专利名称：高精度光纤对准元件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种光电系统、子系统和元件，更加特别地涉及用于在单纤维或多纤维光纤连接中对准光纤的精密公差元件。
背景技术：
基于光纤的通讯频道是多种国防和商业应用中的选择的系统，因为其高性能和小尺寸。特别地，纤维光学在长距离应用中有“优势(proved-in)”，诸如城市对城市和大陆对大陆通讯跨接，因为电-光-电(E-O-E)转化元件、光纤放大器、以及光缆相对于使用无需E-O-E的同轴铜质电缆的纯电学系统成本较低。这些长途纤维在终端之间可以有数百公里。
较短距离的系统在终端之间通常仅有几十公里的光纤，而超短距(VSR)系统在终端之间仅有几十米的光纤。尽管用于地铁、接入和办公区域的电信和数据通信的光纤连接与长途连接相比较短，但有大量这类的应用。在这些类型应用中采用光纤需要的元件数量很大。在这些短距离系统中，光纤的“优势”对于E-O-E终端转化装置和支持电路，以及连接在终端之间的无源和有源光电装置和设备的成本十分敏感。因此，对于在短距离和VSR系统中具有“优势”的光电有源和无源系统、子系统和元件，其平均售价必须降低。平均售价的降低将帮助促进判断在高速制造技术上投资所必需的单位容量。
有源和无源光纤元件和连接电缆两者成本的重要组成在于光纤连接器本身。插芯(Ferrule)和用于对准插芯的相关装置(例如用于单纤连接的分裂套管(split sleeve)，用于多纤连接的接地针(ground pin))决定了现有光纤连接器的成本。一般需要对准元件来将光纤与有源和无源装置对准，以及对准两根光纤，用来可拆卸地连结和用来衔接。需要两个抛光光纤端端部的精确对准，从而确保光纤链中的总体光损耗等于或小于对于系统的具体光连接器损耗预算。对于单模电信级光纤，这通常对应于小于1000nm的连接器光纤对准公差。在平行光纤和单光纤链中，在多个G比特速率下工作的连接器都必须与以亚微米精度制造的次级元件组装。若以这种精度水平生产部件仍嫌不够，为了使所得的最终产品更加经济，其必须以全自动、高速工艺完成。
目前的连接器已有超过20年基本设计未改变了。插芯、分裂套管和凹槽的基本设计上溯到19世纪70年代。传统的插芯为固体圆柱，圆柱的轴中心具有孔，直径通常为0.125mm的光纤插入并固定在其中。圆柱的外径通常为0.25mm，其长度通常为10mm。对于绝大部分，现在市场上的产品采用与此相同的设计，但从不同材料制造且通过不同的制造方法制造。对于单一的光纤对光纤应用，插芯通常由机械成型的金属片或氧化锆陶瓷制成。在多步骤工艺中，将氧化锆片塑模成近似尺寸，随后加些加工并研磨该片至期望的尺寸和公差。对于多纤应用，插芯通常由注入了石英球的热固塑料制成。石英球使得复合塑料-玻璃材料系统的热膨胀系数比纯塑料更接近于石英纤维。通常可以接受，目前的光纤连接器制造成本过大。若光纤成为短途和VSR应用的通讯介质的选择，制造光纤连接器的成本必须降低。
压印工艺已应用于低成本大批量生产零件的制造工艺中。压印是在冲模套件之间压迫诸如金属带的工件至预定形状或图案的制造工艺。冲模套件可以在工件上执行各种压印操作，诸如切割、成形(例如，冲孔、拉伸、弯曲、形成凸缘和包边)、以及锻压(例如，压花)。通常，成形是指基本不改变工件厚度的压印操作，而锻压是指充分改变工件厚度的压印操作。与机械加工塑模的氧化锆片或塑模的充入石英的热固塑料的工艺相比，压印是相对较快的工艺。
然而，压印工艺对于制造用于光电元件的具有可接受公差的零件没有效果。授予Balliet等人的美国专利No.4,458,985教导了一种光纤连接器。Balliet粗略介绍了一些可以通过压花或压印工艺(例如，col.3，20至21、55至57行)制造的连接器元件。然而，Balliet未提供这种压印工艺可用公开内容，仅提出了制造1000nm内零件的压印工艺的可用公开内容。
在我们的名为“用于制造精密公差零件的压印系统”，提交于2003年7月15日的待审查美国专利申请[序列号未获]中，其全文在此作为参考引入，我们介绍了压印公差在1000nm内的诸如光电系统、子系统和元件的零件。图1为示出用于压印公差低于1000nm的光电元件的系统10的示意图。部分地，压印系统10包括压印压板20、一个或一系列压印台25、以及界面系统35。每个压印台25可以包括器具，诸如用于在工件上执行具体压印操作的冲头或模具、用于在线度量和器具保护的传感器、以及诸如焊机的其它设备。压印台25包括一种新颖的结构，用于以精密的公差与模具基本对准地引导冲头。另外，压印台25设计为最小化在引导冲头至模具时包括在支撑结构中的活动元件的数量。压印压板20为一系列压印台25提供动力。界面系统35便于结合压板20与冲头的力，但结构上将压板20从冲头分开。界面系统35还允许每个压印台隔开，使得一个台处的操作不会影响另一台处的操作。
这种精密压印工艺能够制造具有1000nm的“6∑”几何公差带的零件。统计上，这意味着每100万个零件中最多3.4个零件将不满足有1000nm公差带限定的尺寸要求。对于正态分布，为了实现6∑工艺，完整工艺的标准偏差必须小于或等于83nm[(1000nm/2)/6＝83nm]，假设工艺手段保持稳定。实际上，公差必须适应工艺手段的偏差。对于适应±1.5*∑的工艺手段偏差情况，最大标准偏差减小至67nm[(1000nm/2)/7.5＝67nm]。再一次的，假定正态分布，为在具有n精度级的多级工艺中实现这一点，n级的每一个必须具有∑/n^0.5。若在此示例中n＝4，则∑(每级)小于或等于33nm。
