光纖旋轉(zhuǎn)連接器及其制作工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，以及該光纖旋轉(zhuǎn)連接 器的制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光纖信息傳輸?shù)脑S多應(yīng)用中，需要旋轉(zhuǎn)連接機(jī)構(gòu)使光信息在旋轉(zhuǎn)平臺和靜止平 臺之間進(jìn)行傳輸，該機(jī)構(gòu)稱為旋轉(zhuǎn)連接裝置，也稱旋轉(zhuǎn)連接器。光纖旋轉(zhuǎn)連接器以光纖為數(shù) 據(jù)傳輸媒體，特別適合應(yīng)用在需要無限制的、連續(xù)或斷續(xù)旋轉(zhuǎn)、同時又要從固定位置到旋轉(zhuǎn) 位置傳送大容量數(shù)據(jù)及信號的場所。能改善機(jī)械性能，簡化系統(tǒng)操作，避免因活動關(guān)節(jié)的旋 轉(zhuǎn)對光纖的損害。
[0003] 現(xiàn)有的光纖旋轉(zhuǎn)連接器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，穩(wěn)定性能差，兩根光纖在旋轉(zhuǎn)連接 器內(nèi)光親合時，回波損耗大。
[0004] 現(xiàn)有的光纖旋轉(zhuǎn)連接器多采用光準(zhǔn)直器和光耦合器對入射光和出射光進(jìn)行調(diào)整 整形，因此成本較本專利使用的透鏡、陶瓷插芯成本高，另外，光準(zhǔn)直器與光耦合器在裝配 時，裝配精度較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上不足，本發(fā)明旨在提供一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其結(jié) 構(gòu)簡單、制作成本低、穩(wěn)定性能高、使用壽命長，可避免兩根光纖的對接磨損； 本發(fā)明的另一個目的，是提供一種上述光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作工藝。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，用于連接兩光纖活動連接器，它包括定子外殼、轉(zhuǎn)子套筒，以及 設(shè)置于定子外殼與轉(zhuǎn)子套筒之間的接口組件； 所述接口組件包括耦合環(huán)、插裝于耦合環(huán)內(nèi)用于固定光纖的陶瓷插芯、固定于耦合環(huán) 一端的半球透鏡；所述半球透鏡的頂點到陶瓷插芯端面的軸向距離為定值； 所述定子外殼的中心部位、轉(zhuǎn)子套筒的中心部位分別沿軸向設(shè)有階梯狀的通孔；所述 定子外殼套裝在耦合環(huán)的帶半球透鏡的一端；所述轉(zhuǎn)子套筒套裝在耦合環(huán)的另一端； 所述轉(zhuǎn)子套筒與光纖活動連接器對接后，光纖活動連接器中的光纖的端面與陶瓷插芯 中的光纖的端面之間有間隙。
[0007] 作為對本發(fā)明的限定，所述定子外殼的與耦合環(huán)相連的一端的端面固定有環(huán)狀的 蓋板；所述轉(zhuǎn)子套筒的與耦合環(huán)相連的一端嵌于蓋板的內(nèi)孔中，且定子外殼的端面與轉(zhuǎn)子 套筒的端面相接觸。
[0008] 作為對本發(fā)明的另一種限定，所述定子外殼的外周面、轉(zhuǎn)子套筒的外周面上分別 設(shè)有外螺紋。
[0009] 作為對本發(fā)明的第三種限定，所述耦合環(huán)中心部位沿軸向設(shè)有階梯狀的通孔；所 述陶瓷插芯固定于通孔內(nèi)；所述半球透鏡經(jīng)支架固定在親合環(huán)的一端。
[0010] 作為對上述方式的限定，所述支架帶有凹槽；所述半球透鏡卡在凹槽內(nèi)。
