DE19701914A1

DE19701914A1 - Optisches Verbindungsstück und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19701914A1
Application number: DE19701914A
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Ueda
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1997-07-17
Also published as: JPH09189827A; GB2309099A; US5790732A; GB9700554D0; JP2921462B2; GB2309099B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Verbindungs stück zum lösbaren Verbinden optischer Fasern miteinander und, genauer, die Struktur einer optischen Verbindungszwinge oder -(klemm)hülse.

Um optische Fasern mit geringem Verlust zu verbinden, müssen die Endflächen der optischen Fasern im Submikronbereich ein ander genau gegenüberliegen. Zu diesem Zweck verwendet man für ein optisches Verbindungsstück eine zylindrische Präzi sionskomponente, die als Zwinge (Hülse) bezeichnet wird. Die Endabschnitte der optischen Fasern werden auf der Mittelachse der Zwinge befestigt, und diese Zwinge wird mit hoher Präzi sion unter Verwendung einer zylindrischen Hülse koaxial aus gerichtet, wodurch man einen geringen Verlust erreicht.

Zu diesem Zweck erfordert die Zwinge hochgenaue Zylindrizi tät, und außerdem muß sie die Kraft aushalten, die während des Anbringens und des Lösens angewandt wird. Auch muß die Zwinge des optischen Verbindungsstücks ausgezeichnete Tem peraturstabilität und einen ausgezeichneten Feuchtigkeitswi derstand aufweisen, so daß sie sich nicht durch die Benut zungsumgebung verschlechtert.

Eine herkömmliche Zwinge ist aus Keramik od. dgl. hergestellt, das hohe Festigkeit und Verläßlichkeit in der Verwendungsum gebung aufweist. Um diese keramische Zwinge zu erhalten, wird Keramik in einen Zylinder extrudiert, und dieser Zylinder wird mittels einer Technik, die als Zentrierung um ein klei nes Loch an seinem zentralen Abschnitt als axialer Mittel punkt bezeichnet wird, so verarbeitet, daß sein Außenumfang einen mit hoher Präzision genauen Kreis bildet. Es ist auch eine weitere Zwingenstruktur bekannt, die durch Schmelzen von Plastik erhalten wird, um eine hohe Produktivität und geringe Kosten zu erreichen.

Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen die Strukturen herkömmlicheropti scher Verbindungszwingen. In der in Fig. 6 gezeigten Struktur wird ein Hochfestigkeitsmaterial, z. B. Keramik, verwendet, um eine Zwinge 21, wie oben beschrieben, herzustellen. Da derar tiges Material nicht leicht durch z. B. Mahlen oder Schleifen zu verarbeiten ist und das Zentrieren in eine endgültige Form als keramische Zwinge 21 erfolgen muß, ist die Anzahl Zwin gen, die auf einmal hergestellt werden kann, begrenzt, so daß sich ein Problem hinsichtlich der Produktivität ergibt. Be zugszeichen 27 bezeichnet eine optische Faserseiten-Abschluß komponente, an die die Zwinge 21 angesetzt und an der sie koaxial befestigt wird.

In der in Fig. 7 gezeigten Zwingenstruktur wird ein Kunst stoff als das Material für eine Zwinge 22 verwendet. Obwohl die Zwinge 22 durch Kunststoffspritzen, -pressen oder sonsti ge -formung erzeugt werden kann, um eine hohe Produktivität sicherzustellen, ist es schwierig, die Zwinge hinsichtlich der Größe mit einer Präzision in der Größenordnung von Sub mikrons herzustellen. Auch ergibt die Größenstabilität in einer Umgebung, in der die Zwinge verwendet wird, Probleme, die sich in einer Zunahme des äußeren Umfangs aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme bemerkbar machen. Wenn ein optisches Verbindungsstück angebracht oder entfernt wird, neigt die Plastikzwinge 22 dazu zu zerbrechen, was ein Festigkeitspro blem darstellt.

Als Mittel zum Lösen der Schwierigkeiten der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Strukturen ist ein Aufbau, wie in Fig. 8 ge zeigt, bekannt. Bei diesem wird eine Glaskapillare 23, die leicht und mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann, verwendet, und die äußere Umfangsfläche der Kapillare 23 wird mit einem zylindrischen Anschluß- oder Endmetallelement 24 abgedeckt, wodurch die Festigkeit einer Zwinge 22 erhöht wird. Diese Struktur ist z. B. in Fig. 4 der japanischen Ge brauchsmusterveröffentlichung Nr. 61-18485 gezeigt.

