專利名稱：用于光電器件的插座的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般涉及使光導纖維互相連接的器件，特別涉及一種用來端接在一有源光學器件、諸如光電探測器或固態(tài)光源上的、作遠距離通訊線(聲音、數(shù)據(jù)、圖象等)用的、至少一根光導纖維的器件。
2．現(xiàn)有技術(shù)的描述光導纖維已經(jīng)代替銅線作為傳輸遠距離通訊信號的較佳介質(zhì)。如銅線一樣，在纖維的安裝、維修或更換過程中，必須使光導纖維互相連接，并將光導纖維端接于有源光學器件。光學器件包括(例如)光學傳感器(光電二極管)和光源(發(fā)光二極管，激光二極管)。一根光導纖維的端接可是間接的，即，在光束進入有源光學器件前，纖維可連接在某些其它(無源)光學器件、諸如束分離設備或偏振鏡上。本發(fā)明一般涉及供光導纖維端接用的插座。
在第5，381，498號美國專利所述的光導纖維連接器里，該連接器具有一插頭和一插座，插頭具有一接納纖維的V形槽，以供各纖維互相連接，而纖維的端部端接在該凹槽的中間。插座具有一當插頭插入時可縮回的板，由此使另一纖維往下放入插頭的V形槽里。當插頭完全插入時，兩根纖維的端部接觸，而固定在插座上的纖維彈性變形，以便在纖維的末端之間維持一連續(xù)的壓力。這種連接器提供了快速分離和重新連接許多光導纖維對，而不需要使用套圈或其它對齊裝置?？墒褂酶邚姸鹊睦w維，以便經(jīng)受反復插入和弓起變形。由于公差是通過松動弓起的插座纖維(固定在插頭里的纖維的末端不是弓起的、始終保持筆直)提供的，因此纖維的準確長度(即，它們的末端在插頭和插座里的相對位置)并不是十分關鍵的。纖維的端部可進行簡單的分開和倒角；它們的端面可有選擇地分開一個角度(即，與纖維軸線非正交)，以減少信號反射。
許多光導纖維的拼接使用具有纖維接納凹槽的板，并且還帶有將纖維末端夾在一共用凹槽里的裝置。這些器件中的一些器件還被設計成能使許多對纖維互相連接，諸如第5，151，964號美國專利顯示了這樣一種拼接裝置。在第4，028，162號美國專利中，纖維以一掠射角接近對齊凹槽并被暫時保持，同時，一連接器板粘附在互相連接的纖維上。至于涉及使弓起的纖維進入凹槽的技術(shù)的其它例子可參看第4，077，702號、第4，148，559號和第5，080，461號美國專利和第2，660，442號法國專利申請。某些連接器結(jié)構(gòu)使用了使進入纖維對齊凹槽的纖維弓起的原理，但它們的結(jié)構(gòu)相當復雜并需要許多零件，諸如第4，045，121號、第4，218，113號和第4，767，180號美國專利所述的結(jié)構(gòu)。在第4，322，127號美國專利里，一對齊板將一根纖維保持在一模型的凹槽里，且一內(nèi)模環(huán)繞著該纖維。然后，可將固化的插頭從該模型里取出。
’498號專利所述的連接器使用了纖維弓起的原理，但具有一些缺陷。例如，由于纖維的端部暴露在纖維接納凹槽之上，這種插頭結(jié)構(gòu)將使灰塵方便地沉積在纖維的端部。由于當插頭不存在時沒有門或其它裝置關閉開口，因此插座里的纖維同樣地受到污染。雖然’498號專利所述的連接器與大多數(shù)套圈連接器相比具有較少的零件，但它最好還能消除移動的零件，諸如滑板和在插座內(nèi)的彈簧。該結(jié)構(gòu)還推薦在插座里使用高強度的纖維，致使與標準纖維的嵌入底座較少相容。正如上面所述的幾個專利一樣，這個專利沒有說明該器件是如何用于端接的。因此，最好有一種有源器件插座，它同樣能提供至少一根以上光導纖維的快速分離和重新端接，且安裝和使用非常簡單，但它又能在不犧牲功能和成本的情況下克服上述缺陷。
本發(fā)明的簡要說明本發(fā)明提供一種光導纖維插座，一般包括(1)一端接定位器，它具有一帶有纖維對齊凹槽的突出，以及一固定在該突出上的底座，該底座具有一纖維擋塊，以及(2)用來使終端定位器與一有源器件對齊的裝置。該插座可方便地與一插頭一起使用，而該插頭具有一帶遠端的中空插頭本體，該插頭本體內(nèi)部具有足夠的空間供一赤裸的光導纖維的末端部分弓起，該遠端具有一縫槽以供纖維的末端進入。該插座具有一可接納插頭本體遠端的開口，且設置一終端定位器，以便使纖維對齊凹槽定位，并在插頭本體插入插座時接納插頭纖維的末端部分。當插頭完全插入插座時，插頭纖維弓起，以便保持一作用在纖維擋塊上的連續(xù)的壓力。插頭纖維的彎曲也使纖維牢牢地位于纖維對齊凹槽里。最好提供鎖閂裝置，以便將插頭本體可釋放地固定在插座上。插頭可被偏置在互相連接的位置上，以便向后推壓鎖閂裝置，使制造公差的影響減少到最低程度。
諸如光電探測器或固態(tài)光源等各種有源器件可相對終端定位器適當?shù)囟ㄎ?，以便與定位器底座的光線傳輸部分，即纖維的末端有效連接。終端定位器可安裝在一還支承著有源器件的基底上，而該基底位于插座里?？商峁┮痪哂性S多開口的較大的插座，以便容納一系列終端定位器，同時端接許多纖維。這種有源器件插座給連接器提供了許多優(yōu)點，諸如使用方便和能快速端接、分離和重新端接。終端定位器還可設計成能接納許多不同光學板(例如具有透鏡)中的一塊，以便于制造和組裝。
附圖的簡要說明通過參考附圖可更清楚地了解本發(fā)明，其中

