МУФТА ДЛЯ ОПТОВОЛОКОННОГО КОННЕКТОРА, ИМЕЮЩАЯ КРИВОЛИНЕЙНУЮ ВНЕШНЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ
COUPLER FOR FIBRE-OPTIC CONNECTOR, HAVING CURVILINEAR EXTERNAL SURFACE FOR ALIGNMENT

Уровень техники
1. Приоритет
Приоритет по данной заявке принадлежит предварительной заявке на патент США №61/623029, поданной 11 апреля 2012, и предварительной заявке на патент США №61/699125, поданной 10 сентября 2012, которые полностью включены в данную заявку в виде ссылок. Все упомянутые далее публикации во всей своей полноте включены в данную заявку в виде ссылок.
2. Права государства
Данное изобретение было сделано при поддержке правительства в соответствии с контрактом № N68335-12-С-0123, заключенным NAVAL AIR WARFARE CTR AIRCRAFT DIVISION. Правительство имеет определенные права на данное изобретение.
3. Область техники
[0001] Данное изобретение относится к коннекторам для оптического волокна, в частности к муфтам в оптоволоконных коннекторах.
4. Описание уровня техники
[0002] Существует множество преимуществ передачи световых сигналов через оптоволоконные волноводы, и использование их весьма многообразно. Один или множество волоконных волноводов можно использовать просто для передачи видимого света на удаленное расстояние. Сложные (комплексные) системы телефонии и передачи данных могут передавать множество отдельных специфических оптических сигналов. Эти устройства соединяют волокна при взаимном расположении торец к торцу (встык), причем соединение является источником световых потерь. Прецизионная юстировка (выравнивание) двух полированных концов волокон необходима для того, чтобы суммарные оптические потери в соединениях волокон были равны или были меньше, чем заданные для потерь оптического коннектора в балансе всей системы. Для одномодового оптоволокна, пригодного для телекоммуникаций, это обычно соответствует допускам юстировки (выравнивания) волокна коннектором менее 1000 нм. Это означает, что как для соединений параллельных волокон, так и для соединений моноволокон, работающих с мультигигабитной интенсивностью, компоненты, используемые для юстировки (выравнивания) волокон, должны быть смонтированы и изготовлены с субмикронной точностью.
[0003] В оптоволоконном соединении коннектор оптического волокна находится на конце кабеля, содержащего один или множество волокон (световодов), и, по сравнению со сращиванием, позволяет быстрее осуществлять соединение и разъединение. Коннекторы механически соединяют и юстируют (выравнивают) центры волокон, так что свет может проходить насквозь. В лучших коннекторах потери света вследствие отражения или несоосности волокон очень малы. Коннекторы, как для соединения параллельных/мультиволоконных кабелей, так и для соединения моноволокон, работающих с мультигинабитными скоростями, должны быть скомпонованы с субкомпонентами, изготовленных с субмикронной точностью. Как бы ни были перспективны детали с такими уровнями точности, для того, чтобы результирующий конечный продукт был экономически целесообразен, он должен быть изготовлен полностью автоматизированным очень высокопроизводительным способом.
[0004] Базовая конструкция оптоволоконных коннекторов не менялась многие годы. Модуль базового коннектора представляет собой соединительное устройство. Фиг. 13 иллюстрирует пример оптоволоконного коннектора 1400 для кабеля 1410, содержащего оптические волокна 1412, промышленное внедрение которого было осуществлено компанией US Conec Ltd. Коннектор включает блок компонентов, состоящий из муфты 1402, корпуса муфты 1404, чехла кабеля 1406, направляющих штырей для юстировки (выравнивания) 1408 и других аппаратных средств, расположенных внутри или снаружи корпуса (например, компенсатора напряжения кабеля, отогнутой кромки, отклоняющей пружины, прокладки и пр.). Муфта 1402 и торцы концевых фрагментов волокон 1412 отполированы. Муфта 1402 в оптоволоконном коннекторе 1400 подпружинена для создания аксиального смещения, чтобы прижать друг к другу в конфигурации торец к торцу отполированные торцы волокон, расположенных в двух коннекторах. В большинстве случаев целью является создание физического контакта между соединенными волокнами, чтобы избежать потерь света. При физическом контакте отсутствует слой воздуха, запертого между двумя волокнами, увеличивающего вносимые потери коннектора и потери отражения. Адаптер (переходный разъем), который не показан, требуется для надежного соединения муфт двух коннекторов (корпус муфты 1404 каждого коннектора вставлен в адаптер).
[0005] Оптоволоконный коннектор, проиллюстрированный на Фиг. 13, изготовлен компанией US Conec Ltd. предположительно в соответствии с конструкцией, раскрытой в патенте США №5,214,730, права на который переданы корпорации Nippon Telegraph and Telephone Corporation. Как показано в патенте '730, оптоволоконный коннектор вмещает в себя волоконно-оптический плоский кабель, содержащий множество отдельных оптических волокон, и удерживает отдельные оптические волокна в заранее заданном взаимном расположении. Оптоволоконный коннектор может быть соединен (состыкован) с другим оптоволоконным коннектором (например, с помощью адаптера) таким образом, чтобы выровнять множество отдельных оптических волокон одного оптоволоконного коннектора относительно множества отдельных оптических волокон другого оптоволоконного коннектора.