Die Struktur einer Glaszwinge 25, wie in Fig. 9 gezeigt, ist bekannt. In dieser Glaszwinge 25 wird, um die Festigkeit des Glasmaterials selbst zu erhöhen, durch die Verwendung von Borsilikatglas, das ein Alkalimetall enthält, Ionenaustausch durchgeführt, wodurch die Festigkeit der Zwinge selbst erhöht wird. Diese Struktur ist beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 5-72441 gezeigt.

In den in den Fig. 8 und 9 gezeigten Strukturen ist jedoch die Oberflächenhärte der äußeren Umfangs flächen der Zwingen 24 und 25 verhältnismäßig gering. Wenn Zirkoniumkeramik, das eine relativ große Härte aufweist, als Material für eine Aus richtungshülse verwendet wird, verschleißt die äußere Um fangsfläche der Zwinge bei Anbringen und Entfernen durch die Berührung mit der inneren Wand der Hülse. Folglich bilden sich, wenn die optischen Verbindungsstücke wiederholt ange bracht und entfernt werden, Schrammen auf den Seitenflächen der Zwingen 24 und 25. Bei einer Struktur, bei der eine Glas seitenfläche frei liegt, wird die Festigkeit der Zwingen 24 und 25 selbst aufgrund der Schrammen herabgesetzt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es stellt ein Ziel der vorliegenden Erfindung dar, ein opti sches Verbindungsstück zur Verfügung zu stellen, das wider standsfähig gegen Verschleißen und schwer zu beschädigen ist, wenn es beim Anbringen und Entfernen mit der Hülse eines Adapters in Berührung gebracht wird.

Um obiges Ziel zu erreichen, ist entsprechend der vorliegen den Erfindung ein optisches Verbindungsstück vorgesehen, das eine Zwinge zur Aufnahme einer optischen Faser umfaßt, wobei die Zwinge einen Glaszylinder umfaßt, der an einem distalen Endabschnitt der in eine optische Verbindung herstellende Hülse einzuführenden Zwinge ausgebildet ist, wobei der Glas zylinder ein erstes Durchgangsloch von kleinem Durchmesser an seinem Mittelachsenabschnitt, um eine bloße optische Faser aufzunehmen, und eine dünne Schutzschicht aus einem Material größerer Härte als der der Hülse aufweist, um die gesamte äu ßere Umfangsfläche des Glaszylinders zu bedecken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt, der ein optisches Verbindungs stück gemäß einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 2 einen Schnitt, der die Struktur des in Fig. 1 gezeigten optischen Verbindungsstücks vor dem Zusammenfügen zeigt;

Fig. 3 einen Schnitt, der einen Zustand zeigt, in dem eine optische Faser in dem in Fig. 1 gezeigten optischen Verbindungsstück befestigt ist;

Fig. 4 einen Schnitt, der einen Zustand zeigt, in dem das in Fig. 1 gezeigte optische Verbindungsstück in eine Hülse eingeführt ist;

Fig. 5 eine Ansicht, die den Herstellungsvorgang einer in Fig. 1 gezeigten Glaszwinge zeigt;

Fig. 6 einen Schnitt, der ein Beispiel einer in einem herkömmlichen optischen Verbindungsstück verwendeten Zwinge zeigt;

Fig. 7 einen Schnitt, der ein anderes Beispiel der in dem herkömmlichen optischen Verbindungsstück verwendeten Zwinge zeigt;

Fig. 8 einen Schnitt, der noch ein weiteres Beispiel einer in dem herkömmlichen optischen Verbin dungsstück verwendeten Zwinge zeigt; und

