DE10331553A1 - Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters - Google Patents

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Takashi Susono Endo
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Abstract

Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters (31) mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse (35), aufweisend den Schritt Aufbringen eines Laserstrahls (28), während entweder die Hülse (35) oder der Laserstrahl (28) in einer Axialrichtung (X) der Hülse (35) verschoben wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten (55) an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters (31) und der Hülse (35) gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters in einer Hülse als Anschlussteil für eine optische Verbindung.
  • Wie bekannt ist, wird ein Verfahren zum Verbinden von Lichtleitern miteinander grob in eine permanente Verbindung, bei der die Lichtleiter nicht mehr getrennt werden können, wenn sie einmal miteinander verbunden sind, und eine Steckverbinderspleißung klassifiziert, bei der die Lichtleiter frei getrennt werden können, auch nachdem sie einmal miteinander verbunden sind. Die permanente Verbindung ist eine Technik von Schmelzspleißen oder Klebspleißen. Beim Steckverbinderspleißen werden Steckverbinderteile (einerseits ein Stecker und andererseits eine Steckerbuchse) miteinander in Eingriff gebracht, so dass die Stirnflächen des Lichtleiters physikalisch miteinander verspleißt werden.
  • Die Verbindung mit dem Steckverbinder hat den Nachteil, dass ein großer Übertragungsverlust des Lichtleiters infolge von Achsverschiebung, Achsschrägstellung usw. eintritt, und hat jedoch den Vorteil von kurzer Spleißzeit. Daher wurde die Steckverbinderspleißung weit als eine Verbindungstechnik für optische Verbindungen mit kurzen Entfernungen angewendet, wie z.B. eine Technik von Übertragungseinheiten in einem Fahrzeug, wie einem Motorkraftfahrzeug.
  • Der optische Steckverbinder zum Steckverbinderspleißen umfasst einen Lichtleiter, der als Verbindungsleitung dient, und eine Hülse, die als Anschlussteil dient. Die Hülse wird eingesetzt, um den Lichtleiter in einer Axialrichtung und einer Radialrichtung zu positionieren und die Anschlussseite des Lichtleiters zu fixieren. Die Technik zum Spleißen des Lichtleiters und der Hülse wird in unterschiedlicher Weise realisiert, insbesondere unter Verwendung von Klebstoff.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zum Spleißen des Lichtleiters und der Hülse unter Verwendung von Klebstoff erläutert. Der Lichtleiter weist eine Lichtleiterader, die aus einem Kern und einem Mantel zusammengesetzt ist, und eine Ummantelung auf. An der Endseite des Lichtleiters ist die Ummantelung abgezogen, um die Lichtleiterader freizulegen.
  • Die Hülse ist zylindrisch ausgebildet. Die im Inneren ausgebildete Durchgangsöffnung hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser. Der Abschnitt mit kleinem Durchmesser hat einen Durchmesser, der zum Einsetzen der Lichtleiterader genügt. Der Abschnitt mit großem Durchmesser hat einen Durchmesser, der zum Einsetzen der Ummantelung genügt. Das den Abschnitt mit kleinem Durchmesser passierende Ende der Lichtleiterader ist geschliffen, um mit der Stirnfläche der Hülse zu fluchten.
  • Die Hülse und der Lichtleiter können aus unterschiedlichen Materialien sein, z.B. aus Quarzglas oder Kunststoff. Ferner kann die Hülse aus Metall oder Keramik sein.
  • Der Lichtleiter und die Hülse werden in einer solchen Weise miteinander fixiert, dass Klebstoff auf die Ummantelung des Lichtleiters aufgebracht wird, der Lichtleiter in die Hülse eingesetzt wird und der Klebstoff ausgehärtet wird.
  • Jedoch benötigt das Fixierverfahren unter Verwendung von Klebstoff eine lange Zeit zum Erwärmen und Aushärten des Klebstoffs. Hierbei ergibt sich das Problem von geringer Produktivität des optischen Steckverbinders, von Änderungen in der Klebfestigkeit infolge der Oberflächeneigenschaft (Oberflächenbenetzbarkeit, Oberflächenrauhigkeit usw.), und von geringer Wärmebeständigkeit. In der JP-A-11-142688 wurde eine Technik zur Lösung dieser Probleme vorgeschlagen.
  • Wie aus 5 ersichtlich, wird durch Bestrahlen der Stirnfläche 60a eines Lichtleiters 60, der in eine Durch gangsöffnung 61a einer Hülse 61 eingesetzt ist, mit einem Laserstrahl 63 die Grenze 62 zwischen der Hülse 61 und dem Lichtleiter 60 mit Wärmeenergie des Laserstrahles 63 geschmolzen, so dass die Hülse 61 und der Lichtleiter 60 miteinander fixiert werden.
