DE2531857A1

DE2531857A1 - Kupplung fuer optische lichtleitfasern

Info

Publication number: DE2531857A1
Application number: DE19752531857
Authority: DE
Inventors: Tokio Kokubunji; Sadao Matsuoka; Katsuyuki Nagano; Makoto Onishi; Mitsuo Tanaka; Toshiki Tanaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-07-17
Filing date: 1975-07-16
Publication date: 1976-02-12
Also published as: GB1473468A; DE2531857B2; US4030809A; JPS5244207B2; JPS5110946A; DE2531857C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung für optische Lichtleitfasern zur Verwendung bei optischen Nachrichtensystemen.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von optischen Fasern. Die eine Art enthält ein Kernmaterial mit gleichmäßigem Brechungsindex, der von einem Mantel mit geringerem Brechungsindex umgeben ist. Die zweite Art ist die Faser mit allmählich oder stufenartig veränderlichem Brechungsindex. Diese enthält ein Material, dessen Brechungsindex von einem Maximalwert in der Mitte zu einem Minimalwert an der äußeren Oberfläche abnimmt.

Verwendet man solche optischen Fasern in einer optischen übertragungsleitung, die eine optische Signalquelle mit einem optischen Signalempfänger verbindet, so ist es wichtig, die optischen Fasern genau fluchtend zu verbinden und den optischen Leistungsverlust an der Verbindungsstelle möglichst gering zu halten.

Liegt jede der beiden Endoberflächen der beiden miteinander zu

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2 b 3 1 y b 7

verbindenden optischen Fasern senkrecht zu deren Mittelachse und sind die beiden Oberflächen genau flach und rein, so können die beiden optischen Fasern leicht unter geringem optischen Leistungsverlust miteinander verbunden v/erden, indem lediglich die beiden Endoberflächen derselben direkt fluchtend miteinander angeordnet werden.

Die Mittelachsen der optischen Fasern werden jedoch an der Verbindungsstelle leicht abgelenkt und geneigt, wodurch der optische Leistungsverlust an der Verbindungsstelle stark zunimmt.

Es sind verschiedene Kupplungen für optische Fasern zur Verbindung zweier optischer Fasern bekannt, bei denen diese genau fluchten. Bei den bekannten Kupplungen für optische Fasern ist jedoch eine sehr genaue Einstellung für eine genaue Fluchtung oder Positionierung notwendig. Weiter muß bei der Verbindung der optischen Fasern sehr genau gearbeitet und eine hochentwickelte Technik angewandt v/erden. Die herkömmlichen Kupplungen können nicht als praktisch oder brauchbar betrachtet werden, da ihre Betätigung kompliziert und zeitraubend ist.

Beispielsweise müssen bei der Verbindung der beiden Endoberflächen der optischen Fasern mittels Klebstoffen oder durch Schweißen zur genauen dreidimensionalen Feineinstellung Mikroskope oder dergleichen verwendet v/erden, um die axiale Ablenkung und Neigung der optischen Fasern zu verringern. Diese Verfahren erfordern so komplizierte Arbeitsvorgänge, daß sie ohne praktischen Wert sind.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verbindung optischer Fasern besteht in der Bildung einer Nut, deren Form der der optischen Fasern entspricht, in einer Platte aus Kunststoff, der Anordnung der optischen Fasern in der Nut und deren Halterung mit einer Halteplatte. Auch bei diesem Verfahren sind so viele Vorgänge und Zeit notwendig, daß es nicht als brauchbar oder von praktischem Wert be-

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trachtet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine praktische und zweckmäßige Kupplung für optische Fasern zu schaffen, die leicht an der offenen Luft betätigt werden kann.

Erfindungsgemäß v/erden die miteinander zu verbindenden optischen Fasern Ende an Ende in eine gerade Nut gelegt, die in Längsrichtung an einer Seitenfläche eines mittleren Zylinders ausgebildet wurde. Sie v/erden mittels eines Halteteils festgehalten, der in die Nut eingesetzt und zu den optischen Fasern bewegt wird, d.h. in Richtung der Kuttiefe entsprechend der Drehung eines hohlen Zylinders, der den Zj'linder von außen berührt. Hierdurch können die optischen Fasern genau fluchtend miteinander verbunden werden, was bedeutet, daß die erfindungsgemäße Kupplung zu einem geringen optischen Leistungsverlust führt.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kupplung;

Fig. 2 den Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kupplung;