[0006] Муфта 1402 производства компании US Conec Ltd. обычно представляет собой пластмассовый блок с рядом сквозных отверстий завышенного размера, что обеспечивает достаточный зазор для введения в блок концевых фрагментов оптических волокон 1412 и юстировочных (центрирующих, направляющих) штырей 1408. Муфта 1402 создана формованием пластичного полимера, который зачастую усиливают частицами стекла. Для того чтобы ввести концевые фрагменты множества оптических волокон 1412 через отверстия в блоке муфты 1402, с оптического волокна снимают защитный и буферный слои (смолу), чтобы обнажить защитную оболочку около концевых фрагментов, и покрывают защитную оболочку слоем эпоксидной смолы. Затем концевые фрагменты оптических волокон продевают через отверстия завышенного размера в муфте. Концы оптических волокон 1412 надежно фиксируются в муфте 1402 при отверждении эпоксидной смолы. Аналогично, юстировочные (центрирующие) штыри 1408 удерживаются с помощью эпоксидной смолы после их введения в предназначенные для штырей отверстия завышенного размера в муфте 1402.
[0007] Описанная выше муфта обладает рядом существенных недостатков. Отлитая под давлением конструкция по определению не держит допуски достаточно хорошо. Полимер не является жестким и деформируется, когда к волоконному кабелю или корпусу коннектора прикладывают нагрузки (силы или моменты). Полимеры также подвержены текучести и термическому расширению/сжатию в течение более длительного времени. Зазор в отверстиях завышенного размера в муфте дополнительно влияет на допуск при выравнивании встык торцов волокон. В процессе отверждения происходит усадка эпоксидной смолы, что приводит к искривлению пластмассовой муфты. Кроме того, с течением времени эпоксидная смола деформируется за счет ползучести, что в конечном итоге приводит к поршнеобразным движениям или перемещению назад концов оптических волокон (которые давят на концы присоединенных волокон) внутри отверстий в муфте при приложении аксиального напряжения смещения пружиной в коннекторе. Это нарушает целостность поверхностного контакта торцов противоположных волокон. Эти и другие недостатки в результате приводят к плохим допускам, превышающим допуски, желательные для современных применений оптических волокон.
[0008] В настоящее время общепринято, что производство современных коннекторов для кабелей является очень дорогим, и более важными являются надежность и характеристики потерь. Допуски в коннекторах волоконных световодов следует улучшать, а цена производства оптоволоконных коннекторов должна быть снижена для волоконной оптики, предназначенной для средств коммуникации, используемых на короткие и очень короткие расстояния. Относительно широкое распространение и особенно постоянно растущее использование оптических волокон в системах коммуникации, обработки данных и других системах передачи сигналов создает необходимость создания приемлемых и эффективных устройств для соединения между собой концов волокон (кабелей).
[0009] Патент США 7311449, права на который, в общем, были переданы правообладателю данного изобретения, раскрывает различные варианты воплощения муфт, массовое производство которых может быть налажено экономически эффективно с использованием штамповки. Некоторые из этих муфт скомпонованы для оптической юстировки (выравнивания) без использования выравнивающих втулок, полагаясь на выравнивающие втулки исключительно для обеспечения выравнивания муфт, имеющих прецизионно точную форму.
[0010] Данное изобретение обеспечивает улучшенные конструкции муфты и втулки, которые могут быть включены в новые оптоволоконные коннекторы, что приводит в результате к низким вносимым потерям и низким потерям отражения, обеспечивая легкость использования и высокую надежность при низкой чувствительности к окружающей среде, и которые могут быть произведены с низкими затратами.
Краткое описание чертежей
[0011] Для более полного понимания сущности и преимуществ изобретения, а также предпочтительных способов использования, далее приведено подробное описание со ссылками на сопроводительные чертежи. На всех прилагаемых чертежах аналогичные (одинаковые или похожие) номера позиций обозначают аналогичные или одинаковые части.
[0012] На Фиг. 1A-D показаны различные изображения оптоволоконного узла, включая муфту для использования внутри оптоволоконного коннектора в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения.
[0013] На Фиг. 2А-Е показаны различные изображения соединения (сопряжения) и оптического выравнивания муфт с использованием выравнивающей втулки в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения.
[0014] На Фиг. 3A-G представлены различные виды конструктивных деталей полумуфты в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения.
[0015] На Фиг. 4A-F представлены различные виды конструктивных деталей оптоволоконного узла в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения.
[0016] На Фиг 5А-В показаны виды с торца муфт, содержащих другие варианты выполнения выравнивающих канавок.
[0017] Фиг. 6А-Е иллюстрируют альтернативные варианты выполнения муфт и втулок.
