DE2529267C2 - Kupplung für optische Fasern - Google Patents

Kupplung für optische Fasern

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Description

werden die Fasern in der Praxis aber etwas gegeneinander versetzt sein. Dieser Abstand wird nicht bzw. nicht ausreichend sicher beseitigt, wenn die obere Plexiglasplatte angedrückt wird- Der zusätzlich auftretende Höhenabstand wird überhaupt nicht ausgeglichen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher bei relativ einfachem Aufbau und einfacher Handhabung die Faserenden beim Anbringen der Kupplung gleichachsig miteinander it> ausgerichtet werden, und zwar bei Anwendung eines nur relativ geringen Andrucks.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichnungsteii des Patentanspruchs angegeben.
Die zunächst lose eingelegten beiden Faserenden berühren die beiden V-Schenkel jeder Nut längs je einer Mantellinie. Hierdurch werden die beiden Faserenden zunächst in ein und dieselbe vertikale Ebene ausgerichtet; diese Ebene ist bestimmt durch die Winkelhalbierende durch die V-Nut. Ein noch bestehender Höhenabstand zwischen beiden Faserachsen wird ausgeglichen, sobald die beiden Kupplu-gsglieder gegeneinander angedrückt werden: die V-Nut der dickeren Faser wird stärker verformt — bzw. zunächst allein verformt — derart, daß die dickere Faser weiter in ihre Nut eingesenkt wird. Da die Fasern zunächst nur längs Mantellinien an den Kupplungsgiiedern anliegen, im übrigen aber frei liegen, ist nur eine geringe Verformung, also Materialverdrängung erforderlich, wozu eine geringe Anpreßkraft ausreicht. so
Durch die Merkmale der Unteransprüche wird die Erfindung weiter ausgestaltet
Gemäß Anspruch 2 sind die Kupplungsglieder mit einer Vielzahl von Rippen nebeneinander versehen, zur Kupplung einer entsprechenden Vielzahl von Fasern i> zweier Faserbündel.
Gemäß Anspruch 3 ragt das Kupplungsglied mit den V-Nuten über das andere Kupplungsglied hervor, so daß die Faserenden leichter in die V-Nuten eingelegt bzw. -geschoben werden können. -»o
Gemäß Anspruch 4 bestehen beide Kupplungsglieder aus zwei stirnseitig aneinander anschließenden Teilen. Im Faserstoßbereich überlappen die beiden Kupplungsglieder bzw. je ein Teil der beiden Glieder einander. Die Enden der beiden Faserbündel sind dabei schon ■»> festgeklemmt und somit fixiert zwischen je einem (längeren) Kupplungsteil des einen Kupplungsgliedes und einem (kürzeren) Kupplungsteil des anderen Kupplungsgliedes. Diese und weitere Merkmale werden nachfolgend anhand d*r Zeichnung noch näher w erläutert.
Vorab sei lediglich bereits erwähnt, daß die V-Nuten und auch die anderen Flächen von besonderen runden, elastischen Stäben gebildet sein können, welche in Längskanäle von schalenförmigen Kupplungsteilen eingelegt sind: diese schalenförmigen Kupplungsteile werden miteinander verschraubt (Anspruch 5 und 6).
Statt einzelner Stäbe können auch im Querschnitt kammförmige Stücke in entsprechende Kupplungsschalen-Teile eingelegt werden. In der Zeichnung zeigt die
Fig. 1 die erfindungsgemäße Kupplung im Grundprinzip im Querschnitt; die
Fig.2 den Längsschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Fi g. 1; die
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplung in perspektivischer, auseinandergezogener Ansicht: die
Fig. 4 die Kupplung mit eingelegten optischen Fasern in einer Endansicht von Pfeil A der F i g. 3 her betrachtet; die
Fig.5 in perspektivischer Detailansicht die Einführung einer optischen Faser; die
Fig.6 im Querschnitt ein während der Faserkupplung und Einführung vorübergehend benutztes Ausricht- und Halteglied; die
F i g. 7 im Querschnitt eine weitere Ausbildung der die Fasern haltenden und festlegenden Stäbe.