因此期望有这样的精密光电系统、子系统和元件，其为了以能够在1000nm内公差生产的高速压印工艺的可制造性而设计。还期望有这样的精密光电系统、子系统和元件，其为了以在我们的待审查美国专利申请(序列号未获)中介绍的压印系统中的可制造性而设计。
发明内容
本发明教导了一种光电系统、子系统和元件，其具有新颖的设计，该设计使得其本身可以通过能够生产公差在1000nm以内的零件的高速压印工艺制造。本发明的光电系统、子系统和元件可以是，但不限于，光纤连接器，诸如精密插芯和套管。本发明的光电系统包括一对互补插芯、以及套管，插芯支撑一根或更多根光纤。插芯和套管具有亚微米公差，使得在插芯插入套管中时，套管精确地将由插芯支撑的光纤端部彼此对准，用于互连。
在本发明的一个方面中，光电系统的元件设计用于通过锻压工艺制造。在一个实施例中，插芯包括两个互补的半插芯。每个半插芯包括具有限定于其上的一个或更多个凹槽的平坦表面。凹槽的尺寸和形状可以适于套住光纤端部或导向销。半插芯和凹槽的形状可以通过锻压工艺形成。互补半插芯可以组装在一起从而形成插芯。在将半插芯组装在一起时，凹槽限定出一个或更多个用于套住光纤或导向销的轴。在一些实施例中，半插芯具有半圆形端截面。在一些实施例中，半插芯具有部分半圆端截面。
在本发明的另一方面中，光电系统的元件设计用于通过成形工艺制造。在一个实施例中，插芯具有两个或更多个通过成形工艺生产在单片工件上的点。在一些实施例中，插芯具有星形形状。在插入互补套管中时，该些点与分裂套管的内表面接触，便于彼此相对引导光纤。在另一实施例中，套管通过成形工艺在单片工件上生产。
在本发明的又一方面中，光电系统的元件设计用于通过锻压和成形工艺制造。在一个实施例中，插芯包括两个具有环形构造的互补半插芯。每个半插芯具有限定于其上的一个或更多个凹槽的平坦表面。凹槽的尺寸和形状可以适于套住光纤端部。凹槽可以通过锻压工艺形成。半插芯的环形形状可以通过成形工艺生产。互补半插芯可以组装在一起从而形成插芯。在将半插芯组装在一起时，凹槽限定出一个或更多个套住光纤的轴。在另一实施例中，半插芯从将单独成形和/或锻压的零件组装在一起而形成。
在本发明的再一方面中，光电系统包括插芯和用于固定地持住光纤加强部件的卷曲部件。在一个实施例中，插芯设计为通过锻压工艺生产。在一些实施例中，插芯包括其上限定有凹槽的两个互补的半插芯。当半插芯组装在一起时，凹槽限定出用于支撑光纤端部的轴。在一些实施例中，插芯设计为通过成形工艺生产。在一些实施例中，插芯具有通过成形单片工件生产的星形形状。插芯结合于卷曲部件。卷曲部件包括具有缝隙的套管，用于容纳和固定地持住光纤加强部件。
为更全面的理解本发明的性质和优点，以及优选使用模式，应结合附图阅读说明书的以下详细介绍。以下附图中，相同的附图标记始终表示相同或相似的零件。附图中图1为示出用于压印公差低于1000nm的光电元件的系统的示意图；图2为根据本发明一个实施例的光电系统的透视图；图3为图2所示的光电系统的分解图；图4和5为诸如图3所示支撑光纤的插芯的的后视和前视透视图；图6为图4和5所示的插芯和光纤的分解图；图7为诸如图6所示的半插芯的透视图；图8为图5所示的插芯的端面图；图9a为沿图3所示的线9-9截取的分裂套管的截面图；图9b至9e为图3所示的分裂套管的截面图，示出了分裂套管从工件形成最终的分裂套管构造；图10是为锻压图4和5中所示的插芯的“两上构造带布局(two-upconfiguration strip layout)”设计；图11为根据本发明另一实施例的光电系统的透视图；图12为图11所示的光电系统的分解图；图13为图12所示的插芯的端面图；图14为诸如图13所示的半插芯的透视图；图15为封装的插芯阵列的端面图；图16是为锻压图12中所示的插芯的“两上构造带布局”设计；图17为根据本发明另一实施例的多纤光电系统的透视图；图18为不带分裂套管的该光电系统的透视图；图19为图18所示的一对插芯中的一个的透视图；图20为图19所示的插芯和光纤的分解图；图21为诸如图20所示的半插芯的透视图；图22为根据本发明另一实施例的光电系统的透视图；图23为图22所示的光电系统的分解图；图24为根据本发明另一实施例支撑光纤的星形插芯的透视图；
图25为图24所示的星形插芯的端面图；图26为根据本发明另一实施例的光电系统的透视图；图27为沿图26所示的线27-27截取的光电系统的截面图；图28示出了为制造星形的、成形的和点焊的插芯的“带布局”设计；图29为支撑两根光纤的星形插芯的透视图；图30为图29所示的星形插芯的端面图；图31为根据本发明另一实施例的光电系统的透视图；图32为支撑光纤的插芯的透视图；图33为图32所示的插芯的端面图；图34为图32所示的半插芯的透视图；图35为根据本发明另一实施例支撑光纤的中空插芯的透视图；图36为图35所示的半插芯的透视图；图37为图35所示的插芯的分解图；图38为根据本发明另一实施例的光电系统的透视图；以及图39为图38所示的插芯和卷曲部件的透视图。