Fig. 9 einen Schnitt, der noch ein anderes Beispiel der in dem herkömmlichen optischen Verbin dungsstück verwendeten Zwinge zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung wird genauer mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 bis 5 zeigen ein optisches Verbindungsstück nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 2 ge zeigt, ist eine optische Verbindungsstückzwinge der vorlie genden Erfindung aus zwei Komponenten aufgebaut. Die erste Komponente ist eine Glasbuchse oder -zwinge 1, die derart ausgebildet ist, daß sie einen wirklich kreisförmigen Quer schnitt mit einer Präzision in der Größenordnung von Submi krons aufweist. Die Glaszwinge 1 wird von einer zylindrischen Glaskapillare 2 und einer Beschichtung 3, die als eine dünne Schutzschicht dient und eine Härte höher als die einer Zirko niumhülse aufweist, gebildet. Die Beschichtung 3 ist auf der gesamten Umfangs fläche der Glaskapillare 2 durch Beschichtung so gebildet, daß sie eine Stärke von Submikrometern bis unge fähr einige Mikrometer aufweist.

Ein durchgehendes Loch/Durchgangsloch 4 kleinen Durchmessers, das einen Durchmesser aufweist, der geringfügig größer ist als der einer bloßen optischen Faser 11, wird am Mittelach senabschnitt der Glaskapillare 2 ausgebildet, der die Glas kapillare 2 ausmacht. Ein Führungskegelabschnitt 5 ist an einem Endabschnitt der Glaskapillare 2 ausgebildet, um sich weit zu öffnen. Der Innendurchmesser des Kegelabschnitts 5 nimmt auf die Endfläche der Glaskapillare 2 hin zu. Auf dem äußeren Umfangsabschnitt des anderen Endabschnitts der Glas kapillare 2 ist ein angefaster Abschnitt 6 ausgebildet. Der äußere Durchmesser des angefasten Abschnitts 6 nimmt zur Endfläche hin ab, so daß die Glaskapillare 2 beim Anbringen und Abnehmen des optischen Verbindungsstücks leicht in eine Hülse eingeführt werden kann.

Die zweite Komponente ist eine Anschluß- oder Endkomponente 7, auf die die Glaszwinge 1 paßt und an der sie befestigt wird. Ein Loch 8 mit einem großen Durchmesser ist als Sack- oder Blindloch an einem Endabschnitt der Anschlußkomponente 7 ausgebildet. Ein Endabschnitt der Zwinge 1 wird an der Seite des Kegelabschnitts 5 in dieses Loch 8 großen Durchmessers eingeführt und darin befestigt.

Ein Durchgangsloch 9 von mittlerem Durchmesser ist an dem Mittelachsenabschnitt der Anschlußkomponente 7 ausgebildet, wobei es das Loch 8 großen Durchmessers fortsetzt. Das Durch gangsloch 9 weist einen Durchmesser auf, der ein wenig größer ist als der Durchmesser einer optischen Faser 12, die in Fig. 3 gezeigt ist. Der Öffnungsabschnitt des Kegelabschnitts 5 weist einen Durchmesser auf, der ein wenig größer ist als der des Durchgangslochs 9. Ein vorstehender Flanschabschnitt 10 ist an der äußeren Umfangs fläche der Anschlußkomponente 7 in der Nähe der Glaszwinge 1 ausgebildet.

Die Glaszwinge 1 der obigen Anordnung wird von ihrem einen Anschlußabschnitt auf der Seite des Kegelabschnitts 5 in das Loch 8 großen Durchmessers der Anschlußkomponente 7 einge führt und mittels Adhäsion befestigt, so daß, wie in Fig. 1 gezeigt, der Zusammenbau erfolgt. Wenn eine optische Faser, deren Ende bearbeitet worden ist, mittels Adhäsion an diesem Aufbau befestigt wird, erhält man eine Struktur wie die in Fig. 3 gezeigte. Zu diesem Zeitpunkt wird die bloße bzw. "nackte" optische Faser 11, die in das Durchgangsloch 9 der Anschlußkomponente oder des Halteelements 7 eingeführt ist, von dem Kegelabschnitt 5 und in das Durchgangsloch 4 der Glaskapillare 2 geführt.

Bei dem Aufbau der vorliegenden Erfindung wird die Glaska pillare 2, selbst wenn die Glaszwinge 1 an/von eine(r)kera mischen Hülse 13 aus Zirkonium angebracht/gelöst wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, weil die Beschichtung 4 die äußere Um fangsfläche der Glaskapillare 2 schützt, nicht von der inne ren Umfangsfläche der Keramikhülse 13 abgenutzt, und auf der Glaskapillare 2 bilden sich keine Schrammen.

