DE2314753B2

DE2314753B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden optischer Fasern

Info

Publication number: DE2314753B2
Application number: DE2314753A
Authority: DE
Inventors: Paul Harold Millington N.J. Buhite; Douglas Arthur Berkeley Heights N.J. Pinnow
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-24
Publication date: 1981-05-21
Also published as: FR2178963A1; FR2178963B1; GB1424686A; JPS5653723B2; DE2314753A1; DE2314753C3; CA1041749A; US3810802A; JPS4917243A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der US-PS 34 55 625 bekannt.

Zum Übertragen breitbandiger Nachrichiensignale sind optische Fasern in vieler Hinsicht besser geeignet als Koaxialkabel oder Hohlleiter. Die Vorteile optischer Fasern sind beispielsweise eine geringe Baugröße, eine große Schaltungskapazität, die problemlose Erweiterungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit. Ferner sind bei optischen Fasern Blitzschutzmaßnahmen entbehrlich, da sie elektrisch nicht-leitend sind.

Um die genannten Vorteile bei optischen Nachrichtenübertragungssystemen nutzen zu können, ist es erforderlich, die optischen Fasern solcher Systeme schnell und mehrfach auch unter schwierigen Arbeitsbedingungen verbinden bzw. verspleißen zu können. Solche schwierigen Arbeitsbedingungen können beispielsweise beim Arbeiten im Freien gegeben sein, wo extreme Schwankungen der Temperatur, der Feuchtigkeit und der Sauberkeit üblich sind. Ein befriedigender Betrieb des Systems kann unter solchen Bedingungen nur dann erreicht werden, wenn ein hohes Maß an Transmissionswirkungsgrad durch die Verbindungsstelle erreicht wird.

Bisher wird das Spleißen von Fasern dadurch erreicht, daß ein chemisch aushärtender, transparenter Klebstoff an die Faserenden angebracht wird und daß die Enden in einer festen Ausrichtung zusammengeklemmt werden, worauf der Klebstoff chemisch aushärten kann. In typischen Fällen sind für das Aushärten mehrere Stunden erforderlich. Ein anderes Verfahren, das auf die Verbindung von Fasern mit niedrigem Schmelzpunkt beschränkt ist, verwendet diese temperatur-abhängige Eigenschaft dadurch, daß die Fasern in einer vertikalen

2^r> Ebene mit einem geringen Abstand zwischen den Enden angeordnet und die Faserenden erhitzt werden, bis eine Ausdehnung, ein Angreifen und ein Verschmelzen erfolgt. Be· beiden Verfahren werden Präzisions-Mikrostellvorrichtungen verwendet, um die Faserenden vor

jo dem herstellen der Verbindung auszurichten, wobei der Bedienungsmann die Arbeit durch ein Mikroskop überwacht. Auch ist eine Oberflächenbearbeitung jedes Faserendes bis zu einem gewissen Maß erforderlich. Das ist bei dem letzteren Verfahren besonders wichtig,

si wo jegliche vorstehenden Lippen an den Enden der Fasern dazu führen, daß eine in hohem Maße uneffektive Verbindung gebildet wird. Diese Unregelmäßigkeiten an der Endfläche werden normalerweise unter einem Mikroskop erfaßt und müssen vor dem

■to Verbindungs-Arbeitsgang entfernt werden. Folglich sind diese Verfahren nicht für das schnelle Spleißen optischer Fasern unter schlechten Arbeitsbedingungen geeignet. Wenn eine Spleißung unter Verwendung der genannten Verfahren hergestellt ist, ist es auch

ι") außerordentlich schwierig, die Verbindung wieder zu öffnen, um beispielsweise Fehler des Bedienungsmanncs zu korrigieren.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (US-PS 34 55 625) werden über die verbindenden Fasern bzw.

V) Faserbündel Muffen gestreift, welche jeweils mit einem Außengewinde versehen sind. Anschließend werden beide Muffen in ein Rohrstück mit Innengewinde eingeschraubt, in welches zuvor eine gummielastische, transparente Verbindungsmasse eingebracht wurde.

ν-. Dabei werden die von den Muffen gehaltenen Enden der Fasern bzw. Faserbündel unter hohem Druck gegen die transparente Verbindungsmasse gepreßt. Zwar brauchen bei diesem bekannten Verfahren die Faserenden nicht besonders bearbeitet, insbesondere poliert /u

W) werden, doch besteht bei dieser Verbindungsart die Gefahr, daß ein Nachlassen des Anpreßdrucks der Faserenden gegen die gummielastische Masse, beispielsweise durch Materialermüdung des Verbindungsmaterials, zu einer Verschlechterung der optischen

h'i Eigenschaften der Verbindung im Laufe der Zeit tiihrt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art unter Beibehaltung einer

einfachen Anwendbarkeit die Zuverlässigkeit der hergestellten optischen Verbindung zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 (Verfahren) bzw. des Anspruchs 4 (Vorrichtung) gelost.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch i und der Vorrichtung nach Anspruch 4 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine dauerhafte, zug- und spannungsfreie optische Verbindung ohne die Notwendigkeit spezieller Präzisionsvorrichtungen erzielbar ist.

