DE2526508C2 - Verfahren zum Verbinden zweier Lichtleiterfasern gleichen Durchmessers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von zwei Lichtleiterfasern gleichen Durchmessers zwecks Herstellung eines dauerhaften optischen Anschlusses zwischen diesen beiden Fasern.

Die voraussichtliche Entwicklung von Fernmeldeverbindungen über lichtleit-;rgeführte optische Wellen läßt Vorrichtungen wünschenswert erscheinen, mit denen zwei Fasern mit möglichst geringen Koppelverlusten von beispielsweise weniger als 1 dB miteinander verbunden werden können. Wenn die Fasern beispielsweise einen Kern mit einem Durchmesser von 100 μπι enthalten und der Brechungsindex zwischen Kern und Hülle einen Unterschied von 5 · 10~³ bis 10-' beträgt, so müssen diese Vorrichtungen die Anordnung der Fasern unter folgenden Bedingungen ermöglichen: der Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Faserstirnseiten muß kleiner als 20 μίτι sein, die relative Exzentrizität muß kleiner als 4 μπι und die relative Neigung muß kleiner als 1 Grad sein. Falls man eine Anpassung des Brechungsindex des zwischen die beiden Fasern eindringenden Milieus vornimmt, können diese Toleranzen größer werden: 50 μπι für den Abstand und 10 μπι für die Exzentrizität, während die Neigung unverändert bleibt. Angesichts des kleinen Durchmessers der Fasern ist es schwierig, diese Toleranzen einzuhalten.

Bisher sind nur wenige Lösungen zu diesem Problem vorgeschlagen worden, und sie betreffen im allgemeinen Laboranordnungen.

In einem Artikel von D. SCHICKETANZ »Connecters for multimode fibers« (Siemens Forschungs- und Entwickl.-Ber. Bd. 2,(1973), Nr. 4) wird eine Verbindung zwischen Fasern über ein Kapillarrohr aus Glas vorgeschlagen, das über eine gegebene Länge hinweg auf einen Innendurchmesser verengt ist, der etwas größer ist als der Außendurchmesser der Faser. Das Kapillarrohr mit einem Index, der dem Index der Faserumhüllung nahe kommt, enthält entweder eine Flücsigkeit oder einen festen Stoff mit einem Index, der dem Index des Faserkerns nahe kommt. Das Hauptkennzeichen liegt darin, daß der Verbinder selbst ein Lichtleiter ist

Nach einem Artikel von CG. Someda »Simple, Low-loss Joints between single-mode optical fibers« in Bell System Technical Journal, Vol. 52, No 4, April 1973, wird die genaue Ausrichtung optischer Fasern mit Hilfe einer Nut erreicht, die durch Tiefziehen einer Methyl-Polymethacrylat-Folie mit Hilfe einer Faser desselben Durchmessers geformt wird.

Gemäß dem französischen Patent 21 78 129 erfolgt die Verbindung durch die Verformung einer Seele aus Silikon-Elastomer, in die ein Loch gebohrt wird, in das die Fasern gesteckt werden. Die Befestigung der Fasern geschieht durch Einspannen zwischen zwei Platten, die auf beiden Seiten der Seele angeordnet sind. Dabei erreicht man angeblich eine gleichzeitige Ausrichtung und unveränderliche Lage der Fasern.

Ein Artikel von Frank L Thiel, Roy E. Love, L Smith »In line connectors for multimode optical waveguide bundles« in der Zeitschrift Applied Optics Vol. 13, No 2 Februar 1974, Seite 240, beschreibt eine Verbindungsstruktur zwischen zwei Kabeln :Tiit jeweils einer sechseckigen kompakten Packung der Fasern in einer Umhüllung mit entsprechendem sechseckigen Innenquerschnitt. Die Ausrichtung der Fasern aufeinander ergibt sich durch die Ausrichtung der Umhüllung der beiden Kabel aufeinander.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zum dauerhaften Verbinden zweier Lichtleitfasern gleichen Durchmessers anzugeben, durch das eine besonders hohe Genauigkeit in der axialen Ausrichtung der beiden Fasern erzielt wird. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

An Hand der schematischen Figuren wird nachfolgend die Erfindung näher beschrieben.

