射率(GRIN)透鏡84，后者用于對(duì)光纖85的射線同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚焦和射束偏轉(zhuǎn)功能。優(yōu)選使用高孔徑GRIN，數(shù)值孔徑大約是0.6，例如纖芯接觸半徑處的折射率是1.468(SMF28光纖)，從而將背反射最小化，而中心折射率是1.85，光束入射角～35度。這樣就很容易的超過(guò)了高折射率材料和空氣之間32度的臨界角。
GRIN透鏡長(zhǎng)度是1/4螺距(因此能夠?qū)⒃诠饫w上的位置轉(zhuǎn)換成在匹配面中心的角度)。光纖盡可能越互相靠近越有利，因?yàn)檫@樣能減少連接器套管的角對(duì)準(zhǔn)公差，典型的透鏡長(zhǎng)度大約為0.2mm，纖芯直徑大約為125mm，總直徑在0.15到0.25mm之間。為了便于處理，如果需要可以將長(zhǎng)度增加到3/4個(gè)螺距。這是一種尤其利于裝配的結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴考蕡A對(duì)稱-GRIN透鏡是一段很短的圓柱部分，主套管的孔可以是具有七根光纖的光纖直徑的三倍大小(如圖16)，或者將兩根光纖非?？拷姆旁陔p孔套管內(nèi)，同時(shí)圓柱透鏡接觸到套管內(nèi)凹槽的底端。GRIN透鏡所需的折射率范圍較大，其制備可以在拉絲之前將不同的玻璃熔融成同心管來(lái)完成。
圖7給出了第五個(gè)實(shí)施例集成了一個(gè)球透鏡87，其在玻璃-空氣界面具有一個(gè)拋光平面的全內(nèi)反射面88。透鏡通過(guò)在曲面界面上折射來(lái)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)和準(zhǔn)直功能。光導(dǎo)和球透鏡之間有一個(gè)空間89，其可以填充空氣、真空或任何其他適當(dāng)?shù)牡驼凵渎室后w。
圖8給出了第六個(gè)實(shí)施例集成了一個(gè)位于光基板92上的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)90(即二氧化硅-硅波導(dǎo)或離子交換波導(dǎo))。該結(jié)構(gòu)包含了兩個(gè)獨(dú)立的波導(dǎo)94、96，分別迫使光射線從全內(nèi)反射表面到達(dá)該表面上的點(diǎn)98或從該點(diǎn)出射。
圖9闡釋了本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例中的光連接器，其給出了棱鏡器件100與套管102端面相接觸，后者包含了光導(dǎo)104、106分別與準(zhǔn)直裝置108、110結(jié)合使用，準(zhǔn)直裝置可能再次包含了GRIN透鏡。棱鏡器件100具有兩個(gè)反射界面112、114，在連接器部分的第一種使用模式下，這兩個(gè)界面能夠?qū)⑷肷涔馍渚€從輸入全部?jī)?nèi)反射到輸出端。
圖10給出了一對(duì)連接器部分采用適當(dāng)?shù)牟蹇?，例如穿板式連接器固定架118以準(zhǔn)共線形式匹配。此處光導(dǎo)104內(nèi)的光射線由兩個(gè)棱鏡器件反射兩次，進(jìn)入光導(dǎo)119，提供給與第二連接部分耦合的光學(xué)器件，隨后光學(xué)器件返回的光射線進(jìn)入光導(dǎo)116，由此通過(guò)第二棱鏡器件120進(jìn)入第一棱鏡器件100，然后通過(guò)光導(dǎo)106出射。
圖11給出了同一裝置的可選形式，其中兩個(gè)連接部分在插口117內(nèi)以接近90°的角度匹配。這種裝置在通訊設(shè)備中具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)提供“角形反射器”功能減小了所需容納光纖彎曲半徑的空間。光信號(hào)通路如箭頭所示。
