用于光学插座的套圈保持件及其制造方法和使用其的光学插座的制作方法

专利名称：用于光学插座的套圈保持件及其制造方法和使用其的光学插座的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光学插座(optical receptacle)的套圈保持件，它被用在例如将光纤连接器光学连接至光接收/光发射装置，还涉及制造套圈保持件的方法，和使用套圈保持件光学插座。本发明尤其涉及用于便宜的无短截线(stubless)光学插座的套圈保持件及其相关技术。
背景技术：
众所周知，常规光学插座，例如专利文献1所披露的，通过下述方式构成将圆柱形的嵌入套圈通过压配合或粘合插入套筒内孔的底端部分；并在套筒底端部分外围周围安装套筒支架。接着，套圈(插塞套圈)被插入套筒内孔的末端侧面，在用于光学连接时，插塞套圈侧面上的光纤和嵌入套圈侧面上的光纤在各自端面相互接触。
不同于上述光学插座的另一种常规的光学插座，例如专利文献2所披露，通过下述方式构成将光学材料如玻璃形成的杆插入形成在半导体模块主体上的内孔的底端部分中；并使杆的端面和被插入内孔的末端面(tip face)的套圈端面(end face)相互接触。接触套圈端面的杆的末端面(专利文献中的B面)经受球面磨光。考虑到杆末端面经受球面磨光的事实，这个杆可被看作是通过压配合或粘合插入模块主体的内孔中，并且在经受球面磨光的末端面被保护的同时，固定杆的操作必须被执行。
专利文献1JP-A一10-332988(图4)专利文献2JP-A-04-223412

发明内容
本发明解决的技术问题专利文献1披露的光学插座利用了嵌入套圈，并通过直接接触(PC/physical contact)连接方式连接至插塞套圈。为了降低插入损耗至最小，嵌入套圈的外径、内径，以及内外径的同心度必须加工至高精度。亚微级的精度是需要的，并且嵌入套圈具有外径1.249mm±0.5μm，内径126.5μm±0.5μm(使用直径125μm的光纤)，外径和内径之间的同心度1.4μm或更少。亚微级的精度通常引起高涨的制造成本。注意，直接接触连接(PC连接)所指的连接方法包括如下步骤通过磨光或类似加工将光纤连接器的套圈端面形成凸起球形表面的形状；将光纤芯体部分连接套圈端面，以减少菲涅尔反射。
被插入嵌入套圈内孔的光纤必须用粘合剂固定。然而，用粘合剂固定光纤的操作必须手动执行，从而需要大量的劳动力和成本。光纤外径和嵌入套圈内径之间的差，就是说，间隙是1至2μm(最大同心度1.0μm)。光纤在嵌入套圈的内孔中偏心，嵌入套圈外径和内径之间的最大同心度是1.4μm(最大偏心度0.7μm)。因此，插入损耗超过0.5dB容许量的光纤被不可避免地制造。
这里，插入损耗理论上如上所述通过偏心度计算。就是说，偏心度和插入损耗之间的关系通过下述公式表示。插入损耗(dB)＝4.34*L/(D/2)2。注意，L表示连接插塞套圈的光纤芯体部分的中心与连接嵌入套圈的光纤芯体部分的中心之间的距离(芯体部分之间的距离)。D表示模域直径(mold field diameter)。
如上所述，每个插塞套圈和嵌入套圈内孔中光纤的最大偏心度是1μm。此外，从套圈外径和内径之间的同心度获得的最大偏心度是0.7μm，从而提供总的最大偏心度1.7μm。因此，芯体部分之间的最大距离理论上是3.4μm，模域直径大概是10μm，从而提供大的插入损耗，最大2.0dB。
在这种情况下，光学通信插座插入损耗的容许量是0.5dB，考虑容许量，嵌入套圈的尺寸精度必须提高。因此，提高尺寸精度是成本增加的必然因素。另外，根据环境变化，光纤可能从嵌入套圈的端面凸出或者缩回。因此，插入损耗易于增加，从而可能阻止直接接触连接。
接触插塞套圈的嵌入套圈端面必须高精度磨光成允许直接接触连接的凸起球形表面。然而，操作仅允许一次磨光一个或几个嵌入套圈，因此具有低的批量生产率。低的批量生产率是导致生产成本增加的另一个因素。另外，光学插座具有嵌入套圈端面易于被磨光操作刮伤，从而减少回波损耗(retum loss)的问题。考虑到被插入模块主体内孔中的棒的端面必须经受球面磨光的事实，专利文献2中披露的光学插座可能具有相同的问题。
嵌入套圈通过挤压或粘合剂粘合被固定在坚硬的套筒底端部分。由于空气温度的变化，通过挤压固定的嵌入套圈的粘合位置可变化。同时，在用粘合剂粘合固定的嵌入套圈中，粘合剂易于在高温高湿环境中退化，嵌入套圈的粘合位置可能变化。嵌入套圈粘合位置的变化导致光发射元件或光接收元件与嵌入套圈之间距离的变化，耦合效率可能被降低。考虑到棒必须通过挤压或粘合剂粘合固定在模块主体内孔中的事实，专利文献2中披露的光学插座可能具有相同的问题。
本发明的第一个技术目的是提供一种用于光学插座的套圈保持件，它可被低成本制造，它具有小的插入损耗，并且它具有连接至被容易地形成在端部侧以具有适当形状和性能的套圈端面的凸起曲线表面；制造套圈保持件的方法；以及使用套圈保持件的光学插座。
