RU2849002C1 - Fibre optic connector with expanded beam - Google Patents
Fibre optic connector with expanded beamInfo
- Publication number
- RU2849002C1 RU2849002C1 RU2025113351A RU2025113351A RU2849002C1 RU 2849002 C1 RU2849002 C1 RU 2849002C1 RU 2025113351 A RU2025113351 A RU 2025113351A RU 2025113351 A RU2025113351 A RU 2025113351A RU 2849002 C1 RU2849002 C1 RU 2849002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- optical fiber
- fixture
- fiber
- index
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности, к устройству волоконно-оптического коннектора, использующегося в качестве оптического соединителя с расширенным пучком в волоконно-оптических линиях связи.The present invention relates to fiber-optic technologies, in particular to a fiber-optic connector device used as an expanded-beam optical connector in fiber-optic communication lines.
Известна полезная модель на устройство волоконно-оптического соединителя [Полезная модель RU 222410 U1, G02B6/322, 22.12.2023]. Устройство включает в себя корпус, представляющий собой металлический цилиндр с наружной резьбой, в котором установлены две центрирующие втулки из циркониевой керамики с установленными в них двумя керамическими ферулами, в каждую из которых вклеены сегменты оптического волокна. На свободных торцах бессердцевинных вставок, приваренных к сегментам оптического волокна с сердцевиной, сформированы сферические микролинзы. Работа устройства осуществляется следующим образом. Оптическое излучение распространяется через оптическое волокно и попадает в зону монолитной сферической микролинзы, сформированной на свободном конце бессердцевинной вставки, размещенной в корпусе оптического соединителя. Микролинза обеспечивает формирование коллимированного пучка излучения, который, благодаря отсутствию рассеивания, минимизирует потери оптической мощности, обеспечивая концентрированную передачу излучения к принимающей микролинзе. В результате оптическое излучение эффективно передается в принимающее оптическое волокно.A utility model for a fiber-optic connector is known [Utility Model RU 222410 U1, G02B6/322, 22.12.2023]. The device includes a housing, which is a metal cylinder with an external thread, in which two zirconium ceramic centering bushings are installed. Two ceramic ferrules are installed therein, each of which contains glued segments of an optical fiber. Spherical microlenses are formed at the free ends of the coreless inserts, welded to the segments of the optical fiber with a core. The device operates as follows. Optical radiation propagates through the optical fiber and enters the zone of a monolithic spherical microlens formed at the free end of the coreless insert, located in the housing of the optical connector. The microlens creates a collimated beam of radiation, which, due to the absence of scattering, minimizes optical power loss, ensuring concentrated transmission of radiation to the receiving microlens. As a result, the optical radiation is efficiently transmitted to the receiving optical fiber.
Одним из существенных недостатков данного устройства является использование сферических микролинз, изготовление которых представляет собой технологически сложный и высокоточный процесс, требующий применения прецизионных методов обработки. Это не только увеличивает себестоимость производства, но и повышает вероятность отклонений в параметрах линз, что может негативно сказаться на передаче оптического излучения. Дополнительно, применение бессердцевинных вставок со сферическими микролинзами усложняет конструкцию и процесс сборки, а также требует высокой точности юстировки и соосного выставления оптического волокна относительно линзы. Кроме того, наличие двух центрирующих втулок дополнительно увеличивает сложность конструкции и массогабаритные параметры устройства.One of the significant drawbacks of this device is the use of spherical microlenses, the manufacture of which is a technologically complex and highly precise process requiring precision machining methods. This not only increases production costs but also increases the likelihood of deviations in lens parameters, which can negatively impact optical transmission. Furthermore, the use of coreless inserts with spherical microlenses complicates the design and assembly process, requiring highly accurate alignment and coaxial alignment of the optical fiber relative to the lens. Furthermore, the presence of two centering bushings further increases the design complexity and the device's size and weight.