Als Material für die Beschichtung 3, die als dünne Schutz schicht dient, sind Keramiken, wie z. B. Aluminiumoxid, Wolf ramcarbid, Siliciumcarbid, Borcarbid, Titancarbid, Silicium nitrid, Bornitrid und Titannitrid sowie Diamant geeignet, die eine größere Härte als Zirkoniumkeramik aufweisen, die als Hülsenmaterial verwendet wird.

Auch an dem angefasten Abschnitt 6 kann eine Beschichtung 3 ausgebildet werden.

Fig. 5 erklärt den Herstellungsvorgang für die Glaszwinge 1. Zunächst wird eine Glasvorform 15 einer Zentrierung aus ge setzt, so daß das Verhältnis von innerem zu äußerem Durchmes ser eines inneren Durchmessers 14 dem der endgültigen Zwinge gleich wird. Daran anschließend wird die Glasvorform 15 durch eine Heizquelle 16 geschmolzen und einem Ziehen unterworfen, wodurch der äußere Umfangsabschnitt und der innere Umfangs ab schnitt der Zwinge sofort mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Der äußere Durchmesser der Zwinge vor der keramischen Beschichtung wird von einer Meßeinrichtung 17 für den äußeren Durchmesser gelenkt. Danach wird die keramische Beschichtung auf der äußeren Umfangs fläche der Zwinge mittels einer CVD- (Chemical Vapor Deposition, chemische Dampfablagerung) Ein heit 18 durchgeführt. Die Stärke der dünnen Schicht der kera mischen Beschichtung wird durch eine Meßeinrichtung 19 für den äußeren Durchmesser gesteuert. Schließlich wird die Glas vorform 15 sequentiell in Stücke vorbestimmter Länge ge schnitten, wodurch man eine Anfangs- bzw. Ausgangsröhre 20 der Zwinge erhält.

Danach wird der Kegelabschnitt 5, der in Fig. 2 gezeigt ist, um das Einführen der optischen Faser zu erleichtern, unter Verwendung von Fluorwasserstoffsäure durch Ätzen als Glas rohrherstellungstechnik ausgebildet. Der angefaste Abschnitt 6 wird beispielsweise durch Mahlen ausgebildet, wodurch man die endgültige Form der Glaszwinge 1 erhält.

In dieser Ausführungsform wird die CVD-Einheit zur Herstel lung der Glaszwinge 1 verwendet. Um keramische Beschichtung durch ein anderes Verfahren als die Verwendung der CVD-Ein heit durchzuführen, stehen Bedampfen, PVD, z. B. ionisches Galvanisieren, Eintauchen unter Verwendung von Hydrolyse und ähnliches zur Verfügung.

Wie oben beschrieben worden ist, werden bei dem optischen Verbindungsstück der vorliegenden Erfindung, da während des Anbringens und Entfernens des optischen Verbindungsstücks keine Schrammen durch Berührung mit der Hülse hervorgerufen werden, während des Anbringens und des Entfernens des opti schen Verbindungsstücks keine Abriebpartikel gebildet. Da durch Bildung der Schrammen keine Zunahme im Berührungswider stand der Seitenfläche der Zwinge auftritt, wird die Einführ kraft während des Anbringens und des Entfernens stabilisiert. Da keine Verschlechterung in der Stärke, durch Schrammen ver ursacht, auftritt, kann man eine Glaszwinge von stabiler Stärke erhalten. Da die Seitenfläche der Glaszwinge mit einer Beschichtung beschichtet ist, wird die Stärke der Zwinge selbst erhöht und stabilisiert.

Eine Glaskapillare, die durch Ziehen auf der Massenferti gungsstraße hergestellt werden kann, kann als Zwinge verwen det werden, und die Beschichtung kann man durch Verwendung eines Lösungsmittels oder in Übereinstimmung mit CVD sofort erhalten, so daß für eine hohe Produktivität gesorgt ist. Da die Funktion der Zwinge anders als im Falle der Verwendung eines Ionenaustausches nicht von der Zusammensetzung des Glasmaterials abhängt, kann man das Glasmaterial frei wählen.