本发明的第二个技术目的是提供一种用于光学插座的套圈保持件，它可被低成本制造，它具有小的插入损耗，并且没有引起耦合效率的降低；制造套圈保持件的方法；以及使用套圈保持件的光学插座。
解决问题的方法用于实现第一个技术目的的本发明所述的用于光学插座的套圈保持件包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，其特征在于透明体的主要端面具有通过热处理获得的凸起曲线表面。在这种情况下，透明体在套筒轴向方向上在中途位置处，优选在套筒轴向方向上在中心位置处，具有主要端面，所述主要端面用于在套圈(插塞套圈)和光学元件(光发射元件或光接收元件)之间传输光。透明体优选是圆柱形实体，由单一固体构件形成。
根据上述结构，用于光学插座的套圈保持件包括套筒和透明体，并且与套圈(插塞套圈)端面接触的透明体的主要端面具有通过热处理获得的凸起曲线表面。因此，用于光学插座的套圈保持件可以低成本制造，并具有小的插入损耗。就是说，透明体用于在插塞套圈和光发射元件或光接收元件之间传输光线，类似嵌入套圈。此外，透明体不需要光纤，因此，不需要用于插入和粘合光学的劳动力、负担或成本。透明体像光纤一样，不具有嵌入套圈所具有的波导结构，因此没有引起相对插塞套圈光纤芯体的轴线位移。透明体仅需要直接接触连接，并没有因为偏心原因导致的插入损耗。插入损耗仅取决于直接接触连接表面的表面质量和在通信波长处的透明体的透光性，不会超过0.5dB。此外，透明体的主要端面通过热处理软化和变形，然后凝固。因此，主要表面具有靠表面张力或类似形成的适当形状的凸起曲线表面。并且主要表面具有镜面或类似镜面性能的凸起曲线表面。即使透明体的前体缺乏尺寸精度，透明体的前体也可通过热处理软化和变形，从而提供具有适当形状的凸起曲线表面的主要端面。因此，透明体的前体具有宽泛的尺寸精度容许范围和改进余地，从而允许低成本制造透明体的前体。透明体的主要表面通过热处理形成。因此，即使污染物如有机物，粘附至透明体前体的表面上，表面经受热清洗，从而抑制了由于污染物或类似物的原因导致的光损耗。
在上述结构中，透明体的主要端面优选具有未磨光的表面。
这样，透明体的主要表面具有通过热处理获得的镜面或类似镜面的表面。因此，可能是成本增加因素的磨光步骤可以省略，并且端面几乎不通过磨光划伤。不仅回波损耗的降低被抑制，而且主要表面可比磨光表面具有更好的光学性能。
在上述结构中，在透明体主要端面上，中心在套筒轴线周围的半径75μm或更多的区域优选具有凸起球形表面。在这种情况下，凸起球形表面不需要是在整个区域具有单一曲率半径的凸起球形表面，可以是具有不同曲率半径的光滑的连续的凸起球形表面。
这样，中心在套筒轴线周围的半径75μm或更多的区域具有凸起球形表面，从而稳定地实现透明体主要端面和套圈(插塞套圈)端面之间的直接接触连接。
在上述结构中，凸起球形表面的曲率半径ρ和套筒的内径d优选满足ρ＞d/2的关系。
如上设置的这种关系，与凸起球形表面一起，方便了直接接触连接。
在上述结构中，凸起球形表面具有的曲率半径优选为3至50mm。
这样，在透明体主要端面和套圈端面的直接接触连接中，压力没有集中在套圈侧光纤尖端部分处，涉及划伤尖端部分问题的可能性和阻止光通过的可能性降低了。就是说，在直接接触连接中，如果凸起球形表面具有的曲率半径小于3mm，压力易于集中在套圈侧光纤尖端部分处。如果凸起球形表面具有的曲率半径大于50mm，回光变强，这阻止了直接接触连接。如果曲率半径ρ落到上述数字范围内，这些问题就被有效地避免了。凸起球形表面的曲率半径ρ的优选范围是7至25mm。
用于实现第二个技术目的的本发明所述的用于光学插座的套圈保持件包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，其特征在于透明体通过热处理被直接固定至套筒的内表面。
根据上述结构，用于光学插座的套圈保持件包括套筒和透明体，并且具有通过热处理被直接固定至套筒的内表面的透明体。因此，用于光学插座的套圈保持件可以低成本制造，具有小的插入损耗，并一点也不降低耦合效率。此外，透明体没有光纤连接，因此，具有的优点在于没有光纤被如上所述地连接。即使透明体的前体缺乏尺寸精度，但是透明体的前体可通过热处理软化和变形，从而热固定透明体至套筒内表面。因此，透明体的前体具有宽泛的尺寸精度容许范围和改进余地，从而允许低成本制造透明体的前体。透明体被热粘合至套筒内表面。因此，即使在透明体被暴露在空气温度变化或者暴露在高温高湿环境时，透明体的粘合位置没有变化，从而阻止了耦合效率的降低。
在上述结构中，套筒和透明体之间的固定力优选是49N或更多。
这样，固定力是49N或更多，从而避免了透明体松动，并提高了光学插座的耐用性。
在上述结构中，在用于光学插座的套圈保持件留在85℃和85％RH的高温高湿度环境中2000小时后，套筒和透明体之间的固定力优选是49N或更多。