具体实施例方式
下面将结合附图参照各实施例介绍本发明。虽然以实现本发明目的的最佳模式的方式介绍本发明，本领域技术人员将可理解，可以在不脱离本发明的实质或范围的基础上，从在此所教导的角度出发实现各种变化。
本发明教导了一种高精度光纤连接器，用于对准和将光纤连接在一起。该光纤连接器包括用于支撑和精确对准用于互连的光纤的高精度元件。光纤连接器的元件设计为使得其可以通过高速压印系统和能够生产公差低于1000nm的零件的工艺制造。为说明本发明原理的目的且不构成限制，通过参照针对诸如插芯和分裂套管的光电元件的实施例介绍本发明。
全半圆半插芯图2为根据本发明一个实施例的光电系统100的透视图。图3为图2所示的光电系统100的分解图。光电系统100包括光纤110和120、一对相同精度的插芯130和140、以及精密分裂套管150。光纤110和120可以是本领域所熟知的任何类型的光纤，诸如单模或多模光纤。另外，根据特定的需要，光纤110和120可以具有任何外径，诸如0.125mm。
插芯130和140分别固定地支撑光纤110和120的端部，便于将光纤110和120耦接在一起。图4和5为诸如图3所示支撑光纤120的插芯140的支撑光纤的插芯的后视和前视透视图。插芯140具有一般为实心、均匀圆柱形主体145、前后面表面160和170、以及弓形/接触外周表面180，主体145的长度为L。插芯140还包括穿过且沿着插芯主体145的长度L延伸的轴/孔190。轴190的尺寸和形状能够适合于容纳光纤120的外直径。光纤120套在轴190内，使得光纤120的端部200基本共面且平齐于插芯140的前表面160(如图5所示)。前表面160基本平坦。前表面160的平面可以以相对于轴190的纵轴固定的角度取向。这分别便于更好的光纤对光纤连接和减小返回光纤的光反射。然而，本领域技术人员可以认识到前表面或者可以是非平坦的(未示出)。
图6为图4和5所示的插芯140和光纤120的分解图。插芯主体145包括两个相同的半插芯210和220。图7为诸如图6所示的半插芯220的半插芯的透视图。半插芯220具有为全半圆的末截面以及平坦的表面230。两个半插芯210和220沿着其平坦表面230组装在一起。在平坦表面230上限定出沿半插芯220的长度延伸的凹槽240，用于套住光纤120的端部200。凹槽240沿其整个长度具有均匀的形状。凹槽240可以是半圆形凹槽(如图7所示)、V形凹槽(未示出)、或任何其它能够套住光纤外径的凹槽构造。当两个半插芯结合在一起时，两个半插芯210和220的凹槽240限定出插芯140的轴190。凹槽或者可以具有沿其长度不均匀的形状。例如，凹槽可以具有这样的形状，使得在将半插芯组装在一起时，凹槽限定出具有圆锥形末端的轴。这便于光纤更加轻易地插入轴中并固定于插芯。
半插芯220包括沿平坦表面230的边缘限定的槽口250，其有利于将两个半插芯210和220组装在一起。半插芯220可以包括在沿平坦表面230长度延伸的两侧边缘232和233上(如图7所示)、在侧边缘232和233任意一个上(未示出)、或在端侧边缘234和235两个或任意一个上(未示出)的槽口250。槽口250可以基本沿着半插芯220的整个长度延伸(如图7所示)，或仅沿着半插芯的部分长度延伸(未示出)。图8为图5所示的插芯140的端面图。当两个半插芯210和220沿其平坦表面230组装在一起时，半插芯210和220的槽口250限定出插芯140弓形外周表面180上的凹陷260。如下面更加全面介绍的，半插芯210和220沿凹槽260结合在一起。例如，半插芯210和220可以沿凹陷260焊接在一起。凹陷260具有足够的深度，使得焊接材料保留在凹陷260内且不升出弓形外周表面180以上，其可以影响光纤120的对准。或者，可以使用粘结材料将半插芯210和220结合在一起。
在图4和5所示的实施例中，插芯140的尺寸可以是端截面直径2.5mm或1.25mm，长度10mm。然而，可以理解，该尺寸仅为示例，其它的尺寸也是可以的。
再参照图3，光电系统100包括分裂套管150。图9a为沿图3所示的线9-9截取的分裂套管150的截面图。分裂套管150基本长度1、直径d略小于插芯130和140外径的中空的圆筒形状，以及内表面265。例如，插芯的外径为约2.499±0.0005mm，分裂套管150可以具有约2.493±0.004-0.000mm的内直径d。分裂套管150包括沿其整个长度1延伸的缝隙270。缝隙270便于分裂套管150的内径d膨胀从而容纳较大直径的插芯210和220。
分裂套管150有利于光纤110和120的端部200彼此相对对准。分别支撑光纤110和120的插芯130和140通过分裂套管150的相对端部280和290插入。分裂套管150的内径d经缝隙270稍微扩展，从而容纳更大外径的插芯130和140。当插芯130和140插在分裂套管150内时，分裂套管150夹在插芯130和140的弓形外周表面180上。随着插芯130和140朝向彼此移动，分裂套管150的内表面265引导插芯130和140到一起，直到光纤110和120的端部彼此接触。一旦插芯130和140在分裂套管150内彼此对准，光纤110和120的端部200精确地彼此邻接，由此将光纤110和120耦接在一起。