圖1是一光導纖維連接器的縱向剖視圖，它包括本發(fā)明使用的插頭；圖2是圖1所示的插頭和纖維對纖維互連插座的立體圖，其中，局部剖視以顯示在插頭內(nèi)部的弓起的纖維；圖3是本發(fā)明使用的插頭的一實施例的立體圖，它帶有滑動門；圖4是本發(fā)明使用的插頭的另一實施例的立體圖，它省略了插頭罩蓋，以顯示內(nèi)部細節(jié)；圖5是與圖1-4中的插頭一起使用的纖維對纖維互連插座的一實施例的立體圖，它帶有鉸接的門，該門具有與插頭門上的凸輪表面配合的凸輪表面；圖6是一可用于本發(fā)明的有源器件插座的終端定位器的立體圖；圖7是利用一插頭和圖6中的終端固定件的一終端裝置的縱向剖視圖；圖8是用來清潔一插頭里的纖維末端的工具的剖視圖；圖9是用來清潔一插座里的纖維末端的工具的剖視圖；圖10是本發(fā)明的有源器件插座的一實施例的側(cè)視圖；圖11是圖10所示的有源器件插座的仰視立體圖；圖12是顯示兩個光導纖維終端固定件和與至少一個固定件一起使用的光學板的立體圖；圖13是一塊光學板的側(cè)視圖；圖14是為電氣連接而安裝在一基底上的、諸如一系列這種固定件中的一個終端固定件的側(cè)視圖；以及圖15顯示了終端固定件的兩個可選擇的改進。
較佳實施例的詳細說明現(xiàn)在參看附圖，特別是參看圖1和2，它們描述了一種光導纖維連接器10，而該連接器具有特別適用于本發(fā)明的插頭12。參看申請?zhí)枮?8／577，740的美國專利申請。連接器10被設計成用于纖維對纖維的互相連接，且一般還包括一纖維對纖維互連插座14。圖1是連接器10的縱向剖視圖，顯示了插頭12完全插入插座14，而插座14安裝在一支承表面或隔板16上。圖2是省略隔板16的立體圖，它帶有局部縱向剖視圖，以顯示連接器的內(nèi)部。所示的實施例是為兩對纖維的互相連接而設置的，但本技術(shù)領域的技術(shù)人員可以理解，這里所述的發(fā)明思想除了可用于多對纖維互相連接以外，還可延伸到一對纖維互相連接。
插頭12(圖3也顯示了)包括一由兩夾持元件或塊20和22組成的纖維夾具18，和固定在纖維夾具18上的插頭本體或罩蓋24。罩蓋24通過(例如)一體模制在夾持塊20和22上的鎖閂26與形成于罩蓋24對應壁上的切口28嚙合而可拆卸地固定在插頭纖維夾具18上。準備互相連接或端接的纖維30和32通過夾具18并進入罩蓋24的中空內(nèi)部。纖維的端部是赤裸的，即，它們不連接在諸如一套圈的任何對準件上。因此，罩蓋24不僅有助于插頭12在互連插座14里機械定位，而且提供了對纖維的暴露的端部的保護(如果需要，罩蓋可制成能伸縮的，以便完全暴露纖維端部)。夾具18具有形成于夾持塊20和22相鄰表面上的纖維接收凹槽34；且這兩個零件可是完全相同的零件。夾具18可(例如)通過夾持、粘接或這兩者固定纖維。也可用其它的手段將纖維固定在夾具18上。夾具18可具有一環(huán)繞纖維的、以便提供額外的應變消除和夾持的延伸部分36。保護罩38可提供進一步的應變消除和夾緊在纖維光纜里的加強件(KEVLAR線股)，并有助于夾持插頭12。該加強件不需要卷曲但可粘接在夾具上。通過在保護罩里的插頭纖維夾具的直壁部分的壓配合可獲得加強件的應變消除。它取決于對用來作保護罩和插頭纖維夾具的材料的選擇，并提供不需要卷曲環(huán)和有助于制造方便和減少所需零件數(shù)量的結(jié)構(gòu)。此外，可在夾具上形成一帶有“彎曲”(不規(guī)則)通道、以夾住線股和與保護罩保持壓配合的延伸部分。在插頭纖維夾具表面上的單向倒鉤有助于將保護罩固定在插頭纖維夾具上，還有助于光纜固定在插頭上。
在圖1和2所示的實施例里，一鎖閂40一體模制在罩蓋24的一側(cè)上，以便可釋放地將插頭12固定在插座14上。鎖閂40還給插頭提供機械定位作用，即，它只能沿一個方向插入插座14。通過形成于插座40內(nèi)側(cè)的一跳板(一可彎曲的懸臂)可使插頭12偏向互連位置，從而向后推壓鎖閂40，使制造公差的影響減小到最低程度。
圖4顯示了一個可與本發(fā)明的有源器件插座一起使用的插頭12’的一個略有不同的實施例。該實施例使用一個類似的罩蓋，為較好地描述替換的纖維夾具18’和內(nèi)部特征，該罩蓋被省略。夾具18’也由兩夾持塊20’和22’組成，但在本實施例里，這兩夾持塊并不是完全相同的。首先，夾持塊22’有一個延伸部分或平臺42，它具有若干直立的柱44、46和48。這些柱將罩蓋24里的纖維引導到適當位置，以便如下面將討論的，使其位于插座14的V形槽里，限制纖維偏移，確保纖維末端與罩蓋24里的開口適當對齊。鎖閂40’沿著平臺42的下側(cè)模制在夾持塊22’上。其次，夾具18’上的纖維通道是這樣形成的，即只在夾持塊22’上提供V形槽34’，并使夾持塊20’的對應表面是平的，以便只提供三個夾住纖維的表面。V形槽34’凹入夾持塊22’里，而在夾持塊20’還形成有可進入凹槽、以便有利于夾持塊適當?shù)毓潭ㄔ谝黄鸬呐_階50。
