Способ и устройство для сращивания оптических волокон
Способ сращивания оптических волокон предусматривает соединение первого волокна (20) с первым шпоночным элементом (4), имеющим особую радиальную ориентацию, введение шпоночного элемента (4) в держатель (29), который принимает шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации, резание волокна (20) под заданным углом (α) относительно держателя (29) для образования наклонной торцевой поверхности (24) волокна, удаление шпоночного элемента из держателя, введение шпоночного элемента в корпус (2) устройства для сращивания, который принимает шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации, так что наклонная поверхность (24) волокна имеет предсказуемую радиальную ориентацию относительно корпуса устройства для сращивания, и повторение вышеуказанных технологических операций для второго волокна (21) и второго шпоночного элемента (5), в соответствии с чем наклонная поверхность (24) первого волокна и наклонная торцевая поверхность (25) второго волокна примыкают по существу в параллельной ориентации. Технический результат - уменьшение влияний неправильной ориентации торцевых поверхностей волокон, создание практичного и экономичного способа сращивания волокон. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для сращивания оптических волокон. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу сращивания оптических волокон, в котором концы волокон обрезаны под непрямым углом к продольной оси оптического волокна.
Оптические волокна могут быть соединены между собой или "сращены" несколькими способами. Сращивание оптических волокон сплавлением торцов предусматривает нагрев концов волокон, подлежащих сращиванию, для получения непрерывного участка. Механическое сращивание предусматривает соединение концов волокон встык в соответствующем держателе или устройстве для сращивания. Так как механическое сращивание не требует какого-либо нагревания, то часто оно является предпочтительным в полевых условиях. Необходимо, чтобы устройство для механического сращивания было тщательно сконструировано для достижения должного совмещения торцов оптических волокон. Примеры таких устройств для сращивания описаны в патентах США №4687288 и №5394496. Специальным типом разъемного устройства для механического сращивания оптических волокон является волоконно-оптический соединитель. Пример такого соединителя описан в патенте США №4705352.
Хорошо известно резание оптических волокон под заданным углом для получения соответствующей торцевой поверхности оптического волокна для сращивания и/или соединения. Например, в патенте США №4229876 описано режущее приспособление для оптического волокна или "брекер", которое может быть использовано для этой цели.
Оптические волокна традиционно резали под прямым углом для получения в результате торцевой поверхности волокна, перпендикулярной продольной оси оптического волокна. Однако было обнаружено, что потери на отражение могут быть значительно уменьшены благодаря резанию оптических волокон под непрямым углом к продольной оси оптического волокна, то есть под углом, который отклоняется от прямого. Например, в международной патентной публикации WO 98/54608 описан инструмент для наклонного резания оптических волокон. Такие разрезанные оптические волокна имеют торцы, которые соответственно наклонены под углом, находящимся в диапазоне 1 градус - 20 градусов, а предпочтительно в диапазоне 5 градусов - 10 градусов, к линии, перпендикулярной оси оптического волокна.
Хотя волокна, имеющие такие наклонные торцевые поверхности, потенциально работают очень хорошо, возникает проблема, если они должны быть сращены. Для обеспечения должного примыкания наклонных торцевых поверхностей, фактически не оставляя зазора, торцевые поверхности должны быть параллельными. Это требует того, чтобы оптические волокна имели особую шпоночную ориентацию, когда они расположены в теле сращивания. В существующих в настоящее время способах сращивания относительная ориентация оптических волокон является произвольной. Безусловно, можно экспериментально определить должную ориентацию оптических волокон путем размещения их в сращивании и затем измерить потери на отражение при различных ориентациях. Однако это является дорогим и трудоемким делом и может вызвать повреждение торцевых поверхностей оптических волокон. В альтернативном варианте для уменьшения вредных влияний неправильной относительной ориентации торцевых поверхностей оптических волокон может быть использован оптический гель (гель согласования показателей преломления), однако было обнаружено, что благоприятные воздействия наклонного резания еще могут быть утрачены.
По этой причине задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых и других недостатков предшествующего уровня техники и создание способа сращивания оптических волокон, который полностью использует преимущества наклонного резания.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является разработка способа сращивания оптических волокон, который является как практичным, так и экономичным.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка устройства для реализации способа, соответствующего настоящему изобретению.