这样，光学插座的性能在任何环境中几乎不变化，并且由于环境原因产生有害效果的可能性显著减少。
在上述结构中，透明体和套筒优选被密封。
这样，在光学组件中，形成在光学插座和光接收/发射元件之间的空间可被密封地保持，明确地说，以1×10-9pa·m3/sec或更小的密封条件高度地密封。
在上述结构中，热处理利用电弧放电、激光、火焰，或者使用热处理炉子或类似物间接加热方式实现。
这里使用的术语“热处理”包括用于形成透明体主要端面上的凸起曲线表面的热处理，和用于固定透明体至套筒内表面的热处理。热处理优选同时进行。CO2激光(波长10μm)可被用作激光，电炉可被用作热处理炉子。
在上述结构中，用于光学插座的套圈保持件满足公式-10Log{(nf-nb)2/(nf+nb)2}≥37，其中nb表示透明体的折射率，nf表示连接至套圈内孔中的光纤芯体部分的折射率。
这样，-10Log{(nf-nb)2/(nf+nb)2}是37或更多，从而抑制回光，并避免在光学性能上的有害效果。在这种情况下，-10Log{(nf-nb)2/(nf+nb)2}更优选是40或更多。
在上述结构中，在30至380℃处，套筒和透明体之间的平均热膨胀系数的差优选是8ppm/℃或更少。
这样，在操作温度条件下，套筒和透明体之间的平均热膨胀系数的差没有过分增加，从而更优选地防止了在套筒或透明体中形成裂缝。
在上述结构中，在30至380℃处，套筒和透明体之间的平均热膨胀系数的差是1ppm/℃或更少。
这样，在操作温度条件下，套筒和透明体之间的平均热膨胀系数的差是更适合的值，从而抑制透明体中的张力。因此，偏光附属损耗(PDL)或偏光模式色散(PMD)几乎不增加。
在上述结构中，厚度1mm的透明体在波长800至1700nm的红外区域中优选具有85％或更多的透光率。
这样，透明体有利于传输光通信波长的光，并优选用于光通信。
在上述结构中，透明体和套筒中每个具有1mm厚度，它们中至少一个部分地或全部地在波长300至450nm的紫外区域中具有75％或更多的透光率。
这样，透明体和套筒中至少一个有利地传输紫外光，并优选用于，例如绝缘芯片通过使用紫外可愈粘合剂固定至透明体端面的情况。
在上述结构中，透明体是由玻璃形成。
这样，玻璃形成的透明体具有出色的耐气候性的优势。
在上述结构中，透明体优选由硼硅酸盐玻璃形成。
这样，由硼硅酸盐玻璃形成的透明体具有的优点在于透明体具有与套筒材料类似或相同的膨胀效率，与光纤芯体部分在折射率上的小的差异，以及出色的耐气候性。
在上述结构中，明确地说，以质量％计算，硼硅酸盐玻璃优选含有65至85％SiO2，8至25％B2O3，1.5至10％Li2O+Na2O+K2O，0至10％Al2O3，以及0至5％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO。以质量％计算，硼硅酸盐玻璃优选含有67至80％SiO2，12至19％B2O3，2至9.5％Li2O+Na2O+K2O，0至6％Al2O3，0至3％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，以及0至0.05％Fe2O3。
除了上述成分外，硼硅酸盐玻璃可进一步含有少量的PbO，ZrO2，TiO2，As2O3，Sb2O3，Cl2，等类似物。
这样，由硼硅酸盐玻璃形成的透明体可更适合地具有上述优点。
在上述结构中，透明体优选具有相对垂直套筒轴线的平面倾斜的平面，平面被形成在与主要端面相对的第二端面上。
这样，透明体的第二端面处的回光可被切断，从而有效地避免由于回光引起的光学有害效果。特别地，透明体具有相对垂直套筒轴线的平面倾斜4至15°角的平面，通过在与主要端面相对的第二端面上形成相对垂直套筒轴线的平面倾斜的平面，透明体具有了上述优点，以及保持高耦合效率的优点。
在上述结构中，套筒优选由陶瓷制品、结晶玻璃、金属或树脂形成。
这样，套筒适当地用作覆盖透明体外围的套圈。特别地，由陶瓷制品或结晶玻璃形成的套筒具有高的热阻，从而提供的优点在于当透明体的基础材料被软化和变形时，套筒具有不变化的尺寸，不恶化，以及出色的耐气候性。
在上述结构中，套筒优选具有形成在其上的狭缝。在这种情况下，狭缝优选被形成，以沿套筒芯体轴线方向平行延伸。
这样，即使套筒和透明体之间的平均热膨胀的差是大的，压力也可被释放，从而防止套筒或透明体中形成裂缝。
上述第一个和第二个技术目的可以利用具有上述结构的用于光学插座的套圈保持件形成的光学插座实现。
同时，用于实现本发明第一个技术目的的制造本发明所述的用于光学插座的套圈保持件的方法，其中所述套圈保持件包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，所述方法的特征在于，包括将透明体的主要端面形成凸起曲线表面的如下步骤将透明体的前体插入套筒的内孔；并通过热处理软化透明体的前体。