  • Jedoch treten bei dem herkömmlichen Fixierverfahren die folgenden Probleme auf.
  • Erstens ist, da die Hülse 61 von deren Stirnfläche mit dem Laserstrahl 61 bestrahlt wird, der geschmolzene Bereich so klein, dass die Fixierung nicht sichergestellt werden kann. Daher kann, wenn eine Zugspannung auf den Lichtleiter 60 wirkt, der Lichtleiter 60 aus der Hülse 61 herausfallen.
  • Zweitens wird, selbst wenn der Laserstrahl 63 von der Seite der Hülse aufgebracht wird, entsprechend der Art und Weise der Aufbringung des Laserstrahls 63 dieser nicht gleichmäßig aufgebracht, so dass die Fixierkraft nicht konstant ist. Im Einzelnen wird an einigen Stellen der Laserstrahl 63 stark aufgebracht und die Lichtleiterader kann beschädigt werden, wohingegen an anderen Stellen der Laserstrahl 63 schwach aufgebracht wird und die Lichtleiterader unzureichend erwärmt werden kann. Der Grund, weshalb der Laserstrahl 63 stark oder schwach aufgebracht wird, ist jener, dass die Aufbringentfernung des Laserstrahls 63 entsprechend den Stellen variiert.
  • Wenn der aufgebrachte Bereich groß ist, da der Laserstrahl außerhalb des Brennpunkts ist, erstreckt sich die gegen thermische Einflüsse empfindliche Schicht nach außen. In diesem Falle kann die aus einem Kern und einem Mantel bestehende Lichtleiterader thermische Risse erzeugen. Die gegen thermische Einflüsse empfindliche Schicht kann durch Verringerung des Ausgangs des Laserstrahls beschränkt werden. Jedoch ist in diesem Falle die Erwärmung unzureichend, so dass die Fixierung nicht sichergestellt werden kann.
  • Mit der Erfindung wird ein Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters geschaffen, mit dem die Zeit zum Fixieren eines Lichtleiters mit einer Hülse reduziert, das Fixieren sicherstellt und der thermische Einfluss in der Nähe der zu bearbeitenden Stelle minimiert werden kann.
  • Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch ein Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse, aufweisend den Schritt:
    Aufbringen eines Laserstrahls, während entweder die Hülse oder der Laserstrahl in einer Axialrichtung der Hülse verschoben wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters und der Hülse gebildet werden.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann, da der Lichtleiter und die Hülse unter Verwendung eines Laserstrahls miteinander fixiert werden, die Zeit zum Fixieren verkürzt werden. Ferner werden, da der Laserstrahl aufgebracht wird, während entweder die Hülse oder der Laserstrahl in einer Axialrichtung der Hülse verschoben werden, die Schweißabschnitte, die jeweils eine Linienform haben, mit dem Laserstrahl im Brennpunkt, d.h. einer konstanten Energiedichte des Laserstrahls gebildet, so dass der Schweißbereich vergrößert werden kann und die Fixierkraft zwischen dem Lichtleiter und der Hülse auch verbessert werden kann. Ferner kann durch Verengen des Abstandes zwischen den einander benachbarten Schweißabschnitten der Schweißbereich weiter vergrößert werden, wodurch die Fixierkraft verbessert wird. Daher kann, selbst wenn die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials gekrümmt ist, das Laserschweißen mit der konstanten Energiedichte durchgeführt werden.
  • Ferner ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse vorgesehen, aufweisend den Schritt:
    Aufbringen eines Laserstrahls, während entweder die Hülse oder der Laserstrahl in einer Richtung quer zu einer Axialrichtung der Hülse verschoben wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters und der Hülse gebildet werden.
  • Gemäß dieser Konfiguration können die Schweißabschnitte, die jeweils eine Linienform haben, leicht ohne Drehung der Hülse gebildet werden, wodurch die Bearbeitbarkeit der Fixierung zwischen dem Lichtleiter und der Hülse verbessert wird.
  • Ferner ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse vorgesehen, aufweisend den Schritt:
    Aufbringen eines Laserstrahls, während entweder die Hülse oder der Laserstrahl um eine Längsachse der Hülse gedreht wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters und der Hülse gebildet werden.
  • Gemäß der obigen Konfiguration können, da der Laserstrahl aufgebracht wird, während entweder die Hülse oder der Laserstrahl gedreht wird, die Schweißabschnitte, die jeweils eine Bogenform haben, mit dem Laserstrahl im Brennpunkt, d.h. der konstanten Energiedichte, gebildet werden.
  • Bei dem Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters wird vorzugsweise der Laserstrahl von einem YAG Laser in einem Q-Switchpulsmodus bereitgestellt.