[0011] 本發(fā)明同時公開了一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作工藝，用于制作上述的光纖旋轉(zhuǎn)連 接器，它包括依次進(jìn)行的如下步驟： A. 將半球透鏡固定到耦合環(huán)上； B. 將光纖插入陶瓷插芯內(nèi)孔中； C. 研磨陶瓷插芯的前端面，研磨的合格標(biāo)準(zhǔn)可參考國標(biāo)：YDT 2152-2010光纖活動連 接器可靠性要求及試驗方法； D. 將陶瓷插芯固定到耦合環(huán)上，半球透鏡頂點到陶瓷插芯端面的軸向距離F2的大小， 與半球透鏡焦距f的大小相等；f是由光學(xué)設(shè)計軟件ZAMX通過光路模擬仿真得出； E. 將定子外殼由耦合環(huán)的帶半球透鏡的一端套入耦合環(huán)，將轉(zhuǎn)子套筒由耦合環(huán)的另一 端套入耦合環(huán)，且令定子外殼的端面與轉(zhuǎn)子套筒的端面相接觸；將環(huán)狀的蓋板套在轉(zhuǎn)子套 筒上，并將蓋板與定子外殼用螺栓沿軸向固定； F. 將兩個光纖活動連接器分別嵌入定子外殼的通孔、轉(zhuǎn)子套筒的通孔中，并且該兩 個光纖活動連接器分別經(jīng)帶有內(nèi)螺紋的支撐架與定子外殼的外螺紋、轉(zhuǎn)子套筒的外螺紋連 接； 其中與定子外殼連接的光纖活動連接器中的光纖的端面與半球透鏡的頂點之間有距 離Fl，該距離Fl為1.83mm; 與轉(zhuǎn)子套筒連接的光纖活動連接器中的光纖的端面與陶瓷插芯中的光纖的端面之間 有間隙；該間隙由以下公式計算得出： 設(shè)兩光纖因拋光而具有相同的折射率表面變質(zhì)層，兩光纖之間的間隙為空氣；假設(shè)光 纖端面表面質(zhì)量非常好，無劃痕、凹坑、污物等，根據(jù)薄膜光學(xué)原理可以推得光纖連接器的 回?fù)軗p耗為：
n。，光纖纖芯折射率，nQ=l. 463 ; Ii1，空氣折射率，Ii1=I ; n2，光纖端面變質(zhì)層折射率，n2=l. 46 ; h，光纖端面變質(zhì)層厚度，h=0.1 ; d，光纖活動連接器中的光纖的端面與陶瓷插芯中的光纖的端面之間的間隙； 入，光波波長，X =1. 31 y m ; Rl，回波損耗，35dB。
[0012] 本發(fā)明還公開了另一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作工藝，用于制作上述的光纖旋轉(zhuǎn)連 接器，它包括依次進(jìn)行的如下步驟： Aa.將半球透鏡粘接到支架上； Ab.使用單光束焊機(jī)將支架焊接到耦合環(huán)上； B. 將光纖的一端插入陶瓷插芯內(nèi)孔中； C. 研磨陶瓷插芯的前端面，研磨的合格標(biāo)準(zhǔn)可參考國標(biāo)：YDT 2152-2010光纖活動連 接器可靠性要求及試驗方法； D. 將陶瓷插芯固定到耦合環(huán)上，半球透鏡頂點到陶瓷插芯端面的軸向距離F2的大小， 與半球透鏡焦距f的大小相等；f是由光學(xué)設(shè)計軟件ZAMX通過光路模擬仿真得出； E. 將定子外殼由耦合環(huán)的帶半球透鏡的一端套入耦合環(huán)，將轉(zhuǎn)子套筒由耦合環(huán)的另一 端套入耦合環(huán)，且令定子外殼的端面與轉(zhuǎn)子套筒的端面相接觸；將環(huán)狀的蓋板套在轉(zhuǎn)子套 筒上，并將蓋板與定子外殼用螺栓沿軸向固定； F. 將兩個光纖活動連接器分別嵌入定子外殼的通孔、轉(zhuǎn)子套筒的通孔中，并且該兩 個光纖活動連接器分別經(jīng)帶有內(nèi)螺紋的支撐架與定子外殼的外螺紋、轉(zhuǎn)子套筒的外螺紋連 接； 其中與定子外殼連接的光纖活動連接器中的光纖的端面與半球透鏡的頂點之間有距 離Fl，該距離為I. 83mm ; 與轉(zhuǎn)子套筒連接的光纖活動連接器中的光纖的端面與陶瓷插芯中的光纖的端面之間 有間隙；該間隙由以下公式計算得出： 設(shè)兩光纖因拋光而具有相同的折射率表面變質(zhì)層，兩光纖之間的間隙為空氣；假設(shè)光 纖端面表面質(zhì)量非常好，無劃痕、凹坑、污物等，由薄膜光學(xué)原理可以推得光纖連接器的回 撥損耗為：

n。，光纖纖芯折射率，nQ=l. 463 ; Ii1，空氣折射率，Ii1=I ; n2，光纖端面變質(zhì)層折射率，n2=l. 46 ; h，光纖端面變質(zhì)層厚度，h=0. 1 ; d，光纖活動連接器中的光纖的端面與陶瓷插芯中的光纖的端面之間的間隙；； 入，光波波長，X =1. 31 y m ; Rl，回波損耗，35dB。
