專利名稱：光學接頭和光學收發器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在包含光纖的光信號傳輸系統中的光學接頭，本發明尤其涉及一種光學接頭，其能夠防止在光學接頭處于斷開狀態時通過光纖傳播而發射到自由空間中的激光對人眼造成傷害。
本發明也涉及一種光學收發器，該收發器包括在包含光纖的光信號傳輸系統中發射和接收光信號的功能。本發明尤其涉及一種光學收發器，在光纖電纜從光學收發器上斷開時其能夠防止不小心從光學收發器中發射到自由空間中的光損傷人眼。
背景技術：
其中光纖的端面不垂直于光軸的光學接頭在現有技術中是公知的。圖13示出這種類型的光學接頭。如圖中所示，具有芯部23a的光纖22a在接合平面處連接到具有芯部23b的光纖22b上。光信號24通過芯部23a發射。如箭頭26所示，大部分光從芯部23a傳播通過光纖22b的芯部23b，同時一些光如箭頭25所示在接合平面21處反射。通過在防止光線通過光纖導引的方向上在接合平面21處反射光線25，這種結構被設計成減小沿著光纖在相反方向上被反射回去的光量。于是，在光軸和接合平面21的法線之間形成的角θ設定在0到10度之間。
美國專利6048102提出了一種具有光纖端面的光學接頭，該端面形成大約42度的較大角度以用于防止傷害人眼的目的。
發明內容
鑒于上面所描述的，本發明的目的是提供一種防止由在光學接頭斷開時傳播到自由空間內的光信號導致的不小心傷害，尤其是傷害人眼的光學接頭。
本發明的另一目的是提供一種具有防止對人的健康造成傷害的結構的光學接頭，由于光纖的端面被切割成傾斜的并會具有足夠鋒利而能刺穿手掌的尖端，因此該傷害會由光學接頭內的光纖造成。
本發明的另一目的是不僅將這種安全結構應用于光學接頭，而且也將這種結構應用于光學收發器。
這些目的和其他目的將由本發明的光學接頭予以實現，其中，在光學接頭處于斷開狀態時，光纖的端面形成為滿足通過其傳播的光線全反射條件的角度。當光學接頭未處于斷開狀態時，兩個光纖的端面通過光學匹配油(optical matching oil)予以連接。光學接頭也設置有光阻斷板，用于阻擋從光纖端面發射的光線。
當本發明的光學接頭處于斷開狀態時，通過將光纖的端面形成為能夠實現全反射，有可能防止光發射到自由空間中。然而，當光學接頭未處于斷開狀態時，由于全反射效應的喪失而使兩根光纖光學連接。
本發明不僅可用于光學接頭，也可用于光學收發器，并具有相同的效果。
附圖中圖1是示出根據第一實施例的光學接頭的結構的透視圖；圖2A和2B說明了根據第一實施例的光學接頭的工作原理；圖3A和3B是示出根據第一實施例的光學接頭的外罩的解釋性視圖；圖4是示出根據第一實施例的光學接頭的光線阻擋功能的解釋性視圖；圖5是示出根據第二實施例的光學接頭的結構的透視圖；圖6A和6B說明了根據第二實施例的光學接頭的工作原理；圖7是示出根據第三實施例的光學收發器的透視圖；圖8說明了根據第三實施例的光學收發器的工作原理；圖9是示出根據第四實施例的光學收發器的結構的解釋性視圖；圖10說明了根據第四實施例的光學收發器的工作原理；圖11A和11B沿著切割平面說明了根據第四實施例的光學收發器；
圖12A和12B沿著切割平面說明了根據第五實施例的光學收發器的結構；以及圖13示出傳統光學接頭的結構。
具體實施例方式
將參照附圖描述根據本發明優選實施例的光學接頭。圖1示出了根據本發明第一實施例的光學接頭10。
光學接頭10附著到光纖電纜2上，并具有在光纖電纜上的端面1。端面1為傾斜的，而不是垂直于光纖電纜的光軸。光學接頭10還包括外罩30，外罩30以一傾斜度切割以局部覆蓋電纜2的端部。形成為外罩30一部分的光阻斷部分31延伸超過端面1的端部。光阻斷部分31為板形，并垂直于穿過橢圓主軸和光纖軸的平面設置。光阻斷部分31也可以成形為圓柱形或彎曲板，提供超出端面1尖端的相同的延伸。