  • Gemäß der obigen Konfiguration kann, da der Laserstrahl von dem YAG Laser in dem Q-Switchpulsmodus bereitgestellt wird, der hohe Ausgang für eine kurze Zeit erlangt werden. Dies verhindert, dass der thermische Einfluss, wie thermischer Schock, auf die Lichtleiterader ausgeübt wird, die aus einem Kern und einem Mantel besteht.
  • Bei dem obigen Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters wird vorzugsweise der YAG Laser in einem Pulsanregungssystem oszilliert.
  • Gemäß der obigen Konfiguration kann, da der Laserstrahl in dem Pulsanregungssystem angeregt wird, das Laserschweißen mit einer flachen Schweißtiefe und einem geringen Einfluss auf die Umgebung durchgeführt werden.
  • Nach einem der obigen Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters werden vorzugsweise die Hülse aus transparentem oder halbtransparentem Kunststoff und die Ummantelung des Lichtleiters aus lichtundurchlässigem Kunststoff hergestellt.
  • Gemäß der obigen Konfiguration tritt, da die Hülse aus transparentem oder halbtransparentem Kunststoff ist, der Laserstrahl durch die Hülse hindurch. Da die Ummantelung aus lichtundurchlässigem Kunststoff ist, wird der Laserstrahl an der Ummantelung absorbiert. Daher wird der Laserstrahl, der von der Außenseite der Hülse aufgebracht wird, nicht von der Hülse, sondern von der zu erwärmenden und zu schmelzenden Ummantelung absorbiert.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 ein Schema, das den grundlegenden Aufbau einer YAG Laserbearbeitungsmaschine zeigt, die bei dem Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt wird;
  • 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines optischen Steckverbinders mit dem Lichtleiter;
  • 3A eine Ansicht einer Hülse, in der ein Lichtleiter in Axialrichtung streifenförmig lasergeschweißt ist;
  • 3B eine Ansicht einer Hülse, in der ein Lichtleiter quer zur Axialrichtung bogenförmig lasergeschweißt ist;
  • 4 einen Schnitt eines optischen Adapters mit einer eingepassten Hülse, in die ein Lichtleiter eingesetzt ist; und
  • 5 einen Schnitt einer Hülse, in die ein Lichtleiter nach einem herkömmlichen Verfahren eingesetzt ist.
  • Mit Bezug auf die Zeichnung wird ein Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters nach einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • 1 zeigt den grundlegenden Aufbau einer YAG Laserbearbeitungsmaschine 10, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzt wird. Die YAG Laserbearbeitungsmaschine 10 weist einen Laseroszillator 11, ein optisches Bearbeitungssystem 20 und ein zu bearbeitendes Werkstücksystem 25 auf.
  • Der Laseroszillator 11 weist zumindest ein Hauptteil (Stab) 12, eine Anregerlampe 13 und ein Paar Strahlkondensationsreflexionsspiegel 14 auf. Das Hauptteil 12 ist zylindrisch ausgebildet und aus einem mit Nd (Neodymium) dotierten YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) Kristall hergestellt. Der Laserausgang ist um ein ganzzahliges Vielfaches so groß wie das Hauptteil 12.
  • Die Anregerlampe 13 ist eine „Pumpvorrichtung" zum Injizieren von Energie und induziert emittierendem Licht in das Hauptteil 12. Ein Paar Anregerlampen 13 sind an beiden Seiten des Hauptteils 12 angeordnet. Der Pumpmodus des YAG Lasers umfasst den Pumpmodus einer kontinuierlichen Welle (CW) und einen Pulsanregungsmodus. Das CW-Pumpen verwendet eine Kr Bogenlampe. Das Pulspumpen verwendet eine Xe Blitzlampe. Beide Pumplampen pumpen das Hauptteil 12 von der Seite (Seitenpumpen).
  • Beim CW-Pumpen wird das Pumpen kontinuierlich durchgeführt, um einen Laserstrahl 28 infolge der CW Oszillation bereitzustellen. Bei dem Pulspumpen wird das Pumpen intermittierend durchgeführt, um einen Laserstrahl 28 infolge der Pulsoszillation bereitzustellen. Kurz, der YAG Laser kann sowohl für die auf dem CW-Pumpen basierende CW Oszillation als auch für die auf dem Pulspumpen basierende Pulsoszillation verwendet werden.
  • Der Strahlkondensationsreflexionsspiegel 14 ist um das Hauptteil 12 und die Pumplampe 13 herum vorgesehen. Der Strahlkondensationsreflexionsspiegel 14 dient zum wirksamen Injizieren des Laserstrahls von der Pumplampe 13 in das Hauptteil 12 und Verstärken des gepumpten Laserstrahls.