Известно устройство волоконно-оптического соединителя с расширением пучка [Патент US 10036857 B2, G02B6/3877, 31.07.2018]. Устройство включает в себя корпус, в котором соосно расположены ферула, с вклеенной в нее оптическим волокном, и шариковая или сферическая линза, необходимая для расширения пучка. Для закрепления оптического волокна внутри ферулы и линзы внутри детали коннектора может быть использован эпоксидный клей. Торец оптического волокна совмещен с торцом ферулы. Держатель для ферулы поджимается внутри корпуса коннектора с помощью пружины. Линза может быть сделана из материалов BK7, SF-8, сапфир, LaSFN9, PBH71. Для уменьшения обратных оптических потерь на поверхности торца оптического волокна и линз нанесено просветляющее покрытие. Оптическое излучение распространяется через оптическое волокно и попадает в зону шариковой или сферической линзы, соосно размещенной с выходным торцом ферулы, размещенной в корпусе оптического соединителя. На выходе с линзы формируется коллимированный пучок излучения, который попадает на принимающую линзу второго коннектора, благодаря чему повышается эффективность ввода излучения в принимающее оптического волокно.A fiber-optic connector with beam expansion is known [Patent US 10036857 B2, G02B6/3877, July 31, 2018]. The device includes a housing in which a ferrule with an optical fiber glued into it and a ball or spherical lens necessary for beam expansion are coaxially located. Epoxy glue can be used to secure the optical fiber inside the ferrule and the lens inside the connector part. The end of the optical fiber is aligned with the end of the ferrule. The ferrule holder is pressed inside the connector housing by a spring. The lens can be made of BK7, SF-8, sapphire, LaSFN9, PBH71 materials. To reduce return optical loss, an antireflective coating is applied to the surface of the end of the optical fiber and the lens. Optical radiation propagates through the optical fiber and enters a ball or spherical lens coaxially positioned with the output end of the ferrule, housed in the optical connector housing. The lens produces a collimated beam that enters the receiving lens of the second connector, increasing the efficiency of radiation coupling into the receiving optical fiber.
Недостатками устройства является наличие объемной шариковой линзы, а также необходимость дополнительного элемента – поджимающего механизма в виде пружины для фиксации ферулы в корпусе коннектора. В ходе эксплуатации коннектора с поджимной пружиной возникает технологический износ этого элемента, что приводит к так называемому раскручиванию, а это, в свою очередь, снижает эффективность ввода оптического излучения, а значит, приводит к увеличению оптических потерь на соединении. Наличие объемной шариковой линзы повышает сложность и стоимость изготовления, поскольку требует использования высокоточного оборудования. Кроме того, применение такого типа линз увеличивает массогабаритные параметры устройства и требует изготовления элементов нестандартного форм-фактора.The device's disadvantages include the presence of a volumetric ball lens and the need for an additional element—a spring-type compression mechanism—to secure the ferrule in the connector housing. During operation, a connector with a compression spring wears this element, leading to so-called unwinding. This, in turn, reduces the efficiency of optical radiation coupling and, consequently, increases optical loss at the connection. The presence of a volumetric ball lens increases the complexity and cost of manufacturing, as it requires the use of high-precision equipment. Furthermore, the use of this type of lens increases the device's size and weight and necessitates the manufacture of components with a non-standard form factor.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому решению является устройство волоконно-оптического соединителя с расширением пучка [Патент US 10718909 B2, G02B6/3845, 21.07.2020]. Устройство содержит разрезную центрирующую втулку, в которой соосно размещены две коллимирующие структуры, состоящие из отрезка одномодового оптического волокна, закрепленного с помощью адгезива в оснастке в виде ферулы, к которой плотно подведена и соосно выставлена объемная градиентная линза. В свою очередь градиентная линза и ферула для крепления оптического волокна дополнительно размещены в оснастке. Коннектор типа пин вставляется в коннектор сокетного типа, коннекторы поджимаются относительно друг друга с помощью пружины. Работа устройства поясняется следующим образом. Оптический пучок малого диаметра, распространяющийся в оптическом волокне, поступает в коллимирующий элемент, представленный градиентной линзой. Далее излучение проходит через вторую симметричную градиентную линзу, после чего фокусируется в принимающее одномодовое оптическое волокно. При этом, благодаря отсутствию рассеивания, минимизируются потери оптической мощности и обеспечивается передача излучения к принимающей линзе. В результате оптическое излучение эффективно передается в принимающее оптическое волокно. The closest technical solution (prototype) to the claimed solution is a fiber-optic connector with beam expansion [Patent US 10718909 B2, G02B6/3845, July 21, 2020]. The device comprises a split centering sleeve, in which two collimating structures are coaxially positioned. The collimating structures consist of a section of single-mode optical fiber secured with adhesive in a ferrule-shaped fixture, to which a volumetric gradient lens is tightly attached and aligned coaxially. The gradient lens and ferrule for attaching the optical fiber are additionally housed in the fixture. A pin-type connector is inserted into a socket-type connector, and the connectors are pressed relative to each other using a spring. The operation of the device is explained as follows. A small-diameter optical beam propagating in an optical fiber enters a collimating element, represented by a gradient-index lens. The beam then passes through a second symmetric gradient-index lens, after which it is focused into the receiving single-mode optical fiber. Due to the absence of scattering, optical power loss is minimized and transmission of the beam to the receiving lens is ensured. As a result, the optical beam is efficiently transmitted into the receiving optical fiber.