Ferner werden die Schwierigkeiten überwunden, die bei früheren Spleißverfahren für optische Fasern durch schwierige Arbeitsbedingungen verursacht werden. Eine leichte und schnelle erneute öffnung der Verbindungsstelle ist möglich, und die Zeit, die für die Herstellung einer optisch wirkungsvollen Verbindung erforderlich ist, wird reduziert.

Das Verfahren zum Spleißen optischer Fasern hängt auch nicht von dem Schmelzpunkt des Fasermaterials ab.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beschrieben, die eine Vorrichtung zum Spleißen optischer Fasern zeigt.

Gemäß der Zeichnung werden die Fasern IO und 11, die miteinander verbunden werden sollen, in en ^egengesetzte Enden 20 und 21 der Buchse 22 eingeführt, bis die Faserenden 12 und 13 nebeneinander liegen. Die Enden 20 und 21 der Buchse 22 sind etwas aufgeweitet, um das Einführen der Fasern 10 und 11 zu erleichtern. Der Innendurchmesser des Mittelabschnittes der Buchse 22 ist nur geringfügig größer als der Außendurchmesser der Fasern 10 und 11, so daß sichergestellt ist, dall die das Licht übertragenden Kerne 14 und 15 der Fasern 10 und Il kollinear miteinander ausgerichtet sind. An einem Punkt entlang der Länge der Buchse 22 ist eine transversale öffnung 23 vorgesehen.

Ein Kügelchen oder eine Perle 40 wird in die Öffnung 23 eingeführt. Die Perle 40 besteht aus einem transparenten, thermoplastischen Material mit einem Brechungsindex, der in guter Näherung dem Brechungsindex der Fasern 10 und 11 entspricht, und einen Schmelzpunkt, der erheblich niedriger als der Schmelzpunkt der Fasern 10 und 11 ist. Ein Beispiel eines transparenten, thermoplastischen Materials, das diese Eigenschaften hat, ist Polymethylmethacry'at. Dieses Material hat einen Schmelzpunkt zwischen IbO und 200" Celsius, der erheblich geringer als der Schmelzpunkt der Fasern 10 und 11 ist, der in typischen Fällen im Bereich von 600 bis 2000" Celsius liegt.

Nachdem die Perle 40 in ihre Lage gebracht ist, werden die elektrische Stromquelle 30 und der damit in Reihe geschaltete Steuerschalter 31 mit der Buchse 22 durch Strom/.weige 32 und 33 verbunden, die in Federklemmen (nicht gezeigt) enden. Diese Verbindung vollendet die Reihenschaltung. Der Schalter 31 wird geschlossen, und ein Strom fließt durch die Lange der Buchse 22, wodurch diese· aufgrund des Widerstandes aufgeheizt wird. Die in der Buchse 22 erzeugte Wärme wird an die P.tscrii 10 und Il und die Peile 40 weitergeleitet In wenigen Sekunden wird die Perle 40 weich gemacht und schmilzt, so daß das Material /wischen die aufeinander ausgerichteten, daneben liegenden Faserenden 12 und 13 fließt. Ks ist nicht erforderlich, daß die Faserenden 12 und 13 geschmolzen werden. An diesen Zeitpunkt wird der Schalter 31 geöffnet und die Stromquelle, der Schalter 31 und die Zweige 32 und 33 werden entfernt Die Anordnung kann dann abkühlen, wodurch das thermop'astische Material hart wird und die Verbindung fertiggestellt wird. Wegen des kleinen Durchmessers der Buchse 22 sind für das Aushärten nur wenige Sekunden erforderlich.

Die Ausrichtungsbuchse 22 bleibt an ihrer Stelle zurück, wodurch eine zusätzliche, mechanische Abstützung der Verbindung geschaffen wird. Der gesamte optische Verlust für Spleißungen, die unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Verbindung von Fasern mit einem Durchmesser von 0,0075 cm hergestellt sind, liegt in typischen Fällen bei 0,5 dB.