  • Auf einer verlängerten Linie des Hauptteils 12 sind zwischen dem Paar Strahlkondensationsreflexionsspiegeln 14 ein Moduswähler 16, ein Güteschalter (Q-Switch) 17 und eine Strahlverschlussblende 18 angeordnet. Der Moduswähler 16 dient zum Auswählen der Intensitätsverteilung (Quermodus) des Laserstrahls 28. Ein stabiler Modus der Intensitätsverteilung ist ein Gaußscher Modus (TEM00), bei dem die Strahlintensität mit einer von der optischen Achse entfernteren Position niedriger wird. Ein instabiler Modus der Intensitätsverteilung ist ein Mehrfachmodus. Der Mehrfachmodus schafft einen hohen Ausgang in dem Gaußschen Modus. Der Laserstrahl 28 in dem Gaußschen Modus hat den Vorteil, dass dieser für die Bearbeitung mit hoher Genauigkeit geeignet ist.
  • Der Mehrfachmodus und der Gaußsche Modus umfassen jeweils ein Pumpen mit kontinuierlicher Welle (CW) und ein Pulspumpen. Bei dem Mehrfachmodus schafft das CW-Pumpen in dem Mehrfachmodus einen hohen Ausgang von mehreren 10 W bis 2 kW. Das Pulspumpen schafft einen Ausgang von mehreren kW oder höher. Andererseits schafft das CW-Pumpen im Gaußschen Modus einen Ausgang von 6 bis 10 W. Das Pulspumpen schafft einen Ausgang von mehreren W.
  • Die Strahlverschlussblende 18 ist eine Sicherheitsvorrichtung zum Notausschalten der Laseroszillation. Daher wird normalerweise die Strahlverschlussblende 18 nicht normal ein/ausgeschaltet, um die YAG-Laserbearbeitungsmaschine 10 zu betreiben.
  • Wie oben beschrieben, hat der Oszillationsmodus des Laserstrahls 28 einen Güteschalterpuls wie auch der Mehrfachmodus und der Gaußsche Modus (Einzelmodus). Der Güteschalterpuls ist eine Technik zum Erlangen eines Spitzenausgangs mit einem hohen Ausgang und einer kurzen Zeitgröße mittels Durchführen des Pumpens in einem Zustand, in dem der Verlust des Laseroszillators 11 ansteigt, um Energie auf einem Anregungsniveau zu speichern, und der Verlust zu einem angemessenen Zeitpunkt sinkt. Gemäß der Erfindung wird der Güteschalterpuls für den Laserstrahl 28 verwendet.
  • Der Güteschalterpulslaser ist ein Laser, der derart betrieben wird, dass ein kurzer Puls wiederholt mit einer hohen Geschwindigkeit oszilliert werden kann. Ungleich dem Pulspumpsystem oszilliert der Güteschalterpuls nicht den Laser wiederholt durch Ein/Ausschalten. Der Güteschalter kann daher den Laser mit einer hohen Wiederholungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von kHz oszillieren.
  • Nachfolgend wird die Theorie des Güteschalterbetriebs erläutert. Der Güteschalterbetrieb wird von dem Güteschalter 17 (optische Verschlussblende) durchgeführt, der in den Laseroszillator 11 einbezogen ist. Wenn der Güteschalter 17 die Pumplampe 13 zum CW-Pumpen und Pulspumpen mit einer hohen Geschwindigkeit ein/ausschaltet, wird der Laserstrahl 28 mit einem kurzen Puls und einem hohen Spitzenausgang oszilliert.
  • Der Güteschalter 17 weist einen AO (akustooptischen) Güteschalter und einen EO (elektrooptischen) Güteschalter auf. Der AO-Güteschalter ist ein Schalter zum CW-Pumpen. In diesem System wird mit einem Laserelement, das innerhalb des Laseroszillators 11 vorgesehen ist, eine Ultraschallwelle ein/ausgeschaltet, um den Laserstrahl 28 mit mehreren 10 kHz zu schaffen.
  • Die wiederholte Frequenz des Güteschalters 17 kann auf 0,1–30 kHz festgesetzt werden. Jedoch wird bei dieser Ausführungsform entsprechend der Ausgangscharakteristik des Güteschalters 17, da der Spitzenausgang abgesenkt wird, wenn die wiederholte Frequenz zu gering oder zu hoch ist, die wiederholte Frequenz auf 2–10 Hz festgesetzt.
  • Das EO-Güteschaltersystem dient als eine Verschlussblende zusammen mit einem Ablenkelement durch Auslenken einer Ablenkrichtung durch äußere Anbringung eines elektrischen Feldes. Der EO-Güteschalter wird für einen Güteschalterpuls mit einer hohen Geschwindigkeit eingesetzt.