[0018] На Фиг. 7А-Е показаны различные виды оптоволоконного коннектора, включающего заявляемые муфту и втулку в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения.
[0019] На Фиг. 8А-В представлены другие комбинации муфты и втулки в соответствии с другими вариантами воплощения данного изобретения.
[0020] На Фиг. 9А-Е, 10A-I, 11А-Е показаны различные виды конструкций втулок, имеющих сопрягаемые элементы поверхности для выравнивания (юстировки) муфт, которые пространственно (трехмерно) изменяются, в соответствии с различными вариантами воплощения данного изобретения.
[0021] На Фиг. 12 схематически показано пространственное изображение корпуса оптоэлектронного модуля, с которым муфты по данному изобретению могут быть использованы в качестве коннекторов.
[0022] На Фиг. 13 показан оптоволоконный коннектор, известный из уровня техники.
[0023] На Фиг. 14 показан схематический рисунок, поясняющий некоторые конструктивные соображения данного изобретения.
Раскрытие изобретения
[0024] Данное изобретение представляет муфту для оптоволоконного коннектора, которая преодолевает многие недостатки муфт и коннекторов, известных из уровня техники и, кроме того, улучшает не имеющие штырей выравнивающие (юстирующие) муфты заявителя. Муфта по данному изобретению обеспечивает создание оптоволоконного коннектора, имеющего муфту для оптоволокна, что приводит к низким вносимым потерям и низким обратным потерям (потерям на отражение), обеспечивая легкость использования и высокую надежность при низкой чувствительности к окружающей среде, и может быть произведена с низкими затратами. При данной конфигурации заявляемых муфт посадочное место или форм-фактор корпуса коннектора для оптоволокна, использующего заявленную муфту для многожильных кабелей, могут быть аналогичны корпусам, которые использованы в настоящем время в известных из уровня техники цилиндрических муфтах, сконструированных только для одножильных оптических волокон (т.е. заявляемые муфты могут быть введены в корпуса стандартных промышленных коннекторов, разработанных для одножильных оптических волокон таких как SC, FC, ST, SMA, LC, Dual LC и др. типов корпусов).
[0025] Согласно одному аспекту данного изобретения заявляемая муфта имеет внешнюю поверхность для выравнивания относительно комплементарной поверхности выравнивающей (юстирующей) втулки (т.е. внутренней поверхности в целом цилиндрической или трубчатой втулки). Внешняя поверхность муфты в целом цилиндрическая, имеющая профиль сечения контактной поверхности, как правило, в целом овальной формы. Точнее говоря, множество точек контакта между муфтой и втулкой заданы вдоль кривой в поперечном сечении, где центр кривизны в каждой точке контакта вдоль этой кривой точек контакта (то есть, кривая, содержащая точки контакта, которые способствуют выравниванию) не лежит в плоскости оси массива оптических волокон. В другом варианте воплощения изобретения, центр кривизны в каждой из точек контакта вдоль кривой точек контакта не лежит в геометрическом центре массива оптических волокон. Для варианта воплощения изобретения с симметричной муфтой, центр кривизны в каждой из точек выравнивающего (юстирующего) контакта вдоль этой кривой точек контакта не лежит, по крайней мере, в одной из двух ортогональных плоскостей симметрии муфты. Плоскости симметрии могут быть плоскостью оси массива оптических волокон и его ортогональной плоскостью. Другими словами, для симметричной муфты центр кривизны в каждой из точек контакта вдоль кривой точек контакта не лежит в геометрическом центре. В другом варианте воплощения изобретения все или практически все точки выравнивающего (юстировочного) контакта вдоль кривой точек контакта подчиняются соответствующим условиями, упомянутым выше, зависящим от варианта воплощения изобретения.
[0026] Согласно другому аспекту данного изобретения в поперечном сечении муфты поверхности на краях самого широкого участка муфты усекают таким образом, чтобы они не контактировали с втулкой. В другом варианте воплощения изобретения поверхности на краях муфты вдоль плоскости массива осей оптических волокон усекают таким образом, чтобы избежать контакта с втулкой.
[0027] Муфта имеет открытую структуру, у которой есть созданные на ней прецизионные элементы, а именно открытые канавки для выравнивания волокон, которые могут надежно удерживать (например, защелкиванием) оптические волокна без необходимости использования эпоксидной смолы или комплементарной прецизионной детали. В одном варианте воплощения изобретения у муфты есть корпус с множеством открытых канавок, сформированных параллельно на одной ее поверхности для расположения и защелкивания, по крайней мере, концевых участков оптических волокон. В еще одном варианте воплощения изобретения канавки могут быть созданы в корпусе муфты для выравнивающих (направляющих) штырей.
[0028] Согласно одному аспекту данного изобретения, втулки обычно имеют трубчатый корпус, который имеет сопрягаемые элементы поверхности для выравнивания муфты, которые могут двумерно варьироваться в плоскости сечения или варьироваться в трех измерениях, включая направление продольной оси.