In diesen Figuren werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 stellt perspektivisch eine Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Die Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte durch die

Vorrichtung aus Fig. 1.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung weist drei rotationszylindrische Stangen 12, 14 und 16 aus Hartstahl mit einem Durchmesser von 646 μπι und einer Länge von einigen Zentimetern auf. Die Achsen dieser drei Stangen sind untereinander parallel und verlaufen durch die drei Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks. Drei die Querschnitte dieser Stangen in der Zeichenebene darstellende Kreise berühren sich untereinander.

Dadurch entsteht ein Haltekanal 10 (siehe Fig.3) zwischen diesen drei Stangen, der durch die sich einander gegenüberliegenden Seitenflächen dieser Stangen begrenzt wird.

In diesen Kanal sind zwei optische Glasfasern 18 und 20 mit IOC μπι Außendurchmesser eingeführt, die mit den drei Stangen 12,14 und 16 in Berührung stehen. Die Stangen 12,14 und 16 werden von einer elastischen oder unter Wärmeeinfluß schrumpfenden Hülse 11 umgeben (h den F i g. 1 und 2 weggelassen), unter deren Einfluß die Stangen aneinander und auf die Faser 18 gedrückt werden.

Aufgrund der hohen Präzision, mit der auf herkömmliche Weise Stahlstangen kreisförmigen Querschnitts hergestellt werden können, und des Aneinanderdrükkens dieser Stangen wird auch die Form des zwischen diesen Stangen entstehenden Kanals 10 sehr genau bestimmt. Bei einem geeigneten Wert für den Durchmesser der Faser 18 ergibt sich dann eine genaue Lage dieser Faser 18 im Verhältnis zu den Stangen 12, 14 und 16. jn

Dies bietet den Vorteil, daß, wenn der zentrale Kanal 10 die beiden sich gegenüberliegenden Enden der beiden optischen Fasern 18 und 20, die fluchtend zueinander liegen, aufnimmt, eine genaue Ausrichtung der beiden Faserenden aufeinander erreicht wird. r>

Im soeben beschriebenen Beispiel erklärt sich die Lagegenauigkeit aus der Tatsache, daß jede der Stangen 12, 14 und 16 mit den beiden anderen sowie mit den Fasern 18 und 20 in Berührung steht. Dies entspricht einem besonderen Wert des Verhältnisses k des w Durchmessers D der Stangen 12, 14 und 16 zum Durchmesser d der Fasern 18 und 20. Dieser Wert beträgt k = D/d = 6,46.

Jedoch kann dieser Wert k bis zu einem Wert von etwa 7 angehoben werden, ohne alle Vorteile der Erfindung zu verlieren. In diesem Fall bleiben die drei Stangen 12,14 und 16 miteinander in Berührung, jedoch entsteht zwischen den Stangen und den in den Haltekanal eingeführten Fasern ein bestimmtes Spiel. Dieses Spiel ist der Genauigkeit etwas abträglich, kann >o aber andererseits notwendig sein um das Einführen der Fasern in den Haltekanal 10 zu erleichtern.

Das Verhältnis k kann auch kleiner gewählt werden. Wenn es nur sehr geringfügig kleiner ist, so ergibt sich daraus lediglich eine sehr schwache elastische Verformung der Faser oder der Stangen. Wird das Verhältnis relativ stark verringert, so bleiben die drei Stangen 12, 14 und 16 mit den in den Haltekanal eingeführten Fasern in Berührung, jedoch geht die Berührung zwischen zwei Stangen notwendigerweise verloren. Es ist dabei vorteilhaft, wenn eine dieser drei Stangen mit den beiden anderen in Berührung bleibt. Betrachtet man das Dreieck, dessen Spitzen die Schnittpunkte der drei Achsen 2,4 und 6 (F i g. 2 und 3) mit einer senkrecht zu diesen Achsen verlaufenden Ebene sind, so zeigt es sich, daß die drei Winkel dieses Dreiecks spitze Winkel bleiben. Verringert man weiterhin das Verhältnis k, indem man dabei eine der Stangen mit den beiden anderen über ihre gesamte Länge hinweg in Berührung hält, so wird von einem bestimmten Augenblick an der Abstand zwischen diesen beiden anderen Stangen so groß, daß die Fasern seitlich aus dem Haltekanal herausrutschen können. Einer der Winkel des zuvor definierten Dreiecks wird dann zu einem rechten Winkel, und das Verhältnis k wird zu 2,41. Es ist daher darauf zu achten, daß die drei Winkel des oben definierten Dreiecks spitze Winkel bleiben und daß das Verhältnis it größer als 2,41 bleibt.