當插頭12(或插頭12’)不安裝在插座14里時，纖維30和32一般在罩蓋24里筆直延伸。纖維“通?！笔枪P直的，不會呈顯著弓形延伸，雖然(例如)由于重力或塑性變形也可能使纖維略微彎曲。然而，在罩蓋24里有著足夠的空間，如圖1和2所示，當插頭完全插入插座時，容許纖維顯著地弓起。罩蓋24的前端52形成有一對縫槽54和56，它們可供位于罩蓋24里的纖維末端出入。一擋板或門58可滑動地安裝在罩蓋24的前端52上，它具有兩個蓋或桿60和62，當門58位于圖3所示的關閉位置上時，桿60和62分別覆蓋在縫槽54和56上。當門58滑動到打開位置，桿60和62移動，容許纖維30和32分別通過縫槽54和56出入，從而不需要纖維延伸到罩蓋24外面，雖然在另一種結(jié)構(gòu)里這是可以接受的。門58利用兩個舌槽結(jié)構(gòu)64和66(圖1)可滑動地安裝在罩蓋24上。除了防止灰塵通過縫槽進入外，門58還能防止在插頭纖維里的光線逃逸和傷害使用者的眼睛。如下面參考圖8進行的討論，門58在打開位置時還可露出在罩蓋24頂部上的一個以上的孔，以便可以接納推桿，使纖維露出在縫槽54和56之外，從而可清潔纖維末端。
可給插頭提供其它的門結(jié)構(gòu)。例如，可以有一種門(未畫出)，在插頭插入過程中，它將垂直升起。這是通過使門坐在另一個可在罩蓋本體里移動的零件、諸如一梭子上實現(xiàn)的。該梭子在它的各側(cè)壁上有一垂直縫槽，并在各端上敞開。該整體門有一個柱，它突出通過梭子側(cè)壁，并進入在罩蓋上的、具有下述形狀的縫槽。各縫槽自一向上角度(約30°)開始并延伸約1mm，然后水平延伸大部分距離，然后再升高約1mm，最后以第二水平軌道(約1．5mm)結(jié)束。當插頭與插座里的一擋塊接觸時，它將梭子推回當罩蓋里。在頭幾毫米的移動過程中，門升高至其第一位置。在這個位置，纖維與門接觸，這將使纖維成鈍角向下偏斜，雖然這是不需要的。門也可作為對齊機構(gòu)。這有助于在插頭纖維與V形槽接觸時防止它們的端面與V形槽接觸。在插頭完全插入前，梭子到達罩蓋里的第二有角度縫槽。這時，門升高到其最終位置，在那里，門不再與纖維接觸，從而使它們自由地弓起并給插座提供適當?shù)膲毫ΑＭㄟ^在纖維夾具和梭子之間推壓的一個彈簧可使梭子和門返回。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，它暴露了插頭的整個端部，而沒有必須供纖維通過、以便與V形槽接觸的縫槽。
在另一種門結(jié)構(gòu)(未畫出)里，門在插入過程中可在插頭上滑動，并也使用可在罩蓋本體里移動的梭子。該梭子在各側(cè)壁上有一垂直縫槽，并在最靠近纖維夾具的一端上敞開。最靠近罩蓋前端的一端有一附加端，其上有兩個垂直的、與纖維相配的、從頂部延伸到底部的縫槽。門不外是一矩形板，具有兩個垂直縫槽，該縫槽自底部延伸至距頂部約兩個材料厚度處。此外，它還有一個在其頂部切割出來的凹口，以便騎在罩蓋的一凸緣上。該凸緣可作為門的凸輪機構(gòu)。該凸輪位于罩蓋頂部的內(nèi)側(cè)。它以一個鈍角從前端開始，直至到達中心，從那里它向下經(jīng)過其本體的長度。在關閉位置，在梭子和門上的兩組縫槽互相偏移，提供一個關閉的插頭。當插頭與插座里的一擋塊接觸時，它將梭子推回到罩蓋里。在第一次少量毫米的移動過程中，門在罩蓋里側(cè)向滑動，同時，梭子向后移動。一旦兩組縫槽對齊，提供一敞開的縫槽，以便纖維退出，而門到達凸輪的筆直部分。在該點，門停止側(cè)向移動，并通過梭子回到罩蓋里。梭子和門的返回是通過在纖維夾具和梭子之間推壓的一個彈簧實現(xiàn)的。該結(jié)構(gòu)也暴露插頭的整個端部，并使門平穩(wěn)操作。在參考了上述描述后，對于本技術(shù)領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的插頭結(jié)構(gòu)的許多變化將變得很清楚。
可利用一測試插頭來測試插座的操作。該插頭基本上與前面所述的插頭相同，除了它接受一成環(huán)的、具有向插座延伸的兩個端部的單根纖維。這樣，可將一信號沿插座纖維之一發(fā)送，并被插頭里的活套纖維接受，然后變更方向到另一插座纖維，它將該信號輸送到一測試檢測系統(tǒng)。
插座14(圖5也顯示)包括一本體或殼體70，以及另一纖維夾具72。殼體70有一開口74，其大小和形狀一般與插頭12的前端52對應。殼體70也可以具有適當?shù)奶卣?諸如鎖閂臂76)，以便使它可釋放地安裝在隔板16上，而該隔板(例如)可能是一接線板或工作站出口(暗線箱面板)。該鎖閂裝置可供安裝在接線板的前面，從而容許所有的準備工作在接線板的前側(cè)面進行，或可供安裝在接線板的后面，從而容許所有的準備工作在接線板的后側(cè)面進行。插座纖維(在圖1和2中只可看到其中的一根纖維78)通過夾緊、以及利用一夾板80固定在插座纖維夾具72上，該夾板在夾具72的第一端夾住纖維。插座纖維的末端延伸進入在插座纖維夾具72第二端的突出或鉤爪82和84上形成的纖維對齊凹槽里。這些凹槽較佳的呈V形，雖然它們也可以是圓形的，例如呈U形。纖維對齊凹槽的中間部分86被彎曲，從而利用略微弓起的纖維的彈性推動，使插座纖維保持在凹槽里。還可提供其它裝置，諸如圖9所示的纖維壓板，以便使纖維牢牢地位于凹槽里。纖維不延伸至鉤爪82和84的最末端，而寧可在離末端足夠距離處終止，以便在使用連接器時，容許給插頭纖維適當?shù)闹С?。如果纖維對纖維接觸在非常靠近V形槽的末端處發(fā)生(或如果插頭插入太遠)，插頭纖維可能在該凹槽前彎曲并升起而離開該頂點，從而使連接斷開。