Fig. 3 den Schnitt I-I· der Fig. 2; und Fig. 4

bis 6 Querschnitte weiterer Ausführungsbeispiele von Kupplungen zur Verbindung optischer Lichtleitkabel.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Kupplung. Die zu verbindende optische Faser 1 (oder Fasern) sind mit eingezeichnet. Die Kupplung enthält einen Zylinder 2 mit einer ersten geraden Nut 3, die in Längsrichtung oder axial auf der Seitenfläche 2' des Zylinders 2 ausgebildet ist, und mit einer kleineren, zweiten geraden Nut 4, die auf dem Boden 3' der Nut 3 eben-

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falls in Axialrichtung verlaufend ausgebildet ist. Die zweite, kleinere Nut 4 dient zur Aufnahme der optischen Fasern 1. Die Kupplung enthält weiter ein in die Nut 3 eingesetztes Halteteil 5, dessen Höhe größer ist als die Tiefe der Nut 3, sowie einen hohlen Zylinder 6, der um die Außenseite des darin eingesetzten Zylinders 2 drehbar ist. Der äußere, hohle Zylinder 6 weist in seiner inneren Oberfläche 6' einen Teil 8 mit sich erweiterndem Durchmesser auf, der über der Nut 3 des Zylinders 2 angeordnet ist. Die Höhe des Halteteils 5 muß nicht unbedingt größer sein als die Tiefe der Nut 3«

Der Halteteil oder Keil 5 kann unter Krafteinwirkung zur optischen Faser 1 in der kleineren Nut 4 verschoben werden, wenn der Zylinder 2 und der hohle Zylinder 6 gegeneinander verdreht werden. Hierdurch kommen der sich erweiternde Teil 8 des hohlen Zylinders 6 und der Halteteil 5 miteinander in Berührung.

Auf diese Weise können die optischen Fasern 1 fest gehalten und genau fluchtend miteinander verbunden werden.

Fig. 2 und 3 zeigen den Längs- bzw. Querschnitt I-I¹ eines zweiten Ausführungsbeispiels der Kupplung. In diesen Figuren sind mit 1 und 1' zwei miteinander zu verbindende optische Fasern bezeichnet, mit 6a der hohle Zylinder, dessen innere Oberfläche oder Umfang 6a¹ und dessen äußere Oberfläche zueinander exzentrisch angeordnet sind. Mit 7 und 7' sind Führungsteile bezeichnet, die in der Nähe beider Enden des Zylinders 2 (Fig. 2.) an diesem befestigt oder auf denselben aufgeschraubt sind. Der hohle Zylinder 6a ist längs der Gleitflächen der Führungsteile 7 und 7' drehbar. Der Halteteil 5 wird bei relativer Drehung des Zylinders 2 gegenüber dem hohlen Zylinder 6a gegen die optischen Fasern 1 und 1' gedrückt, wobei er auf der exzentrischen inneren Oberfläche 6a¹ des hohlen Zylinders 6a

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gleitet, so daß die optischen Fasern 1 und 1' stabil in der Nut gehalten werden.

Die in der kleinen Nut 4 angeordneten optischen Fasern müssen etwas über den Boden 3^f der Nut 3 hinausragen.

Ist dies nicht der Fall, so können sie nicht von der unteren Oberfläche 5' des Halteteils 5 nach unten gedrückt werden. Die flache Oberfläche und Reinheit der Endflächen der optischen Fasern v/erden nach einem beliebigen Verfahren gewährleistet. Die Endflächen der beiden optischen Fasern in der kleineren Nut 4 brauchen einander nicht unbedingt zu berühren, wie in Fig. 2 gezeigt. Auch wenn sie etwas voneinander getrennt sind, wird die Wirksamkeit als optische Übertragungsleitung nicht beeinflußt.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der in den Fig. und 3 gezeigten Kupplung für optische Fasern können diese aus Kehrfachausbreitungsfasern mit einem Durchmesser von 100 bis 20OyQ bestehen. Der Durchmesser des Zylinders 2 beträgt 2 mm, die Breite und Tiefe der Nut 3 1>5 bzw. 1 mm. Die kleinere Nut hat eine Tiefe von 100 η und einen dreieckigen Querschnitt mit einem Basiswinkel von 90°. Die Durchmesser des äußeren Kreises und des hierzu exzentrischen inneren Kreises des hohlen Zylinders 6 haben einen Durchmesser von 5 bzw. 3,5 inm. Die Exzentrizität beträgt 0,5 mm. Die Gesamtlänge und der Durchmesser der Kupplung einschließlich der Führungsteile 7 und 7¹ (Fig. 3) beträgt 20 bzw. 50 mm. Bei dieser Anordnung wurde ein optischer Leistungsverlust von 1 bis 0,1 dB gemessen.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel bestand die Kupplung für optische Lichtleitfasern aus Messing; es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise nichtrostender Stahl, Aluminiumlegierungen und dergleichen. Weiter ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Abmessungen noch darauf beschränkt, daß der Querschnitt der kleineren Nut 4 dreieckig ist, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt. 509887/0745