根据上述方法，透明体的前体被插入套筒的内孔，并且透明体的前体利用热处理软化，从而利用表面张力或类似，将接触套圈(插塞套圈)的透明体的主要端面形成凸起曲线表面。因此，低制造成本和插入损耗的降低被实现。此外，透明体的主要端面通过热处理被软化和变形，接着凝固，因此，透明体具有镜面或类似镜面性能的凸起曲线表面。即使透明体的前体缺乏尺寸精度，透明体的前体也可通过热处理软化和变形，从而提供具有适当形状的凸起曲线表面的主要端面。因此，透明体的前体具有宽泛的尺寸精度容许范围和改进余地，从而允许低成本制造透明体的前体。透明体的主要表面通过热处理形成。因此，即使污染物如有机物，粘附至透明体前体的表面上，表面经受热清洗，从而有效地去除了提高光损耗的污染物。
用于实现本发明第二个技术目的的制造本发明所述的用于光学插座的套圈保持件的方法，其中所述套圈保持件包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，所述方法的特征在于，包括固定透明体和套筒的如下步骤将透明体的前体插入套筒的内孔；并通过热处理软化透明体的前体。
根据上述方法，透明体的前体被插入套筒的内孔，并且透明体的前体利用热处理软化，从而将透明体直接热固定至套筒内表面。因此，低制造成本和插入损耗的降低被实现。即使透明体的前体缺乏尺寸精度，透明体的前体也可被软化和变形，从而将透明体热固定至套筒内表面。因此，透明体的前体具有宽泛的尺寸精度容许范围和改进余地，从而允许低成本制造透明体的前体。此外，透明体被热粘合至套筒内表面。因此，即使在透明体被暴露在空气温度变化或者暴露在高温高湿环境时，透明体的粘合位置没有变化，从而阻止了耦合效率的降低。
在上述任一方法中，热处理优选利用电弧放电、激光、火焰，或者使用热处理炉子或类似物间接加热方式实现。
这样，透明体的前体可被容易地软化和变形，从而形成透明体的主要端面，所述透明体的主要端面具有通过表面张力或类似形成的适当的凸起曲线表面。特别地，透明体的前体可容易地通过激光或间接加热(如热处理炉子)软化和变形，从而减小凸起曲线表面(凸起球形表面)顶端和套筒内径中心之间的移动(偏心)。间接加热包括利用热处理炉子加热含在内孔中的透明体前体的整个套筒。此时热处理温度仅低于套筒的软化点或熔点，高于玻璃棒的软化点。特别地，为了在短时间内获得具有所需曲率半径的凸起球形表面，并同时进行透明体端面的热清洗，热处理温度是500至800℃，优选600至800℃。在这种情况下，热处理时间是3小时或更少，提供了出色的制造效率的优点。利用CO2激光作为激光加热，允许在短时间内软化透明体的前体。
在上述任一方法中，透明体的前体优选是玻璃棒或树脂棒。
这样，透明体的前体可被容易地且确实地软化和凝固成具有凸起曲线表面的主要端面的透明体，或可被容易地且确实地热固定至套筒内表面作为透明体。在这种情况下，从折射率、热膨胀系数、软化和变形过程中的析晶阻力及类似指标的角度看，以质量％计算，玻璃棒优选含有65至85％SiO2，8至25％B2O3，1.5至10％Li2O+Na2O+K2O，0至10％Al2O3，以及0至5％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO。此外，树脂棒也可被使用，它的特定例子包括热塑树脂，如聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯酸树脂和氟树脂。
在上述任一方法中，玻璃棒或树脂棒的端面优选被倒角。
这样，被倒角的端面提供的优点在于棒的端面没被削尖；凸起球形表面难于变形；以及透明体和套筒之间在界面处的攀移现象(climbingphenomenon)难于发生。
发明效果如上所述，本发明所述的用于光学插座的套圈保持件及其制造方法、和使用其的光学插座得到了如下效果。插入套筒内孔的透明体的主要端面通过热处理形成凸起曲线表面。因此主要端面可具有镜面或类似镜面性能的凸起曲线表面，并且低制造成本和插入损耗的降低可被实现。此外，即使污染物如有机物，粘附至透明体前体的表面上，透明体的表面经受热清洗，从而抑制了由于污染物或类似原因引起的光损耗。
此外，本发明所述的用于光学插座的套圈保持件及其制造方法、和使用其的光学插座得到了如下效果。被插入套筒内孔的透明体通过热处理被直接地固定至套筒内表面。因此，透明体和套筒被坚固地固定，并且低制造成本和插入损耗的降低被实现。此外，透明体的前体具有宽泛的尺寸精度容许范围。因此，即使在透明体被暴露在空气温度变化或者暴露在高温高湿环境时，透明体的粘合位置也没有变化，从而尽可能地抑制了耦合效率的降低。
实现本发明的最佳实施例在下文中，本发明的实施例将通过参考附图描述。

图1是显示光学插座的纵向截面主视图，所述光学插座具有连接在其上的本发明实施例所述的用于光学插座的套圈保持件(下文简称套圈保持件)。图2是显示将插塞套圈插入本发明实施例所述的套圈保持件的状态的放大纵向截面主视图。