插座14可具有與插頭12里的纖維一樣多的、帶纖維對齊凹槽的鉤爪。當插頭12完全插入插座14時，鉤爪82和84的形狀使其能分別進入罩蓋24上的縫槽54和56。鉤爪82和84以相對于插頭軸線、即當插頭在罩蓋24里筆直延伸時由纖維30或32限定的軸線成一傾斜(非零)角度的方式進入罩蓋24。該角度較佳的是約42°，它可平衡與纖維端面接觸壓力、對著V形槽的纖維壓力、摩擦作用、以及理想的公差范圍(較大的角度將增加公差)有關的各種利害關系。由于插座纖維不是對著開口74，因此沒有逃逸的光線傷害使用者的眼睛的危險。插座纖維夾具72通過在夾具72的第一端提供可與插座殼體70上的切口或鉤子88扣接的柱而可樞轉(zhuǎn)地安裝在殼體70上。夾具72利用在其側(cè)面形成的、可與插座殼體70上的孔89嚙合的凸耳或短軸而可釋放地鎖定。也可使用插座纖維夾具的一種替換結(jié)構(gòu)，其中，夾具與一斷開的頂板或蓋板模制成一體，而該蓋板可扣接在其底部，該底部具有纖維定位凹槽。
互連插座14(以及下面所述的終端插座)還可具有一活蓋或門90，以便使通過開口74進入的污染物降至最低程度。這里公開的實施例使用一插座門，它與插頭門配合，當插頭12插入插座14時可在關閉和打開狀態(tài)之間操縱插頭門58。特別是，插座門90具有兩個凸輪表面92和94，它們分別與插頭門58上的凸輪表面96和98交互作用。插座門90通過其側(cè)邊上的柱100與插座殼體70上的切口102扣接而被鉸接?？衫弥T如彈簧或模制成一零件的凸輪連桿機構(gòu)等裝置將門90偏壓在關閉位置上。當插頭12插入插座14時，前端52和插頭門58推動插座門90，使其升起并打開。然后，傾斜的凸輪表面94開始用力抵頂在插頭門58上的凸輪表面98，并將門58推向一側(cè)以露出縫槽54和56。如果接著將插頭12移離插座14，那么當移去插頭時，傾斜的凸輪表面92類似地推動凸輪表面96，使插頭門58向后滑動到其關閉位置。罩蓋24具有凹槽或缺口104和106，以便當插頭在插座里時容納凸輪表面92和94，此外，它們還可以用來進一步穩(wěn)定連接。其它的門結(jié)構(gòu)也可與插座14配合使用，諸如一種可用手向外打開和扣接關閉的門。
插座也可有一作鎖閂用的門，以便保持插頭。在這種替換的結(jié)構(gòu)(未畫出)里，插頭本體(罩蓋)具有在其底部的帶槽口區(qū)域。在插座上的該門是一矩形的、受彈力作用的板，帶有一突出部，當門在關閉位置上時，該突出部從其底部突出。當插頭插入插座時，門從垂直位置轉(zhuǎn)動到水平位置。一旦插頭完全插入，該槽口清除門的頂緣。然后，門彈簧倒轉(zhuǎn)幾度，而底部在槽口區(qū)域外。這將在兩個零件之間提供鎖定。卸下插頭是通過推擠插頭和門的突出部實現(xiàn)的。這將使門回到它的水平位置，并容許插頭滑動退出插座。該突出部是這樣形成的，當卸下插頭時，不會有足夠的摩擦使鉤爪保持在突出部上。這種構(gòu)造提供了一種較簡單的插頭結(jié)構(gòu)。
插座還可進一步改進，以便帶有可被安裝在壁和隔板的兩個不同位置上內(nèi)部鎖閂，在第一位置，它是完全可供使用并與壁齊平，在第二位置，它略微突出壁外。由此可進入插座內(nèi)部進行清潔。
插頭-插座鎖閂機構(gòu)可有效地進行設計，以便在插頭光纜(諸如某人被光纜絆倒)被過度拉拔時可防止插頭組件斷裂。這通過改進鎖閂的幾何結(jié)構(gòu)是可以實現(xiàn)的，這種鎖閂結(jié)構(gòu)將在作用于光纜上的張力超過給定的拉出力時容許插頭從插座里拉出。這將使插頭從插座里釋放出來，而不是將光纜從插頭里拉出來，這種情況是非常令人滿意的，因為當從插座卸下時插頭門會自動關閉。
連接器10的所有零件(除了插頭保護罩38)可由任何耐用材料制成，較佳的是諸如聚碳酸酯、VALOX(一種由General Electric銷售的聚酯)或RACEL(一種由Amoco銷售的聚芳基砜)之類的注射成型聚合物。該材料可包括導電填料，以使零件變成半導體，從而將可能招致纖維端部污染的摩擦電荷減至最低程度。保護罩38較佳的是用低模數(shù)的共聚多酯，諸如可從明尼蘇達州威諾納的RTP得到的、材料號為1559X67420B的那種。
連接器10的組裝和安裝是簡單的。插頭12一般是在工廠里組裝的，雖然在工地上也可方便地進行組裝。在這方面，這里使用的術(shù)語“預端接”只涉及光導纖維在插頭12或插座14上的固定，而與這種固定是否在工廠、工地或其它別的地方進行的無關。還應該知道，插頭12和插座14可安裝在一跨接電纜或連接電纜上，而它們帶有在纖維另一端上的任一種類的光學接頭。這里推薦使用當暴露在室內(nèi)環(huán)境時具有較長壽命的纖維，諸如可從3M公司(本發(fā)明的共同所有人)得到的高強度纖維。這些纖維具有傳統(tǒng)的芯線和包層，而它們被美國專利第5，381，504號所述的、一種新穎的三層結(jié)構(gòu)所包圍。本技術(shù)領域的技術(shù)人員還將看到，本發(fā)明的連接器可容納不連續(xù)的光導纖維或多纖維帶狀物，以及單模和多模纖維。