Fig. 4 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Kupplung zur Verwendung bei optischen Faserkabeln oder Lichtleitkabeln.

In Fig. 4 ist ein Zylinder 2a mit mehreren Nuten 3 und kleinen Nuten 4 versehen, die auf der Mantelfläche des Zylinders in Axialrichtung verlaufen und zur Halterung mehrerer Paare optischer Fasern 1 dienen. Der hohle Zylinder 6b ist an seiner Innenfläche 6'b mit Teilen mit erweitertem Durchmesser versehen, und zwar an den den zugehörigen Nuten 3 des Zylinders 2a entsprechenden Stellen. Die zugehörigen Halteteile 5 können unter Krafteinwirkung durch Drehung des Zylinders 2a gegenüber dem hohlen Zylinder 6b gegen die entsprechenden optischen Fasern gedrückt v/erden, so daß Lichtleitkabelpaare leicht miteinander verbunden werden können.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Kupplung zur Ver\/endung bei Lichtleitkabeln. Auch in diesem Fall können die optischen Fasern fest gehalten werden, indem die Halteteile 5 durch relative Drehung zwischen dem Zylinder 2a und dem hohlen Zylinder 6b gegen die entsprechenden optischen Fasern gedrückt werden. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch von den der Fig. 1 bis 4 in folgender Weise.

Auf der inneren Oberfläche 6'c des hohlen Zylinders 6c sind mehrere Nuten 3 und kleine Nuten 4 vorgesehen. Der innerhalb des hohlen Zylinders 6c befindliche Zylinder 2b weist an der Oberfläche 2'b an der der Nut 3 entsprechenden Stelle wenigstens einen Teil mit veränderlichem Durchmesser auf, durch den die Halteteile 5 bei relativer Drehung der Zylinder 2b und 6c gegen die optischen Fasern 1 gedrückt werden und diese fest in der Nut halten.

In der Zeichnung wurden einige Mechanismen der Kupplung zur Halterung der optischen Fasern 1 in der Nut 4 absichtlich

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weggelassen, da sie aus der vorausgehenden Beschreibung verständlich sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 werden mehrere Halteteile 5 durch einen Teil mit veränderlichem Durchmesser des Zylinders 2b nach unten gedrückt.

Fig. 6 zeigt den Querschnitt eines v/eiteren Ausführungsbeispiels der Kupplung zur Verwendung bei Lichtleitkabeln. Hit 6c ist der mittlere Zylinder zur Halterung optischer Fasern 1, mit 6d ein hohler Zwiseherizylinder zum Pressen der Halteteile 5, und mit 6e ein zweiter äußerer hohler Zylinder zur Halterung weiterer optischer Fasern 1 bezeichnet.

Der Zylinder 2c liegt innerhalb des ersten hohlen Zylinders 6d und berührt den zweiten hohlen Zylinder 6e vcn innen. Der zweite hohle Zylinder 6e wirkt gemeinsam mit und ebenso wie der Zylinder 2c.

Auf der inneren Oberfläche 6'e des zweiten hohlen Zylinders 6e und auf der äußeren Oberfläche 2'c des Zylinders 2c sind mehrere Nuten 3 und kleine Nuten 4 zur Halterung der optischen Fasern 1 ausgebildet. Der erste hohle Zylinder 6d weist sowohl auf der äußeren als auch auf der inneren Oberfläche an den den Nuten 3 des zweiten hohlen Zylinders 6e und des Zylinders 6c entsprechenden Stellen Teile mit veränderlichem Durchmesser auf (Fig. 6). Die optischen Fasern 1 können durch Drehung des ersten hohlen Zylinders 6d gegenüber dem inneren Zylinder 2c und dem äußeren Zylinder 6e (oder umgekehrt) festgespannt werden.