  • Der grundlegende Aufbau des optischen Bearbeitungssystems 20 weist eine Strahlumlenk- und Fokussiereinheit 21 und eine Strahlpositioniereinheit (nicht gezeigt) auf. Wenn der Laseroszillator 11 und ein Werkstück 27 horizontal gehalten werden, dient die Strahlumlenk- und Fokussiereinheit 21 dazu, dass der Laserstrahl 28 vertikal auf das Werkstück 27 einfallen kann. Die Strahlumlenk- und Fokussiereinheit 21 ist mit einem Spiegel 21a und einer Kondensationslinse 21b versehen. Der Spiegel 21a dient zum Verändern des optischen Pfades des Laserstrahls 28, der von dem Laseroszillator 11 oszilliert wird. Die Kondensationslinse 21b, die in eine Schutzblende 21c einbezogen ist, dient zum Kondensieren des Laserstrahls 28.
  • Die Strahlumlenk- und Fokussiereinheit 21 ist mit einem Feineinstellmechanismus (nicht gezeigt) versehen, der die Positionen des Werkstücks 27 und der Kondensationslinse 21b verändern kann. Aus diesem Grunde wird der Laserstrahl 28 gleichmäßig auf die Hülse aufgebracht, die eine dreidimensionale Krümmung hat.
  • Der grundlegende Aufbau des Werkstücksystems 25 weist einen Arbeitstisch 26 und einen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) zum Antreiben des Arbeitstisches 26 in zwei Achsrichtungen auf. Der Antriebsmechanismus dient zum Bestimmen der Positionsbeziehung zwischen dem optischen Bearbeitungssystem 20 und dem Werkstück 25. Der Antriebsmechanismus verschiebt den Arbeitstisch 26 in einer Richtung derart, dass der Laserstrahl 28 sichtbar das Werkstück 27 abtastet. Wenn der Arbeitstisch 26 fixiert ist, kann das optische Bearbeitungssystem 20 durch eine NC-Steuereinrichtung in die zwei Achsrichtungen verschoben werden.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines optischen Steckverbinders 30. Der optische Steckverbinder 30 weist einen Lichtleiter 31, eine Hülse 35, einen optischen Adapter 40 und eine optische Adapterabdeckung 50 auf. Die jeweiligen Komponenten werden in dieser Reihenfolge erläutert.
  • Der Lichtleiter 31 weist eine Lichtleiterader 32, eine innere Umhüllung (auch als Ummantelung bezeichnet) 33 zum Umhüllen der Lichtleiterader 32, und eine äußere Umhüllung zum Umhüllen der Außenseite der inneren Umhüllung auf. Die Lichtleiterader 32 ist eine „Plastiklichtleiterader" aus Kunststoff. Beispielsweise werden PMMA (Polymethylmethacrylat) oder Polycarbonat(PC) mit Wärmebeständigkeit als Kernmaterial und Fluorharz und dergleichen als Mantelmaterial eingesetzt.
  • Der Kern, der mittig in der Lichtleiterader 32 liegt, ist eine Wellenführung (Übertragungslinie) zum Übertragen eines optischen Signals. Der Mantel ist an der Außenseite des Kerns angeordnet und dient zum Dämmen des Lichts innerhalb des Kerns. Der Mantel ist aus einem Material mit einem geringen Brechungsindex. Daher wiederholt das optische Signal die Reflexion an der Grenze zwischen dem Kern und dem Mantel, so dass es in dem Kern eingeschlossen wird.
  • Die innere Umhüllung 33 und die äußere Umhüllung 34 sind aus Kunststoff mit Isolierung und Feuerbeständigkeit, wie Polyäthylen, Vinylchlorid, Nylon usw.
  • Die innere Umhüllung 33 und die äußere Umhüllung 34 nacheinander von der Spitze des Lichtleiters 31 abgezogen, so dass die Lichtleiterader 32 auf eine vorgeschriebene Länge freigelegt ist. Die innere Umhüllung 33 wird an der Spitzenseite der äußeren Umhüllung 34 auf eine vorgeschriebene Länge freigelegt. Die innere Umhüllung 33 wird durch den Laserstrahl 28 erwärmt und fixiert.
  • Die Hülse 35 ist eine „Plastikhülse", die aus einem transparenten oder halbtransparenten Kunststoff ist, der zum Übertragen des Laserstrahls geeignet ist. Die Hülse 35 ist ein gestufter Zylinder, der einen Abschnitt 36 mit kleinem Durchmesser, der die Lichtleiterader 32 in einer Durchgangsöffnung 35a (4) aufnimmt, und einen Abschnitt 37 mit großem Durchmesser aufweist, der zu dem Abschnitt 36 mit kleinem Durchmesser verläuft und die innere Umhüllung 33 in der Durchgangsöffnung 35a aufnimmt. Die Lichtleiterader 32 wird in die Durchgangsöffnung 35a derart eingesetzt, dass sie von dem Ende des Abschnitts 36 mit kleinem Durchmesser freigelegt ist. Die Lichtleiterader 32 wird zusammen mit der Hülse 35 geschliffen, so dass die Stirnfläche freigelegt ist.