In der Ausbildung der F i g. 1 und 2 sind zwei zylindrische optische Fasern 10 und 12 zwischen den Ausrichtgliedern 14 und 16 aus elastischem Material, z. B. Gummi, Kunststoff oder dergleichen, gelagert. In dem Glied 16 bilden die um eine durch die gestrichelte Linie 22 angedeutete Ebene symmetrisch gelagerten Wände 18 und 20 eine V-förmige Rille. Die Fasern werden an drei Stellen zwischen den Wänden 18,20 und der Fläche 24 des Gliedes 14 gehalten. Die Wände 18, 20, 24 können flach oder auch gekrümmt, z. B. konvex sein, solange sie die noch zu bescfc iibende Funktion erfüllen.
Werden die zylindrischen Fasern 10,12 lediglich Ende an Ende in die Rille gelegt, so kommen ihre Achsen in der Ebene 22 zu liegen, selbst wenn ihre Durchmesser verschieden sind. Es wurde nun gefunden, daß die Achsen der beiden anstoßenden Fasern durch Anlegen einer durch die Pfeile F bezeichneten Kraft an die Glieder 14, 16 ausgerichtet werden können. Durch Anlegen der Kraft F werden die Glieder 14, 16 aneinandergedrückt und verformt; dabei verschieben sich die Faserachsen in der Ebene 22, bis sie, entsprechend der Fig.2, entlang der gemeinsamen Achse 24 ausgerichtet sind.
Nach der weiteren Ausgestaltung der Fig.3 besteht die Kupplung aus zwei Gehäuseschalen 30, 32, welche nach Einbringen der Fasern zusammengesetzt werden und dabei die einzelnen Fasern von zwei zu koppelnden Faserbündeln miteinander ausrichten und optisch koppeln.
Die Gehäuseschale 30 besteht aus einem langgestreckten, U-förmigen Teil 34 mit einem Kanal 36, und einem teilweise in diesen greifenden kürzeren Teil 38. Ein sich über die ganze Länge des Kanals 36 erstreckender Schlitz 40 liegt einem durch das Glied 38 führenden Kanal 42 gegenüber. Eine der Zahl der einzelnen Fasern eines Faserbündels entsprechende Anzahl elastischer Stäbe 44 liegen in der gesamten Länge des Schlitzes 42, während eine diese Zahl um eins übersteigende Anzahl von elastischen Stäben 46 in der gesamten Länge des Schlitzes 40 liegen.
Wie die Fig.4 zeigt, steht jeder Stab 44 mit zwei Stäben 46 in Verbindung und bildet mit ihnen eine öffnung 48 zur Aufnahme eines Wellenleiters. Die Stäbe 44,46 sind mit einem geeigneten Bindemittel, Klebstoff, Epoxy usw. in dnn Kanälen befestigt. Ein Paar Vorsprünge 50 auf entgegengesetzten Seiten des Glieds 38 sind mit dem Paar Vorsprüngen 52 des Glieds 34 ausgerichtet. Durch die Vorsprünge 50 geführte Bolzen 54 sind in die Vorsprünge 52 geschraubt. Die Durchmesse- der Stäbe 44 und 46 sind so bemessen, daß zwischen den Gliedern 34,38 ein kleiner Abstand bleibt. Werden sie, z. B. durch Anziehen de; Bolzen 54 gegeneinander gedruckt, so werden die elastischen Stäbe 44,46 verformt. Das sehr viel kürzere Glied 38 ist in einem gewissen Abctand vom Glied 34 angeordnet, so daß ein kurzes Stück der Stäbe 46 freiliegt. Von den Stäben 44 liegen nur die Endflächen frei.
Auch die Gehäuseschale 32 besteht aus zwei Teilen
58, 60, jedoch enthält hier der kürzere U-förmige profilierte Teil 60 einen Kanal 62. Mehrere, der Zahl nach den Stäben 46 entsprechende elastische Stäbe 64 liegen in der gesamten Länge eines Schlitzes 66 in dem Kanal 62, und eine den Stäben 44 gleiche Anzahl von Stäben 68 liegt in einem über die gesamte Länge des Teils 58 reichenden Schlitz 70.
Auch hier bilden die Stäbe 64, 68 Öffnungen zur Aufnahme der Fasern. Zur Erleichterung der Einführung der Fasern reicht der kürzere Teil 60 über ein Ende des Teils 58 und läßt ein kurzes Stock der Stäbe 64 frei. Auch hier können die Teile 58, 60 durch Anziehen der Bolzen 78 in den Vorsprüngen 74, 76 unter Verformung der Stäbe 64,68 weiter aneinandergezogen werden.
Zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Faserbündeln werden die Fasern des ersten Bündels durch die Öffnungen 48 und entlang den durch benachbarte Fasern 46 gebildeten Rillen bis etwa zur Mitte des freiliegenden Abschnitts der Stäbe 46 eingeführt. Die Einführung in die Öffnungen 48 wird durch den freiliegenden Abschnitt der über die die Stäbe 44 hinausreichenden Stäbe 46 erleichtert. Wie die F i g. 5 zeigt, IaBt man hierbei die Faser 80 in der Rille zwischen benachbarten Stäben 46 bis zur Öffnung 48 entlang gleiten.
Sobald die Faserenden die gewünschte Endstellung erreicht haben, z. B. die in der F i g. 3 durch die gestrichelte Linie angedeutete Ebene Pl, kann ihre Verschiebung mit Hilfe einer zeitweilig auf die Stäbe 46 gesetzten und mit Zähnen 84 in die Rillen zwischen den Stäben eingreifenden Ausrichtungs- und Halteplatte 82 verhindert werden (siehe F i g. 6). Zur richtigen Einstellung werden die an beiden Enden befindlichen Vorsprünge 86 in die Schlitze 88 des Kanals 36 gesteckt Nach dieser zeitweiligen Sicherung der Fasern in ihrer richtigen Lage werden sie durch Anlegen einer Kraft an die GehSuscschslen 34, 38, und Verformung der elastischen Stäbe 44, 46 durch Anziehen der Bolzen 54 festgelegt
Entsprechend werden die Fasern des zweiten Bündels in die Offnungen zwischen den elastischen Stäben 64,68 des Gehäuses 32 eingeführt, zeitweilig in der Lage in der Ebene P 2 gesichert und durch Anziehen der Bolzen 78 festgelegt, worauf die Ausrichtplatte 82 entfernt werden kann.
Sollten die Faserenden bei Einführung verunreinigt werden, ist ihre Reinigung nicht schwierig, weil sie freiliegen. Anschließend kann in bekannter Weise eine Flüssigkeit zur Anpassung des Index auf die Endflächen aufgebracht werden. Sodann werden die Gehäuseschalen 30, 32 so aufeinandergelegt, daß die gestuften Vorsprünge 90,94 in die !Schlitze 92,96 ragen. Zwischen den Stäben 46,68 bleiben dabei Öffnungen 48 (F i g. 4).
Da die Vorsprünge 90, 94 etwas kürzer als die Schlitze sind, bleiben die Endflächen der beiden Faserbündel zunächst getrennt. Die Gehäuseschalen 3U, 32 werden dann parallel zu den Stäben verschoben, bis die Stufen der Vorsprünge in die Ausnehmungen der Schlitze 92, 96 greifen und unter Zusammenfall der Ebenen PX, P2 die Endflächen der beiden Bündel aneinander gedrückt werden. Die Stufen und Ausnehmungen sichern dabei die richtige Lage, wobei ein kleiner Abstand zwischen Stufen- und Ausnehmungsstoßflächen und den benachbarten Enden der Teile 38, 58 bleibt. Da die Fasern bei der Einführung nur ein kurzes Stück an den Stäben entlanggleiten, werden sie nicht verunreinigt. Schließlich werden sie durch Anziehen von Bolzen in den Vorsprüngen 98, 100 unter Verformung der im überlappenden Bereich der Gehäuseschalen 34, 58 liegenden und die Bündelendenstoßflächen in den Ebenen P1, P2 einschließenden Stababschnitte festgelegt. Je ein Stab 68 bzw. 44 und je zwei Stäbe 46 bzw. 64 entsprechen hierbei den Gliedern 14, 18 der Fig. 1, 2 mit einer V-förmigen Rille 18,20 und einer Gegenfläche 24. Die Verbindung kann beliebig oft gelöst und wieder geschlossen werden, ohne die Fasern aus dem Gehäuse zu entfernen.