應該對準備預端接在插頭12或插座14上的纖維進行剝皮、分開和清理。如果纖維成帶狀物，它是光纜中一組包扎的帶狀物的一部分，那么必須首先將光纜外套的一部分割掉，以便露出帶狀物。大多數(shù)光纜具有若干保護層，而每一層必須去掉，以便接近纖維帶狀物。必須用類似的步驟去掉具有單根不連續(xù)纖維的光纜的保護層。在纖維從起保護作用的光纜外套中卸下后，將它們剝皮。然后，準備對剝了皮的纖維進行分開，而這可以利用若干種可從市場上得到的纖維分開器中的任一種、諸如美國專利第5，024，363號所述的一種實現(xiàn)。以便將纖維固定在插頭12上的分開長度是來自纖維夾具18的距離，在較佳的實施例里，它大約是23mm。為了將纖維固定在插座14上，分開的長度是來自纖維夾具72的距離，在較佳的實施例里，它大約是15mm。應該利用不起毛的布將任何碎片從纖維上清除掉。在將纖維從分開器上卸下前，工匠可檢查纖維，以確定所有纖維上的端面是合適的，即，它們是光滑分開的，沒有尖端。第5，210，647號美國專利公開的纖維觀察器可用于這個目的。一旦工匠感到滿意，即各纖維具有合適的端面，可將纖維從分開器上卸下。在較佳的實施例里，纖維端面是平的，帶有倒角的或成斜角的外周(或至少部分成斜角)，以獲得與纖維端部輪廓有關的有益效果，如美國專利申請第08／122，755號所詳細討論的。纖維的端面也可以成圓角(一般是球形的)。此外，可對這些纖維有選擇地提供不對稱處理，例如分開，以便給予一個有角度的端面，如第5，048，908號美國專利所述的。如果這樣，為了將插入損耗和反射減至最低程度，纖維應該這樣插入，使(在插頭12上的)一組纖維的有角度的端面的方向與(在插座14上的)另一組纖維的有角度的端面的方向互補。對于插頭纖維來說，纖維的準備可在纖維光纜穿過保護罩38之后進行。
插頭12的最后組裝包括將纖維夾在夾具18的V形槽里和將罩蓋24扣接在夾具18上這些簡單的步驟?？墒褂靡唤M裝卡具，以便將罩蓋24引導到插頭纖維夾具上，從而在它們插入罩蓋時避免損壞纖維。插頭纖維的端部應該在距罩蓋端部大約0．5mm處終止。插座14的完工也很簡單。利用夾板80將插座纖維夾在纖維夾具72上，而插座纖維的端部在距鉤爪82和84末端約15mm處的纖維對齊凹槽里終止。在將插座纖維固定在纖維夾具里后可將它們分開。利用V形槽可將這些纖維組裝在夾具里，從而將纖維夾具從分開器里取出，如果連接和引導工作是在一個或兩個零件里進行的話，還就避免纖維末端受到污染。也可使用一種穿孔工具，以簡化組裝。通過先將起樞軸作用的柱推入切口88、然后將短軸扣接在孔89上可將纖維夾具72安裝在殼體70上。在將纖維安裝在V形槽里和將夾具安裝在插座里的過程中，還應該注意不要污染纖維末端。
連接器10的安裝同樣是簡單的。利用傳統(tǒng)的裝置、諸如鎖閂臂76(也可在殼體70上模制其它的結(jié)構(gòu)，以便客戶安裝)可將插座14有選擇地安裝在任何所需的表面上。若干插座也可安裝在單個模塊上，并且它們可以設計成正面或反面承載，或側(cè)向滑動。在插座14安裝好之后，通過簡單地將插頭12插入開口74就可完成連接。利用鎖閂40可從插座14上取下插頭12。
圖1和2顯示插頭完全插入。當插頭12插入時，門90象上面所述的那樣打開，容許鉤爪82和84分別進入縫槽54和56。插頭纖維30和32與纖維夾具72里的纖維對齊凹槽接觸并滑動，直至它們的端面靠近插座纖維的各端面，然后，當插頭完全插入時，它們開始弓起。插頭纖維可經(jīng)受S形的彎曲。作用在纖維對纖維分界面上的所有力來自弓起的纖維30和32的彈性(彈性變形)，它們在端面之間維持一連續(xù)的、有壓縮力的負載。較佳的是將連接器10設計成可使纖維維持0．3”(7．6mm)的最小彎曲半徑。
連接器10的各種零件的尺寸可根據(jù)所需的用途進行改變。下列大致尺寸被認為是可取的。插頭12具有57mm的全長，12mm的寬度，和8mm的厚度，而插頭纖維夾具18提供13mm長的夾緊凹槽。插頭罩蓋24在夾具18的前面再延伸25mm，并提供一長24mm、寬10mm和高6mm的內(nèi)部空間。插座14的開口74是12mm×10mm。它的整個高度和深度是38mm和36mm。插座纖維夾具72長20mm(從纖維被夾在的端部到鉤爪82和84的末端)，寬12mm和厚1．5mm。在鉤爪82和84里的纖維對齊凹槽長11．5mm，并具有2mm的最大深度，這適于容納最常用的光導纖維。V形槽的內(nèi)部角度不應該太窄，因為這可能造成纖維的過度摩擦，但也不應該太寬，因為這將不能維持對纖維的適當引導。一個90°的內(nèi)部角度被認為是一個較好的折衷。
本發(fā)明涉及光導纖維的端接，它特別適用于上述的、供纖維對纖維互連用的連接器。圖6顯示了適用于一有源器件的、本發(fā)明的一終端定位器110的一實施例。定位器110實質(zhì)上替代纖維對纖維插座14的插座纖維夾具72，并具有一底座112和一類似于鉤爪82和84的突出或鉤爪114。鉤爪114有一纖維對齊凹槽116，以便接納一根插頭纖維，其末端面固定在一纖維擋塊或表面18上，如圖7所示。施加在纖維上的力被設計成足以在纖維端面和表面118之間消除任何空氣間隙，但不能太大，以免在纖維端面移動經(jīng)過表面118時因括擦而破壞纖維端面。形成表面118的光線傳輸材料通常是透明的(即，對于在光導纖維里傳輸?shù)墓獾牟ㄩL是透明的)，容許有源光學器件被安裝在底座112的另一側(cè)，由此使光信號通過該材料；該材料可涂敷或以別的方式制造，以影響光信號，諸如控制它的強度或使其偏振。形成于底座112上的柱120可用來使定位器110與有源器件基底、例如一印刷電路板(PCB)對齊并固定。還可將纖維抽頭放置在V形槽116里，使纖維抽頭的一端在纖維擋塊118上，而另一端位于V形槽116的中間部分，與準備端接的纖維互連。