[0029] Согласно другому аспекту данного изобретения, компоненты муфты и/или втулки сформированы прецизионно точно высокопрозводительными способами, такими как штамповка и экструзионное прессование. В другом варианте воплощения изобретения компоненты муфты формируют экструзией заготовки через матрицу.
[0030] В одном варианте воплощения изобретения корпус муфты может быть сделан из металлического материала, который может быть выбран таким образом, чтобы обладать высокой жесткостью (например, нержавеющая сталь), химической инертностью (например, титан), высокой термостабильностью (никелевый сплав), малым коэффициентом термического расширения (например, инвар) или соответствовать коэффициенту термического расширения других материалов (например, ковар для соответствия стеклу).
[0031] Муфта в соответствии с данным изобретением, преодолевающая многие недостатки существующего уровня техники, при ее использовании в оптоволоконном коннекторе ведет в результате к низким вносимым потерям и низким потерям отражения, обеспечивая легкость использования и высокую надежность с низкой чувствительностью к окружающей среде и может быть произведена с низкими затратами.
Детальное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
[0032] Далее изобретение описано на примере различных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи. Несмотря на то что изобретение описано исходя из наилучших способов воплощения, позволяющих достичь поставленных целей, специалисты оценят, что многие другие варианты и усовершенствования могут быть реализованы в рамках изобретения без нарушения его духа и буквы.
[0033] Данное изобретение включает муфту для оптоволоконного коннектора, преодолевающую многие недостатки муфт и коннекторов, известных из уровня техники, и дополнительно усовершенствует не имеющие штырей выравнивающие муфты заявителя. Муфта в соответствии с настоящим изобретением дает возможность создать оптоволоконный коннектор, имеющий муфту для оптоволокна, что приводит к меньшим вносимым потерям и низким обратным потерям (потерям на отражение), обеспечивая легкость использования и высокую надежность при низкой чувствительности к окружающей среде, и которая может быть произведена с низкими затратами. При данной конфигурации заявляемых муфт посадочное место или форм-фактор корпуса коннектора для оптоволокна, использующего заявленную муфту для многожильных кабелей, могут быть аналогичны корпусам, которые использованы в настоящем время в известных из уровня техники цилиндрических муфтах, сконструированных только для одножильных оптических волокон (т.е. заявляемые муфты могут быть введены в корпуса стандартных промышленных коннекторов, разработанных для одножильных оптических волокон таких как SC, FC, ST, SMA, LC, Dual LC и др. типов корпусов).
[0034] На Фиг. 1A-D показан оптоволоконный узел 10, включающий муфту 12 для использования внутри оптоволоконного коннектора в соответствии с одним из вариантов данного изобретения. Оптоволоконный коннектор 10 включает муфту 12, плоский оптоволоконный кабель, содержащий массив оптических волокон 24 (оголенные, открытые, без защитного буферного слоя и слоя защитной оболочки). На Фиг. 1В показан вид с пространственно разнесенными составными частями, на Фиг. 1С показан вид сверху и на Фиг. 1D показан вид сбоку оптоволоконного коннектора 10. Муфта 12 включает две половинки муфты (полумуфты) 13 и 14, которые являются симметричными в данном варианте воплощения изобретения. Концевые участки волокон 24 в основном выровнены заподлицо относительно торца 15 муфты 10, но могут слегка выступать за пределы торца (но не более чем на несколько микрон). Муфта 12 имеет в целом цилиндрический корпус, имеющий в целом овальное по форме поперечное сечение.
[0035] Фиг. 2А-Е иллюстрируют различные виды соединения (стыковки) и оптической юстировки (выравнивания) аналогичных муфт 12 или аналогичных оптоволоконных узлов 10 с использованием выравнивающей (юстирующей) втулки 20 в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения. Втулка 20 имеет внутреннюю поверхность, в целом подходящую по форму (конформную) внешней форме муфт 12, и имеющую такой размер, чтобы вместить муфты 12. Втулка 20 имеет трубчатый корпус в целом цилиндрической формы. Торцы муфт 12 состыкованы друг с другом (с торцами соединяемых волокон 24, состыкованных встык напротив друг друга), причем соответствующие волокна 24 оптически выровнены через (сквозь) поверхность контакта. В данном варианте втулка 20 является разрезной втулкой.
[0036] Фиг. 3A-G иллюстрируют различные виды конструктивных особенностей полумуфты 14 (конструкция другой полумуфты 13 аналогична) в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения. Конструкция фиксации (удерживания) кабеля, включающая множество параллельных, продольных, открытых канавок 34, предусмотрена на внутренней поверхности 39 корпуса полумуфты 14 (поверхность, обращенная к другой полумуфте 13). Центральная часть поверхности 39 имеет площадку 18 на плоскости между плоскостью дна канавок 34 и самым верхним уровнем поверхности 39 (См. также Фиг. 4D) В области площадки 18 дно канавки 34 не будет таким же глубоким, как глубина канавок 34 вне этой области, например, рядом с областью торцов 15. Тем самым улучшается технологичность, например, если полумуфту 14 формируют штамповкой ковкого металла. На конце, противоположном торцу 15, предусмотрена платформа 16, чтобы обеспечить пространство для вмещения утолщенного участка плоского оптоволоконного кабеля 23. В данном варианте выполнения изобретения канавки 34 в поперечном сечении имеют V-образую форму.