如图1所示，光学插座具有连接在支架2内部的套圈保持件3，所述支架2在光学插座1底端侧的端部处具有环状部分2a。套圈保持件3包括如下构造的构件固定在支架2插入孔内部的圆柱形套筒4；和热固定至套筒4底端侧内表面上的圆柱形的实心透明体5。在这种情况下，透明体5末端面上的主要端面5a被定位在套筒4轴向上中途位置(轴向中接近中心部分)。
如图1和图2所示，透明体5的主要端面5a具有通过热处理获得的凸起曲线表面，它是未磨光的表面。以套筒4的轴线Z为中心，半径为75μm或更多的区域具有凸起球形表面。凸起球形表面的曲率半径ρ和套筒4的内径d满足ρ＞d/2的关系。为了明确，凸起球形表面的曲率半径ρ被设定在3至50mm。从套筒4末端面插入的插塞套圈6的端面6a被形成，以在透明体5的主要端面5a处接触凸起球形表面。在这种情况下，连接至插塞套圈6内孔的光纤7具有直径大约10μm的芯体部分7a和直径大约125μm的外围包覆层部分7b。透明体5的主要端面5a的凸起球形表面被形成，以接触光纤7的芯体部分7a。
透明体5通过热处理被直接固定在套筒4的内表面，并且套筒4和透明体5之间的固定力是49N或更多。更明确地，在套圈保持件留在85℃和85％RH的高温高湿度环境中2000小时后，透明体5被用49N或更多的固定力固定。此外，透明体5和套筒4被密封。在这种情况下，将透明体5固定至套筒4内部表面的热处理方式和将透明体5的主要端面5a形成凸起曲线表面的热处理方式中，每种包括电弧放电、激光、火焰，或者使用热处理炉子或类似物间接加热方式。注意，CO2激光(波长10μm)可被用作激光，电炉可被用作间接加热的热处理炉子。
透明体5的折射率(nb)和连接至插塞套圈6内孔中的光纤7芯体部分7a的折射率(nf)满足公式-10Log{(nf-nb)2/(nf+nb)2}≥37。套筒4和透明体5之间的平均热膨胀系数的差在30至380℃是8ppm/℃或更少，优选1ppm/℃或更少。厚度1mm的透明体5在波长800至1700nm的红外区域中具有85％或更多的透光率。透明体5和套筒4中每个具有1mm厚度，它们中至少一个部分地或全部地(本实施例中整个透明体5独自)在波长300至450nm的紫外区域中具有75％或更多的透光率。透明体5是由玻璃或树脂形成，优选硼硅酸盐玻璃。以质量％计算，硼硅酸盐玻璃优选含有65至85％SiO2，8至25％B2O3，1.5至10％Li2O+Na2O+K2O，0至10％Al2O3，以及0至5％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，以质量％计算，尤其优选含有67至80％SiO2，12至19％B2O3，2至9.5％Li2O+Na2O+K2O，0至6％Al2O3，0至3％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO，以及0至0.05％Fe2O3。
同时，套筒4是圆柱形单个构件，并可由陶瓷制品、结晶玻璃、金属或树脂形成。然而，在本实施例中，套筒4是由陶瓷制品(氧化锆)或结晶玻璃(Li2O+Al2O3+SiO2基结晶玻璃，它沉淀β-锂辉石的固溶体作为主结晶相)制成的。特别地，套筒4由Li2O+Al2O3+SiO2基结晶玻璃形成，所述结晶玻璃沉淀β-锂辉石的固溶体作为主结晶相，所述套筒4可通过加热、拉长和塑形制造。因此，套筒的内外径具有非常高的尺寸精确性，从而方便插塞套圈的插入，并通过阻止插塞套圈松开，方便支撑插塞套圈。
在透明体5主要端面5a相对侧(底端侧)上的第二端面5b具有相对垂直套筒4的轴的平面8(平面垂直轴线Z)4至15°角α的平面。套筒4的底端侧的端面4b还具有在相同平面上与第二端面5b相同倾斜角度的平面。
图3是光学插座的纵向截面主视图，其中所述光学插座具有连接在其上的本发明另一个实施例所述的套圈保持件。如图3所示，光学插座21具有连接在具有环状部分22a的支架22内部的套圈保持件23。套圈保持件23是由陶瓷制品、结晶玻璃、玻璃或者树脂绝缘材料制成的。套圈保持件23包括如下结构构件固定在支架22插入孔内部的厚的圆柱形套筒24；以及热固定至套筒24内表面底端侧的圆柱形实心透明体5。套筒24在底端部分通过挤压固定或粘合单独固定在支架22上，支架22具有不覆盖套筒24端部部分的形状。套筒24具有比图1中显示的光学插座1中使用的套筒4更大的厚度。套筒24具有良好的机械强度，并很难损坏，即使端部部分没有被支架22覆盖。具有这种结构的光学插座21阻止了端部部分用作发送或接收电磁波的天线(因为套筒24的端部部分没有被支架22覆盖)，并且很难向每个在其上连接有光学插座的发送一接收电子部件(如激光二极管)提供有害的作用。
具有上述的结构的套圈保持件3和23通过下述方法制造。