[0013] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進(jìn)步在于： 本發(fā)明的透鏡為半球透鏡，其生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，半球透鏡固定在耦合環(huán)上不動，提高了該 光纖旋轉(zhuǎn)連接器的穩(wěn)定性，該光纖旋轉(zhuǎn)連接器的入射端與半球透鏡不存在直接接觸，且半 球透鏡的可接受光角度范圍較普通光纖端面可接收光角度大，能夠完全將入射端的光全部 接收到該光纖旋轉(zhuǎn)連接器中； 本發(fā)明的半球透鏡的頂點到陶瓷插芯端面的軸向距離為定值，在定子外殼與光纖活動 連接器對接后，保證了陶瓷插芯內(nèi)的光纖與光纖活動連接器內(nèi)的光纖在耦合時，耦合焦距 不變，使得二者的耦合效率高，信號傳輸穩(wěn)定； 本發(fā)明的轉(zhuǎn)子套筒與光纖活動連接器對接后，光纖活動連接器中的光纖的端面與陶瓷 插芯中的光纖的端面之間有間隙，可避免兩根光纖的對接磨損，減小回波損耗；該間隙通過 由薄膜光學(xué)原理推得的光纖連接器的回?fù)軗p耗公式計算得出，當(dāng)該間隙為1. 259 ym時，回 波損耗即可滿足要求。
[0014] 綜上所述，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、穩(wěn)定性能高、使用壽命長的特點。
[0015] 本發(fā)明適用于連接兩FC/PC型光纖活動連接器。
【附圖說明】
[0016] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例1與兩個光纖活動連接器對接的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖1中的半球透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為光纖活動連接器與陶瓷插芯對接的模型圖； 圖5為半球透鏡7與光纖活動連接器光路。
[0018] 圖中：1、轉(zhuǎn)子套筒；2、蓋板；3、耦合環(huán)；4、陶瓷插芯；5、定子外殼；6、支架；7、半球 透鏡；71、半球體；72、圓柱體；8、支撐架；9、第一光纖活動連接器；10、第二光纖活動連接 器。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1 光纖旋轉(zhuǎn)連接器 一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，用于連接第一光纖活動連接器9及第二光纖活動連接器10,結(jié) 構(gòu)如圖1-2所示，包括定子外殼5、轉(zhuǎn)子套筒1，以及設(shè)置于定子外殼5與轉(zhuǎn)子套筒1之間的 接口組件。
[0020] 接口組件包括耦合環(huán)3、陶瓷插芯4、半球透鏡7。耦合環(huán)3由金屬材料制成(優(yōu)選 不銹鋼材質(zhì))，中心部位沿軸向設(shè)有階梯狀的通孔。陶瓷插芯4固定于通孔內(nèi)，陶瓷插芯4的 前端面頂在階梯狀通孔的大孔、小孔的連接端面上。陶瓷插芯4的內(nèi)孔中固定有光纖。半 球透鏡7為半球體71連接圓柱體72的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，半球體71由玻璃制成。半球透 鏡7經(jīng)支架6固定在親合環(huán)3的一端，支架6帶有凹槽，圓柱體72卡在凹槽內(nèi)，半球體71 的端面與支架6端面貼合。半球體71頂點到陶瓷插芯4端面的軸向距離根據(jù)半球體71的 焦距而定，本實施例中，半球體71的焦距為2. 42mm。
[0021] 定子外殼5的中心部位、轉(zhuǎn)子套筒1的中心部位分別沿軸向設(shè)有階梯狀的通孔。定 子外殼5的外周面、轉(zhuǎn)子套筒1的外周面上分別設(shè)有外螺紋。定子外殼5從耦合環(huán)3的帶 半球透鏡7的一端套入耦合環(huán)3,轉(zhuǎn)子套筒1由耦合環(huán)3的另一端套入耦合環(huán)3,且定子外 殼5的端面與轉(zhuǎn)子套筒1的端面相接觸。定子外殼5的與轉(zhuǎn)子套筒1相接觸的端面上還固 定有環(huán)狀的蓋板2,蓋板2與定子外殼5用螺栓沿軸向固定。轉(zhuǎn)子套筒1的與定子外殼5相 近的一端嵌于蓋板2的內(nèi)孔中。
[0022] 轉(zhuǎn)子套筒1與第一光纖活動連接器9對接后，第一光纖活動連接器9中的光纖的 端面與陶