[0037] На Фиг. 4A-F показаны различные виды конструктивных деталей оптоволоконного узла 10 в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения. В данном варианте виды в разрезе на Фиг. 4С (взятом вдоль линии 4С-4С на Фиг. 4А) и на Фиг. 4Е (взятом вдоль линии 4Е-4Е на Фиг. 4А) являются по существу сходными. Видно, что стороны 21 и 22 (или боковые стороны на виде в поперечном сечении) муфты 12 усечены в целом плоской поверхностью или поверхностью с существенно большим радиусом кривизны.
[0038] Вид в разрезе на Фиг. 4D (взятом вдоль линии 4D-4D на Фиг. 4А) иллюстрирует область центральной площадки 18. Вид в разрезе на Фиг. 4F (взятом вдоль линии 4F-4F на Фиг. 4А) иллюстрирует область платформы 16, которая вмещает толщину плоского кабеля 24.
[0039] Предыдущий вариант показывает V-образные канавки в полумуфтах. На Фиг. 5А-В показаны виды с торца муфт, включающих другие варианты выравнивающих канавок, имеющих другие формы поперечного сечения. Фиг. 5А иллюстрирует продольные U-образные канавки, предусмотренные в полумуфте 14' и отсутствие канавок в полумуфте 13', а Фиг. 5В иллюстрирует полукруглые или С-образные канавки в полумуфтах 13ʺ и 14ʺ. Заметим, что муфта 12' на Фиг. 5А показана с плоским участком 19 на внешней поверхности, который может или не может контактировать со втулкой для выравнивания муфты в зависимости от формы втулки. Заметим далее, что стороны 21' и 22' (или боковые края в поперечном сечении) муфты 12' усечены в целом плоской поверхностью или поверхностью с существенно большим радиусом кривизны, а стороны 21ʺ и 22ʺ (или боковые края на виде в поперечном сечении) муфты 12ʺ также усечены в целом плоской поверхностью или поверхностью с существенно большим радиусом кривизны.
[0040] На Фиг. 6А-Е показаны альтернативные варианты муфт и втулок. Фиг. 6А показывает, что стороны 21''' и 22''' (или боковые края на виде в поперечном сечении) муфты 13''' усечены поверхностью, искривленной внутрь по сравнению с предыдущими вариантами. Примерные размеры показаны в миллиметрах. Фиг. 6С и 6D иллюстрируют другой вариант разрезной муфты 20', у которой есть вырез 25 у боковых углов 26 разрезной втулки 20', обращенных к усеченным сторонам 21''' и 22'''. Прорезь обеспечивает большую гибкость (упругость) у формообразующих углов 26 разрезной муфты 20'. У разрезной муфты 20' есть узкий разрез 27 вдоль стороны, задающей узкое пространство (более короткой оси) овальной втулки. Вместо этого прорезь 28 может быть сделана вдоль стороны, задающей более широкое пространство (вдоль большей оси) овальной муфты 20ʺ, как показано на Фиг. 6Е.
[0041] В одном аспекте данного изобретения заявляемая муфта имеет внешнюю поверхность для выравнивания относительно комплементарной поверхности выравнивающей втулки (то есть внутренней поверхности в целом цилиндрической или трубчатой втулки). Профиль внешней поверхности полумуфты овальной формы 14 будем обсуждать, ссылаясь на Фиг. 6В. Внешняя поверхность 50 полумуфты 14 в данном варианте в целом является цилиндрической, согласующейся с дугой окружности с центром в точке С. Исходя из проекции поперечного сечения, показанной на Фиг. 6В, центр С не лежит в плоскости оси оптических волокон, удерживаемых в канавках 34 на внутренней поверхности, или геометрическом центре массива волокон в поперечном сечении. Центр С не является геометрическим центром полумуфты 14''' или муфты 12''' в целом при соединении с полумуфтой 13''' в поперечном сечении (см. также Фиг. 4В). Центр С не лежит, по крайней мере, в одной из двух ортогональных плоскостей симметрии муфты. Ортогональные плоскости симметрии могут быть плоскостью оси волокон массива оптических волокон и их ортогональной плоскости. Далее, центр не лежит в более чем одной плоскости симметрии полумуфты 14''', или всей муфты 12''' целиком. Другими словами, для симметричной муфты центр С не лежит в геометрическом центре муфты.
[0042] В описанных выше вариантах воплощения изобретения все муфты и полумуфты удовлетворяют соответствующим условиями, отмеченными выше. Во всех описанных выше вариантах воплощения изобретения, за исключением варианта на Фиг. 5А, искривленные (криволинейные) поверхности, аналогичные криволинейной поверхности 50 на Фиг. 6В, контактируют с внутренней поверхностью выравнивающей втулки. Как показано в примере на Фиг. 6D, внутренняя поверхность выравнивающей втулки 20' контактирует со всей криволинейной поверхностью 50 муфты 12''', за исключением области вблизи углов 26 и прорези 12'''. Это тот контакт между втулкой и муфтой, который способствует и определяет выравнивание (юстировку) оптического волокна, удерживаемого в муфте, относительно внешней конфигурации муфты.
