Безадгезивный способ фиксации кварц-полимерных или кварц- кварцевых с полимерной защитной оболочкой оптических волокон в оптическом наконечнике и оптический наконечник для его осуществления

 

Использование: волоконно-оптические линии связи. Сущность изобретения: для безадгезивной фиксации кварц-полимерных или кварц-кварцевых с полимерной защитной оболочкой оптических волокон в оптическом наконечнике методом двойного обжатия 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, затем фиксируют полимерную оболочку с заднего торца и фиксируют кварцевую жилу в передней части наконечника путем радиальной деформации непосредственно материала корпуса. С переднего торца наконечника производят симметричную относительно выхода кварцевой жилы продольную деформацию материала наконечника, которая приводит к его радиальной деформации и обжатию кварцевой жилы. Оптический наконечник выполнен в виде корпуса с отверстием, соосным с его посадочной поверхностью, в котором обжатием зафиксированы соответственно кварцевая жила и полимерная оболочка. На переднем торце корпуса выполнена симметричная относительно кварцевой жилы кольцевая канавка. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Достаточными признаками являются юстировка и фиксация оптического волокна непосредственно материалом наконечника без применения дополнительных деталей.

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.

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.

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.

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.

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.

Поверхность торца кварцевой жилы 2 получается методом скола и (или) полировкой, если это необходимо.

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.

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.

Формула изобретения

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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1