Bei einer Glaszwinge, die eine Aluminiumoxidbeschichtung auf weist, kann, da die Aluminiumoxidbeschichtung ultraviolette Strahlen durchläßt, ein UV-(UltraViolett)härtender Kleber zur Befestigung der optischen Faser verwendet werden, wodurch ein Zusammensetzen eines optischen Verbindungsstücks innerhalb eines kurzen Zeitraums ermöglicht wird.

Claims

1. Optisches Verbindungsstück, dadurch ge kennzeichnet, daß es eine Zwinge zur Aufnah me einer optischen Faser umfaßt, wobei die Zwinge umfaßt:
einen Glaszylinder (2), der an einem distalen Endab schnitt der in eine optische Verbindung herstellende Hül se (13) einzuführenden Zwinge ausgebildet ist, wobei der Glaszylinder ein erstes durchgehendes Loch (4) von klei nem Durchmesser an seinem Mittelachsenabschnitt zur Auf nahme einer bloßen optischen Faser (11) aufweist, und
eine dünne Schutzschicht (3) aus einem Material größerer Härte als der der Hülse, um die gesamte äußere Umfangs fläche des Glaszylinders zu bedecken.

2. Ein Verbindungsstück nach Anspruch 1, bei dem die dünne Schutzschicht aus einem der Materialien Keramik, Alumi niumoxidkeramik, Wolframcarbid, Siliciumcarbid, Borcar bid, Titancarbid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Titannitrid oder Diamant besteht.

3. Verbindungsstück nach Anspruch 1, bei dem die dünne Schutzschicht so ausgebildet ist, daß sie eine Stärke von Submikrons bis zu einigen Mikrometern aufweist, die Bil dung von Schrammen auf dem Glaszylinder während des An bringens/Entfernens der Zwinge an/von der Hülse verhin dert und die Stärke der Zwinge selbst vergrößert.

4. Verbindungsstück nach Anspruch 1, bei dem die Zwinge ein Halteelement (7) umfaßt, das an einem Mittelachsenab schnitt ein zweites durchgehendes Loch (9) mit einem Durchmesser, der größer ist als der des ersten durchge henden Loches, aufweist, um eine äußere Umfangsfläche eines rückwärtigen Abschnitts des Glaszylinders koaxial zu halten, wodurch eine optische Faser (12) in dem zwei ten durchgehenden Loch untergebracht wird.

5. Verbindungsstück nach Anspruch 4, bei dem der Glaszylin der einen Kegelabschnitt (5), der an einer Seite zu sei ner Endseite hin erweitert ist, um von dem Halteelement derart gehalten zu werden, daß der Durchmesser des ersten Durchgangsloches zunimmt, um die optische Faser zu füh ren, und einen angefasten Abschnitt (6) auf einer äußeren Umfangsfläche eines Endabschnitts auf einer Seite auf weist, die in die Hülse eingeführt werden soll, wobei der angefaste Abschnitt zur Endseite des Glaszylinders hin so abnimmt, daß der äußere Durchmesser des Glaszylinders abnimmt, wodurch das Einführen in die Hülse erleichtert wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines optischen Verbindungs stücks, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:
Ausbildung einer kontinuierlichen Glasvorform (15) durch Zentrieren derart, daß ein innerer Durchmesser und ein äußerer Durchmesser eines inneren Lochs (14) ein vorbe stimmtes Verhältnis aufweisen;
Schmelzen und Ziehen der Glasvorform, nachdem sie dem Zentrieren unterworfen wurde, um eine Zwingenform auszu bilden, die einen vorbestimmten inneren Durchmesser und einen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist;
Beschichten einer äußeren Umfangs fläche der Glasvorform, die durch Ziehen mit einer Keramik und Diamant erhalten wurde;
Schneiden der Glasvorform, nachdem sie einer Beschichtung unterzogen wurde, um eine vorbestimmte Länge aufzuweisen, wodurch eine Zwingen-Ausgangs- bzw. Anfangsröhre (20) ge bildet wird; und
Einführen und Befestigen der Zwingenanfangsröhre in ein Halteelement und Integrieren der Zwingenausgangsröhre mit dem Halteelement.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das des weiteren die Schritte umfaßt:
Steuern des äußeren Durchmessers der Glasvorform, die durch Ziehen vor dem Beschichten erhalten wird; und
Steuern der Stärke der Beschichtung der Glasvorform nach der Beschichtung.