塑料光纤连接器及倒锥透镜形光纤端的成形

摘要

一种塑料光纤连接器及倒锥透镜形光纤端的成形是在塑料光纤之间及塑料光纤与光器件连接时使用。该连接器要求将塑料光纤端头制做成倒锥透镜形，进而增加连接的可靠性和信号传输的效率。塑料光纤连接器由芯柱、锥形螺帽、缓冲套、连接帽和适配器组成；制做塑料倒锥透镜形光纤端所用的成形工具由电热器、外螺纹套筒、支架、调节螺母、模具等组成。其制做方法简单，使用方便，连接效果好。

说明书

一种简便的光缆入户塑料光纤连接器及倒锥透镜形光纤端的成形，用于单芯塑料光纤端与用户终端连接以及与光源、光探测器等有源器件和耦合器、开关、波分复用器、衰减器等无源器件的连接。

目前，在该技术领域已公开各种各样的连接器，统分为两大类，即石英光纤连接器和塑料光纤连接器。前者用于石英光纤的连接。由于石英光纤的纤芯很细，约9微米，为保证其在连接过程中的对中性、热稳定性和运动稳定性，对连接器的材质和加工精度要求很高，成本相应也很高，使用时操作复杂，一般需专业人员使用专用工具实施。问题的另一方面是纤芯大于0.3毫米的塑料光纤，尽管通带宽度较窄，传输损耗较大，但在目前和未来可预见的一段时间内足以满足大多数通信的要求，尤其是短程通信。若其对接过程中使用上述连接器既不经济也不方便，因此人们开发了另一类塑料光纤连接器。中国专利局公开了CN1221117A“用于塑料光纤的连接器”。该连接器包括一外套，其上有一个将连接器紧固到适配器上的外部碰锁；该连接器还包括一个夹持光缆的结构，它安装到光缆的护套上，以使塑料光纤不用防护环便能连接到一个相应光学器件上。该夹持光缆的结构包括一导管，该导管由金属制成并被压入或锒嵌模压到一个塑料外套的后端，另一种光缆夹持结构包括一个延伸器盖，一个弹簧和一根导管。这种连接器结构复杂，成本高，使用时需要专业人员将光纤端连接部分用环氧树脂胶固化并进行抛光处理，操作复杂，而且通用性差。

本发明的目的是提供一种新型的塑料光纤连接器及倒锥透镜形光纤端的制做方法，弥补了上述发明的不足，其特点是：1．塑料光纤的端部具有倒锥透镜形，既可锁定光纤又可增加受光面积，光学性能好，工作更可靠；2．结构简单，易于生产，因而显著地降低成本；3．塑料光纤端无需用环氧树脂胶固化和抛光处理，只需使用一套简单的加热工具热定型即可，使用更为方便；4．可与标准的FC型或SC型光纤连接器配接或转接，通用性强。

本发明所涉及的塑料光纤连接器的主要构成包括芯柱[11]、锥形螺帽[12]、缓冲套[13]、连接帽[14]和适配器[15]。其中芯柱[11]内有一沿轴线的通孔，可插入塑料光纤，通孔的端部加工成倒锥状；芯柱[11]的外表面的该端为圆柱状，中部有凸肩和外螺纹，另一端有锥形外表面，上面有沟槽并可插入光纤的护套内。具有中空锥形内表面和圆柱内螺纹的锥形螺帽[12]与芯柱[11]上的螺纹旋紧后借助上述沟槽将光纤护套与芯柱[11]]紧固，而护套夹紧于芯柱[11]锥形外表面和锥形螺帽[12]的锥形内表面之间。锥形螺帽[12]外侧套装有连接帽[14]且靠芯柱[11]外侧面上的凸肩限位。连接帽[14]可借助内螺纹旋紧在适配器[15]上。适配器[15]是带有圆柱外螺纹和法兰盘的过渡件，用于将两个装有本连接器的塑料光纤或其它光器件连接起来。为防止光纤因弯折而断裂，在锥形螺帽[12]外侧套装缓冲套[13]。使用该连接器连接塑料光纤时需将塑料光纤端头制做成倒锥透镜形。倒锥透镜形塑料光纤端成形制做工具的主要构成包括电热器[21]、外螺纹套筒[22]、支架[23]、调节螺母[24]、模具[25]和紧固螺钉[26]。其中电热器[21]可用100W左右的普通电烙铁改制，只需将其烙铁头部分加工成平顶直圆柱状。模具[25]由两块长方体扣合在一起组成，扣合面中部有一与塑料光纤直径相应的通孔[27]。支架[23]将调节螺母[24]与模具[25]连成一体。电热器[21]插入外螺纹套筒[22]内，圆周径向可用紧固螺钉[26]锁定，然后旋入调节螺母[24]中。具体操作方法如下：取下适配器[15]，松动锥形螺帽[12]，将塑料光纤穿过缓冲套[13]、锥形螺帽[12]和芯柱[11]的通孔，探出适当长度并夹在上述制做工具中的模具[25]的通孔「27]中，亦探出适当长度。然后旋转电热器[21]，借助外螺纹套筒[22]和调节螺母[24]调节电热器[21]的加热端面和塑料光纤端面间的距离(亦可用紧固螺钉[26]锁定)，接通电源，塑料光纤端部被加热至190～200℃时软化；切断电源，自然冷却至室温；将塑料光纤从模具[25]中取出，可看到其端部自然形成倒锥状和透镜式端面，再将光纤拉回至芯柱「11]通孔端部的锥孔中，于是锥形头起止退作用，透镜式端面起聚光作用，旋紧锥形螺帽[12]，推上缓冲套[13]，再借助连接帽[14]与适配器[15]紧固。