В соответствии с этим в настоящем изобретении предлагается использование способа сращивания оптических волокон, предусматривающего соединение первого оптического волокна с первым шпоночным элементом, имеющим особую радиальную ориентацию, введение шпоночного элемента в держатель, который принимает шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации, резание оптического волокна, соединенного с введенным шпоночным элементом, под заданным углом (α) относительно держателя для образования наклонной торцевой поверхности оптического волокна, удаление шпоночного элемента из суппорта, введение шпоночного элемента в корпус устройства для сращивания, который принимает шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации так, чтобы наклонная торцевая поверхность оптического волокна имела предсказуемую радиальную ориентацию относительно корпуса устройства для сращивания, и повторение вышеуказанных технологических операций для второго оптического волокна и второго шпоночного элемента, в соответствии с чем наклонная торцевая поверхность первого оптического волокна и наклонная торцевая поверхность второго оптического волокна примыкают по существу в параллельной ориентации.
Благодаря резанию оптических волокон при особой радиальной ориентации и размещению их снова при особой ориентации, получают предсказуемую относительную ориентацию примыкающих оптических волокон. Таким способом может быть достигнуто по существу совершенное параллельное примыкание торцевых поверхностей оптических волокон.
Необходимо отметить, что указанная особая радиальная ориентация при резании не обязательно должна быть идентичной радиальной ориентации при размещении в корпусе устройства для сращивания. Наоборот, при использовании одного режущего приспособления и соответствующей ориентации держателя ориентация второго шпоночного элемента при примыкании торцевых поверхностей оптических волокон будет, в общем, повернута на угол, составляющий 180 градусов относительно ориентации первого шпоночного элемента (при допущении, что шпоночные элементы идентичны и используют один держатель при резании).
Следует отметить, что волоконно-оптический соединитель, описанный в вышеупомянутом патенте США №4705352, имеет шпоночный механизм для гарантирования того, что при повторных соединениях волоконно-оптический соединитель всегда соединен в одном относительном положении для предотвращения рубцевания конца оптического волокна. Не предлагается использовать такой шпоночный механизм для наклонного резания. Наоборот, в указанном патенте США предполагается, что оптическое волокно может быть сращено при любой относительной ориентации.
В способе, соответствующем настоящему изобретению, держатель, в котором устанавливают шпоночные элементы при резании, соединен с режущим приспособлением для того, чтобы не позволять какого-либо смещения держателя относительно режущего приспособления. Предпочтительно, чтобы держатель мог быть выполнен за одно целое с режущим приспособлением.
Угол (α), под которым режут оптические волокна, предпочтительно составляет 5-12 градусов относительно линии, перпендикулярной продольной оси каждого оптического волокна. (Следует отметить, что указанный угол всегда измеряют относительно линии, перпендикулярной продольной оси оптического волокна, следовательно, предполагается, что угол 0 градусов предполагает перпендикулярную торцевую поверхность оптического волокна). В предпочтительных вариантах осуществления используют угол, составляющий 7-9 градусов, хотя также могут быть использованы другие углы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления соединение оптического волокна со шпоночным элементом предусматривает усадку нагретой втулки вокруг шпоночного элемента. Каждый шпоночный элемент может состоять из двух частей, которые обжимаются посредством усадки нагретой втулки. В этом случае может быть достигнуто надежное обжатие оптических волокон, которое может содействовать снятию осевой деформации.
В альтернативном варианте осуществления соединение оптического волокна со шпоночным элементом предусматривает сжатие шпоночного элемента. С помощью шпоночных элементов в этом варианте осуществления также может быть предусмотрено снятие осевой деформации.
Предпочтительно, чтобы примыкающие наклонные торцевые поверхности оптических волокон были размещены в рабочем органе совмещения. Такой рабочий орган совмещения, который сам по себе известен, обеспечивает совмещение в поперечном направлении концов оптических волокон. Рабочий орган совмещения предпочтительно содержит первый элемент и второй элемент, между которыми могут быть размещены оптические волокна, причем, по меньшей мере, один элемент предусмотрен с канавкой, по существу, V-образной конфигурации, которая закрывается при сведении элементов вместе.
Настоящее изобретение дополнительно предусматривает обеспечение комплекса деталей для осуществления описанного способа, причем этот комплект деталей содержит режущее приспособление, предназначенное для резания оптического волокна, имеющее соответствующий держатель, который принимает шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации, и устройство для сращивания оптических волокон, имеющее корпус, который принимает шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации. Кроме того, настоящее изобретение предлагает режущее приспособление, предназначенное для резания оптического волокна, и режущее приспособление для резания оптического волокна, предназначенное для использования в указанном комплекте деталей.