Die beiden Enden des aus den Stäben 46, 64 gebildfiten ersten Gliedes reichen über die Enden des aus den Stäben 44,68 gebildeten zweiten Gliedes hinaus, so daß «.in Teil der Rillenlängen freiliegt. Die Stäbe 46 reichen um ein gewisses Stück über die Stäbe 44 hinaus, während die Stäbe 68 um ein entsprechendes Stück über die Stäbe 64 hinausragen, wobei die überlappenden Abschnitte der Stäbe 46 mit denen der Stäbe 68 ausgerichtet sind und die Enden der gekoppelten Faserbündel auf diesen überlappenden Abschnitten der Stäbe 46,68 liegen.
Obwohl alle öffnungen zwischen den Stäben 44, 46
der besonders günstigen Ausbildung der Fig.3 nur etwa die Hälfte der Öffnungen hierzu verwendet, weil für die restliche Hälfte die Einführungshilfe der offen liegenden Rille gemäß Fig.5 fehlen würde. Die Isolierung gegen Nebensprechstörungen (cross-talk) zwischen einzelnen Fasern ist auch dann gegeben, wenn nicht alle Stäbe eng aneinanderliegen.
Anstatt gerader Stäbe sind auch gekrümmte Anordnungen möglich. So kann z. B. der Boden des Schlitzes 40 konvex, der des Schlitzes 42 konkav gekrümmt sein. Ferner kann entsprechend der Fig.7 ein Stabbündel durch je ein einzelnes Ausrichtglied 110, 112 ersetzt werden. Das Glied 112 hat hier ein der Zahl der Fasern entsprechende Mehrzahl von parallel verlaufenden, abgerundeten Kammzähnen, die mit jeweils zwei Kämmen 116 eine Faseröffnung 118 bilden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Kupplung für jeweils zwei optische Fasern mit zwei sich in Richtung der Fasem erstreckenden Kupplungsgliedern, wobei das eine Kupplungsglied jeweils eine Rille zum Einlegen der Faserenden und das andere Kupplungsglied eine gegen die in die Rille eingelegten je zwei Faserenden wirkende Andruckfläche aufweisen und beide Kupplungsglieder gegeneinander andrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die die Faserenden berührenden Kupplungsglieder aus elastischem Material bestehen und daß die Rille (Wände 18,2C in F i g. 1; Öffnung 48 in F i g. 4) im wesentlichen V-förmig ist der An, daß die Faserenden die elastischen Wände (18, 20) der Rille und die Andruckfläche (24) — im entspannten Zustand — längs jeweils dreier gegeneinander winkelversetzten Mantellinres berühren, während die Schnittlinie
/«ο *v*vv j:_ rr I
\io, au/ uic raacicuucit
nicht berührt.
2. Kupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsglieder (14, 16) jeweils mehrere Rillen und entsprechende Gegenflächen zur Aufnahme von je ,zwei Faserenden der einzelnen Fasern zweier Faserbündel enthalten.
3. Kupplung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (16) mit der Rille (Wände 18, 20) bzw. den Rillen zumindest an einem Ende Pilger als das Kupplungsglied (14) mit jo der Andruckfläche (24) ist.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche .1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungsglieder (14, 16) aus je zwei Tei.en (34, 60; 38, 58) bestehen, daß in einem die Faserenden umfassenden Bereich (Stoßebene Pl) ein Stück des Teils (34) des ersten Gliedes (desjenigen mit den Rillen) über (bzw. unter) den ersten Teil (58) des zweiten Gliedes (mit den Andruckflächen 24) hinausragt, und daß die beiden Kupplungsglieder Befestigungsmittel zur « ausrichtenden Verbindung der Gliederteile miteinander enthalten.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gliederteile (34, 38; 58, 60) längsverlaufende Kanäle und Schlitze (36,40,42; 62, 66,70) zur Aufnahme von elastischen Stäben (44,46; 64,68) enthalten, welche in Gruppen von jeweils drei benachbarten Stäben Öffnungen (48) zur Aufnahme je einer Faser bzw. zweier zu koppelnder Fasern bilden.
6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zusammenwirkenden Teile der beiden Kupplungsglieder durch Anziehen von Bolzen (54; 78) in aufeinanderliegenden Vorsprüngen (50, 52; 74, 76) der Gliederteile aneinandergedrückt werden.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endflächen der zu verbindenden Fasern in einer senkrecht zu den Rillen verlaufenden Ebene liegen. &o
8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einzelner Stäbe zwei Stücke (110, 112) mit einer der Faserzahl entsprechenden Anzahl parallel verlaufender, abgerundeter Kammzähne vorgesehen sind, welche jeweils zu dritt eine Faseröffnung (118) bilden.