插芯130和140和分裂套管150的构造便于这些元件通过能够生产公差低于1000nm的零件的压印工艺生产和组装，诸如我们的待审查美国专利申请(序列号未获)中介绍的压印工艺。
插芯130和140可以通过各种工艺生产，诸如锻压工艺。图10是为锻压图4和5中所示的插芯140的“两上构造带布局”设计。该序列包括例如9个模具位置S1至S9。如带状布局设计所示，两个半插芯210和220在“两上”构造中可以从单根体材料一次生产，诸如位置S1至S4。前后面表面160和170、以及弓形外周表面180在这些位置锻压。在另一位置，诸如S5，在半插芯210和220的平坦表面230上锻压凹槽240。半插芯210和220还设置有用于将两个半插芯210和220组装在一起的槽口250。两个半插芯210和220在位置S6至S8处组装在一起并与光纤对准，为位置S9处的激光焊接做准备。半插芯210和220还可以在没有光纤的情况下焊接在一起。在此情况下，光纤在晚些时候插入。由Rofin Inc.制造的Starweld20激光焊接机是激光焊接机的一个示例，其中激光脉冲发送至待焊接的零件。除了进行焊接的功能，激光系统可以用于从光纤上剥落涂层，以及适当地制备光纤端面。当两个半插芯210和220在凹陷260处焊接在一起时，插芯140安全且精确地定位光纤的端面。
分裂套管150可以通过成形工艺形成。分裂套管150可以在包括4个切割位置和5至6个成形位置的序列中形成。图9b至e为分裂套管150的截面图，示出了分裂套管从工件152形成最终的分裂套管构造。如图9b所示，形成分裂套管开始于单个、平坦工件152。平坦工件152随后逐步在成形位置(如图9b至9d所示)为最终的分裂套管构造(如图9e所示)。
插芯130和140、以及分裂套管150设计为与本领域现存的传统插芯向后兼容。如上所述，传统插芯为具有圆形端截面的圆柱形状。插芯130和140具有圆形端截面，其便于耦接由插芯130和140支撑的光纤与由传统插芯支撑的光纤。分裂套管150适于容纳具有圆柱形状的插芯，诸如传统插芯。可以理解，可以设计插芯130和140使其不具有这种向后兼容特征。诸如，插芯130和140、以及分裂套管150可以具有其它的端截面，诸如方形或矩形(未示出)。
部分半圆半插芯在图7所示的实施例中，半插芯220具有全半圆端截面。该半插芯可以设计为具有其它的形状，诸如部分半圆端截面。图11为根据本发明另一实施例的光电系统400的透视图。图12为图11所示的光电系统400的分解图。光电系统400包括光纤410和420、一对插芯430和440、以及分裂套管450。
每个插芯430和440具有一般为均匀圆柱形主体442、前后面表面470和475、弓形/接触外周表面480、以及沿主体442的长度L延伸的轴/孔490，主体442的长度为L。图13为图12所示的插芯440的前面表面470的端面图。例如，轴490的尺寸和形状适合于容纳光纤420的外直径。
插芯主体442包括连接在一起的两个相同的半插芯510和520。图14为诸如图13所示的半插芯520的半插芯的透视图。半插芯520具有局部半圆形端截面，其中半插芯520具有平坦表面530和535、以及弓形外周表面536和537。两个半插芯510和520沿着其平坦表面530组装在一起。在平坦表面530上限定出沿半插芯520的长度延伸的凹槽540，用于套住光纤420。凹槽540沿其整个长度具有均匀的形状。当两个半插芯510和520结合在一起时，两个半插芯510和520的凹槽540限定出插芯440的轴490。凹槽或者可以具有沿其长度不均匀的形状。例如，凹槽可以具有这样的形状，使得在将半插芯组装在一起时，凹槽限定出具有圆锥形末端的轴。这便于光纤更加轻易地插入轴中并固定于插芯。
半插芯520包括沿平坦表面530的边缘限定的槽口550，其有利于将两个半插芯510和520组装在一起。半插芯520可以包括在沿平坦表面530长度延伸的两侧边缘531和532上(如图14所示)、在侧边缘531和532任意一个上(未示出)、或在端侧边缘533和534两个或任意一个上(未示出)的槽口550。槽口550可以基本沿着半插芯520的整个长度延伸(如图14所示)，或仅沿着半插芯的部分长度延伸(未示出)。当两个半插芯510和520沿其平坦表面530组装在一起时，半插芯510和520的槽口550限定出插芯440弓形外周表面480上的凹陷560。
在图12所示的实施例中，插芯430和440的尺寸可以是端截面直径2.5mm或1.25mm，长度10mm。然而，可以理解，该尺寸仅为示例，其它的尺寸也是可以的。
光电系统400包括分裂套管450，分裂套管450具有略小于插芯430和440外径的内径、内表面565、以及用于便于分裂套管450的内径扩展从而容纳较大直径的插芯430和440的缝隙570。
分裂套管450有利于光纤410和420的端部彼此相对对准。当插芯430和440插在分裂套管450内时，分裂套管450夹在插芯430和440的弓形外周表面480上。如图11所示，插芯430和440未完全填入分裂套管450的内径。然而，插芯430和440的弓形外周表面480保持与分裂套管450的内表面565接触，用于引导光纤410和420到一起。与具有圆柱形状的插芯相比，部分半圆半插芯510和520的设计有利于插芯430和440更少地与分裂套管450的内表面565接触。因此，最小化了分裂套管450的内表面565上的任何瑕疵对引导插芯430和440的影响。