Недостатками данного устройства является необходимость применения дополнительной ферулы для обеспечения соосности между одномодовым волокном и градиентной линзой, что усложняет процесс изготовления, а также повышает массогабаритные параметры устройства. Наличие объемной градиентной линзы приводит к усложнению конструкции и возникновению дополнительных оптических потерь на границе стыковки градиентной линзы и оптического волокна. Также, необходимость применения пружин в конструкции устройства негативно сказывается на сроке службы таких коннекторов, поскольку в результате технологического износа таких пружин происходит раскручивание коннекторов и увеличение оптических потерь. The disadvantages of this device include the need for an additional ferrule to ensure alignment between the single-mode fiber and the gradient lens, which complicates the manufacturing process and increases the device's weight and size. The presence of a bulk gradient lens complicates the design and introduces additional optical loss at the interface between the gradient lens and the optical fiber. Furthermore, the need to use springs in the device's design negatively impacts the service life of these connectors, as wear and tear on these springs causes the connectors to unwind, increasing optical loss.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности передачи оптического излучения между передающим и принимающим оптическими волокнами за счет увеличения верхней границы уровня передаваемой оптической мощности оптического сигнала между оптическими волокнами с одновременным уменьшением плотности мощности излучения в области оптического контакта передающего и принимающего волокон, повышения стабильности оптического контакта между передающим и принимающим волокнами, а также уменьшения обратных оптических потерь, упрощения конструкции и способа сборки волоконно-оптического соединителя за счет исключения из конструкции дополнительных элементов нестандартного исполнения и пружинных механизмов, и обеспечение возможности функционирования как с физическим контактом, так и с расстоянием между передающим и принимающим оптическими волокнамиThe proposed invention solves the problem of increasing the efficiency of transmitting optical radiation between transmitting and receiving optical fibers by increasing the upper limit of the level of transmitted optical power of the optical signal between the optical fibers while simultaneously reducing the radiation power density in the area of the optical contact of the transmitting and receiving fibers, increasing the stability of the optical contact between the transmitting and receiving fibers, as well as reducing return optical losses, simplifying the design and assembly method of a fiber-optic connector by eliminating additional non-standard elements and spring mechanisms from the design, and ensuring the ability to function both with physical contact and with the distance between the transmitting and receiving optical fibers
Поставленная задача осуществляется за счет технического результата, обеспечивающего эффективную коллимацию оптического излучения и увеличение диаметра пучка излучения на выходе из передающего оптического волокна за счет применения коллимирующего элемента на основе многомодового градиентного оптического волокна с увеличенным диаметром сердцевины, полировки под углом от 0° до 2°.The stated task is accomplished through a technical result that ensures effective collimation of optical radiation and an increase in the diameter of the radiation beam at the output of the transmitting optical fiber by using a collimating element based on a multimode graded-index optical fiber with an increased core diameter, polished at an angle from 0° to 2°.
Применение полностью волоконного исполнения коллимирующего элемента позволяет сократить количество операций и компонентов, необходимых для соосного выставления оптического волокна с линзой, что значительно уменьшает массогабаритные параметры устройства и его стоимость. The use of an all-fiber collimating element reduces the number of operations and components required for coaxial alignment of the optical fiber with the lens, which significantly reduces the weight, size, and cost of the device.
Поставленная задача решается следующим способом.The problem is solved in the following way.
Волоконно-оптический соединитель с расширенным пучком содержит, соосно размещенные в оснастке две коллимирующие структуры, каждая из которых включает соосно соединенные оптическое волокно и микролинзу, причем, коллимирующие структуры с внешним диаметром, не превышающем 125 мкм, размещены в оснастке с возможностью разнесения их по оптической оси относительно друг друга на расстояние, ограниченное длиной оснастки, в которой они размещены, микролинзы представляют собой участок многомодового градиентного оптического волокна с увеличенным диаметром сердцевины не более 105 мкм и диаметром кварцевой оболочки, соответствующим диаметру кварцевой оболочки соединенного с ним оптического волокна, а выходной торец многомодового градиентного оптического волокна сполирован под углом от 0 до 2° относительно оси оптического волокна, указанные волокна соединены друг с другом методом электродуговой сварки, размещены вдоль единой оснастки и закреплены в ней, при этом, длина участка многомодового градиентного оптического волокна рассчитывается по формуле:A fiber optic connector with an expanded beam comprises two collimating structures coaxially arranged in a fixture, each of which includes an optical fiber and a microlens coaxially connected, wherein the collimating structures with an outer diameter not exceeding 125 μm are arranged in the fixture with the possibility of separating them along the optical axis relative to each other by a distance limited by the length of the fixture in which they are arranged, the microlenses are a section of a multimode graded-index optical fiber with an increased core diameter of not more than 105 μm and a quartz cladding diameter corresponding to the quartz cladding diameter of the optical fiber connected to it, and the output end of the multimode graded-index optical fiber is polished at an angle from 0 to 2° relative to the axis of the optical fiber, said fibers are connected to each other by electric arc welding, arranged along a single fixture and secured in it, wherein the length of the section of the multimode graded-index optical fiber is calculated using the formula:
(1) (1)
где – шаг градиентной линзы, – показатель преломления на границе сердцевина-оболочка многомодового градиентного оптического волокна, – максимальный показатель преломления сердцевины многомодового градиентного оптического волокна, – радиус сердцевины многомодового градиентного оптического волокна.Where – gradient lens pitch, – the refractive index at the core-cladding interface of a multimode graded-index optical fiber, – the maximum refractive index of the core of a multimode graded-index optical fiber, – core radius of multimode graded-index optical fiber.