圖12給出了同一裝置的另一種可選形式，但此次利用了透鏡器件的兩個(gè)反射面，以此兩個(gè)獨(dú)立的連接器部分132、134可以和第一連接器部分130匹配。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是，盡管其具有兩個(gè)連接器的功能，第一連接部分130未連接狀態(tài)(第一種使用模式)時(shí)的直通損耗也僅是單個(gè)連接器直通損耗的大小。光信號(hào)通路如箭頭所示。
另一個(gè)裝置設(shè)想將四個(gè)連接部分結(jié)合使用也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖13給出了一個(gè)光連接器裝置，其中連接部分包含幾對(duì)光導(dǎo)(光纖)呈平行排列或以任何適當(dāng)?shù)姆较蚺帕校镜臄?shù)量是三對(duì)光導(dǎo)，包括一個(gè)中央光纖。由于系統(tǒng)對(duì)稱，能夠沿著套管中心高精度的排列七根光纖。實(shí)例中所示，光纖1和光纖2成對(duì)，光纖3和光纖4成對(duì)，而光纖5和光纖6成對(duì)。中央光纖相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“直通”連接器，監(jiān)控連接器的閉合時(shí)很有用。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)同一個(gè)匹配孔徑同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)連接。很顯然通過(guò)改變中央光纖的直徑，可以類似的排列不同數(shù)量的光纖對(duì)，此外該特征可以結(jié)合使用任何適當(dāng)?shù)纳涫鴾?zhǔn)直和重定向方法。
圖14給出了另一個(gè)可選的多光纖裝置。該裝置中，兩排光纖垂直對(duì)準(zhǔn)，且光纖對(duì)連接到各自的連接部分。已給出有四個(gè)連接部分141和一個(gè)連接器校準(zhǔn)槽142。優(yōu)選在基板如硅或塑料的校準(zhǔn)槽上安裝兩排光纖，隨后為了獲得光纖對(duì)，將這兩排光纖互相垂直校準(zhǔn)。用于反射和聚焦功能的一排光學(xué)器件可以用前述圖片所示的任一種適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)設(shè)備來(lái)構(gòu)造。
比較有利地，多光纖連接器裝置中，連接器匹配操作會(huì)斷開(kāi)幾對(duì)光纖，同時(shí)匹配其他對(duì)光纖。這一點(diǎn)有大量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。為了消除或至少減小水分侵蝕或冷凝，本發(fā)明在第一連接部分的末端使用了防潮帽，從而保持空氣間隙，或者使用一次性犧牲保護(hù)層，如圖1a所示。但是在一些應(yīng)用場(chǎng)合可能認(rèn)為該方法不可靠，而且其不能夠在不中斷全內(nèi)反射的條件下清潔連接部分的末端面(匹配面)。另外，一旦保護(hù)層或末端帽脫落，就會(huì)在連接器頂端上形成冷凝，中斷了全內(nèi)反射，由此增加了連接器損耗，并且損害了連接器原有的保護(hù)眼睛的特性(見(jiàn)其后)。
防潮的第一連接部分如圖15所示。其集成了一個(gè)薄鏡片151，其折射率與所示棱鏡基本相同，由柔性膜152支撐，其能保持與棱鏡面153幾個(gè)微米的偏移，其也相當(dāng)于密封。玻璃鏡片和棱鏡面之間形成了一個(gè)空隙154，其是密封或防潮的。當(dāng)兩個(gè)連接器匹配時(shí)，柔性膜發(fā)生變形，使得薄玻璃鏡片接觸到棱鏡，從而允許光信號(hào)直通到對(duì)面的光導(dǎo)。因此連接器的優(yōu)點(diǎn)是防潮，同時(shí)很容易清潔，而且在未匹配狀態(tài)下不會(huì)中斷全內(nèi)反射。