与传统的实心圆柱形插芯相比，部分半圆形半插芯510和520需要较少的材料生产每个零件。因此，可以以较低的材料成本生产插芯430和440。另外，在恰当地构造并与适当设计的分裂套管匹配时，部分半圆设计提供了紧密封装在一或二位阵列中的一组光纤的封装密度方面的优势。图15为封装插芯阵列600的端面图。插芯阵列600例如包括三根插芯610、620和630。插芯610、620和630分别支撑光纤612、622和632。平坦表面535便于插芯610、620和630，且由此便于光纤612、622和632紧密地封装在一起。分裂套管640的尺寸和形状适于容纳紧密封装的插芯610、620和630。
另外，插芯430和440的构造便于这些元件通过锻压工艺生产。图16是为锻压图12中所示的插芯440的“两上构造带布局”设计。该序列包括例如9个模具位置S1至S9。如带状布局设计所示，两个半插芯510和520在“两上”构造中可以从单根体材料一次生产，诸如位置S1至S4。前后面表面470和475、以及弓形外周表面480在这些位置锻压。在另一位置，诸如S5，在半插芯510和520的平坦表面530上锻压凹槽540。半插芯510和520还设置有用于将两个半插芯510和520组装在一起的槽口550。两个半插芯510和520在位置S6至S8处组装在一起并与光纤对准，为位置S9处的激光焊接作准备。半插芯510和520还可以在没有光纤的情况下焊接在一起。在此情况下，光纤在晚些时候插入。当两个半插芯510和520在凹陷560处焊接在一起时，插芯440安全且精确地定位光纤的端面。
插芯430和440、以及分裂套管450设计为与本领域现存的传统插芯向后兼容。如上所述，传统插芯为具有圆形端截面的圆柱形状。插芯430和440具有部分圆形端截面，其便于耦接由插芯430和440支撑的光纤与由传统插芯支撑的光纤。分裂套管450适于容纳具有圆柱形状的插芯，诸如传统插芯。可以理解，可以设计插芯430和440使其不具有这种向后兼容特征。诸如，插芯430和440、以及分裂套管450可以具有其它的端截面，诸如方形或矩形(未示出)。
多纤插芯图4和12中所示的插芯的实施例是为对准单根光纤而设计。该插芯可以设计用于支撑和对准多根光纤。图17为根据本发明另一实施例的多纤光电系统700的透视图。例如，光电系统700支撑并相对于光纤720和722对准两根光纤710和712。然而，光电系统700可以构造为支撑任意数量的光纤。光电系统700包括分裂套管750。图18为不带分裂套管750的光电系统700的透视图。光电系统700包括一对插芯730和740。插芯730和740分别固定地支撑光纤710、712、720和722的端部，以便于将该些光纤耦接在一起。
图19为一对插芯中的一个，诸如插芯730的透视图。插芯730能够支撑两根光纤710和712。插芯730包括一般为均匀的、圆柱形主体732，插芯主体732具有前面表面760和两根轴790和792，其尺寸和形状适于容纳光纤710和712的外径。
图20为图19所示的插芯730和光纤710和712的分解图。插芯主体732包括两个相同的半插芯810和820。图21为诸如图20所示的半插芯820的半插芯的透视图。半插芯820具有平坦表面830。在平坦表面830上限定出凹槽840和845，用于套住光纤710和712的端部。凹槽840和845沿其整个长度具有均匀的形状。当两个半插芯810和820结合在一起时，两个半插芯810和820的凹槽840和845限定出插芯730的轴790和792。凹槽或者可以具有沿其长度不均匀的形状。例如，凹槽可以具有这样的形状，使得在将半插芯组装在一起时，凹槽限定出具有圆锥形末端的轴。这便于光纤更加轻易地插入轴中并固定于插芯。
半插芯820包括沿平坦表面830的边缘限定的槽口850，其有利于将两个半插芯810和820组装在一起。当两个半插芯810和820沿其平坦表面830组装在一起时，半插芯810和820的槽口850限定出插芯730表面上的凹陷860(如图19所示)。如下面更加全面介绍的，半插芯810和820沿凹槽860结合在一起。例如，半插芯810和820可以沿凹陷860焊接在一起。凹陷860具有足够的深度，使得焊接材料保留在凹陷860内且不升出插芯730的表面以上。
光电系统700可以包括用于彼此相对地对准插芯730和740，且由此对准光纤的导向销755。半插芯820包括限定在平坦表面830上用于套住导向销755的凹槽870。当半插芯810和820结合在一起时，凹槽870限定出销轴或孔875。销轴875的尺寸适于容纳导向销755。导向销755配合在插芯730的销轴875内，使得导向销755从插芯730的前面760沿伸出来。从插芯730的前面760沿伸出来的部分导向销755配合入插芯740的销轴875中。导向销755引导并相对于插芯740对准插芯730，由此引导并对准光纤710和712到光纤720和722。
销轴875和导向销755提供了插芯730和740与本领域现存的传统多纤插芯的兼容性。本领域技术人员可以认识到，插芯730和740可以构造为不具有销轴875和导向销755。