Сущность заявляемого волоконно-оптического соединителя с расширенным пучком поясняется следующим. The essence of the claimed fiber-optic connector with an expanded beam is explained as follows.
Устройство содержит соосно размещенные и разнесенные по оптической оси две коллимирующие структуры, каждая из которых включает соосно соединенные оптическое волокно и микролинзу.The device contains two collimating structures coaxially placed and spaced apart along the optical axis, each of which includes an optical fiber and a microlens coaxially connected.
Коллимирующая структура включает в себя участок оптического волокна, соосно соединенный посредством электродуговой сварки с микролинзой, выполненной в виде участка многомодового градиентного оптического волокна, соединенные волокна размещены в заполненной адгезивом оснастке. Длина размещаемого участка многомодового градиентного оптического волокна, обеспечивает его оптимальную длину для эффективной коллимации оптического излучения, распространяющегося в оптическом волокне, и рассчитывается по формуле:The collimating structure comprises a section of optical fiber coaxially joined by arc welding to a microlens made from a section of multimode graded-index optical fiber. The joined fibers are housed in an adhesive-filled fixture. The length of the placed section of multimode graded-index optical fiber ensures its optimal length. for efficient collimation of optical radiation propagating in an optical fiber, and is calculated using the formula:
(1) (1)
где – шаг градиентной линзы, – показатель преломления на границе сердцевина-оболочка многомодового градиентного оптического волокна, – максимальный показатель преломления сердцевины многомодового градиентного оптического волокна, – радиус сердцевины многомодового градиентного оптического волокна. Where – gradient lens pitch, – the refractive index at the core-cladding interface of a multimode graded-index optical fiber, – the maximum refractive index of the core of a multimode graded-index optical fiber, – core radius of multimode graded-index optical fiber.
Как известно, превышение допустимого уровня передаваемой мощности сигнала через волоконно-оптический соединитель может привести к деградации и разрушению оптических волокон. В связи с этим, существующие стандартные решения обладают ограничениями по максимально возможному уровню передаваемой мощности излучения, который напрямую связан с диаметром пучка и плотностью мощности на торцах передающего и принимающего оптических волокон. Увеличение диаметра пучка позволяет снизить плотность мощности и увеличить допустимый уровень мощности передаваемого оптического сигнала. В предлагаемом изобретении микролинза на основе градиентного оптического волокна с увеличенным диаметром сердцевины дает возможность увеличить диаметр коллимированного пучка на выходе передающего оптического волокна. Это в свою очередь приводит к уменьшению плотности мощности приходящуюся на соединение двух отрезков оптической линии, а значит, повышает порог максимальной передаваемой мощности. Таким образом, решается задача увеличения уровня максимальной передаваемой мощности оптического сигнала с одновременным уменьшением плотности мощности излучения в области оптического контакта, передающего и принимающего волокон.As is known, exceeding the permissible level of transmitted signal power through a fiber-optic connector can lead to degradation and destruction of the optical fibers. Therefore, existing standard solutions have limitations on the maximum possible level of transmitted radiation power, which is directly related to the beam diameter and the power density at the ends of the transmitting and receiving optical fibers. Increasing the beam diameter allows for a reduction in power density and an increase in the permissible power level of the transmitted optical signal. In the proposed invention, a microlens based on a graded-index optical fiber with an increased core diameter makes it possible to increase the diameter of the collimated beam at the output of the transmitting optical fiber. This, in turn, leads to a decrease in the power density at the junction of two sections of the optical line, thereby raising the maximum transmitted power threshold. This solution solves the problem of increasing the maximum transmitted optical signal power while simultaneously reducing the radiation power density at the optical contact area of the transmitting and receiving fibers.