[0043] Видно, что контакт между муфтой и выравнивающей втулкой включает множество точек контакта в поперечном сечении. Точнее, множество точек контакта между муфтой и втулкой заданы вдоль кривой в поперечном сечении (то есть, кривая соответствует контактному сопряжению втулки с поверхностью муфты 50 в варианте на Фиг. 6D). Из этого следует, что центр кривизны у каждой из точек контакта вдоль этой кривой контакта (то есть, кривой, содержащей точки контакта, которые содействуют выравниванию) не лежит в плоскости оси волокна массива оптических волокон. Центр кривизны у каждой из точек контакта вдоль кривой точек контакта не лежит в геометрическом центре массива оптических волокон. Для варианта симметричной муфты центр кривизны у каждой точки выравнивающего контакта вдоль этой кривой контакта не лежит, по крайней мере, в одной из двух ортогональных плоскостей симметрии муфты. Плоскости симметрии могут быть плоскостью оси массива оптических волокон и их ортогональной плоскостью. Другими словами, для симметричной муфты центр кривизны у каждой из точек контакта вдоль линии точек контакта не лежит в геометрическом центре муфты.
[0044] Во всех изложенных выше вариантах, все или в значительной степени все точки выравнивающего (юстирующего) контакта вдоль линии точек контакта удовлетворяют соответствующим условиям, отмеченным выше. Дальнейшее понимание линии контакта будет рассмотрено со ссылкой на последующие варианты, приведенные ниже.
[0045] Фиг. 7А-Е иллюстрируют оптоволоконный коннектор, включающий заявляемые муфту и втулку в соответствии с одним из вариантов воплощения данного изобретения. Показаны два коннектора 60 (в данном варианте показаны идентичными), каждый из которых содержит оптоволоконный узел 10 (Фиг. 1), установленные в корпусе, соответствующем определенным промышленным стандартам. Предусмотрено соединительное устройство 62, которое удерживает втулку 20, в которую с каждого конца вводится муфта 12. У соединительного устройства есть две Т-образные половины 63 (в иллюстрируемом варианте идентичные). Для соединения коннекторов 60 муфту 12 каждого коннектора вставляют в один конец втулки 20 через отверстие 64 в Т-образной половине 63 соединительного устройства.
[0046] Фиг. 7Е иллюстрирует, как оптоволоконный коннектор 10 по данному изобретению может быть выполнен совместимым с муфтой в коннекторе, известном из уровня техники (такой, как муфта 1402 в известном из уровня техники коннекторе 1400, показанном на Фиг. 13). Муфту 12 вставляют в адаптер 66, имеющий сквозное отверстие 67, согласующиеся с внешним профилем муфты 12. С другой стороны адаптер стыкуется с муфтой 1402. В переходнике 60 также предусмотрены отверстия 68 для вмещения выравнивающих штырей муфты 1402, известной из уровня техники.
[0047] Фиг. 8А-В иллюстрируют другие комбинации муфты и втулки в соответствии с другими вариантами воплощения данного изобретения. В зависимости от того, нужен ли линейный контакт или точечный контакт, в этих вариантах предусмотрены полусферические выемки или полукруглые цилиндрические канавки (74) на муфте 72 и комплементарные полусферические точечные выступы или полукруглые цилиндрические линейные выступы (75). Изогнутая линия контакта 70 задается точками контакта между втулкой и муфтой за счет выступов и выемок/канавок. Как показано на Фиг. 8А, могут быть дополнительные точки контакта вне областей выступов и выемок/канавок. Как показано, усеченные стороны 21 и 22 муфты 72 не контактируют с втулкой.
[0048] В соответствии с данным изобретением муфта является самовыравнивающейся внутри втулки. Выравнивающих штырей не требуется, что позволяет избежать проблем существующего уровня техники. Втулка входит в прямой контакт с муфтами. Заметим, что конструктивные соображения направлены на создание комбинации втулки и муфты, так чтобы муфта и втулка работали вместе в режиме самоориентации благодаря тому, как создается (возникает) момент/соединение Fc-d, если муфта оказывается не выровненной внутри разрезной втулки. Как показано на Фиг. 14, если муфта вставлена в разрезную втулку, но неправильно сориентирована, контакт между муфтой и разрезной муфтой появляется на противоположных углах, и сила контакта действует перпендикулярно изогнутой поверхности. Нормаль (перпендикуляр) к изогнутой поверхности устанавливает линию действия силы контакта. Изогнутая поверхность в точке контакта должна быть такой, чтобы расстояние между двумя линиями действия было достаточным для возникновения возвращающего момента. Если момент приложен к муфте или кабелю, на противоположных углах возникают большие силы контакта, препятствующие погрешностям поворота.