另外，光电系统700可以包括分裂套管750，便于对准光纤710和712的端部与光纤720和722的端部。在另一实施例中，插芯可以包括对准槽，便于光纤的对准。图22为根据本发明另一实施例的光电系统900的透视图。图23为图22所示的光电系统900的分解图。光电系统900包括分裂套管910和支撑多个光纤阵列914和915的一对多纤插芯920和930。插芯920和930包括一对结合在一起的相同半插芯940和950。对准槽960限定在半插芯940和950的外表面970上。对准槽960可以是V形槽，或其它形状的槽。槽960可以通过例如锻压工艺形成。分裂套管910包括互补突起990，其尺寸和形状适于容纳在插芯920和930的凹槽960中。对于V形槽的插芯920和930，突起990为V形，从而与凹槽960的V形相匹配。当插芯920和930插入分裂套管910中时，突起990套在凹槽960内。突起990引导一对插芯920和930，由此引导光纤阵列914和915到一起。插芯920和930的对准槽960和分裂套管910的匹配突起990消除对导向销的需求。由此，插芯可以设计得更小，且需要更少的材料来制造。
图19和23所示的多纤插芯构造便于插芯通过锻压工艺生产。在我们的待审查申请(序列号未获)中，我们公开了用于生产多纤插芯的冲压机(未示出)。该冲压机能够锻压用于套住光纤的凹槽840和845、以及用于套住导向销的凹槽。使用这种特定的冲压机锻压的光纤凹槽840和845的顶点位置上的公差为平行于表面830为±160nm，垂直于表面830为±190nm。
星形插芯光电系统的元件可以通过成形工艺生产。图24为根据本发明另一实施例支撑光纤1010的星形插芯1000的透视图。插芯1000具有一般为均匀的圆柱形主体1012、以及三个突起或点1020、1025和1030，主体长度为L，但其可以有任意数量的点，包括仅有两个。图25为图24所示的星形插芯的端面图。在插芯主体1012的中心为沿着主体1012的长度L延伸的轴/孔1040。轴1040的尺寸适于容纳光纤1010的外径。突起1020、1025和1030从轴1040延伸。插芯1000的尺寸可以为端截面直径2.5mm至1.25mm，长10mm。然而，可以理解，该尺寸仅为示例，其它的尺寸也是可以的。
插芯1000设计为精确地配合在分裂套管内达到实现低损耗光纤对光纤连接所需的亚微米公差。图26为根据本发明另一实施例的光电系统1050的透视图。图27为沿图26所示的线27-27截取的光电系统的截面图。光电系统1050包括分裂套管1060和一对星形插芯1000。当星形插芯1000插入分裂套管1060内时，插芯的点1020、1025和1030与分裂套管1060的内表面接触。星形插芯1000不完全填充分裂套管1060的内径。然而，插芯1000的点1020、1025和1030保持与分裂套管1060的内表面接触，用来彼此相对地引导一对插芯1000，由此引导光纤。与具有圆柱形状的插芯相比，星形插芯1000的设计有利于减消与分裂套管450内表面的接触。由此，最小化分裂套管内表面上的瑕疵对引导插芯1000的影响。另外，星形插芯1000的设计需要较少的材料来生产每个插芯。因此，生产插芯1000可以导致较低的材料成本。
如上所述，星形插芯1000可以通过成形工艺生产。图28示出了为制造星形的、成形的和点焊的插芯1000的“带布局”设计。该序列包括10个位置，例如S1至S10，该序列为从右至左。插芯1000的星形形状在例如为自S1至S8形成。光纤(未示出)可以夹在插芯1000的轴1040中。插芯1000可以在位置S10点焊封闭。上述成形工艺与例如锻压工艺相比对材料的压迫更小。
图24所示的星形插芯1000的实施例支撑了一根光纤1010。在其它实施例中，星形插芯可以构造为支撑多根光纤。图29为支撑两根光纤1110和1120的星形插芯1100的透视图。图30为图29所示的多纤、星形插芯1100的端面图。插芯1100包括两轴1130和1140，其尺寸适于容纳光纤1110和1120的外径。插芯1100还包括突起/点1150、1155、1160和1170。当插芯1100插入相配套的分裂套管(一般由虚线1172示出)内时，点1150、1155、1160和1170与分裂套管1172的内表面接触。此多纤、星形插芯1100可以通过与上述用于单纤星形插芯1000类似的成形工艺生产，其中插芯1000的形状在一个或更多个压印位置成形并点焊封闭。
锻压和成形光纤插芯该光电系统的元件可以通过组合锻压和成形工艺生产。图31为根据本发明另一实施例的光电系统1200的透视图。光电系统1200包括分裂套管1210、光纤1220和1230、以及一对相同的插芯。图32为支撑光纤1220的插芯1240的透视图。图33为图32所示的插芯1240的端面图。插芯1240包括一般为均匀的圆柱形主体1242、以及通过主体1242限定且尺寸适于容纳光纤1220的轴/孔1245。插芯主体1242包括结合在一起的两个相同的半插芯1250和1260。图34为图32和33所示的半插芯1260的透视图。半插芯1260具有开放环形端截面(如图34所示)，或可以具有封闭环形端截面(未示出)。半插芯1260包括平坦表面1270，其上限定出凹槽1280。凹槽1280的尺寸和形状适于套住光纤1220。凹槽1280可以通过例如模压工艺形成。半插芯1280还包括弓形/接触外周表面1290，其可以通过成形工艺形成。当插芯1240插入分裂套管1210内时，弓形外周表面1290与分裂套管1210的内表面接触。这种插芯设计可以“两上”制造，且使用激光焊接工艺组装。如图32和33所示，两个半插芯1250和1260沿其平坦表面1270结合(焊接)在一起。