圖16給出了防潮光連接器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。左邊的第一連接部分是防潮的。由于玻璃鏡片163，折射率匹配玻璃(例如20微米厚)的薄膜161與全內(nèi)反射面162保持了一定間隔，例如10微米，并且在該間隔內(nèi)密封入可壓縮的、不冷凝的低折射率介質(zhì)165，例如干燥的氮?dú)?。右邊的連接部分是不防潮的，有一個(gè)曲面164，例如10mm半徑。這兩個(gè)連接部分靠攏時(shí)，第二連接部分的圓形表面壓迫表面162上的玻璃膜，從而將光信號(hào)從端口3耦合到端口4。
為了減小匹配狀態(tài)時(shí)的交叉干擾程度，玻璃鏡片薄膜的匹配面相對(duì)于內(nèi)部T IR表面有一個(gè)小角度?？蛇x的或附加的，在連接之前向匹配面添加少量折射率匹配液體也可以減小匹配狀態(tài)下的交叉干擾程度和損耗。
防潮連接器的另一種設(shè)計(jì)是選擇第一連接部分端面的折射率，使得即使該端面被水氣涂覆仍然能產(chǎn)生全內(nèi)反射。為此，合適的材料是TiO2(金紅石)，折射率大約是2.2。需要注意的是使用折射率不同的材料時(shí)，如果需要應(yīng)該使用減反射膜來(lái)減少損耗。
光信號(hào)分成兩路隨后又重新合并時(shí)會(huì)產(chǎn)生多路串?dāng)_(MPI)。大量實(shí)際應(yīng)用中，需要將MPI保持較低程度——例如，干擾信號(hào)的量值需要比主信號(hào)低50dB。當(dāng)本發(fā)明的連接器耦合到光學(xué)器件時(shí)，如圖1所示，匹配狀態(tài)下連接器內(nèi)的剩余反射就構(gòu)成了一個(gè)干擾信號(hào)。
圖17給出了一種方法，級(jí)聯(lián)兩個(gè)連接器使MPI抑制加倍。未匹配狀態(tài)下，信號(hào)通路是端口1-端口2-端口1A-端口2A，實(shí)現(xiàn)兩次全內(nèi)反射。網(wǎng)絡(luò)器件160把端口4連接到端口3A。匹配狀態(tài)下，主通路是端口1-端口4-網(wǎng)絡(luò)器件-端口3A-端口2A，而干擾信號(hào)的通路是端口1-端口2-端口1A-端口2A。這種情況下將不需要的信號(hào)進(jìn)行兩次反射(例如，每次-40dB，總抑制就是-80dB)。這兩個(gè)連接器優(yōu)選作為多路連接器結(jié)構(gòu)的一部分，如圖13或圖14?？蛇x擇的，端口2也可以內(nèi)部連接到端口1A，例如使用內(nèi)部反射器。
圖18闡釋了本發(fā)明最后一個(gè)實(shí)施例中的光連接器。圖18中第二種使用模式下的光連接器包含第一和第二連接部分400、402，其中分別容納了光導(dǎo)404、406、408和410，不需要額外增加準(zhǔn)直器或者折射器件。這些光導(dǎo)分別在匹配面上以一定角度(例如45°)會(huì)聚，其中第一連接部分400的匹配面又相當(dāng)于第一種運(yùn)行模式下的全內(nèi)反射器。因?yàn)閮蓚€(gè)連接部分互相接觸，光導(dǎo)404內(nèi)的光射線直通到光導(dǎo)408，而反向射線進(jìn)入光導(dǎo)410又直通到光導(dǎo)406。
本實(shí)施例中，很重要的一點(diǎn)是需要精確的切割和拋光光導(dǎo)的匹配端，以避免出現(xiàn)干擾空氣間隙，后者會(huì)破壞第一連接部分向第二連接部分以及反方向的通信。
值得提到的是，為了實(shí)現(xiàn)特定功能，新的光學(xué)器件不必位于第二連接部分的外部，而可以集成在其內(nèi)部。具體實(shí)例包括濾波器、抽頭、傳感器、隔離器和/或光電器件。
