DE19701914A1 - Optisches Verbindungsstück und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Optisches Verbindungsstück und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Description
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.
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.
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.
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 (7)
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.
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.
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.
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.
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