该光电系统的元件还可以从分开锻压和成形的零件组装在一起。图35为根据本发明另一实施例支撑光纤1410的中空插芯1400的透视图。中空插芯1400包括一般为均匀的圆柱形主体1412、以及通过主体1412限定且尺寸适于容纳光纤1410的轴/孔1415。中空插芯主体1412包括两个相同的半插芯1420和1430。图36为图35所示的半插芯1430的透视图。图37为图35所示的插芯1400的分解图。每个中空插芯1420和1430包括端帽1440、主体桶1450、以及具有平坦表面1470的主体板1460，端帽1440可以是平坦的(如图37所示)或圆拱形的(未示出)。在平坦表面1470上限定出尺寸适于套住光纤1410的凹槽1480。端帽1440和主体板1460可以通过锻压工艺生产。凹槽1480可以通过锻压工艺限定。主体桶1450可以通过成形工艺生产。半插芯1420和1430通过组装和焊接端帽1440、主体桶1450、以及主体板1460至完整的单元(如图36所示)来生产。两个插芯半1420和1430随后可以沿主体板1460组装在一起。当两个半插芯1420和1430结合在一起时，凹槽1480限定出轴1415。因此，插芯1400具有中空圆筒构造，与生产具有实心圆筒构造的传统插芯相比生产该插芯需要较少的材料。
具有卷曲部件的插芯。
图38为根据本发明另一实施例的光电系统1500的透视图。光电系统1500包括插芯1510、卷曲部件1520、光纤加强部件1530、以及光纤1540。图39为图38所示的插芯1510和卷曲部件1520的透视图。插芯1510可以具有图4、12、18、24、29、32和35所示的构造。插芯1510结合于卷曲部件1520。插芯可以是结合于卷曲部件的独立结构，或者插芯和卷曲部件可以是单个结构。卷曲部件1520包括具有缝隙1560的圆柱套1550。卷曲部件1520适于容纳和固定地持住光纤加强部件1530的外径。光纤加强部件1530支撑并保护光纤1540，且有利于将光纤1540组装于插芯1510。光纤加强部件可以从例如Kevelar纱线材料制得。卷曲套管1550的缝隙1560便于套管1550的直径扩展从而容纳光纤加强部件1530和缩短从而夹在光纤加强部件1530上。插芯1510可以结合于另一插芯1510、使用分裂套管的前述实施例中的任何一个、或使用分裂套管的传统插芯。
虽然以参照优选实施例示出和介绍了本发明，本领域技术人员可以理解可以在不脱离本发明的实质、范围和教导技术的基础上对形式和细节作各种变化。例如，半插芯不具有相同的半件，但包括互补的表面，其利于将两个半插芯组装在一起。另外，光电系统不必包括相同的插芯。进而，本发明的光电系统向后兼容于传统插芯，诸如光电系统可以包括本发明的插芯和互补的传统插芯。因此，在此公开的发明应仅视为说明，范围的限制仅作为所附权利要求的具体化。
权利要求
1.一种插芯，用于支撑光纤，包括第一和第二半插芯，其一同限定出尺寸和形状适于容纳光纤的轴。
2.如权利要求1所述的插芯，其中第一和第二半插芯具有一般互补的结构，其一同形成一般为圆柱形的主体。
3.如权利要求2所述的插芯，其中主体具有一般为圆形、部分圆形、矩形和环形中的至少一种的截面。
4.如权利要求3所述的插芯，其中主体对于主体的整个长度截面一般为均匀的。
5.如权利要求2所述的插芯，其中第一和第二半插芯的每个包括中空结构。
6.如权利要求1所述的插芯，其中第一和第二半插芯彼此结合在一起。
7.如权利要求1所述的插芯，还包括用于与互补插芯对准的导向销。
8.如权利要求1所述的插芯，其中第一和第二半插芯一同限定出尺寸和形状适于容纳导向销的轴。
9.如权利要求1所述的插芯，其中第一和第二半插芯连结为一体结构。
10.一种插芯，用于支撑光纤，包括一般为圆柱形的主体，具有限定至少两个接触面的外周；以及限定在主体中的轴，轴的尺寸和形状适于容纳光纤。
11.如权利要求10所述的插芯，其中接触面位于主体的外周，使得在所述接触面与包围的外部表面接触时，朝轴偏置接触压力。
12.如权利要求11所述的插芯，其中主体限定出多于一个用于容纳多于一根光纤的轴，且其中主体的外周限定出至少两个与每个轴相关的接触面。
13.如权利要求10所述的插芯，还包括从主体延伸出的部件，其支撑光纤未容纳在主体的轴中的部分。
14.如权利要求13所述的插芯，其中该部件包括用于容纳光纤的加强部件的支撑。
15.一种连接器，用于连接光电系统的第一和第二光纤，包括第一插芯，支撑第一光纤；第二插芯，支撑第二光纤；以及用于相对于第二光纤对准第一光纤的装置；第一和第二插芯中的至少一个包括第一和第二半插芯，其一同限定出形状和尺寸适于容纳光纤的轴。
16.如权利要求15所述的连接器，其中用于对准的装置包括尺寸适于容纳第一和第二插芯的套管。