  • Der Körper des Abschnitts 37 mit großem Durchmesser weist einen ersten Flansch 38 und einen zweiten Flansch 39 auf, die jeweils ringförmig ausgebildet sind. Der erste Flansch 38 ist in der Mitte des Abschnitts 37 mit großem Durchmesser ausgebildet, und der zweite Flansch 39 ist an dem Ende des Abschnitts 37 mit großem Durchmesser ausgebildet.
  • Der optische Adapter 40 ist aus Kunstharz und weist zwei Zylinder 41 auf, die jeweils eine äußere quadratische Form haben und einstückig nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Zylinder 41 sind symmetrisch, wobei jeder Zylinder 41 eine Einsetzöffnung 42, eine Aufnahmekammer 43 (4) und eine Anschlussöffnung 44 (4) aufweist.
  • Die Einsetzöffnung 42 ist eine kreisförmige Durchgangsöffnung, die zum Einsetzen der Anschlussseite des Lichtleiters 31 ausgebildet ist. Die Einsetzöffnung 42 ist in der einen Stirnfläche in Längsrichtung des optischen Adapters 40 ausgebildet. Der Durchmesser der Einsetzöffnung 42 ist etwas größer als der Durchmesser des ersten und des zweiten Flansches 38 und 39.
  • Die Aufnahmekammer 43 ist länger als die Hülse 35, so dass die aufgenommene Hülse 35 nicht aus der Anschlussöffnung 44 herausragt. Dadurch wird verhindert, dass die jeweiligen Spitzen der Hülse 35 und des Lichtleiters 31 beschädigt oder weg gebrochen werden. Die Aufnahmekammer 43 hat Durchmesser, die denen der Einsetzöffnung 42 und der Anschlussöffnung 44 entspricht, und weist einen ringförmigen Anschlag 45 (4) auf, der nach innen vorsteht und am Umfang in der Längsmitte der Aufnahmekammer 43 ausgebildet ist. Der Anschlag 45 ist in Kontakt mit dem ersten Flansch 38 der Hülse 35, so dass die Hülse 35 in Längsrichtung positioniert ist.
  • Die Anschlussöffnung 44 ist in der anderen Stirnfläche in Längsrichtung des optischen Adapters 40 ausgebildet. Die Anschlussöffnung 44 ist derart gestaltet, dass ein komplementärer optischer Steckverbinder (nicht gezeigt) montierbar ist, und ist in der Form einer kreisförmigen Durchgangsöffnung ausgebildet.
  • Der optische Adapter 40 weist einen Befestigungsabschnitt 46, der an einer oberen Wand 40a ausgebildet ist, und eine Eingriffsöffnung 47 auf, die an einer unteren Wand 40b (nicht gezeigt) ausgebildet ist. Der Befestigungsabschnitt 46 ist ein flexibles Befestigungsstück, das an der Seite der Einsetzöffnung 42 beiderseits der Längsmitte des optischen Adapters 40 ausgebildet ist. Der Befestigungsabschnitt 46 steht mit dem ersten Flansch 38 der Hülse 35 in Eingriff, um zu verhindern, dass die Hülse 35 von hinten heraus fällt.
  • Die Eingriffsöffnung 47 ist mit der Aufnahmekammer 43 verbunden. Ein Halter 49, der in die Eingriffsöffnung 47 eingesetzt ist, steht mit dem ersten Flansch 38 der Hülse 35 in Eingriff, um die Hülse 35 doppelt zu sichern.
  • Die optische Adapterabdeckung 50, die aus Kunststoff ist, ist in der Form eines Rahmens ausgebildet, um den optischen Adapter 40 aufzunehmen. Die optische Adapterabdeckung 50 ist aus einer tiefen Wand und einer Umfangswand 51 zusammengesetzt. Die Umfangswand 51 ist aus einer oberen Wand 51a, einer unteren Wand 51b und Seitenwänden 51c (von denen nur eine gezeigt ist) zusammengesetzt.
  • In der unteren Wand 51b der optischen Adapterabdeckung 50 ist eine Eingriffsöffnung 53 ausgebildet, in die der Halter 49 eingesetzt wird. Die Eingriffsöffnung 53 hat eine Größe, die etwa gleich der Größe der Eingriffsöffnung 47 (4) des optischen Adapters 40 ist. Wenn der Halter 49 in die Eingriffsöffnung 53 eingesetzt wird, tritt der Halter 49 durch die Eingriffsöffnung 53 hindurch und gelangt mit dem ersten Flansch 38 der Hülse 35 in Eingriff.
  • 4 zeigt den Zustand, in dem die Anschlussseite des Lichtleiters 31 in die Hülse 35 eingesetzt ist, die ihrerseits in den optischen Adapter 40 eingepasst ist. Der Lichtleiter 31 wird von dem hinteren Ende der Hülse 35 eingesetzt und mit dem Ende des zweiten Flansches 39 in Eingriff gebracht. Somit ist der Lichtleiter 31 in Längsrichtung positioniert.