图1塑料光纤连接器的结构示意图

图2塑料光纤倒锥透镜形端头成形工具结构示意图

图3倒锥透镜形塑料光纤端成形工具的模具结构示意图

图4倒锥透镜形塑料光纤端加热示意图

图5倒锥透镜形塑料光纤端示意图

图6带有倒锥透镜形塑料光纤端的塑料光纤连接器结构示意图

图7塑料光纤连接器的碰锁式结构示意图

下面给出本发明的最佳实施例。

本发明所涉及的塑料光纤连接器如图1所示，它包括芯柱[11]、锥形螺帽[12]、缓冲套[13]、连接帽[14]和适配器[15]。芯柱[11]内有一轴向通孔，孔径以可插入塑料光纤为宜，通孔头部扩为锥形，芯柱[11]该端外表面为圆柱状，中部有凸肩和外螺纹，另一端为锥形，上面开有沟槽。锥形螺帽[12]中空，上部具有锥形内表面，下部为圆柱内螺纹，套装在芯柱[11]外，与芯柱[11]上外螺纹旋紧后其内锥面借助芯柱[11]外锥面上的沟槽可将光纤和护套牢牢紧固在芯柱[11]的外锥面上。适配器[15]是带有圆柱外螺纹和法兰盘的过渡件，其外螺纹与连接帽[14]对接，适配器[15]的法兰盘用于固定于仪器壳体上，轴线通孔允许芯柱[11]上的圆柱体插入。使用该连接器连接塑料光纤时需将插入塑料光纤连接器内的塑料光纤端头制成倒锥透镜状，为此所使用的塑料光纤端头成形工具如图2所示，其主要构成包括电热器[21]、外螺纹套筒[22]、支架[23]、调节螺母[24]、模具[25]和紧固螺钉[26]。其中电热器[21]可用100W左右的普通电烙铁改制，只需将其烙铁头部分加工成平顶直圆柱状。如图3所示模具[25]由两块长方体扣合在一起组成，扣合面中部加工出一个与塑料光纤直径相应的通孔[27]。该通孔由一段圆柱面和一段圆锥面组合而成，其中圆柱面直径与塑料光纤直径相同，锥面的半锥角为5°～75°。支架[23]将调节螺母[24]与模具[25]连成一体。电热器[21]插入外螺纹套筒[22]内，圆周径向可用紧固螺钉[26]锁定并旋入调节螺母[24]中，亦可用紧固螺钉[26]锁定。倒锥透镜形塑料光纤端头的成形方法如下：先取下塑料光纤连接器的适配器[15]，松动锥形螺帽[12]，将塑料光纤穿过缓冲套[13]、锥形螺帽[12]和芯柱[11]的通孔，探出适当长度并夹在上述制做工具中的模具[25]的通孔[27]中，亦探出适当长度，见图4所示。为形成图5所示的倒锥透镜形塑料光纤端头的形状和尺寸，其探出长度，即塑料光纤端面高出模具[25]端面的长度为： $>>\Delta x>\approx >>>>R>2>>->>r>2>>>>2>>r>2>>>>·>L>$>(其中R为倒锥透镜形塑料光纤端成形后的塑料光纤锥体部分大端半径，r为塑料光纤半径，L为倒锥透镜形塑料光纤端成形后的塑料光纤锥体部分高度。)，然后借助外螺纹套筒[22]和调节螺母[24]调整电热器[21]的加热端面与模具[25]端面间的距离D(此值过大，塑料光纤端难以熔融，过小，易烧焦塑料光纤端部)。距离D调整适当后，用调节螺母[24]上的紧固螺钉[26]锁定。将整个成形工具置于铅垂状态，模具[25]在下方，电热器[21]在上方。通电加热，数分钟后塑料光纤端面软化、形变，不断向模具[25]的通孔[27]中收缩；切断电源，自然冷却，其端部便形成倒锥透镜状端头。如果塑料光纤端面切割平整、洁净，则可在显微镜下看到一个非常光滑的球面。如果上述R、L较大，除需模具[25]的通孔尺寸设计合理外，加热过程也需分两次或多次进行。图6为插有塑料光纤的塑料光纤连接器结构示意图。图中塑料光纤[30]的端部[31]已用专用模具[25]定型为倒锥透镜状并被拉入芯柱[11]端部的倒锥形孔中。本发明可用工程塑料注塑而成，也可采用其它合成金属或非金属材料制做，成本低廉。使用过程中无需专业人员介入，操作方便。连接器的相关尺寸，如芯柱[11]上的圆柱体和适配器[15]通孔及接头螺纹可按FC型、SC型、ST型等标准光纤连接器设计，使之更具有通用性、互换性。连接帽[14]与适配器[15]间的螺纹连接方式也可制做成碰锁式，如图7所示。图中适配器[15]法兰盘两侧圆柱体上的外螺纹各改制成一圈周向锯齿状凸台，取消连接帽[14]上的内螺纹而在其外圆周上加工出若干个勾状爪，连接帽[14]内与芯柱[11]的凸肩之间加装弹簧[10]。当将连接帽[14]和适配器[15]压装在一起时，连接帽[14]上的勾状爪借助自身的弹性变形越过适配器[15]圆柱体外侧的锯齿状凸台而钩牢紧固。

本发明用于入户塑料光纤与标准石英通信光纤的转接、塑料光纤之间及塑料光纤与其它光纤有源与无源器件之间的连接。该连接器要求将塑料光纤端头制做成倒锥透镜形，进而增加了连接的可靠性和信号传输的效率。本发明中的塑料光纤连接器及倒锥透镜形塑料光纤端的制做方法简单，使用方便，连接效果好，通用性强。