17.如权利要求16所述的连接器，其中至少第一和第二插芯在其表面上包括凹槽和突起，且套管包括互补的突起或凹槽。
18.如权利要求15所述的连接器，其中用于对准的装置在第一和第二插芯中的一个中包括导向销，其容纳在第一和第二插芯中的另一个中的导向孔中。
19.如权利要求18所述的连接器，其中包括在第一和第二插芯中的一个中的导向销包括容纳在限定在第一和第二插芯中的所述一个中的孔中的销。
20.如权利要求15所述的连接器，其中对准部件包括导向销、以及第一和第二插芯，第一和第二插芯的每一个包括尺寸和形状适于容纳导向销的销轴。
21.一种连接器，用于连接光电系统的第一和第二光纤，包括第一插芯，支撑第一光纤；第二插芯，支撑第二光纤，其中第一和第二插芯中的至少一个具有基本为圆柱形的主体，其具有限定至少两个接触面的外周；以及用于相对于第二光纤对准第一光纤的套管，其中套管的尺寸和形状适于与所述外周上的接触面接触，朝第一和第二光纤中对应的一个偏置接触压力。
22.如权利要求21所述的连接器，其中第一和第二插芯的至少一个具有一般为圆形、部分圆形、矩形和环形中的至少一种的截面。
23.一种工艺，用于生产用于支撑光纤的插芯，该工艺包括以下步骤压印主体；以及在主体上压印轴，其中轴的尺寸和形状适于容纳光纤。
24.如权利要求23所述的工艺，其中压印主体的步骤还包括压印具有第一表面的第一插芯半件；压印具有第二表面的第二插芯半件；以及在第一和第二表面处将第一和第二插芯半件组装在一起。
25.如权利要求24所述的工艺，其中压印第一插芯半件的步骤和压印第二插芯半件的步骤同时发生。
26.如权利要求24所述的工艺，其中压印第一插芯半件的步骤和压印第二插芯半件的步骤包括从单个工件压印第一和第二插芯半件。
27.如权利要求24所述的工艺，其中压印第一插芯半件的步骤和压印第二插芯半件的步骤包括冲压第一和第二插芯半件。
28.如权利要求24所述的工艺，其中将第一和第二插芯半件组装在一起的步骤包括在第一和第二表面处压印具有槽口的第一和第二插芯半件；以及在第一和第二插芯半件的槽口处将第一和第二插芯半件结合在一起。
29.如权利要求28所述的工艺，其中压印具有槽口的第一和第二插芯半件包括锻压槽口。
30.如权利要求28所述的工艺，其中将第一和第二半件结合在一起的步骤包括在槽口处焊接。
31.如权利要求28所述的工艺，其中将第一和第二半件结合在一起的步骤包括在槽口处设置粘结材料。
32.如权利要求24所述的工艺，其中压印轴的步骤包括在第一半插芯的第一表面上压印第一凹槽；在第二半插芯的第二表面上压印第二凹槽；以及在第一和第二表面处将第一和第二半插芯组装在一起从而限定轴。
33.如权利要求32所述的工艺，其中压印第一凹槽和压印第二凹槽的步骤包括锻压第一和第二凹槽。
34.如权利要求23所述的工艺，其中压印主体的步骤包括从具有两端的单片工件形成主体；以及将两端连接在一起。
35.如权利要求34所述的工艺，其中形成主体的步骤包括形成从轴延伸的多个突起。
36.如权利要求34所述的工艺，其中将两端连接在一起的步骤包括将两端焊接在一起。
37.一种元件，用于在光电系统内支撑光纤，包括限定出用于支撑光纤的孔的主体，其中主体具有通过压印工艺构造和成形的结构。
38.如权利要求37所述的元件，其中主体构造且成形为通过成形和锻压工艺中的至少一种生产。
39.如权利要求38所述的元件，其中主体一般为圆柱形。
40.如权利要求39所述的元件，其中主体具有一般为均匀的截面。
41.如权利要求40所述的元件，其中主体具有一般为圆形、部分圆形、矩形和环形中的至少一种的截面。
42.如权利要求41所述的元件，其中主体具有一般为星形的截面，从一般为平坦的材料形成。
43.如权利要求39所述的元件，还包括一般为圆柱形的套管，其容纳主体。
44.如权利要求38所述的元件，其中主体包括至少两个插芯件。
45.如权利要求44所述的元件，其中至少两个插芯件的形状适于彼此互补，从而限定用于支撑光纤的孔。
46.如权利要求45所述的元件，其中至少两个插芯件基本相同。
47.一种连接器，用于连接光电系统的两根光纤，包括第一元件，用于支撑第一光纤，包括限定出用于支撑第一光纤的第一孔的第一主体，其中第一主体具有通过压印工艺构造和成形的第一结构；第二元件，用于支撑第二光纤，包括限定出用于支撑第二光纤的第二孔的第二主体，其中第二主体具有通过压印工艺构造和成形的第二结构；以及第三元件，用于对准第一元件和第二元件，使得第一光纤与第二光纤对准。
全文摘要
一种光电系统(100)，具有设计用于在能够生产公差低于1000nm的零件的压印工艺上制造的元件。该光电系统包括插芯(130，140)和套管(150)。插芯(130，140)可以包括两个相同的半插芯，其锻压并组装在一起从而形成插芯主体。插芯还可以设计为通过成形工艺生产或通过锻压与成形工艺的组合生产。支撑一根或更多根光纤(110，120)的一对插芯通过高精度分裂套管(150)引导到一起，用于将光纤(110，120)耦接在一起。
文档编号B26F1/40GK1688910SQ03824159
公开日2005年10月26日 申请日期2003年8月18日 优先权日2002年8月16日
发明者迈克尔·K·巴诺斯基, 安东尼·利维, 弗里茨·普林兹, 亚历克斯·塔拉休克 申请人:毫微精密产品股份有限公司