Настоящее изобретение будет описано ниже со ссылкой на варианты осуществления, приведенные в качестве примеров, иллюстрируемые на сопроводительных чертежах, на которых
фиг.1 - схематическое представление продольного сечения первого варианта осуществления устройства для сращивания, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.2 - схематическое представление поперечного сечения варианта осуществления, иллюстрируемого на фиг.1;
фиг.3 - схематическое представление вида сбоку режущего приспособления, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.4 - схематическое представление вида сбоку оптических волокон, сращиваемых в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.5 - схематическое изометрическое изображение альтернативного варианта осуществления устройства для сращивания, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.6 - схематическое изометрическое изображение дополнительного альтернативного варианта осуществления устройства для сращивания, соответствующего настоящему изобретению.
Устройство 1 для механического сращивания, иллюстрируемое на фиг.1 только в качестве не ограничивающего примера, содержит, по существу, трубчатый корпус 2, выравнивающий элемент 3 и шпоночные элементы 4 и 5. Оптические волокна 20, 21 размещены в шпоночных элементах 4 и 5 соответственно. Как показано на фиг.1, оболочка удалена с концевых участков волокон. Концы оптических волокон встречаются в выравнивающем элементе 3, который предусмотрен с V-образной канавкой 6 и предназначен для размещения и совмещения концов оптических волокон. Канавка имеет расширенные секции 6' на концах элемента 3, которые дают возможность оптическим волокнам деформироваться в этих областях для поддержания сжимающего усилия, прикладываемого к торцевым поверхностям оптических волокон.
В соответствии с настоящим изобретением устройство 1 для сращивания предусмотрено с механизмом для определения и поддержания угловой ориентации оптических волокон. Этот механизм содержит шпоночные гребни или выступы 7, предусмотренные на шпоночных элементах 4, 5, причем выступы могут входить в шпоночные пазы 8, предусмотренные в корпусе 2 устройства для сращивания оптических волокон. Комбинация выступов 7 и шпоночных пазов 8 гарантирует, что шпоночные элементы 4, 5 могут быть введены в корпус 2 устройства для сращивания оптических волокон только в одной особой угловой ориентации (см. также фиг.2). Очевидно, что оптические волокна 20, 21 прочно и неподвижно удерживаются в шпоночных элементах 4, 5, например, посредством обжатия шпоночных элементов на оптических волокнах.
Будучи введенными в корпус 2 устройства для сращивания оптических волокон, шпоночные элементы варианта осуществления, иллюстрируемого на фиг.1, удерживаются посредством упругих фиксаторов, которые обеспечивают фиксирование за выступами 10 шпоночных элементов. Фиксаторы могут быть выполнены из металла (например, металлической проволоки) или полимерного материала и расположены в пазах 11. Концы оптических волокон расположены в шпоночных элементах так, чтобы при фиксировании шпоночных элементов торцы оптических волокон примыкали друг к другу и, по меньшей мере, одно из оптических волокон побуждалось к небольшому деформированию в одном из расширенных секций 6' канавки. Это гарантирует хороший контакт между торцевыми поверхностями оптических волокон.
Как следует из фиг.1, конструкция второго шпоночного элемента 5 повернута относительно первого шпоночного элемента 4 на угол, составляющий 180 градусов. Такая компоновка предназначена для использования одного шпоночного элемента для обеих сторон устройства 1, но также, что более важно, для гарантирования правильной угловой ориентации торцевых поверхностей оптических волокон. Далее это будет дополнительно объяснено со ссылкой на фиг, 3.
Шпоночный элемент 4 (смотри также фиг.1) прикрепляют к оптическому волокну 20, которое имеет концевую часть 22, с которой удалена оболочка. После этого шпоночный элемент 4 вводят в суппорт 29. Вследствие наличия паза 8 и выступа 7, шпоночный элемент 4 может быть введен только при одной особой угловой ориентации. Затем конец оптического волокна отрезают под углом, при использовании режущего приспособления 28, которое само по себе известно, например, из описания Международной патентной публикации WO 98/54608. Результирующая наклонная торцевая поверхность 24 оптического волокна схематически показана на фиг.3, где угол α для наглядности изображения показан чрезмерно преувеличенным.
Как следует из фиг.1, шпоночный элемент 4 может быть затем удален из держателя 29 и введен в корпус 2 устройства для сращивания оптических волокон. (Следует отметить, что корпуса устройств для сращивания могут быть с заводским монтажом одного оптического волокна, но возможно, безусловно, также введение обоих оптических волокон в полевых условиях). Выступ 7 и паз 8 корпуса 2 устройства для сращивания оптических волокон гарантируют, что шпоночный элемент 4 введен в заданной ориентации, как в иллюстрируемом примере - в точно такой же ориентации, которая была при резке.