首先，如图4的参考标记A所示，玻璃材料被拉伸，以制成长的原始玻璃棒9。如图4的参考标记B所示，多个被制造的原始玻璃棒9被扎捆，并在轴向方向上切割成预定的长度，然后两个端面被粗糙地打磨。这样，如图4的参考标记C所示，多个玻璃棒10立刻被获得作为透明体的前体。接着，如图4的参考标记D所示，每个玻璃棒的两个端面11a被倒角11b。如图4的参考标记E所示，被倒角的玻璃棒11被插入圆柱形套筒4的内孔中，所述套筒4是由陶瓷制品(氧化锆)或结晶玻璃(Li2O+Al2O3+SiO2基结晶玻璃，它沉淀β-锂辉石的固溶体作为主结晶相)制成。
接着，套筒4底端侧的端面4a和玻璃棒11底端侧的端面11a被对齐，以形成组合体12。组合体12被放在电炉中，或者利用激光从套筒4的开口部分4c照射玻璃棒11，从而软化并使玻璃棒11变形。采用这种方式，玻璃棒11端部侧的端面(主要端面)通过表面张力形成凸起曲线表面，玻璃棒11被热固定在套筒4的内表面。接着，组合体12底端侧的端部被磨光，以形成倾斜的平面，从而提供上述的套圈保持件3。在由长树脂材料制成的原始树脂棒被用作初始材料的情况下，上述制造方法可采用相同方式实现。
本发明的用于光学插座的套圈保持件将基于例子被更详细地描述。在本发明的例子中，不同的玻璃棒11和套筒4被使用。此外，不同的热处理被执行，并且每个套圈保持件经受不同的评估。结果被显示如下。注意，表1显示了例子1至4的结果，每个例子都使用电炉，表2显示了例子5和6的结果，每个例子都使用CO2气体激光。
<玻璃棒A>
硼硅酸盐玻璃(成分以质量％计算，70％SiO2，6％Al2O3，13％B2O3，2％CaO，1％BaO，6.5％Na2O，1％K2O，以及0.5％Sb2O3；热膨胀系数5.1ppm/℃；折射率(1310nm)1.471；折射率(1550nm)1.469；倒角；圆柱高度2mm×外径.1.248mmΦ)<玻璃棒B>
硼硅酸盐玻璃(成分以质量％计算，80％SiO2，3％Al2O3，13％B2O3，以及4％Na2O；热膨胀系数3.2ppm/℃；折射率(1310nm)1.468；折射率(1550nm)1.465；倒角；圆柱高度2mm×外径.1.248mmΦ)注意，光纤(单模光纤(SMF))的芯体部分在波长1310nm处折射率为1.452，在波长1550nm处折射率1.449。
<套筒A>
ZrO2(可从TOTO公司获得；热膨胀系数8.3ppm/℃；没有狭缝；外径1.6mm×内径.1.25mm)<套筒B>
Li2O+Al2O3+SiO2基结晶玻璃(结晶玻璃套筒，可从日本导电玻璃有限公司(Nippon Electric Glass Co.，Ltd)获得；热膨胀系数2.7ppm/℃；没有狭缝；外径1.80mm×内径.1.25mm)<电炉加热>
玻璃棒被插入套筒内孔，套筒底端侧的端面和玻璃棒底端侧的端面被对齐，以形成组合体。组合体被放在电炉中，所述电炉被设置成表1中显示的热处理温度，并被在其中保持表1中显示的热处理时间。玻璃棒被软化，并被拿出电炉，从而获得例子1至4中每个套圈保持件。注意，在30至380℃处，玻璃棒(透明体)和套筒之间平均热膨胀系数的差对于例子1至3是3.2ppm/℃，对于例子4是0.5ppm/℃。
表1电炉加热


<激光>
玻璃棒被插入套筒的内孔中，套筒底端侧的端面和玻璃棒底端侧的端面被对齐，以形成组合体。利用激光从套筒的开口部分，在表2中显示的用于软化并使玻璃棒变形的条件下，照射玻璃棒，从而获得例子5和6中每个套圈保持件。注意，在30至380℃处，玻璃棒(透明体)和套筒之间平均热膨胀系数的差对于例子5是3.2ppm/℃，对于例子6是2.4ppm/℃。
表2激光(二氧化碳激光波长10.6μm)

评估方法
<端部部分曲率半径>
端部部分曲率半径通过使用干涉测量显微镜确定，所述干涉测量显微镜被设计用来测量端面几何形状(ACCIS，Norland products公司制造)。结果显示在表1显示的涉及电炉加热的例子1至4中，每个例子的透明体端部(主要端面)具有曲率半径3.0mm至20mm；在表2显示的涉及激光加热的例子5至6中，每个例子的透明体端部(主要端面)具有曲率半径3.0mm。每个套圈保持件具有端部曲率半径的优选值。
<固定力>
如图5所示，套筒4中特定参考平面至透明体5之间的距离D被提前测量，并且预定的力被施加在透明体5的主要端面5a上预定的时间(10秒)。接着，距离D被再次测量。在误差范围内的距离变化显示主要端面5a和套筒4是被比施加的力更高的固定力固定的。基于这种技术思想的实验结果显示，在表1显示的涉及电炉加热的例子1至4，以及在表2显示的涉及激光加热的例子5至6中，每个例子的固定力超过98N。每个套圈保持件具有充足的固定力。
<回波损耗>
连接至光学时域反射计(OTDR MW9070B，Anritsu公司制造)的连接器套圈从套筒开口部分插入，连接器套圈被直接接触连接至透明体的端部，从而测量透明体和连接器套圈之间在连接部分的回波损耗。样品的终端部分(与连接器套圈被插入并进行直接接触连接一侧相对的端部)被磨光，以具有平的并相对光轴正交方向倾斜8°的表面，使得终端部分的反射可被原则上忽略。结果显示在表1显示的涉及电炉加热的例子1至4中，每个例子的回波损耗在43dB至49dB之间；在表2显示的涉及激光加热的例子5至6中，每个例子的回波损耗是43dB。每个套圈保持件都具有优选的回波损耗值。