定位器110較佳的是具有一整體結(jié)構(gòu)，由透明的、可注射成型的聚合物、諸如ULTEM(一種可從General Electric得到的polyetherimide)制成，并且還可包括形成于表面118另一側(cè)的透鏡122，以便對來自／朝向纖維的光線聚焦。可以使用用來引導朝向或來自有源器件的光線的其它無源光學器件，并且可以使用不同幾何結(jié)構(gòu)的終端定位器，以便將光線引導或聚焦到一特別位置，所包括的幾何結(jié)構(gòu)可用于全內(nèi)反射(TIR)。用于本發(fā)明的、來自作用在光電探測器的裸纖維、或進入一纖維的光源的耦合光線的TIR方法具有許多優(yōu)點。一個優(yōu)點是纖維的位置由纖維擋塊決定，并容許抽頭纖維可釋放地位于同一位置。這樣，纖維端部的位置由模制零件的公差和有源元件、即光電探測器或光源的位置精度預先確定，這樣，可避免使有源光學器件對齊的需要。另一個優(yōu)點是，由于與S形彎曲的纖維耦合，收發(fā)機模塊的整個高度可以減少。一個S形彎曲也可用于供兩個平行的、但不是同軸的纖維用的連接器。最后，收發(fā)機電子線路可安裝在一儀表板上，而該儀表板位于也插接連接器的同一平面上。一纖維抽頭也可用于一有源器件端接，該抽頭(未畫出)固定在一類似插座夾具72的夾具上。
除了可以提供快速方便的連接和分離外，連接器10還具有若干其它的優(yōu)點。如上述提到的，它可以象在工廠里一樣在工地上方便地進行預端接。即使在插頭或插座里的纖維沒有精確地端接在所需的位置上，由于彎曲纖維的彈性應力提供了正的對接力，在完成的連接中它們?nèi)匀皇峭昝赖睦w維對纖維接觸；換句話說，一對纖維的相對位置的公差可通過松動插頭纖維而減輕。由于這種偏壓，插頭12也固有地能夠抗拉。由于V形槽36可用來使纖維對齊，且纖維被壓向凹槽的頂尖部，因此，在給定的一對纖維的橫向位置之間的公差也不是關鍵性的。纖維對齊凹槽的表面光潔度應該是光滑的，而凹槽角度應該是較好限定的；利用標準的注射成型技術(shù)可方便地達到該光潔度。V形槽較佳的是具有不超過0．001”(0．025mm)半徑的銳度。最好使用一種硬的、耐磨損的、但又具有較低摩擦系數(shù)、以便纖維在該凹槽里滑動時減少作用在纖維上的摩擦力的材料作為V形槽的基體。此外，由于插座纖維以相對插頭軸線成一斜角(大于90°)進入殼體70，它需要非常小的深度進行安裝。還有，該安裝方法與RJ45插座的安裝方法是相容的。最后，減少零件數(shù)量和所有零件可注射成型有助于提供非常低成本的連接器。
參看圖8和9，它們顯示了可與本發(fā)明一起使用的、用來清潔各種光導纖維末端的工具。圖8顯示了一種可用來清潔插頭12里的纖維末端的工具130。工具130具有一可握在手里的本體132，在本體130上有一用來接納插頭12的開口134。工具130還有一可樞轉(zhuǎn)地安裝在本體130的部分138處的驅(qū)動件或杠桿136。在圖8中，顯示杠桿136在驅(qū)動位置上，在該位置，一推桿或突出部140進入在插頭罩蓋頂部的孔或縫槽142，與插頭纖維接觸，通過縫槽54和56將它們壓出罩蓋。在非驅(qū)動位置，杠桿136擺動離開開口134并收回推桿140，由此可使插頭12進入工具130而不受推桿的干擾。杠桿136較佳的是(例如)在一彈簧的作用下被壓向非驅(qū)動位置。
開口134和杠桿136是這樣安排的，當推桿被推入罩蓋縫槽時，插頭纖維被用力依靠在一條膠帶146的粘膠表面144上。從安裝在工具本體132里的膠帶輥148上剝下膠帶146。提供兩滾筒150和152，以便膠帶向前移動，從而使新鮮的表面面對纖維末端。為方便使用，可讓膠帶146卷繞在另一滾筒154上，它形成一個與棘爪156嚙合的棘輪。棘爪156安裝在另一把柄或樞轉(zhuǎn)杠桿158上，而把柄158通過部位160安裝在工具本體上。這樣，通過推擠把柄158并握住工具，使用者可向前移動膠帶并清潔插頭纖維。通過(例如)一彈簧可將把柄158壓向最外側(cè)位置。
圖9顯示了用來清潔在一改進的插座14’里的纖維末端的工具162。工具162的形狀使人想起插頭12，因此它適合于以類似的方式插入插座14’。插座14’一般與插座14相同，除了某些器件的構(gòu)造被設計成可抬高插座纖維，以便它們離開V形槽進行清潔。這些器件包括一纖維壓板或保持器164和斜拉桿166。纖維保持器164在部位168處可樞轉(zhuǎn)地安裝在纖維夾具上，并包括一位于保持器臂172一端上的塊或墊170，它可將纖維推入V形槽里并讓它們適當?shù)囟询B在里面。墊170可模制在纖維壓板上。在保持器臂172的另一端上形成有一凸臺或凸塊174，如圖9所示，當保持器臂172處于驅(qū)動位置時，它推頂著插座纖維。凸臺174對纖維的推頂使纖維偏移到V形槽外面。較佳的是(例如)通過一彈簧176將纖維保持器164壓向非驅(qū)動位置，即推動墊170頂著纖維，使它們保持在V形槽里。