Вышеописанный технологический процесс повторяют для шпоночного элемента 5, удерживающего оптическое волокно 21. Как показано на фиг.1, шпоночный элемент 5 вводят в корпус 2 устройства для сращивания оптических волокон повернутым на угол, составляющий 180 градусов, относительно шпоночного элемента 4, что в результате приводит к тому, что торцевые поверхности 24 и 25 оптических волокон оказываются параллельными, как показано на фиг.3. Когда оба шпоночных элемента зафиксированы, обе торцевые поверхности 24, 25 будут примыкающими, приводя в результате к превосходному сращиванию, имеющему очень низкие потери на отражение.
В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.5, пружина 19 расположена между шпоночными элементами и держателями 18 шпоночных элементов для обеспечения давления смещения, гарантирующего получение хорошего контакта (контактного взаимодействия) торцевых поверхностей оптических волокон.
В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.6, не предусмотрены держатели шпоночных элементов. Вместо шпоночных элементов предусмотрен механизм 17 защелки, обычно используемый для головок шариковых ручек и аналогичных изделий. Безусловно, могут быть описаны другие варианты осуществления, в которых предусмотрено получение наклонных срезов в соответствии с настоящим изобретением.
Квалифицированным специалистам в этой области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и что без отклонения от объема настоящего изобретения, ограниченного формулой изобретения, может быть сделано множество дополнений и модификаций.
1. Способ сращивания оптических волокон, предусматривающий
соединение первого оптического волокна (20) с первым шпоночным элементом (4), имеющим особую радиальную ориентацию,
введение шпоночного элемента (4) в держатель (29), в котором размещается шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации,
резание оптического волокна (20), соединенного с введенным шпоночным элементом (4), под заданным углом (α) относительно держателя (29) для образования наклонной торцевой поверхности (24) оптического волокна,
удаление шпоночного элемента из держателя,
введение шпоночного элемента в корпус (2) устройства для сращивания, в котором шпоночный элемент размещается только в особой радиальной ориентации, так что наклонная торцевая поверхность (24) оптического волокна имеет предсказуемую радиальную ориентацию относительно корпуса устройства для сращивания, и
повторение вышеуказанных этапов для второго оптического волокна (21) и второго шпоночного элемента (5),
в соответствии с чем наклонная торцевая поверхность (24) первого оптического волокна и наклонная торцевая поверхность (25) второго оптического волокна примыкают, по существу, в параллельной ориентации.
2. Способ по п.1, в котором угол (α), под которым режут оптические волокна, предпочтительно составляет 5-12° относительно линии, перпендикулярной оси каждого оптического волокна.
3. Способ по п.1 или 2, в котором этап соединения оптического волокна (20, 21) со шпоночным элементом (4, 5) предусматривает усадку нагреваемой втулки.
4. Способ по п.1, в котором этап соединения оптического волокна (20, 21) со шпоночным элементом (4, 5) предусматривает сжатие шпоночного элемента.
5. Способ по п.1, в котором примыкающие наклонные торцевые поверхности (24, 25) оптических волокон размещают в выравнивающем элементе (3).
6. Способ по п.5, в котором выравнивающий элемент (3) содержит первый элемент и второй элемент, между которыми могут быть размещены оптические волокна, причем, по меньшей мере, один элемент предусмотрен с канавкой (6), имеющей, по существу, V-образную конфигурацию поперечного сечения, которая закрывается при сведении элементов вместе.
7. Способ по п.1, в котором корпус (2) устройства для сращивания выполнен с возможностью размещения соединителя.
8. Способ по п.1, в котором первый шпоночный элемент (4) вставлен в корпус 2 устройства для сращивания в процессе производства.
9. Способ по п.1, в котором корпус (2) устройства для сращивания предусмотрен, по меньшей мере, с одним фиксатором (9), предназначенным для фиксирования шпоночного элемента (4, 5).
10. Способ по п.1, в котором на торцевую поверхность (25) второго оптического волокна наносят оптический гель.
11. Комплект деталей для осуществления способа по любому из предыдущих пунктов, содержащий
режущее приспособление (28) для резания оптического волокна, имеющее соответствующий держатель (29), в котором размещается шпоночный элемент (4, 5) только в особой радиальной ориентации, и
устройство (1) для сращивания оптических волокон, имеющее корпус (2), в котором размещается шпоночный элемент только в особой радиальной ориентации.
12. Режущее приспособление (28) для резания оптических волокон для использования в комплекте деталей по п.11.
13. Режущее приспособление по п.12, с которым жестко соединен держатель (29).