Die Erfindung betrifft eine Kupplung für optische Fasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I. Eine solche Kupplung ist bereits aus »The Bell System Technical Journal«, Band 52, Seiten 583—596, April 1973, vorbekannt.
Die Fasern werden meist gebündelt verwendet; die Fasern der einzelnen Bündel müssen häufig miteinander verbunden werden. Die Verbindung soll möglichst rasch und einfach herstellbar sein, aber möglichst geringe Verluste verursachen. Bei einer Verbindung der Enden zweier Faserbündel entstehen Verluste aus verschiedenen Gründen, nämiich bei mangelnder Ausrichtung der Fasermitten oder Längsachsen der einzelnen Fasern der verbundenen Bündel, bei schiefwinkliger Verbindung, bei Trennung der Fasern voneinander, infolge rauher Polierflächen der Stoßflächen, und infolge Fresnel'scher Reflexion.
Dies sei am Beispiel der Verbindung von Wellenleiterfasern nach der US-PS 36 59 915 mit einer Ο'>~«7ν.·*4;ηι*£ vQn ]27 "xx\ der einzelnen Faser %*~Λ «:—~- Manteldicke von 25.4 μΐπ erläutert Beruhen die Verluste allein auf zu großer Versetzung der Fasermitten der beiden verbundenen Fasern, so entsteht bei einer Trennung der Fasermitten um 12,7 μιτι ein Verlust von etwa 1 db. Um annehmbar geringe Verluste zu bekommen, muß tI5e Versetzungstoleranz etwa bei 13μηι bleiben. Infolge der geringen numerischen öffnungsweiten der bisher verfügbaren Wellenleiterfasern müssen die Faserachsen gut ausgerichtet sein, nämlich mit einer Toleranz von 3C für Verluste kleiner als etwa 1 db (ohne weitere Verluste). Lichtverluste entstehen infolge der Abweichung von der Faserachse auch bei Trennung der Faserendflächen, verstärkt durch Fresnelreflexionen am Glas-Luftübergang. Diese Verluste liegen im Beispielfali bei etwa 0,15 db pro Grenzfläche, lassen sich aber durch Verwendung eines den Index anpassenden Materials, z- B. einer Flüssigkeit (öl) mit dem Brechungsindex 1.5 herub-3rücken.
Bei Verbindung von Faserbündel werden diese Verluste besonders kritisch. Zu fordern ist eine Kopplung der Fasern bzw. Faserbündel, bei der alle Fasern parallel liegen, die Endflächen (Stoßflächen) einander berühren oder nahezu berühren, also im wesentlichen ungetrennt sind; wobei ferner eine den Index anpassende Flüssigkeit zwischen den Faserenden vorgesehen werden kann, und nicht zuletzt die Endflächen der Fasern des ersten Bündels unversetzt. mittig ausgerichtet zu den entsprechenden Faserenden des zweiten Bündels liegen.
Bei der eingangs erwähnten vorbekannten Kupplung sind die Faserenden zwischen zwei Klemmplatten aus Plexiglas festgeklemmt, von denen die eine Platte eine im Querschnitt runde Rille aufweist. Diese Rille wird dadurch erhalten, daß zuvor andere Fasern mit dem gleichen Durchmesser in die eine Platte eingepreßt werden. Dabei ist nicht sichergestellt, daß diejenigen Fasern, die zum Einpressen der Rillen benutzt wurden, genau den gleichen Durchmesser (oder einen entsprechenden Durchmesser) haben wie die nachträglich eingelegten Fasern. Insbesondere liegen die Faserenden beim Einlegen, also beim Vorgang des Kuppeins, immer auf dem Boden der runden Nut auf. Die Achsen der unterschiedlich dicken Fasern können seitlich gegeneinander versetzt sein. Theoretisch bzw. ohne Berücksichtigung der Reibung wäre zwar zu erwarten, daß sich die runden Faserenden genau zentrisch in die runden Nuten einlegen, wegen der Reibung oder auch wegen zwischengefügter Fremdkörper, etwa Staubpartikel,
DE2529267A 1974-08-19 1975-07-01 Kupplung für optische Fasern Expired DE2529267C2 (de)

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