[发明专利]具有用于光束扩展的双反射表面的光纤连接器套圈组件和包括其的扩展光束连接器

说明书

一种扩展光束套圈，包括具有第一反射表面的第一套圈半部和具有第二反射表面的第二套圈半部，它们一起保持光纤。这对反射表面输出平行于套圈的中间平面的准直光。外部套圈将两个相似套圈的外表面对准，且套圈的相应第二反射表面彼此面对。来自保持在一个套圈中的光纤的输出光被这对反射表面弯折两次，在第一次弯折之后光束发散，且在第二次弯折之后准直。准直光传递至由套筒对准的对面第二套圈中的对面第二反射表面，该准直光经受与第一套圈中所进行的相反的光学整形，以便会聚并聚焦光以输入到保持在另一套圈中的光纤。

优先权声明

本申请要求2016年8月17日提交的美国临时专利申请No.62/376,381的优先权，该临时专利申请通过引用完全并入，如在此完全阐述一样。下面提到的所有公开内容都通过引用完全并入，如同在此完全阐述一样。

政府权利

本发明是在能源部授予的第DE-SC0009617号合同的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及光束扩展光束连接器，特别是扩展光束连接器中的套圈组件。

背景技术

通过光纤波导传输光信号有许多优点，并且其使用是多种多样的。单个或多个光纤波导可以简单地用于将可见光传输到远程位置。复杂的电话和数据通信系统可以通过波导内的光学信号传输数字化数据。这些应用以端对端的关系耦合光纤，耦合是光损失的一个来源。需要精确对准光纤的两个抛光端，以确保光纤链路中的光损耗小于系统的规定光损耗预算。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。这意味着在以千兆位速率运行的并行光纤和单光纤链路中，用于对准光纤的组件必须以亚微米精度组装和制造。

在光纤连接中，光纤连接器端接包含一根或多根光纤的线缆的末端，并且与插接相比能够更快地连接和断开。连接器机械地连接和对准光纤芯，使光可以端对端通过。光纤的端部支撑在套圈中，光纤的端面通常与套圈的端面齐平或略微突出。当连接器组件中的互补套圈配合时，一个套圈的光纤与另一个套圈的配合光纤对准。更好的连接器由于光纤的反射或未对准会损失很少的光。以千兆位速率工作的并联/多光纤和单光纤链路中的连接器必须与亚微米精度制造的子组件组装在一起。假使生产具有如此精确水平的零件不具有足够的挑战性，为了使得到的最终产品具有经济效益，必须在自动化的高速工艺中完成。

在一些应用中，配合光纤的端面彼此物理接触，以实现配合光纤对之间的信号传输。在这样的应用中，各种因素可能降低光纤对之间的光传输的效率，如不规则性、在光纤端面上的毛刺或划痕、光纤对未对准、以及在配合界面的灰尘或碎屑。由于相对于任何外来物体(例如灰尘或碎屑)的尺寸的小光路，任何这样的异物都会干扰光的传输。

迄今为止，现有技术已经开发了扩展光束连接器以扩展光束的尺寸并通过连接器之间的气隙传输光束。通过扩展光束，灰尘或碎屑与光束之间的相对尺寸差异增大，因此减少了任何灰尘或碎屑以及任何未对准对光传输效率的影响。结果，在相对肮脏和高振动的环境中，扩展光束光纤连接器通常是优选的。

迄今为止，现有技术的扩展光束连接器包括安装在每根光纤端面附近的透镜。通常使用两种类型的透镜-准直型和交叉聚焦型。准直透镜接收来自第一光纤的光输出并将光束扩展到相对大的直径。当使用准直透镜时，第二透镜和套圈组件相似地配置有准直透镜，该准直透镜位于第二光纤的端面附近，用于接收扩展光束，并且在第二光纤的输入端面处重新聚焦光束。交叉聚焦透镜接收来自第一光纤的光，将其扩展到相对大的直径，然后将来自相对大直径的光聚焦在特定焦点处。利用交叉聚焦透镜，透镜和套圈组件可以与另一个透镜和套圈组件配合，其具有交叉聚焦透镜或具有本领域已知的非透镜套圈组件。

目前，普遍认为现有技术的光纤连接器制造成本太高，并且更期望提高可靠性和损耗特性。扩展光束连接器中的透镜是附加部件，其需要在组件中光学耦合到光纤的端面，因此需要额外的部件和额外的制造成本。现有技术的扩展光束连接器仍然导致相对高的插入损耗和回波损耗。