Коллимирующие структуры соосно размещены и закреплены в оснастке. Отсутствие в заявляемом устройстве пружинных механизмов для поджима оптического волокна и коллимирующей линзы существенно упрощает технологию сборки, а также увеличивает срок службы таких коннекторов, сохраняя при этом высокую эффективность ввода оптического излучения. Данное решение особенно актуально в условиях повышенных вибрационных нагрузок, которые могут вызывать нежелательное ослабление пружинных механизмов и, как следствие ухудшение качества оптического сигнала. В заявленном устройстве высокая эффективность оптической связи в условиях вибраций обеспечивается благодаря применению технологии расширения и коллимации пучка на выходе из волокна на основе микролинзы волоконного исполнения без необходимости применения пружинных поджимных механизмов. Это позволяет сохранять стабильность оптического контакта и передачи сигнала даже при наличии расстояния между торцами передающего и принимающего оптических волокон, ограниченного длиной оснастки, в которой размещены коллимирующие структуры. Максимальное допустимое расстояние между торцами передающего и принимающего волокон определяется длиной оснастки, в которой они размещены. Применение технологии расширения и коллимации пучка позволит использовать такое устройство в полевых условиях, при которых происходит загрязнение выходных торцов передающего и принимающего оптических волокон. The collimating structures are coaxially positioned and secured in the fixture. The absence of spring mechanisms for clamping the optical fiber and collimating lenses in the proposed device significantly simplifies the assembly process and increases the service life of these connectors while maintaining high optical coupling efficiency. This solution is particularly relevant in conditions of increased vibration loads, which can cause unwanted weakening of the spring mechanisms and, consequently, deterioration of the optical signal. In the proposed device, high optical communication efficiency under vibration is ensured by the use of beam expansion and collimation technology at the fiber output using a fiber microlens, eliminating the need for spring clamping mechanisms. This ensures stable optical contact and signal transmission even when the distance between the end faces of the transmitting and receiving optical fibers is limited by the length of the fixture in which the collimating structures are housed. The maximum allowable distance between the end faces of the transmitting and receiving fibers is determined by the length of the fixture in which they are housed. The use of beam expansion and collimation technology will allow the use of such a device in field conditions where contamination of the output ends of the transmitting and receiving optical fibers occurs.
Кроме того, увеличение диаметра пучка излучения позволит снизить влияние оптических потерь, возникающих при загрязнении или появлении царапин в области торцов коллимирующих структур. Для уменьшения обратных оптических потерь выполняется полировка торцов коллимирующих структур под углом от 0° до 2°. Это позволит уменьшить обратные оптические потери на границе «стекло-воздух», а также снизить потери, связанные с френелевским отражением. Таким образом решаются задачи эффективной передачи оптического излучения между оптическими волокнами посредством соединителя с возможностью функционирования как с физическим контактом, так и с расстоянием между ними; устранения негативного влияния на увеличение оптических потерь наличия загрязнений, вибраций, пыли и царапин в области торцов оптических волокон.Furthermore, increasing the beam diameter will reduce the impact of optical losses caused by contamination or scratches at the end faces of the collimating structures. To reduce return optical loss, the end faces of the collimating structures are polished at an angle of 0° to 2°. This will reduce return optical loss at the glass-to-air interface, as well as Fresnel reflection losses. This solves the problem of efficient transmission of optical radiation between optical fibers via a connector capable of operating with both physical contact and distance between them; it also eliminates the negative impact of contamination, vibration, dust, and scratches at the end faces of the optical fibers, which can increase optical loss.
Благодаря применению способа электродуговой сварки, участка многомодового градиентного оптического волокна и оснастки в виде стандартных волоконных компонентов решается задача упрощения конструкции и способа сборки устройства волоконно-оптического соединителя с расширенным пучком. Осуществление способа соосного соединения участка оптического волокна и участка многомодового градиентного оптического волокна методом электродуговой сварки с применением аппарата для сварки оптических волокон обеспечивает высокоточное автоматическое соосное выставление участка оптического волокна и участка многомодового градиентного оптического волокна за счет наличия в аппарате встроенных прецизионных манипуляторов и камеры. Это в свою очередь позволяет исключить вносимые погрешности при использовании других представленных механических методов соосного соединения оптического волокна и градиентной линзы, поскольку процесс прецизионного соединения происходит в автоматическом режиме. При этом для обеспечения возможности использования в конструкции устройства элементов стандартного исполнения, в коллимирующей структуре применяется многомодовое градиентное оптическое волокно с диаметром оболочки, не превышающем 125 мкм и диаметром сердцевины не более 105 мкм. В связи с этим предлагаемое решение остается полностью волоконным исполнением со стандартными габаритными параметрами, что позволяет применить его в составе существующих волоконно-оптических соединителей стандартного исполнения.The use of electric arc welding, a section of multimode graded-index optical fiber, and standard fiber component hardware allows for simplifying the design and assembly method of a fiber-optic connector with an expanded beam. The coaxial connection of an optical fiber section and a section of multimode graded-index optical fiber using electric arc welding and a fiber optic welding apparatus ensures highly accurate automatic coaxial alignment of the optical fiber section and the section of multimode graded-index optical fiber, thanks to the apparatus's built-in precision manipulators and camera. This, in turn, eliminates the errors introduced by other presented mechanical methods for coaxially connecting optical fiber and a graded-index lens, since the precision connection process occurs automatically. To ensure the use of standard components in the device's design, the collimating structure utilizes multimode graded-index optical fiber with a cladding diameter not exceeding 125 μm and a core diameter not exceeding 105 μm. In this regard, the proposed solution remains a fully fiber design with standard dimensional parameters, which allows it to be used as part of existing standard fiber-optic connectors.