[0049] Фиг. 9А-Е, 10A-I и 11А-Е иллюстрируют конструкции втулки, имеющей на сопрягаемой поверхности элементы для юстировки муфт, которые изменяются в трех измерениях в соответствии с различными вариантами воплощения данного изобретения. Профиль поверхности втулок меняется в поперечном сечении, а также в направлении оси втулки.
[0050] Фиг. 9 иллюстрирует вариант втулки 80 с пальцеобразными выступами консольно-соединенными с каркасной основой 82. У пальцеобразных выступов 81 есть кончики, каждый из которых определяют (задают) точку контакта с муфтой 12. Как показано на Фиг. 9Е, кончики 83 пальцеобразных выступов задают в поперечном сечении линию контакта 70 с муфтой 12, содержащую ряд точек контакта. В муфте 12 могут быть предусмотрены или не предусмотрены соответствующие (посадочные) выемки для фиксации кончиков 81.
[0051] На Фиг. 10 показана неразрезная втулка 85, имеющая трубчатый корпус, который является гофрированным в осевом направлении. Гофры 86 чередуются вдоль осевого направления. Как показано на Фиг. 10С, гофры на втулке 85 формируют определенные точки контакта с муфтой 12, задавая линию контакта 70 в поперечном сечении. Видно, что линия контакта 70 содержит различные наборы точек контакта в зависимости от поперечного сечения. Тем не менее, на виде, изображенном на Фиг. 10С, точки контакта в различных поперечных сечениях задают по существу одинаковый профиль линии контакта при условии, что муфта 12 является в значительной степени цилиндрической и одинаковой (единообразной) в осевом направлении.
[0052] На Фиг. 11 показана разрезная втулка, которая в целом является полым цилиндром (цилиндрической трубой), имеющим прямоугольные выпуклости 89, распределенные по всей внутренней поверхности и выступающие на внутренней поверхности втулки 88. Выпуклости 89 на втулке 88 задают в целом линию контакта в форме овала 70.
[0053] Вместо выпуклостей и/или выступов, предусмотренных на внутренней поверхности втулки, выпуклости и/или выступы могут быть предусмотрены на внешней поверхности муфты. Комплементарные согласующие углубления (выемки, канавки и аналогичные) могут быть предусмотрены на внутренней поверхности втулки.
[0054] Все линии контакта, обсуждаемые выше, удовлетворяют сформулированным ранее условиями.
[0055] Муфта имеет открытую структуру, у которой есть созданные на ней прецизионные элементы, а именно открытые канавки для выравнивания волокон, которые могут надежно удерживать (например, защелкиванием) оптические волокна без необходимости использования эпоксидной смолы или комплементарной прецизионной детали. В одном варианте воплощения изобретения у муфты есть корпус с множеством открытых канавок, сформированных параллельно на одной ее поверхности для расположения и защелкивания, по крайней мере, концевых участков оптических волокон. В еще одном варианте воплощения изобретения канавки могут быть созданы в корпусе муфты для выравнивающих (направляющих) штырей.
[0056] Согласно одному аспекту данного изобретения, втулки обычно имеют трубчатый корпус, который имеет сопрягаемые элементы поверхности для выравнивания муфты, которые могут двумерно варьироваться в плоскости сечения или варьироваться в трех измерениях, включая направление продольной оси.
[0057] Согласно другому аспекту данного изобретения компоненты муфт и/или втулок изготавливают с высокой точностью высокопроизводительными способами, такими как штамповка и экструзионное прессование. В другом варианте воплощения изобретения компоненты муфты формируют экструзией заготовки через матрицу (пресс-форму).
[0058] Согласно одному варианту выполнения изобретения корпус муфты выполнен из металлического материала, который может быть выбран таким образом, чтобы обладать высокой жесткостью (например, нержавеющая сталь), химической инертностью (например, титан), высокой термостабильностью (никелевый сплав), малым коэффициентом термического расширения (например, инвар) или соответствовать коэффициенту термического расширения других материалов (например, ковар для соответствия стеклу).
[0059] Канавки 34 в муфтах структурированы таким образом, чтобы надежно удерживать оптические волокна 24 (оголенный участок с обнаженным покрытием, без защитного буферного слоя и оболочки) путем защелкивания оптических волокон 24, например, механически или посадкой с натягом (или прессовой посадкой). Например, ширина канавок 34 может быть по размеру несколько меньше, чем диаметр оптических волокон 24, так чтобы оптические волокна 24 плотно удерживались в канавках 34 при посадке с натягом. Посадка с натягом гарантирует, что оптические волокна 24 зажаты (зафиксированы) на месте и, следовательно, положение и ориентация концевых участков оптических волокон 24 задаются расположением и продольной осью канавок 34. В одном из показанных вариантов канавки 34 имеют U-образную форму в поперечном сечении, которые плотно вмещают оголенные оптические волокна 24 (т.е. с обнаженным покрытием, без защитного буферного слоя и оболочки). Боковые стенки канавки 34 по существу являются параллельными, и отверстия канавок могут быть немного уже, чем параллельный просвет между боковыми стенками (т.е. со слегка С-образным профилем в поперечном сечении), чтобы обеспечить дополнительно механическое плотное прилегание или посадку с натягом для оптических волокон 24. Дополнительные детали конструкции (структуры) открытой канавки можно найти в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент США №13/440970, поданной 5 апреля 2012, которая полностью включена в данную заявку в виде ссылки. Полумуфта 14', снабженная канавками, является фактически цельной (неразъемной) открытой муфтой, поддерживающей оптические волокна 24 с их концевыми участками, находящимися в точном положении и выровненными относительно друг друга и внешней конфигурации муфты.