電纜2插入到光學接頭10的套箍(未示出)中并由后者固定。套箍的端面以與光纖類似的傾斜度拋光。為了方便起見，電纜2的電纜部分在圖1中以粗的黑線繪出。然而，這個電纜部分與光學接頭10中的套箍所覆蓋的電纜2具有相同的直徑。
圖2A和2B說明了圖1中的光學接頭的工作原理。在此，光纖2a連接到光纖2b上(圖2B)以及從光纖2b上斷開(圖2A)。光纖2a包括端面1a和芯部3a，同時，光纖2b包括端面1b和芯部3b。端面1a的傾斜表面設定為端面1a的法線80與光纖2a的光軸形成45度的角度θ。通過芯部3a傳播的光信號4在箭頭5所示的方向從端面1a完全反射，而由此不會被導引過光纖2a。光纖2a和光纖2b配裝到套箍(未示出)中并由后者固定。套箍的端面以類似于光纖的傾斜度拋光。
圖2B示出了在正常接合狀態下的光學接頭，其中，光纖2a的端面1a和光纖2b的端面1b在接合表面1處連接到一起。在這種狀態下，光信號穿過結合表面1并繼續傳播過光纖2b的芯部3b。
假設端面1a和1b的表面足夠平坦，通過施加壓力而將端面1a和1b連接，光信號4將可以投射過結合表面1而成為光信號6。然而，如果端面1a和端面1b的表面不充分平坦，光信號將不會一直穿過結合表面1。這個問題可以通過向端面1a和端面1b上施加匹配油予以緩解。
雖然在圖2A和2B中未示出，光學接頭10設置有外罩30，如圖3A所示。外罩30具有傾斜表面33，該表面與光纖的軸形成的角小于端面1a與該軸形成的角。換句話說，光纖軸和傾斜表面33的法線81之間形成的角θ2大于該軸與法線80之間形成的角θ1。結果，端面1a的前端設置在從光阻斷部分31的前端向后的位置處。于是，如后面參照圖4所解釋的，該結構可以輕易地阻斷散射光線。
圖3B示出了一對光學接頭10a和10b的連接。在這個示例中，光學接頭10a和10b并未區分成雄接頭或雌接頭。如果外罩30a和30b沿光軸形成為長于光學接頭10a和10b，那么外罩30a和30b的端部在端面1a和1b接觸之前將彼此接觸。因此，需要計算外罩30a和30b的尺寸，以便在端面1a和1b彼此可靠接觸時外罩30a和30b的傾斜表面33a和33b之間可以形成間隙，或者在該狀態中傾斜表面33a和33b恰好接觸。
圖4示出散射光線7從端面1a的端部8在端面1a的傾斜方向上傳播的試驗結果。在這個示例中，外罩30的光阻斷部分31覆蓋向后設置的端面1a的端部8，從而通過阻擋被反射的光線來增強安全性。
該結構的效果還可以通過防止光線進一步散射到散射光區域之外來予以改善。這可以通過向光阻斷部分31的散射光線7所照射的區域32上施加光吸收涂層來實現，或通過使該區域32的表面粗糙來實現。其他有效的方法是在區域32內形成溝槽32a，如圖4所示。
如上所述，本實施例的光學接頭與普通光學接頭不同在于他們不區分雄接頭或雌接頭。由此，構造光纖系統所需的零件類型數可以減少，有利于生產管理和庫存管理。
在上述實施例中的角θ不限于45度，而可以基于假設通過光纖傳播的光信號在端面1a和1b處全反射時光纖芯部的折射率以及光纖的數值孔徑予以設定。此外，端面1a和1b不必是平面形狀的，而可以為彎曲表面，倘若滿足全反射條件即可。
圖5示出根據本發明第二實施例的光學接頭。在第二實施例中，光學接頭包括用于完全覆蓋電纜2的外罩40、具有如第一實施例中所述的傾斜端面的電纜2。如果具有傾斜端面的光線暴露出來，則存在光纖的端部切破操作者的手等的風險。然而，由于本實施例的外罩40完全覆蓋光纖的端面，外罩40可以阻擋來自光纖尖端的散射光，并且防止光纖尖端切破操作者的手等。