В заявляемом устройстве обеспечено высокоточное позиционирование участка многомодового градиентного оптического волокна, относительно участка оптического волокна, что исключает требование по использованию дополнительных компонентов для осуществления коллимации оптического излучения в оптическом волокне, а также упрощает технологический процесс сборки устройства и позволяет изготовить участок многомодового градиентного оптического волокна необходимой длины. Все это в совокупности дает возможность осуществить коллимацию оптического излучения с высокой воспроизводимостью параметров пучка излучения. The claimed device ensures highly accurate positioning of a section of multimode graded-index optical fiber relative to another section of optical fiber. This eliminates the need for additional components to collimate optical radiation within the optical fiber, simplifies the assembly process, and allows for the fabrication of a section of multimode graded-index optical fiber of the required length. All of this combined enables optical radiation collimation with high reproducibility of beam parameters.
Использование в заявляемом устройстве волоконно-оптического соединителя с расширенным пучком, в качестве градиентной линзы участка многомодового градиентного оптического волокна способствует его высокоточному позиционированию относительно участка оптического волокна за счет соответствия их диаметров кварцевой оболочки. Кроме того, существенным преимуществом применения многомодового градиентного оптического волокна вместо шариковых линз и объемных градиентных линз является меньший размер (125 мкм и 1 мм и более соответственно), возможность выполнения любого вида полировки (UPC, APC) с помощью полировальных машин, возможность использования стандартных волоконных компонентов. Также, многомодовое градиентное оптическое волокно может быть вытянуто с диаметром кварцевой оболочки, равным диаметру кварцевой оболочки стандартных оптических волокон 125 мкм, что значительно упрощает конструкцию и обеспечивает надежное соединение различных компонентов путем электродуговой сварки и избавляет от необходимости обеспечения точной соосности между элементами с разными диаметрами, как в случае с шариковыми или объемными градиентными линзами, существенно снижает габаритные размеры устройства, позволяет использовать стандартные волоконно-оптические компоненты при сборке устройства, а также обеспечивает возможность изготавливать устройство с различными видами оснасток, что расширяет сферу их применения. The use of a fiber-optic connector with an expanded beam, as a graded-index lens for a section of multimode graded-index optical fiber in the claimed device, facilitates highly accurate positioning relative to the fiber section due to the matching diameters of their quartz cladding. Furthermore, a significant advantage of using multimode graded-index optical fiber instead of ball lenses and bulk graded-index lenses is its smaller size (125 µm and 1 mm or more, respectively), the ability to perform any type of polishing (UPC, APC) using polishing machines, and the ability to use standard fiber components. In addition, multimode graded-index optical fiber can be drawn with a quartz cladding diameter equal to the quartz cladding diameter of standard 125 µm optical fibers, which significantly simplifies the design and ensures reliable connection of various components by electric arc welding and eliminates the need to ensure precise alignment between elements with different diameters, as is the case with ball or volumetric graded-index lenses. This significantly reduces the overall dimensions of the device, allows the use of standard fiber-optic components in the assembly of the device, and also provides the ability to manufacture the device with various types of tooling, which expands the scope of its application.
Для достижения дополнительного эффекта по уменьшению обратных оптических потерь область между двумя коллимирующими структурами может быть заполнена заполняется иммерсионным гелем, а на их торцы наносится просветляющее покрытие.To achieve an additional effect of reducing reverse optical loss, the area between the two collimating structures can be filled with immersion gel, and an antireflective coating can be applied to their ends.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами (фиг.1, фиг.2, фиг.3).The essence of the claimed invention is explained by the drawings (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3).
Фиг. 1 – устройство волоконно-оптического соединителя при наличии расстояния между торцами передающего и принимающего оптических волокон.Fig. 1 – the device of a fiber-optic connector with a distance between the ends of the transmitting and receiving optical fibers.
Фиг. 2 – устройство волоконно-оптического соединителя при физическом контакте торцов передающего и принимающего оптических волокон.Fig. 2 – device of a fiber-optic connector with physical contact between the ends of the transmitting and receiving optical fibers.
Фиг.3 – принцип работы устройства волоконно-оптического соединителя.Fig. 3 – operating principle of the fiber-optic connector device.