圖19給出了本發(fā)明連接器的一個(gè)特定有利的用途。如圖所示，第一連接部分(或連接器)170位于一條線路內(nèi)。光分插復(fù)用裝置(OADM)濾波器174連接到環(huán)路裝置的第二連接部分。當(dāng)兩個(gè)半連接器匹配時(shí)，信號(hào)改道經(jīng)過(guò)OADM濾波器發(fā)送。通信中斷很短(＜＜10ms)，而這是許多光學(xué)系統(tǒng)能夠接受的。為了增加其他擴(kuò)展性能，環(huán)路可以包括本發(fā)明中的第二光連接器176。
連接器也能用于提供放大器節(jié)點(diǎn)之間的彈性點(diǎn)。
許多升級(jí)或維護(hù)情況下，能夠測(cè)量線路上光信號(hào)而不中斷通信路徑是非常有用的。這可借助于耦合到抽頭耦合器200(一般抽取信號(hào)的1％到10％)的連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖20所示。連接器再次中斷光路＜＜10ms。隨后抽頭信號(hào)可按照需求送入測(cè)量裝置202。
另一種引入光學(xué)抽頭的裝置是在連接器的兩個(gè)匹配面之間創(chuàng)建一個(gè)大約1微米的小間隔，其能夠部分衰減界面上的反射，從而將第一連接部分中的一小部分光耦合到第二連接部分的各個(gè)光導(dǎo)內(nèi)。獲得該間隔的一種方法是適當(dāng)設(shè)計(jì)前述快速閉合機(jī)制，這樣瞬時(shí)閉合力使得兩個(gè)表面間有一個(gè)限定間距。
通過(guò)連接器，放大器204可以插入到線路中。
圖21給出了用本發(fā)明的連接器將兩個(gè)現(xiàn)有環(huán)路-主回路206和次級(jí)環(huán)路208-連接到單個(gè)較大的環(huán)路中。實(shí)際上為了實(shí)現(xiàn)該過(guò)程，優(yōu)選采用下列步驟首先在匹配兩個(gè)半連接器之前，改道發(fā)送第一連接部分鄰近的這些環(huán)路節(jié)點(diǎn)上的通信；然后匹配兩個(gè)半連接器，啟動(dòng)放大后環(huán)路的新通路，最后將新通路對(duì)于之前改道的通信重新可用。
色散是許多光學(xué)系統(tǒng)中一個(gè)重要問(wèn)題，因?yàn)槠鋾?huì)在沿光纖系統(tǒng)傳送信號(hào)時(shí)引起脈沖展寬。色散是高速系統(tǒng)(10Gbps以及更高速率)或無(wú)最佳光線類型的一個(gè)特定問(wèn)題。簡(jiǎn)單的光纖系統(tǒng)(例如2.5Gbps，幾個(gè)波長(zhǎng))可能配備了最小色散補(bǔ)償。從幾個(gè)波長(zhǎng)升級(jí)到10Gbps/40Gbps需要增加色散補(bǔ)償模塊(DCMs)或色散斜率補(bǔ)償模塊(DSCMs)。實(shí)現(xiàn)該過(guò)程首先用本發(fā)明中帶有抽頭耦合器和色散測(cè)量裝備的光連接器測(cè)量信號(hào)質(zhì)量，其部分如圖20所描述。然后用色散測(cè)量裝備計(jì)算固定色散補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)值。抽頭耦合器和測(cè)量裝備可以用低成本的固定DCM或DSCM替代。
圖22給出了本發(fā)明中多個(gè)連接器220a、220b用于光后連線板應(yīng)用。該設(shè)置可以將電路板222插入后連線板224，光信號(hào)從各個(gè)電路板發(fā)送到光學(xué)器件或安裝在電路板上的模塊226。后連線板連接器可以是單個(gè)連接器或“多個(gè)”連接器。當(dāng)然后連線板可以采用多種“布線”設(shè)置，此處僅給出了一種設(shè)置。本申請(qǐng)中使用允許信號(hào)以大角度旋轉(zhuǎn)的連接器是很有利的，例如圖11所示。當(dāng)然也可以混合多種類型的連接器，例如圖1所示的連接部分設(shè)置和圖2所示的匹配連接部分設(shè)置一起位于后連線板上。這要求光導(dǎo)內(nèi)的光射線(射束)在兩種設(shè)置中有相同的角度(例如45°)，射束直徑和匹配面的折射率也互相匹配。后連線板的外界面(如果需要)可以直接通過(guò)板外(off-shelf)連接器228，或通過(guò)卡上(on-card)連接器(未示出)。