Aus dem bisher Gesagten und aus der Tatsache, daß die Erfindung für die Positionierung von Fasern mit einem Durchmesser von 10 bis 500 μίτι vorteilhaft ist, ergibt sich, daß der Durchmesser der Stangen 12,14 und 16 vorteilhafterweise zwischen 25 und 3500 μίτι liegt.

Vorteilhafterweise sind die Enden der Stangen 12,14 und 16 abgeschrägt, um die Einführung der Fasern 18 und 20 in den Haltekanal zu erleichtern.

In einer geringen Entfernung vom Ende der Stangen 12, 14 und 16 weisen diese Stangen über einen kleinen gemeinsamen Abschnitt 30 ihrer Länge hinweg eine Querschnitisverengung auf. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch diesen den verringerten Querschnitt aufweisenden Teil. Die Enden der Fasern 18 und 20 werden in diesem Bereich, wo die Stangen einen kleineren Durchmesser aufweisen, nahe aneinander gelegt. Der so entstehende Zwischenraum zwischen den Stangen 12, 14 und 16 und der so um die Enden der Fasern 18 und 20 geschaffene Raum ermöglichen es. Mittel zur Herstellung einer dauerhaften Verbindung zwischen den Faserenden einzuführen. Beispielsweise können diese Fasern miteinander in Berührung gebracht werden, indem in Längsrichtung dieser Fasern ein Druck ausgeübt wird; anschließend kann um diese beiden Enden herum ein Wolframdraht 22 gelegt werden, durch den man einen elektrischen Strom fließen lassen kann, wodurch ausreichend Wärme freigesetzt wird, um eine Verschweißung der Enden der Fasern 18 und 20 herbeizuführen.

Jedoch können zur Herste'lung der gewünschten dauerhaften und steifen Verbindung zwischen den Faserenden auch andere Mittel eingesetzt werden. Beispielsweise kann zwischen die Enden der Fasern 18 und 20 mit Hilfe einer Spritze ein Tropfen eines durchsichtigen Klebers gebracht werden, wobei die Nadel der Spritze im Bereich des verringerten Durchmessers der Stangen durch die Zwischenräume zwischen diesen Stangen geführt wird. Selbstverständlich muß dieser Kleber nach dem Trocknen oder Polymerisieren einen geeigneten optischen Brechungsindex und eine gute mechanische Festigkeit aufweisen. Anschließend können um den Bereich, in dem das Kleben oder Schweißen stattfindet, mechanische Verstärkungsmittel wie beispielsweise eine Hülse angeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch Stangen verwenden, deren Durchmesser ungleich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden zweier Lichtleitfasern gleichen Durchmessers, wobei die beiden miteinander zu verbindenden Fasern fluchtend zueinander angeordnet werden, indem ihre Enden in kurzem Abstand zueinander angeordnet werden und. zwischen den beiden Enden eine dauerhafte und steife Verbindung geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der fluchtenden Anordnung rotationszylindrische starre Stangen (12, 14, 16) sowie Halte- und Spannmittel (11) verwendet werden, mit denen diese Stangen in eine parallele Lage zueinander gebracht und in dieser gehalten werden, so daß zwischen diesen Stangen ein zentral liegender Kanal (10) entsteht, der von den sich gegenüberliegenden Seitenflächen dieser Stangen begrenzt wird, und die beiden miteinander zu verbindenden Lichtleitfasern anschließend beidseitig so in diesen Kanal, daß die Enden dieser beiden Fasern nahe beieinander liegen, eingeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Anordnung drei Stangen, deren Durchmesser das 2,41 bis 7fache des Durchmessers der Fasern (1,20) beträgt, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stangen (12,14,16), deren Durchmesser so gewählt ist, daß jede dieser Stangen mit den j₀ beiden anderen sowie mit den Fasern über ihre Seitenflächen in Berührung steht, ohne diese Fasern zu verformen, verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltemittel eine Hülse (11), welche die drei Stangen (12,14,16) umgibt und diese dabei aneinander drückt, verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stangen (12, 14, 16), die über einen Abschnitt (30) der Länge des Kanals im Abstand von den Enden dieses Kanals einen verringerten Durchmesser aufweisen, verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stangen, deren Enden abgeschrägt sind, verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stangen solche, die aus Stahl bestehen, verwendet werden.

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