Принятые обозначения на фиг.1, фиг.2 и фиг.3:The accepted designations in Fig.1, Fig.2 and Fig.3:
1 – участок многомодового градиентного оптического волокна 1 – section of multimode graded-index optical fiber
2 – участок оптического волокна, в котором распространяется оптическое излучение2 – a section of optical fiber in which optical radiation propagates
3 – плоскость сварного соединения3 – plane of welded joint
4 – оснастка для крепления коллимирующей структуры4 – equipment for fastening the collimating structure
5 – адгезив5 – adhesive
6 – оснастка для крепления коллимирующих структур волоконно-оптического соединителя6 – equipment for fastening collimating structures of a fiber-optic connector
На Фиг. 1 приведено схематическое изображение реализации конструкции устройства волоконно-оптического соединителя с расширенным пучком. Устройство содержит две коллимирующие структуры, каждая из которых включает в себя участок многомодового градиентного оптического волокна 1, соосно соединенного с участком оптического волокна 2, в котором распространяется оптическое излучение, волокна соединены друг с другом электродуговой сваркой в плоскости сварного соединения 3 и жестко закреплены в оснастке для крепления 4 с применением адгезива 5; коллимирующие структуры соосно расположены в оснастке 6.Fig. 1 shows a schematic representation of the design of a fiber-optic connector with an expanded beam. The device contains two collimating structures, each of which includes a section of multimode graded-index optical fiber.1, coaxially connected to a section of optical fiber2, in which optical radiation propagates, the fibers are connected to each other by electric arc welding in the plane of the welded joint3and rigidly fixed in the mounting fixture4using adhesive5; collimating the structures are coaxially located in the equipment6.
Принцип работы устройства волоконно-оптического соединителя с расширенным пучком поясняется следующим образом (Фиг. 3). Оптическое излучение, проходя через первую коллимирующую структуру, состоящую из участка многомодового градиентного оптического волокна 1, соосно соединенного с участком оптического волокна 2 электродуговой сваркой в плоскости сварного соединения 3, в котором распространяется оптическое излучение, и закрепленными в оснастке 4 с помощью адгезива 5, после чего на выходном торце первой коллимирующей структуры формируется коллимированный пучок излучения, попадающий на входной торец, соосно выставленной с применением оснастки 6, второй коллимирующей структуры, где оно фокусируется в область сердцевины принимающего оптического волокна.The operating principle of the fiber optic connector device with expanded beam is explained as follows (Fig. 3).Optical radiation passing through the first collimating structure consisting of a section of multimode graded-index optical fiber1, coaxially connected to a section of optical fiber2electric arc welding in the plane of the welded joint3,in which optical radiation propagates, and fixed in the 4-piece fixture using adhesive5, after which a collimated beam of radiation is formed at the output end of the first collimating structure, which hits the input end, coaxially aligned using equipment6,the second collimating structure, where it is focused into the core region of the receiving optical fiber.
В качестве конкретного примера сборки устройства волоконно-оптического соединителя с расширенным пучком предлагается следующее. Для соединения стандартного одномодового оптического волокна (стандарта G.657.A2) и многомодового градиентного оптического волокна (диаметр сердцевины – 100 мкм, диаметр оболочки – 125 мкм) применяется стандартная операция сварки на стандартном сварочном аппарате ILSINTECH SWIFT KF4. As a specific example of assembling a fiber-optic connector with an expanded bundle, the following is proposed. A standard splicing operation is used to connect standard single-mode optical fiber (G.657.A2 standard) and multimode graded-index optical fiber (core diameter: 100 µm, cladding diameter: 125 µm) using a standard ILSINTECH SWIFT KF4 splicer.
Внутренняя полость оснастки для крепления коллимирующей структуры, в роли которой выступает керамическая ферула (в виде оснастки также может выступать V-groove, кварцевая трубка и т.д.), внутренний диаметр которой составляет 125±0,5 мкм, внешний диаметр 2,499±0,001 мм, длина 12,7±0,05 мм, заполнена адгезивом, в роли которого выступает оптический клей EPO-TEC 353 ND. Длина участка многомодового градиентного оптического волокна – 885 мкм.The internal cavity of the equipment for fastening the collimating structure, which is made of ceramic ferula (V-groove, quartz tube, etc. can also be used as equipment), the inner diameter of which is 125±0.5 µm, the outer diameter is 2.499±0.001 mm, the length is 12.7±0.05 mm, filled with adhesive, which is EPO-TEC 353 ND optical glue. The length of the multimode gradient optical fiber section is 885 µm.
Полировка торца многомодового градиентного оптического волокна осуществлена с применением полировочных пленок с зернистостью 5 мкм, 1 мкм и 0,3 мкм. The end of a multimode graded-index optical fiber was polished using polishing films with a grain size of 5 μm, 1 μm, and 0.3 μm.
Коллимирующие структуры размещены в оснастке в виде керамической разрезной втулки с внутренним диаметром, достаточным для их надежного размещения (внешний диаметр 3,2±0,02 мм, внутренний диаметр 2,496±0,001 мм, длина 11,4±0,1 мм).The collimating structures are placed in a fixture in the form of a ceramic split sleeve with an internal diameter sufficient for their reliable placement (external diameter 3.2±0.02 mm, internal diameter 2.496±0.001 mm, length 11.4±0.1 mm).