本發(fā)明的光連接器的第一連接部分采用第一種使用模式時(shí)，假設(shè)第二光導(dǎo)已經(jīng)適當(dāng)?shù)亩私?，不?huì)發(fā)射出很強(qiáng)的射線強(qiáng)度。僅需要單端口類型的光連接器時(shí)，能夠在連接器內(nèi)部進(jìn)行第二端口(第二光導(dǎo))的端接。圖23a給出了前述本發(fā)明第一實(shí)施例中光連接器的第一連接部分，其中光纖300位于連接部分的主體302內(nèi)，與準(zhǔn)直器件304通信，后者依次連接到一個(gè)棱鏡306，其向外的表面310作為全內(nèi)反射面。如前所述也可以選擇提供保護(hù)罩308。
但是不同之處在于表面310反射的光信號(hào)被反射信號(hào)投射到棱鏡306的面313上的光吸收處(optical dump)312所吸收。可選擇在該點(diǎn)放置一個(gè)反射器，后者能夠?qū)⑼渡湫盘?hào)沿著基本相同的路徑反射回去，反饋信號(hào)隨后再次被面310反射，并沿著光纖300反射回相反的方向。這樣做的效果是增強(qiáng)了反饋信號(hào)，其依賴于前述ALS系統(tǒng)。(已知系統(tǒng)中，主反射面(此處是310)通常與光纖軸向正交)。如果期望保持與標(biāo)準(zhǔn)FC/PC類型的光連接器相同的反射率，反射層應(yīng)該是空氣間隙形式。
保護(hù)眼睛裝置更為普通的運(yùn)行模式是將圖23a所示的第一連接部分連接到其相應(yīng)的第二連接部分(見(jiàn)圖23b)。后者可以使用圖1b所示的第二連接部分的形式。和圖23a所示的第一連接部分一樣，第二連接部分有一個(gè)光端口(光導(dǎo))將光信號(hào)傳送到與第二連接部分相連接的光纖。
另一個(gè)可選擇的方面，可以將熒光材料用于鍍膜312，其能在連接器內(nèi)可視化的指示光信號(hào)的存在，以此滿足個(gè)人要求，后者隨后能夠進(jìn)行任何所需的操作。
后一種裝置的變形提供了可視化指示光纖斷裂的裝置?？梢杂门c可視LED或激光器314串連的一串三個(gè)或四個(gè)光電二極管替代前述的鍍膜312來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。
當(dāng)然，除了使用第一個(gè)實(shí)施例中帶角度的光導(dǎo)設(shè)置(圖1)，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以適當(dāng)選擇采用其他任一種設(shè)置。
保護(hù)眼睛的連接器裝置的第二個(gè)實(shí)施例是圖24a和24b的主要內(nèi)容，其中光纖端接到連接部分320。接收裝置321處接收到的光纖末端插入直徑為2.5mm的套管322，后者的外端以相對(duì)于纖芯大于50度的角度拋光掉1.5mm，如圖所示。放大的切割部分如圖24b中的324所示，由此投射到套管的帶角度端面上的光信號(hào)被反射到套管的側(cè)壁上，如箭頭所示，其中信號(hào)被側(cè)壁所吸收。
所示連接器的另一種使用模式中，類似的連接部分壓在所示連接部分320的套管端面之上，這樣破壞了套管/空氣界面324的全內(nèi)反射操作，由此信號(hào)能夠傳送到對(duì)面的套管325處，然后輸出到其自身相連的光纖。
權(quán)利要求