工具162包括一本體178，它類似工具130，也安裝著一供膠帶182用的供應軸180。滾筒184和186用來確定膠帶182的位置，這樣，其膠粘表面就能向前移動并清潔纖維末端。當工具162進入插座14’時，通過斜拉桿166使纖維偏移，而斜拉桿包括一起固定在另一樞轉(zhuǎn)點192上的兩斜臂188和190。當工具插入插座時，一形成于工具162前端的凸塊或致動凸緣194推頂斜臂188。這使斜臂190轉(zhuǎn)動并推頂固定在纖維保持器164上的擋塊或鉤爪196。斜臂190和鉤爪196之間的用力接觸使纖維保持器164繞部位168樞轉(zhuǎn)，由此推動凸臺174抵頂纖維，使它們偏移離開V形槽。工具里的膠帶182可卷繞在另一卷軸198上或用類似于圖8所示的、用于工具130的方式離開工具本體178。可安裝一小刻度盤或扭桿以轉(zhuǎn)動卷軸198，它們在本體178外延伸，以便使用者向前移動膠帶。
圖10和11顯示了本發(fā)明的有源器件插座200的另一實施例的其它器件。在該實施例里，有源器件插座200包括一本體或殼體202，里面安裝著一終端定位器110，并能接納諸如插頭12那樣的光導纖維插頭。殼體202有一受彈簧作用的門204，以便在插座不使用時防止碎片卷繞插座開口。門204具有適當?shù)逆i閂結(jié)構(gòu)206，以便與上面所述的插頭鎖閂40’互補。定位器110通過其上的柱120安裝在一諸如印刷電路板(PCB)的基底208上。PCB 208上和支承著光電器件210(諸如光電探測器或半導體光源)，它們相對終端定位器、即相對透鏡122位于PCB 208的適當位置上，從而與端接在定位器上并抵靠著纖維擋塊118的任何纖維的末端連接?？墒褂萌魏蝹鹘y(tǒng)的有源器件。其它的電子零件也可安裝在PCB 208上，諸如LED(發(fā)光二極管)激勵器或數(shù)據(jù)編碼器。為了使定位器的突出114位于一適當角度以接納纖維的末端，PCB 208較佳的是以相對插座殼體軸線、即當插頭插入插座時相對插頭的軸線成約48°角安裝。
參看圖11，可提供一種構(gòu)造將插座200固定在另一結(jié)構(gòu)上，諸如另一PCB(母版)上，在這個實施例里，該構(gòu)造包括若干固定在殼體202底面上的柱212。柱212可一體形成于底板214上，而底板214通過形成于其上的、可與形成于殼體202側(cè)壁上的開口或縫槽218嚙合的、附加的鎖閂臂216可拆卸地安裝在殼體202上。鎖閂臂216還可用來固定基底208，如圖10所示。
圖12顯示了怎樣才能成排地、肩并肩地安裝許多終端定位器，以便在一小空間里接納許多光導纖維引出端。圖12還顯示使用了一插入片或光學板220，它可固定在任何終端定位器上，以改變所需的光學性能。例如，光學板220可具有一透鏡222，以補充或代替透鏡122。在所示的實施例里，該透鏡是由模具里的金剛石針形成的，并具有約0．01458”(0．37mm)的曲率半徑；透鏡的高度是0．004”(0．10mm)，而光學板220的其余厚度約是0．022”(0．56mm)。透鏡222與具有約0．01193”(0．30mm)曲率半徑和約0．01”(0．25mm)高度的透鏡122一起使用。當光學板220適當?shù)匚挥诙ㄎ黄?10的底座112上時，透鏡122位于光學板220上表面的上方約0．02”(0．51mm)處。擋塊118表面到定位器底面(即到PCB基底208頂部)的距離約是0．12”(3．05mm)。定位器底座的光線傳輸部分的厚度(從透鏡122的頂端到纖維擋塊118)約是0．04”(1．02mm)。根據(jù)需要還可使用其它的光學器件，諸如偏振鏡、繞射或全息光柵、濾光鏡、微結(jié)構(gòu)表面、菲涅爾透鏡等等。這些器件適當?shù)刂糜诠鈱W板220上，以便與纖維擋塊118對齊，且光學板220還可機械偏振或楔固，從而可以唯一取向置于定位器110的底座112上。通過形成于光學板220上的凸緣224與形成于底座112下側(cè)的凹口配合可提供上述楔固。
圖14顯示了怎樣才能將一系列終端定位器中的一個以圖12所示的肩并肩方式置于一基底、諸如另一PCB 226上。在PCB 226的另一側(cè)可形成導柱228，以便使各有源器件與其它控制電子線路互連。
圖15對終端定位器的兩個可選擇的改進。改進的定位器230具有兩個鉤爪和突出232和234，它們各具有一纖維接納凹槽，使準備端接的纖維出現(xiàn)雙彎曲或S形彎曲。定位器230還具有被設計成供光學信號總內(nèi)反射用的底座部分238。定位器230可由兩部分形成，一部分具有V形槽突出和一體模制的透鏡，而另一部分具有至少帶有一個以上模制透鏡的TIR底座。底座的各表面可進行涂敷，以提供改進的反射，或形成透鏡或其它結(jié)構(gòu)的表面，以便以任何所需的方式在內(nèi)部聚焦光線。透鏡的質(zhì)量要求對于發(fā)射機和接收機可以是不同的。在某些用途里可通過使用涂層來控制光線反射數(shù)量。
雖然參考具體的實施例描述了本發(fā)明，但不能以狹隘的觀點來解釋這些描述。對于本技術(shù)領域的技術(shù)人員來說，在參考了本發(fā)明的描述后，對于公開的實施例的許多改進和本發(fā)明的替換的實施例將是顯而易見的。因此，可以設想，在不超出由附后的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出這些改進。