Da das thermoplastische Material in seinem geschmolzenen Zustand um und über die Faserenden 12 und 13 fließt und den Raum zwischen den Fasern 10 und 11 füllt, ist "es nicht nötig, eine umfangreiche Oberflächenbearbeitung an den Enden vorzunehmen, bevor sie in die Buchse 22 eingeführt werden. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß die Faserenden (2 und 13 sauber und flach sind. Diese Bedingung kann einfach dadurch erfüllt werden, daß man jedes Faserende 12 und 13 neu bricht. Daher kann eine ins

2Ί einzelne gehende Inspektion der Faserenden 12 und 13 auf das Vorhandensein von vorstehenden Lippen und auch die zugehörige Einrichtung, die für die Durchführung solch einer Inspektion notwendig ist, weggelassen werden. Da diese Ausrüstung nicht gebraucht wird und

jo da auch eine Präzisions-Richtvorrichtung für die Fasern und ein Überwachungsmikroskop nicht erforderlich ist, ergibt sich in Verbindung mit dem augenblicklichen Aushärten des transparenten, thermoplastischen Materials gemäß der Erfindung eine Technik, die auch unter schwierigen Arbeitsbedingungen leicht angewendet werden kann. Wenn eine Verbindung wieder geöffnet werden muß, kann dies ferner einfach dadurch bewirkt werden, daß die Schaltungszweige 32 und 3.3 wieder an der Buchse 22 angeschlossen werden und ein Strom

v) durch Schließen des Schalters 31 verursacht wird. Dadurch schmilzt das thermoplastische Material, und eines der Faserenden oder beide Faserenden 10 und 12 können entfernt werden. Die Herstellung und das Öffnen der Verbindung kann in unbegrenzter Zahl

ti wiederholt werden.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Buchse 22 aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Messing. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel \si die Buchse 22 aus einem dielektrischen

V) Material hergestellt, wobei ein elektrisch leitfähiger Überzug 24 über der Außenfläche 25 der Buchse 22 angebracht ist.

Kapillare Röhren haben sich für diese Anwendung als sehr brauchbar erwiesen. Die InnenfHchen dieser

Yi Röhren sind etwas glatter als die, die bei vergleichbaren Metallrohren erzielbar sind. Folglich kann eine engere Toleranz bei der Ausrichtung der Faserenden 12 und 13 eingehalten werden. Die aufgeweiteten Enden 20 und 21 auf der Buchse 22 werden dadurch erzeugt, daß ein

wi Kapillarrohr, welches viel länger als die Buchse 22 ist, örtlich erhitzt und Luft in das Rohr geblasen wird, um eine kleine Blase in dem Material zu erzeugen. Durch Wiederholung dieses Verfahrens an einem Punkt weiter unten an dem Rohr und durch Anritzen und

!>■> Durchbrechen des Rohres an den Punkten, wo die Blasendurchmesser maximal sind, wird die Herstellung der Buchse abgeschlossen. Die transversale Öffnung wird dadurch erzeugt, daß durch Sandstrahlen eine

Öffnung an einem Punkt entlang einer Seite des Rohres erzeugt wird. Verschiedene Verfahren können angewendet werden, um den elektrisch leitfähigen Überzug auf der Außenfläche 25 der Buchse 22 anzubringen. Ein solches Verfahren ist die Vakuumaufdampfung einer Chrom-Goldschicht auf der Fläche 25. Ein anderes Verfahren ist das Sputtern eines Überzuges aus leitfähigem, jedoch transparentem Indiumoxid auf die Fläche 25.

Die genannten Ausführungsbeispiele sind nur wenige von vielen möglichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prinzips.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden optischer Fasern, wobei eine erste Faser und eine zweite Faser und ein transparentes Yerbändungsmaterial in eine Ausrichtungsbuchse eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Verbindungsmaterials, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparentes thermoplastisches Verbindungsmaterial mit einem Schmelzpunkt, der erheblich niedriger als der Schmelzpunkt der Fasern liegt, eingesetzt wird, wobei der Brechungsindex des transparenten thermoplastischen Verbindungsmaterials im wesentlichen gleich dem Brechungsindex der Fasern ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsmaterial Polymethylmethacrylat eingesetzt wird.

4. Vorrichtung zum Verbinden bzw. Koppeln der Enden optischer Fasern in einer kollinearen Ausrichtung, mit einer Buchse zum kollinearen Ausrichten benachbarter Enden der optischen Fasern, mit einem transparenten Verbindungsmaterial zum Verbinden der kollinear ausgerichteten, benachbarten Enden, während sich diese in der Buchse befinden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zum Erhitzen der Buchse (22) und zum Schmelzen des transparenten thermoplastischen Verbindungsmate rials (40).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (22) elektrisch leitfähig ist und daß die Einrichtung (30) zum Anlegen eines Stroms an die elektrisch leitfähige Buchse (22) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (22) eine Öffnung (23) zwischen ihren Enden zum Einführen des Verbindungsmaterials (40) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (22) aus einem dielektrischen Material (25) mit einem äußeren, elektrisch leitfähigen Überzug (24) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (22) aufgeweitete Enden (20, 21) zum leichteren Einführen der Fasern besitzt