表3


<耦合效率>
表3显示了六个光学插座的耦合效率的测量结果，所述光学插座是利用例子4中的套圈保持件形成的。每个光学插座具有第二端面，即相对垂直套筒4轴线的平面以4°、6°、8°，或15°角度(平面倾斜角)倾斜的平面。耦合效率被测如下。首先，如图6所示，连接光纤7的套圈6被插入光学插座1，并保持大约1kgf的张力。然后，利用稳定的直流电源13在恒定的电流下驱动激光二极管12。激光二极管发射的光通过聚光透镜14聚光，然后从第二端面侧注入透明体5。光轴被调整，使得与光纤7的光学耦合效率最大化。接着，使用光功率计15测量传输至光纤7的光功率值，从而评估耦合效率。表3显示了测量值。作为比较，在上述相同的条件下，光被直接与光纤7耦合，所述光纤7被连接至没有光学插座1的套圈6上。然后，使用光功率计15测量传输至光纤7的光功率值(耦合效率)，结果为512μW。表3显示例子4的套圈保持件保持高的耦合效率，所述例子4的套圈保持件具有4至15°倾斜角的平面。
附图的简要描述[图1]显示光学插座的纵向截面主视图，所述光学插座具有连接在其上的本发明实施例所述的套圈保持件。
显示将套圈(插塞套圈)插入本发明实施例所述的套圈保持件的状态的主要部分的放大纵向截面主视图。
光学插座的纵向截面主视图，其中所述光学插座具有连接在其上的本发明另一个实施例所述的套圈保持件。
显示本发明实施例所述套圈保持件的制造状态的示意图。
说明本发明的例子中实验结果的示意图。
说明本发明的例子中测量耦合效率方法的示意图。
1，21光学插座2，22支架3，23套圈保持件(用于光学插座的套圈保持件)4，24套筒5透明体5a主要端面(凸起球形表面)5b第二端面6套圈(插塞套圈)6a套圈的端面7光纤7a芯体部分8垂直套筒轴线的平面11玻璃棒11b倒角12激光二极管13稳定的直流电源14聚光透镜15光功率d套筒内径Z套筒轴线
权利要求
1.一种用于光学插座的套圈保持件，包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒的内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，其特征在于透明体的主要端面具有通过热处理获得的凸起曲线表面。
2.根据权利要求1所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于透明体的主要端面具有未磨光的表面。
3.根据权利要求1或2所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于在透明体的主要表面上、中心在套筒轴线周围、半径为75μm或更多的区域具有凸起球形表面。
4.根据权利要求3所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于凸起球形表面的曲率半径ρ和套筒的内径d满足ρ＞d/2的关系。
5.根据权利要求3或4所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于凸起球形表面具有的曲率半径ρ为3至50mm。
6.一种用于光学插座的套圈保持件，包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒的内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，其特征在于透明体通过热处理被直接固定至套筒的内表面。
7.根据权利要求6所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于套筒和透明体之间的固定力是49N或更多。
8.根据权利要求6或7所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于在用于光学插座的套圈保持件留在85℃和85％RH的高温高湿度环境中2000小时后，套筒和透明体之间的固定力是49N或更多。
9.根据权利要求6至8中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于透明体和套筒被密封。
10.根据权利要求1或6所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于热处理利用电弧放电、激光、火焰，或者使用热处理炉子或类似物间接加热方式实现。