權(quán)利要求
1．一種用來端接光導纖維的終端定位器，包括一底座，它具有一光線傳輸部分；一突出，它固定在所述底座上并靠近所述光線傳輸部分，所述突出具有一指向位于所述底座的所述光線傳輸部分上的纖維擋塊表面的纖維接納凹槽；以及使所述底座的所述光線傳輸部分與一有源器件對齊的裝置。
2．如權(quán)利要求1所述的終端定位器，其特征在于，所述底座具有一與所述光線傳輸部分一體形成的透鏡。
3．如權(quán)利要求1所述的終端定位器，其特征在于，所述對齊裝置包括若干固定在所述底座上的柱。
4．如權(quán)利要求1所述的終端定位器，其特征在于，所述底座上的所述光線傳輸部分具有許多表面，以便提供一射向所述纖維擋塊表面的光線束的的全內(nèi)反射。
5．如權(quán)利要求1所述的終端定位器，其特征在于，它還包括插入裝置，以改變定位器的光學性能。
6．如權(quán)利要求1所述的終端定位器，其特征在于，所述纖維接納凹槽是直的，而所述纖維擋塊與所述纖維接納凹槽正交。
7．如權(quán)利要求2所述的終端定位器，其特征在于，所述透鏡形成于所述底座的所述光線傳輸部分上的、與所述纖維擋塊表面相反的另一側(cè)上。
8．如權(quán)利要求5所述的終端定位器，其特征在于，所述插入裝置包括一光學板，其尺寸與在所述底座上的、靠近所述光線傳輸部分的對應切口配合。
9．如權(quán)利要求8所述的終端定位器，其特征在于，所述光學板具有一與其一體模制的透鏡。
10．如權(quán)利要求8所述的終端定位器，其特征在于，所述光學板被機械偏振，以唯一取向與所述底座上的所述切口配合。
11．一種端接光導纖維的器件，包括一殼體，它具有一用來接納光導纖維末端的開口；至少一個位于所述殼體里的終端定位器，所述定位器包括一底座和一固定在所述底座上并靠近其上的一光線傳輸部分的突出，所述突出具有一纖維接納凹槽，凹槽的第一端指向所述殼體的所述開口，而凹槽的第二端指向在所述底座的所述光線傳輸部分上的一纖維擋塊表面；以及至少一個位于所述殼體里并相對所述終端定位器設置的有源器件，以便與所述底座的所述光線傳輸部分有效連接。
12．如權(quán)利要求11所述的器件，其特征在于，所述有源器件安裝在一基底上；所述終端定位器安裝在所述基底上；以及所述基底固定在所述殼體內(nèi)部。
13．如權(quán)利要求11所述的器件，其特征在于，所述殼體具有一位于所述開口上并被偏置于關閉位置的門，所述門具有可釋放地接納一光導纖維插頭的鎖閂裝置。
14．如權(quán)利要求11所述的器件，其特征在于，所述殼體具有至少兩個所述終端定位器，以及至少兩個分別與所述兩個終端定位器有效連接的所述有源器件。
15．如權(quán)利要求11所述的器件，其特征在于，它還包括用來改變所述終端定位器的光學性能的插入裝置。
16．如權(quán)利要求12所述的器件，其特征在于，所述殼體包括一可移動的、以供進入所述殼體內(nèi)部的板，所述板具有固定在所述殼體上并將所述基底固定在所述殼體內(nèi)的鎖閂臂。
17．如權(quán)利要求15所述的器件，其特征在于，所述兩個有源器件安裝在一共用基底上；所述兩個終端定位器安裝在所述共用基底上；以及所述基底固定在所述殼體的內(nèi)部。
18．一種有源器件插座，包括一殼體，它具有一接納一光導纖維末端的開口，一位于所述開口上、被偏置于一關閉位置、并具有可釋放地接納一光導纖維插頭的鎖閂裝置的門，用來將所述殼體固定在一外部結(jié)構(gòu)上的裝置，以及一可移動的、容許進入所述殼體內(nèi)部的板；一基底，它固定在所述殼體的內(nèi)部；至少一個安裝在所述基底上的終端定位器，所述定位器包括一底座和一固定在所述底座上并靠近其上的一光線傳輸部分的突出，所述突出具有一纖維接納凹槽，該凹槽具有一指向所述殼體的所述開口的第一端和指向位于所述底座的所述光線傳輸部分上的一纖維擋塊表面的第二端，所述底座具有一與所述光線傳輸部分一體形成的透鏡；至少一個有源器件，它們安裝在所述基底上并相對所述終端定位器定位，以便與所述底座的所述光線傳輸部分有效連接；以及一光學板，它具有一透鏡，該透鏡插入在所述終端定位器的所述底座的所述光線傳輸部分和所述有源器件之間的光程上。
全文摘要
一種在諸如光電探測器或固態(tài)光源之類的有源器件上端接光導纖維的插座。該插座包括一殼體,一終端定位器和一有源器件。該殼體具有一接納光導纖維的末端部分的開口,一位于該開口上的、具有可釋放地接納一光導纖維插頭的鎖閂的門,以及一可移動的板。終端定位器包括一底座和固定在底座上的、并靠近其上的一光線傳輸部分的一突出,該突出具有纖維接納凹槽,該底座可具有與光線傳輸部分一體模制的透鏡。
文檔編號G02B6/36GK1205778SQ96199169
公開日1999年1月20日 申請日期1996年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者拉曼·K·塞利, 唐納德·G·多斯, 喬治·W·帕雷特, 詹姆斯·K·岡特, 菲利普·W·沃爾特里普 申請人:美國3M公司