[发明专利]用于扩展光束连接器的截切球透镜

说明书

技术领域

本发明大致涉及透镜，更具体地，涉及用在扩展光束光学连接器的球透镜（ball lens）。

背景技术

光纤连接器是许多不同的光传播系统的重要部分。例如，它们存在于大致所有的光纤通信系统中并且它们被用于在军事应用中将光成像到目标上。这种连接器可被用于将光纤的线段接合（join）到更长的长度，以将光纤连接到有源设备（active device），比如辐射源、探测器和中继器，以及将光纤连接到无源设备(passive device)，比如开关、多路器和衰减器。光纤连接器的主要功能是保持光纤端使得光纤的芯与配合结构的光学通道轴向地对齐。通过这种方法，来自光纤的光光学地耦合到光学通道。

此处的特别关注的为“扩展光束”光学连接器。这种连接器传统地用于高振动、高功率和/或不干净的环境，在这个环境中光纤与配合连接器的光路之间的“物理接触”是有问题的。为了避免碎片和振动的问题，已开发出扩展光束光学连接器，其扩展光束并使其越过连接器之间的气隙传播。通过扩展光束，光束相对于碎片的大小增加，使得光束更少地受干涉的影响。此外，越过气隙传播光束消除部件与部件的磨损，由此增加连接器对振动的耐受性。几年来，扩展光束连接器已经发展成耐用的多光纤连接器，其包括外壳体，该外壳体被构造为与配合连接器的外壳体配合，典型地通过螺纹件连接（screw connection）。包括在外壳体中的是若干内组件或“插入件”。每个插入件典型地包括插入件壳体；套箍组件，其被包括在插入件壳体并且适于接收光纤；以及在插入件壳体的配合端的球透镜，其光连接到光纤。

球透镜作为接口在军事瞄准（military targeting）中特别有用。这种应用涉及使用光纤从高功率光源（例如激光器）传播光到将光成像到目标上的光学系统。偏好球透镜接口是因为光纤中的光的高功率密度。扩展光束减少在可分离接口处的功率密度，这减少了由激光和灰尘与碎片在可分离的接口处的相互作用导致的激光引起的损坏。在这种应用中，激光波长长于大约为1.31μm到1.55μm的典型的通信波长。

图1示出了一个这样的球透镜100（为了简明，只示出了球透镜100和光纤110；未示出外壳体的插入件壳体和套箍组件）。如图1所示，球透镜100用于在连接器接口扩展和准直光101。当两个扩展光束连接器配合时（在图2中概念性地示出），在每对光学地耦合的插入件的球透镜200之间有气隙220。与图1中的一样，图2中的球透镜200用于准直沿着光纤210传播的光102。

发明内容

泰科电子公司（哈里斯堡，宾夕法尼亚州）制造使用商标的扩展光束（EB）连接器。这些扩展光束连接器用于典型的通信波长为比如0.85μm、1.3μm、1.31μm和1.55μm的用途，其中前两个波长常常用在多模（MM）应用中，而后两个波长用于单模（SM）应用。这些EB连接器使用3mm的球透镜以准直并且然后重新聚焦光。折射率约为2的球透镜在球的表面附近聚焦准直光。因此在SM设计中，选择透镜材料使得在1.31μm和1.55μm下折射率差不多等于2。对于MM应用，使用具有折射率小于2的透镜材料，使得聚焦平面在透镜外面，即外部。在MM EB连接器中，机械壳体（称为“EB插入件”）将光纤保持在距离透镜预先确定的距离使得光纤端被定位在焦平面的外部。

球透镜能够以精确控制球状和直径的方式制造。因此利用球/球体形状的机械特征，通过使用安装在EB插入件中的被动对齐特征，球透镜能够被准确地相对于光纤放置，即球的几何形状提供了用于球形透镜的定位的重要“配准表面（registration surface）”。

上述设计很好地工作于0.85μm与1.55μm之间的典型通信波长。然而，出现了以下情况，其中特定的应用可能需要连接器工作于更高波长，比如上述的军事应用中，或者1.8μm到5μm的中红外波长范围附近。这需要使用与当前的EB连接器中所使用的不同的玻璃。一种在红外光学元件中常用的玻璃是硒化锌（ZnSe），其能够传递红外波长的光。然而，当试图将硒化锌用于球透镜时存在问题：硒化锌的折射率大于2，因而入射在由硒化锌制成的球透镜300上准直光束将光聚焦在球内的点312处，如图3所示。因此，典型的EB透镜设计不能用作EB连接器的准直透镜，但是还是想要能够使用球透镜的机械对齐特征。本发明满足这个需要以及其它需要。