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эффективности передачи оптического излучения между передающим и принимающим оптическими волокнами, увеличение верхней границы уровня передаваемой оптической мощности оптического сигнала между оптическими волокнами с одновременным уменьшением плотности мощности излучения в области оптического контакта передающего и принимающего волокон, повышение стабильности оптического контакта между передающим и принимающим волокнами, а также уменьшение обратных оптических потерь. Помимо этого, предлагаемое изобретение позволит упростить конструкцию и способ сборки волоконно-оптического соединителя, при этом обеспечив возможность функционирования как с физическим контактом, так и с расстоянием между передающим и принимающим оптическими волокнами.Thus, the proposed invention improves the efficiency of optical transmission between transmitting and receiving optical fibers, increases the upper limit of the transmitted optical power of the optical signal between the optical fibers while simultaneously reducing the radiation power density in the optical contact region of the transmitting and receiving fibers, increases the stability of the optical contact between the transmitting and receiving fibers, and reduces optical return loss. Furthermore, the proposed invention simplifies the design and assembly method of a fiber-optic connector, while enabling operation with both physical contact and distance between the transmitting and receiving optical fibers.
В дополнение к этому, предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию и способ сборки волоконно-оптического соединителя, исключить из конструкции дополнительные элементы нестандартного исполнения и пружинные механизмы. Предлагаемое изобретение позволит сократить количество операций и компонентов, необходимых для соосного выставления оптического волокна с линзой, что значительно уменьшит массогабаритные параметры устройства и его стоимость. Additionally, the proposed invention simplifies the design and assembly method of the fiber optic connector, eliminating the need for additional, non-standard components and spring mechanisms. The proposed invention will reduce the number of operations and components required for coaxial alignment of the optical fiber with the lens, significantly reducing the device's weight, size, and cost.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2849002C1 true RU2849002C1 (en) | 2025-10-22 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016193051A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Koninklijke Philips N.V. | Medical optical connector system |
| US10718909B2 (en) * | 2008-07-29 | 2020-07-21 | Glenair, Inc. | Expanded beam fiber optic connection system |
| RU222410U1 (en) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | OPTICAL CONNECTOR |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10718909B2 (en) * | 2008-07-29 | 2020-07-21 | Glenair, Inc. | Expanded beam fiber optic connection system |
| WO2016193051A1 (en) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | Koninklijke Philips N.V. | Medical optical connector system |
| RU222410U1 (en) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" | OPTICAL CONNECTOR |
| RU2830050C1 (en) * | 2024-04-05 | 2024-11-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО " (Университет ИТМО) | Method and device for collimating or focusing optical radiation propagating in optical fibre |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7474822B2 (en) | Optical fiber collimator | |
| JP7390432B2 (en) | Fiber optic connector ferrule assembly with single reflective surface for beam expansion and expanded beam connector incorporating same | |
| US4065203A (en) | Couplers for electro-optical elements | |
| US20070211999A1 (en) | Optical Connector | |
| JP7658374B2 (en) | Optical fiber connection structure | |
| JP2004537065A (en) | Expanded beam connector system | |
| CN112305678B (en) | Optical connector | |
| TWI329209B (en) | Optical collimator structure | |
| JPH05113519A (en) | Optical connector | |
| RU2849002C1 (en) | Fibre optic connector with expanded beam | |
| CN113050223A (en) | Polymer waveguide connector, manufacturing method thereof and connector set | |
| US20190033534A1 (en) | Optical fiber connector, optical apparatus, optical transceiver, and method of manufacturing optical fiber connector | |
| CN104272152A (en) | Multimode Multicore Fiber Connections with Expanded Beam | |
| RU2830050C1 (en) | Method and device for collimating or focusing optical radiation propagating in optical fibre | |
| US6775436B1 (en) | Optical fiber U-turn apparatus and method | |
| JP2020129063A (en) | Optical fiber, multi-core optical fiber, and optical connector | |
| RU222410U1 (en) | OPTICAL CONNECTOR | |
| US20250110292A1 (en) | Optical module | |
| WO2024257727A1 (en) | Optical connection structure | |
| CN217606137U (en) | Optical module | |
| US20250004204A1 (en) | System for coupling a multi-core optical fiber with at least one single-core optical fiber, and corresponding coupling method | |
| JP2024125040A (en) | Mode Connector | |
| WO2025209608A2 (en) | Conversion core member, double-lens mode field conversion device and manufacturing method therefor | |
| JP2003315610A (en) | Lens component for optical collimator, and method of assembling the same | |
| WO2004005992A1 (en) | Improved mode conditioning launch lead |