  • Die so eingesetzte Lichtleiterader wird mit der Innenwand der Durchgangsöffnung 35 in engen Kontakt gebracht, so dass deren optische Achse radial genau positioniert ist, um eine Schrägstellung zu vermeiden.
  • Die Hülse 35 ist längs in Kontakt mit dem Anschlag 45 des optischen Adapters 40 positioniert. Der erste Flansch 38 der Hülse 35 ist durch den Befestigungsabschnitt 46 befestigt, so dass die Hülse 35 nicht entgegengesetzt zur Einsetzrichtung aus dem optischen Adapter 40 heraus fällt.
  • Die 3A und 3B zeigen den Zustand, in dem der Lichtleiter 31 und die Hülse 35 mittels der YAG Laserbearbeitungsmaschine 10 lasergeschweißt wurden. Im Einzelnen zeigt 3A den Fall, in dem Schweißabschnitte 55, die aus Linien zusammengesetzt sind, in Axialrichtung X der Hülse 35 geschweißt wurden, und 3B zeigt den Fall, in dem Schweißabschnitte 56, die aus Bögen zusammengesetzt sind, in Richtung Y quer zur Axialrichtung X der Hülse 35 geschweißt wurden. In beiden Fällen sind die Schweißabschnitte 55, 56 an der Grenze zwischen der inneren Umhüllung 33 und der Hülse 35 ausgebildet, so dass die Lichtleiterader 32 nicht thermisch beeinflusst wird.
  • Der in 3A gezeigte Schweißabschnitt 55 kann zum Beispiel durch Verschieben des fixierten Laserstrahls 28 in Axialrichtung X der Hülse 35 geformt werden. Die Mehrzahl von Schweißabschnitten 55 kann durch Verschieben der Hülse 35 um einen vorgeschriebenen Abstand in Richtung Y quer zur Axialrichtung X der Hülse 35 geformt werden. Anderenfalls kann, wenn die Hülse 35 fixiert ist, der Laserstrahl 28 verschoben werden.
  • Der in 3B gezeigte Schweißabschnitt 56 kann zum Beispiel durch axiales Rotieren des fixierten Laserstrahls 28 geformt werden. Die Mehrzahl von Schweißabschnitten 56 kann durch Verschieben der Hülse 35 um einen vorgeschriebenen Abstand in Axialrichtung X geformt werden. Anderenfalls kann, wenn die Hülse 35 fixiert ist, der Laserstrahl 28 verschoben werden. Anderenfalls kann, wenn der Laserstrahl 28 fixiert ist, der Laser um die Hülse 35 herum gedreht werden.
  • In dieser Weise können in jedem Falle, da die Schweißabschnitte 55, 56 derart geformt werden, dass der Laserstrahl 28 im Brennpunkt ist, d.h. die Energiedichte konstant ist, selbst wenn die zu bearbeitende Fläche gekrümmt ist, der Lichtleiter 31 und die Hülse 35 sicher miteinander lasergeschweißt werden.
  • Unter Verwendung des Güteschalterpulses mit der Frequenz von 2–10 kHz wird der Laserstrahl 28 von der Seite der Hülse 35 aufgebracht, um die innere Umhüllung 33 des Lichtleiters 31 zu schmelzen, so dass die innere Umhüllung 33 und die Hülse 35 zueinander fixiert werden. Der Laserstrahl 28 kann unter jeder Bedingung aufgebracht werden, jedoch wurde bei dieser Ausführungsform das Laserschweißen mit dem Laserausgang von 17–22 A und mit der Geschwindigkeit (Rotationsgeschwindigkeit im Falle von 3B) des Abtastens des Laserstrahls 28 von 0,002–0,03 m/s durchgeführt.
  • Die Frequenz, der Laserausgang und die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls in dem Güteschalterpulsmodus kann entsprechend dem Material, der Form und der Größe der Hülse 35, dem Material des Lichtleiters 31 und der Dicke der inneren Umhüllung 33 variieren. Jedoch wurde die Einsatzbedingung des Güteschalterpulses derart festgesetzt, dass der Lichtleiter 31 und die Hülse 35 fixiert werden können, ohne eine thermische Beanspruchung auf die Lichtleiterader 32 auszuüben.
  • Mit der Verwendung des Güteschalterpulses soll ein Spitzenausgang mit einem hohen Ausgang und einer knappen Zeitgröße durch Oszillieren eines kurzen Pulses mit einer hohen Wiederholungsgeschwindigkeit geschaffen werden. Dies kann die thermisch beeinflusste Schicht in der Nähe des Schweißabschnitts einschränken, und daher kann verhindert werden, dass die Lichtleiterader 32 beschädigt wird. Der Güteschalterpuls kann vorzugsweise den Puls anregen, der eine flachere Schmelztiefe und einen geringeren thermischen Einfluss auf die Umgebung schafft.