Die Erfindung ist nicht nur auf Lichtleitkabel mit zweischichtigem Aufbau, wie in der Zeichnung gezeigt, sondern auch auf solche mit mehrschichtigem Aufbau anwendbar.

Wie beschrieben, werden erfindungsgemäß die miteinander zu verbindenden optischen Fasern in der geraden Nut angeordnet und in der kleineren Nut durch das Halteteil gehal-

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ten. Die optischen Fasern können damit fest in der kleinen Nut gehalten werden, so daß axiale Ablenkungen und Neigungen der optischen Fasern weitgehend oder vollständig vermieden v/erden. Außerdem ist die erfindungsgemäße Kupplung unempfindlich gegen Schwingungen.

Die beiden Nuten zur Aufnahme und Befestigung der optischen Fasern brauchen nicht nach einem bestimmten Verfahren hergestellt zu werden. Der Mechanismus zur Bewegung des oder der Halteteile bei relativer Bewegung zwischen dem hehlen Zylinder und dem mittleren Zylinder kann auch dann v/irksam arbeiten, wenn die Kupplung für optische Fasern klein ist.

Daher ist die erfindungsgernäße Kupplung praktisch, hat kleine Abmessungen, es wird eine genaue Ausrichtung der Fasern erzielt, und der Wirkungsgrad ist hoch.

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Claims

.j Kupplung für optische Lichtleitfasern, g e k e η n~ zeichnet durch eine erste Einrichtung (2) mit wenigstens einer auf der Oberfläche derselben in Axialrichtung ausgebildeten Nut (3) und wenigstens einer an der Bodenfläche (3') der ersten Nut ausgebildeten zweiten Nut (4) zur Aufnahme zweier zu verbindender optischer Fasern (1), und durch eine zweite Einrichtung (6) die die erste Einrichtung berührt, gegenüber dieser beweglich ist und wenigstens einen Teil (8) mit veränderlichem Durchmesser an der Stelle in ihrer Oberfläche aufweist, die der wenigstens einen ersten Nut entspricht, zum Niederdrücken eines Halteteils (5), wobei der Halteteil in die erste Nut eingesetzt ist und bei relativer Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung unter Berührung mit dem Teil mit veränderlichem Durchmesser der zweiten Einrichtung zwangsweise gegen die optischen Fasern in der zweiten Nut gedrückt wird, so daß die optischen Fasern fest gehalten und genau fluchtend mit geringem optischen Leistungsverlust miteinander verbunden werden. . '
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen mittleren Zylinder (2) enthält, in dessen Seitenfläche (2¹) die erste Nut (3) in Axialrichtung und die zweite Nut (4) an der Bodenfläche (3¹) der ersten Nut ausgebildet ist, und daß

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die zweite Einrichtung einen hohlen Zylinder (6) enthält, der um die Außenseite des innerhalb des hohlen Zylinders angeordneten mittleren Zylinders drehbar ist, wobei der wenigstens eine Teil (8) mit veränderlichen Durchmesser in der inneren Oberfläche (6¹) entsprechend der wenigstens einen ersten Nut (3) angeordnet ist.
3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn e t, daß die erste Einrichtung einen hohlen Zylinder (6d) enthält, auf dessen innerer Oberfläche (6'd) die erste Mut (3) in Axialrichtung und die zweite Nut (4) an der Bodenfläche (3¹) der ersten Nut in Axialrichtung ausgebildet sind, und daß die zweite Einrichtung einen mittleren Zylinder (2c) enthält, der in dem hohlen Zylinder vorgesehen ist und in seiner Seitenfläche an der der ersten Nut entsprechenden Stelle einen Teil (8) mit veränderlichem Durchmesser auf v/eist.
4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chn e t, daß ein zweiter hohler Zylinder (6e) den ersten hohlen Zylinder (6d) von außen berührt und zusammen mit dem mittleren Zylinder (2c) wirkt, daß die erste und die zweite Nut (3, 4) auf der Innenfläche des zweiten hohlen Zylinders vorgesehen sind, daß der hohle Zylinder auf seiner Außenfläche an der der ersten Nut entsprechenden Stelle einen Teil (8) mit veränderlichem Durchmesser aufweist, und daß das Halteteil (5) in die erste Nut des zweiten hohlen Zylinders eingesetzt ist.

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5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei ehrt e t, daß die Höhe des Halteteils (5) in der ersten Nut (3) größer als die Tiefe der ersten Nut (3) im mittleren Zylinder (2) ist.

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