1.一種光連接器，其包含至少一個(gè)用于傳輸光射線的光導(dǎo)；一個(gè)全內(nèi)反射表面，所述射線投射到該表面上，因此光導(dǎo)內(nèi)的光射線被所述表面反射到連接器的一個(gè)光學(xué)器件方向；以及使得該連接器可以與其他任何適當(dāng)匹配設(shè)置的光連接器互相連接的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的光連接器，其特征在于所述表面，在使用中，可將光導(dǎo)內(nèi)的射線反射到連接器的一個(gè)光學(xué)器件方向，而且，可選擇性破壞其內(nèi)部反射特性使得射線透過(guò)該表面。
3.如前述任一權(quán)利要求所述的光連接器，其包含了能夠讓連接器與其他任何適當(dāng)匹配設(shè)置的光連接器互相連接的裝置，當(dāng)所述第一連接器需要與任何其他連接器互相連接時(shí)，其集成了破壞該連接器的全內(nèi)反射的裝置；連接器的使其能互相連接的裝置是這樣有效定位的，如前述當(dāng)連接器與另一個(gè)合適的連接器互相連接后，連接器的全內(nèi)反射表面充分靠近另一個(gè)連接器的全內(nèi)反射破壞裝置，從而使得光射線通過(guò)兩個(gè)互相連接的連接器形成的接合處。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的光連接器，其特征在于射線以第一種模式反射到所述光學(xué)器件，其對(duì)射線進(jìn)行處理，這樣對(duì)眼睛有害的射線保留在連接器內(nèi)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的光連接器，其特征在于所述連接器包含多個(gè)光導(dǎo)。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的光連接器，其特征在于互相連接裝置允許一個(gè)匹配連接器首先以無(wú)表面破壞方式接觸，隨后集成能提供表面破壞的最終快速閉合機(jī)制。
7.如權(quán)利要求5所述的光連接器，其特征在于光導(dǎo)和表面之間放置了附加的反射裝置。
8.如權(quán)利要求5所述的光連接器，其特征在于光導(dǎo)和表面之間放置了折射裝置，其能夠自適應(yīng)的把從光導(dǎo)中發(fā)射出來(lái)的射線方向調(diào)節(jié)為投射到全內(nèi)反射表面上。
9.如權(quán)利要求5所述的光連接器，其特征在于全內(nèi)反射面位于棱鏡的至少兩個(gè)面上。
10.一種光連接器主要如所附文本和/或圖片的任一適當(dāng)組合。
11.一種多連接器系統(tǒng)，其包含了前述任一權(quán)利要求所述的第一連接器，其與一個(gè)或多個(gè)其它光連接器結(jié)合使用，各個(gè)所述其它光連接器進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠ヅ湓O(shè)置，按照本發(fā)明上述權(quán)利要求3中的方法與所述第一光連接器互相連接，獲得權(quán)利要求3中所述的效果。
全文摘要
光連接器(10)包含至少一個(gè)用于傳輸光射線的光導(dǎo)(12)；一個(gè)全內(nèi)反射面(11)，所述射線投射到該反射面上，這樣光導(dǎo)內(nèi)的射線被所述表面反射到連接器的一個(gè)光學(xué)器件(14)方向；同時(shí)該光連接器還包括能夠讓連接器(10)與任何其他適當(dāng)匹配設(shè)置的光連接器互相連接的裝置。
文檔編號(hào)G02B6/32GK1739049SQ200480002450
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者安德魯·尼古拉斯·達(dá)姆, 戴維·劉易斯, 尼古拉斯·帕森斯, 邁克爾·格蘭特, 阿德里安·霍爾茲沃思 申請(qǐng)人:保樂(lè)提斯有限公司