  • Wie gezeigt, sind die Mehrzahl von Schweißabschnitten 55, 56 geformt, um den Schweißbereich zu vergrößern und die Fixierkraft zwischen dem Lichtleiter 31 und der Hülse 35 zu verbessern. Obwohl der Abstand zwischen den einander benachbarten Schweißabschnitten nicht begrenzt ist, verbessert die Annäherung der Abstände die Fixierkraft.
  • Da die jeweiligen Schweißabschnitte 55, 56 derart geformt sind, dass der Laserstrahl 28 im Brennpunkt ist, d.h. der Laserstrahl 28 mit der konstanten Energiedichte aufgebracht wird, selbst wenn die Außenfläche des Lichtleiters 31 gekrümmt ist, können der Lichtleiter 31 und die Hülse 35 sicher miteinander fixiert werden.
  • Die Verwendung des YAG Lasers, der als solider Laser für den Laserstrahl 28 dient, soll das Schweißen mittels des Laserstrahls mit einer kurzen Wellenlänge gewährleisten, wodurch eine genaue Bearbeitung in einer kurzen Zeit durchgeführt wird, ohne thermischen Einfluss auf die Lichtleiterader 31 auszuüben.
  • In dieser Weise kann gemäß dieser Ausführungsform, da der Lichtleiter 31 und die Hülse 35 unter Verwendung des Laserstrahls 28 fixiert werden, die Fixierzeit verkürzt werden, um die Produktivität im Vergleich zu der Fixierung unter der Verwendung von Klebstoff zu verbessern. Ferner werden, da der Laserstrahl 28 aufgebracht wird, während entweder die Hülse 35 oder der Laserstrahl 28 verschoben wird, die Schweißabschnitte 55 und 56 mit der Linien- bzw. Bogenform mit der konstanten Energiedichte geformt, und die Schweißbereiche werden vergrößert, wodurch die Fixierkraft zwischen dem Lichtleiter 31 und der Hülse 35 verbessert wird.
  • Die Erfindung soll nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sein, sondern das Laserschweißen kann auch in der folgenden Weise realisiert werden. Der Laserstrahl 28 wird aufgebracht, während entweder die Hülse 35 oder der Laserstrahl 28 in Richtung Y quer zur Axialrichtung X verschoben wird. Dann wird, nachdem die Hülse 35 um 180° gedreht ist, der Laserstrahl 28 wieder aufgebracht, während entweder die Hülse 35 oder der Laserstrahl 28 in Richtung Y quer zur Axialrichtung X verschoben wird. Wenn eine ausreichende Fixierfestigkeit an der einen Seite der Hülse 35 erreicht werden kann, ist es nicht notwendig, die Hülse 35 nochmals um 180° zu drehen. Gemäß dieser Technik ist, da die Schweißabschnitte in Linienform leicht in Richtung Y quer zur Axialrichtung der Hülse 35 geformt werden können, die Konfiguration für das Bearbeitungssystem unkompliziert, wodurch die Bearbeitbarkeit der Fixierung zwischen dem Lichtleiter 31 und der Hülse 35 verbessert wird.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters (31) mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse (35), aufweisend den Schritt: Aufbringen eines Laserstrahls (28), während entweder die Hülse (35) oder der Laserstrahl (28) in einer Axialrichtung (X) der Hülse (35) verschoben wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten (55) an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters (31) und der Hülse (35) gebildet werden.
  2. Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters (31) mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse (35), aufweisend den Schritt: Aufbringen eines Laserstrahls (28), während entweder die Hülse (35) oder der Laserstrahl (28) in einer Richtung (Y) quer zu einer Axialrichtung (X) der Hülse (35) verschoben wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten (56) an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters (31) und der Hülse (35) gebildet werden.
  3. Verfahren zum Fixieren eines Lichtleiters (31) mit einer Ummantelung in einer zylindrischen Hülse (35), aufweisend den Schritt: Aufbringen eines Laserstrahls (28), während entweder die Hülse (35) oder der Laserstrahl (28) um eine Längsachse der Hülse (35) gedreht wird, so dass eine Mehrzahl von Schweißabschnitten (56) an der Grenze zwischen der Ummantelung des Lichtleiters (31) und der Hülse (35) gebildet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Laserstrahl (28) von einem YAG Laser in einem Q-Switchpulsmodus bereitgestellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der YAG Laser in einem Pulsanregungssystem oszilliert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hülse (35) aus transparentem oder halbtransparentem Kunststoff hergestellt wird und die Ummantelung des Lichtleiters (31) aus lichtundurchlässigem Kunststoff hergestellt wird.
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