圖6A和6B示出根據第二實施例的光學接頭的斷開和連接狀態。光學接頭41和42具有不同的外罩尺寸。光學接頭41的外徑被構造成大致與光學接頭42的內徑一致。雖然兩個光學接頭41和42的外部形狀像一個插座(雌型接頭)，光學接頭41像插頭(雄型接頭)那樣插入到光學接頭42中，如圖6B所示。
圖7示出了根據本發明第三實施例的光學收發器。圖7示出了雙極光學接頭45和插座型光學收發器50。光學接頭45包括接頭單元46和47。接頭單元46和47插入到光學收發器50的插座單元51和52中。圖8示出了在由圖7中X和X′之間的線所標示的區域處的光學接頭45和光學收發器50的橫截面圖。如圖8所示，光學收發器50在具有透鏡的封裝中容納電路板56和其上安裝的半導體激光器55。從半導體激光器55發射的光導引到具有套箍的光纖54上。光纖54在半導體激光器55一側上具有大致平面的端面，而在接頭單元47一側具有傾斜的端面。光纖54與接頭單元47中設置的帶有套箍的光纖49相接觸地連接。
由于外罩57覆蓋光纖54，外罩57可以阻斷從光線54的傾斜斷面散射的光線，并也可以防止光纖的端面切傷人手等。
圖9示出本發明第四實施例。在第四實施例中，棱鏡60用于替代圖3所示的第三實施例的光纖54。與帶有套箍的光纖相比，棱鏡60不僅易于制造、成本低，并且易于安裝。棱鏡在接頭單元47一側具有傾斜端面而在半導體激光55一側具有平面端面。由于棱鏡60不像光纖54那樣具有光導功能，因此需要特殊的光學結構。
圖10示出這種光學結構的相關構造。半導體激光器封裝64設置有半導體激光器62和透鏡63。這些元件在光學上構造成來自半導體激光器62的光被聚焦在棱鏡60和光線49中心之間的接合點上。通過這種構造，有可能確保對人眼的安全性，并確保利用沒有波導功能的棱鏡60光學連接半導體激光器和光纖。
圖11A和11B示出本發明第五實施例。在這個實施例中，光學接頭41a和41b具有相同的外部尺寸，并不能直接彼此相連。因此，光學接頭41a和41b必須利用作為適配器的圖11A所示的接頭71或圖11B所示的接頭72連接。接頭71的外部尺寸大致等于光學接頭41a和41b的內部尺寸。另一方面，接頭72的內部尺寸大致等于光學接頭41a和41b的外部尺寸。通過采用這些適配器71或72中的一個，有可能將具有相同尺寸的光學接頭41a和41b連接。
圖12B示出本發明第六實施例。如圖12B所示，在本實施例光學接頭中的光纖的端面1a以大于45的傾斜角θ傾斜。當傾斜角θ為45度時，如圖12A所示，在光纖端面處反射的光線5a偏離光線外邊緣反射并作為光線4a返回。在對比中，通過將端面1a的傾斜角θ設定為大于45度，如圖12B所示，可以防止反射光線如此地產生。雖然角度θ可以設定為大于45度的任意角，優選地是該角度設定為48～60度，而最佳的是50～55度。
雖然本發明參照其特定實施例加以詳細描述，本領域技術人員應理解的是在不背離本發明的精髓的前提下可以在其中作出各種修改和變動，本發明的范圍由所附的權利要求書限定。
除了將本發明應用于光通信外，明顯的是本發明也可以應用于激光束加工、醫學應用等用的激光設備中。
雖然上述實施例描述了平行于光纖軸傳播的光線，光線實際上相對光纖軸稍微傾斜地傳播并在通過光纖傳播的同時反復反射。在本發明中的端面的角度考慮到這種傾斜而加以設定。換句話說，端面應傾斜成通過光纖傳播的光線在其上全反射。
在上述實施例中，光線在一個方向上從光纖2a向光纖2b傳播。然而，本發明可以防止激光以端面1b的傾斜度向外發射，光線也應從光纖2b向光纖2a傳播。
通過將光纖的端面形成為當本發明的光學接頭處于斷開狀態時實現全反射，有可能防止光線發射到自由空間中。此外，當光學接頭未斷開時，由于全反射效應的喪失，兩根光纖光學上連接。于是，本發明可以防止接頭斷開時發射到自由空間中的激光對人眼等的傷害，并也可以阻擋從光纖上形成的傾斜端面的尖端發射的散射光線，由此改善了安全性。相同的結構也可以用于光學收發器中，以獲得相同的效果。