[0060] Легко оценить, что открытые канавки могут быть сформированы более легко и точно по сравнению с формированием сквозных отверстий в пластмассовом блоке муфты, принятом согласно существующему уровню техники.
[0061] Способ и устройство для прецизионной штамповки были раскрыты в патенте США №7343770, права на который были переданы правообладателю данного изобретения. Этот патент полностью включен в данную заявку в виде ссылки. Способ и устройство для штамповки, раскрытые в этом патенте, могут быть адаптированы для прецизионной штамповки муфт по данному изобретению. Полумуфты 13 и 14 могут быть соединены вместе, удерживая оптические волокна внутри, сваркой или припаиванием.
[0062] Как показано в варианте воплощения изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 12, узел муфты 112 может быть выполнен таким образом, чтобы представлять собой герметичный узел муфты, если узел муфты 12 герметично запаян с оптическими волокнами 24, удерживаемыми в ней. Узел муфты 112 может быть адаптацией более раннего варианта муфты 12 путем выравнивания оголенных волокон на обоих торцах узла муфты 112 вместо только одного торца муфты 12 в более раннем варианте (т.е. муфта является симметричной относительно оси, перпендикулярной к продольной оси). В этом варианте воплощения изобретения узел муфты 112 герметично присоединен к корпусу 114 оптоэлектронного модуля 112, имеющего только оголенные оптические волокна 24 (т.е. без защитного буферного слоя и оболочки), удерживаемые внутри муфты без заметного удлинения (распространения) с обоих концов за пределы торцов муфты (т.е., оптические волокна, удерживаемые в узле муфты 112, завершаются по существу копланарно (в одной плоскости) с обоими торцами муфты 112; причем один из торцов узла муфты 112 находится внутри корпуса модуля 114). В этом варианте воплощения изобретения канавки для выравнивания волокон формируются прецизионно точно (например, штампованием) с жестким допуском для обоих торцов оптических волокон.
[0063] Соответственно, в этом варианте воплощения изобретения узел муфты 112 обеспечивает демонтируемый (разборный, съемный) терминал для модуля 112 для подключения к другим оптическим устройствам, таким как плоский волоконно-оптический кабель (например, коммутационный шнур 63, имеющий муфты 12 аналогичной формы с овальным поперечным сечением), используя выравнивающую втулку 20 (например, разрезную втулку, имеющую комплементарную форму и такой размер, чтобы вместить узел муфты 112 и муфту 12 на коммутационном шнуре 163). Можно полагать, что в этом варианте воплощения изобретения узел муфты 112 будет герметичным терминалом (оконцовкой) модуля 112, имеющего выравнивающую муфту для оптического выравнивания (юстировки) относительно внешних устройств. С этим вариантом воплощения изобретения неисправный внешний плоский волоконно-оптический кабель может быть заменен путем подключения заменяемого плоского волоконно-оптического кабеля к герметичному терминалу муфты без необходимости замены значительно более дорогого модуля 112.
[0064] Так как для описанных выше муфт, оптическое выравнивание (юстировка) граничащих муфт у оптоволоконных коннекторов зависит от выравнивающих втулок, внешние поверхности муфты должны поддерживаться с жестким допуском так же, как и для юстировки с использованием выравнивающей втулки. В описанных выше вариантах воплощения изобретения не требуется использование выравнивающих штырей для выравнивания муфт. Соответственно, штамповка частей муфты (полумуфт) включала бы штамповку всего корпуса частей муфты, включая формирование канавок, прилегающих поверхностей частей муфты, включая формирование канавок, сопрягаемых поверхностей частей муфты и внешних поверхностей, которые контактируют с втулками. Втулки также могут быть прецизионно сформированы штампованием. Это поддерживает пространственную взаимосвязь между канавками и внешними выравнивающими поверхностями муфт для облегчения выравнивания с использованием только выравнивающих втулок без соответствующих вы
[0065] Несмотря на то, что изобретение описано исходя из предпочтительных вариантов воплощения, специалистам очевидно, что многие другие изменения по форме и в деталях могут быть реализованы в рамках изобретения без нарушения его духа и буквы. Соответственно раскрытое изобретение следует рассматривать лишь как иллюстрацию, в то время как сущность изобретения ограничена только приведенной далее формулой изобретения.