11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于用于光学插座的套圈保持件满足公式-10Log{(nf-nb)2/(nf+nb)2}≥37，其中nb表示透明体的折射率，nf表示连接至套圈内孔中的光纤芯体部分的折射率。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于在30至380℃处，套筒和透明体之间的平均热膨胀系数的差是8ppm/℃或更少。
13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于在30至380℃处，套筒和透明体之间的平均热膨胀系数的差是1ppm/℃或更少。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于厚度1mm的透明体在波长800至1700nm的红外区域中具有85％或更多的透光率。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于透明体和套筒中每个具有1mm厚度，它们中至少一个部分地或全部地在波长300至450nm的紫外区域中具有75％或更多的透光率。
16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于透明体是由玻璃形成。
17.根据权利要求1至16中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于透明体是由硼硅酸盐玻璃形成。
18.根据权利要求1至17中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于以质量％计算，硼硅酸盐玻璃含有65至85％SiO2，8至25％B2O3，1.5至10％Li2O+Na2O+K2O，0至10％Al2O3，以及0至5％MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO。
19.根据权利要求1至18中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于透明体具有相对垂直套筒轴线的平面倾斜的平面，平面被形成在与主要端面相对的第二端面上。
20.根据权利要求1至19中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于套筒由陶瓷制品、结晶玻璃、金属或树脂形成。
21.根据权利要求1至20中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件，其特征在于套筒具有形成在其上的狭缝。
22.一种光学插座，其特征在于，包括权利要求1至21中任一权利要求所述的用于光学插座的套圈保持件。
23.一种制造用于光学插座的套圈保持件的方法，所述套圈保持件包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒的内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，其特征在于，所述方法包括将透明体的主要端面形成凸起曲线表面的如下步骤将透明体的前体插入套筒的内孔；并通过热处理软化透明体的前体。
24.一种制造用于光学插座的套圈保持件的方法，所述套圈保持件包括套筒，所述套筒具有用于插入套圈的内孔；以及透明体，所述透明体设在套筒的内孔中，并且具有在套筒的轴向方向上在中途位置接触套圈端面的主要端面，其特征在于，所述方法包括固定透明体和套筒的如下步骤将透明体的前体插入套筒的内孔；并通过热处理软化透明体的前体。
25.根据权利要求23或24所述的制造用于光学插座的套圈保持件的方法，其特征在于，热处理利用电弧放电、激光、火焰，或者使用热处理炉子或类似物间接加热方式实现。
26.根据权利要求23至25中任一权利要求所述的制造用于光学插座的套圈保持件的方法，其特征在于，透明体的前体包括玻璃棒或树脂棒。
27.根据权利要求26所述的制造用于光学插座的套圈保持件的方法，其特征在于，玻璃棒或树脂棒的端面被倒角。
全文摘要
为了提供用于光学插座或类似物的套圈保持件，它可被低成本制造，它具有小的插入损耗，它具有连接至被容易地形成在端部侧以具有适当形状和性能的套圈端面的凸起曲线表面，并且它几乎不降低耦合效率。套圈保持件3具有连接至套筒4内孔的透明体5，透明体5具有用于接触套筒4轴向方向上中途位置处插塞套圈6的端面6a的主要表面5a。透明体5的主要端面5a具有通过热处理获得的凸起曲线表面。凸起曲线表面5a优选是未磨光的表面，并且中心在凸起曲线表面5a上套筒4轴线2周围的半径75μm或更多的区域具有凸起球形表面。作为替换，透明体5被直接通过热处理固定至套筒4的内表面。
文档编号G02B6/42GK1985203SQ200580019288
公开日2007年6月20日 申请日期2005年7月6日 优先权日2004年7月15日
发明者石田千佐己, 奥村浩志, 竹内宏和, 和田正纪 申请人:东陶机器株式会社, 日本电气硝子株式会社