權利要求
1.一種光學接頭，用于光學上連接第一光纖和第二光纖，以便光線從第一光纖傳播到第二光纖，其中，光纖的端面以一傾斜度切割，并且第一光纖端面的傾斜角相對于光軸滿足對于通過第一光纖傳播的光線的全反射條件，光學接頭包括在光線傳播方向上延伸超過光學接頭的端部的光線阻斷裝置。
2.如權利要求1所述的光學接頭，其特征在于，還包括用于覆蓋第一光纖的端面的外罩，該外罩具有比第一光纖的端面更靠近光軸傾斜的切割表面，切割表面的前端比第一光纖端面的前端延伸得更遠，并且，切割表面的后端比第一光纖端面的后端回退得更遠。
3.如權利要求1所述的光學接頭，其特征在于，當光學接頭未處于斷開狀態時，第一和第二光纖的端面經由光學匹配油連接到一起。
4.如權利要求1所述的光學接頭，其特征在于，還包括光線阻斷裝置表面部分上的光吸收裝置，從第一光纖的端面泄漏的光線入射到該表面部分上。
5.如權利要求4所述的光學接頭，其特征在于，光吸收裝置為至少以下方法之一，即，在光阻斷裝置的表面上涂敷光吸收涂層，使該表面粗糙，或在該表面上形成溝槽。
6.如權利要求1所述的光學接頭，其特征在于，以一傾斜度切割的外罩圍繞第一光纖形成，而光線阻斷裝置由外罩的一部分構成。
7.如權利要求1所述的光學接頭，其特征在于，還包括一外罩，其用于覆蓋第二光纖并具有圍繞第一光纖的開口，該開口相對于光纖軸形成預定的立體角。
8.一種光學接頭，用于將第一光纖和第二光纖連接到一起，以便光線從第一光纖傳播到第二光纖，其中，光纖的端面以一傾斜度切割，并且第一光纖端面的傾斜角相對于光軸滿足針對通過第一光纖傳播的光線的全反射條件，并且防止光線在相反方向上返回。
9.一種連接光學接頭，包括連接光纖，用于將第一光學接頭與第二光學接頭連接，以便光線從第一光學接頭傳播到第二光學接頭，其中，第二光學接頭中的光纖端面和連接光學接頭中的連接光纖以一傾斜度切割，并且連接光纖端面相對于光軸的傾斜角滿足針對通過其傳播的光線的全反射條件。
10.一種光學收發器，包括用于發射光信號的激光源；以及用于傳播來自激光源的光線的光纖；其中，光纖的端面相對于光軸具有傾斜角，該傾斜角滿足針對通過光纖傳播的光纖的全反射條件。
11.如權利要求10所述的光學收發器，其特征在于，還包括光線阻斷裝置，該裝置在光線傳播的方向延伸超過光纖端面的端部。
12.如權利要求10所述的光學收發器，其特征在于，還包括圍繞除了沿著光纖軸的部分之外的整個光纖形成的外罩。
13.一種光學收發器，包括用于發射光信號的激光源；以及用于傳播來自于激光源的光線的光導元件，其中，在光線發射一側的光導元件的端面相對于其光軸具有傾斜角，該傾斜角滿足針對通過該光導元件傳播的光線的全反射條件。
14.如權利要求13所述的光學收發器，其特征在于，所述光導元件為棱鏡。
全文摘要
光纖端面(1a)相對于光軸之間的角θ例如為45度。當光學接頭斷開時,通過光纖(2a)的芯部(3a)傳播的光信號(4)由端面(1a)全反射,并散射成不滿足光纖(2a)波導條件的光信號(5)。散射光線被外罩(30)的光阻擋部分(31)阻斷。當光學接頭斷開時,激光束不發射到自由空間中。當光學接頭正常連接時,光纖(2a)的端面(1a)連接到光纖(2b)的端面(1b)上,并且光信號(4)穿過連接表面(1)并通過光纖(2b)的芯部(3b)傳播。
文檔編號G02B6/42GK1390311SQ00815551
公開日2003年1月8日 申請日期2000年11月8日 優先權日1999年11月11日
發明者太田猛史 申請人:光技術統合網株式會社