DE2553690A1

DE2553690A1 - Verbinder fuer lichtleiter

Info

Publication number: DE2553690A1
Application number: DE19752553690
Authority: DE
Inventors: Alfred Paul Hammer
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1976-08-12
Also published as: GB1460550A; FR2292989B1; FR2292989A1; DE2553690C2; CA1060241A; US4062624A

Description

75OOS PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 1900

VerMnder für Lichtleiter

Die Erfindung "bezieht sich auf Verbinder für die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Lichtleitern aus dielektrischem Medium, die unter der Bezeichnung "Faseroptik" oder "Lichtleitfaser" bekannt sind.

Eine Lichtleitfaser bekannter Art hat eine im allgemeinen zylindrische Struktur und besteht aus zwei koaxialen Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex, nämlich dem inneren Kern und dem äußeren Mantel.

Je nach der Art der Fortpflanzung des Lichts im Kern schwankt dessen Durchmesser zwischen 1 um und 2 um für die "Monomode"-Fortpflanzung und zwischen 20 um und 100 um für die "Multimode"-Fortpflanzung, während der Außendurchmesser des Mantels hauptsächlich von den Anwendungsbedingungen abhängt, beispielsweise von der gewünschten Biegsamkeit, und im typischen Fall in der Größenordnung von 50 bis

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120 um liegt. Die Änderung des Brechungsindex zwischen dem Kern und dem Mantel kann entweder sprunghaft oder allmählich erfolgen.

Eine brauchbare Verbindung von»zwei zylindrischen Lichtleitfasern mit gleichen geometrischen und optischen Eigenschaften erfordert einen Verbinder, der die beiden folgenden Ergebnisse gewährleistet:

- geometrische Koinzidenz der Grundkreise;

- Berührung der Grundflächen.

Ira Hinblick auf die Größenordnung der Durchmesser der Lichtleitfasern ist bei der Herstellung der Koinzidenz eine Genauigkeit von einigen Mikron erforderlich; diese Größenordnung kann mit den bekannten Verbindern nur auf Kosten einer mechanischen Ausbildung von höchster Präzision, großen Kosten und schwieriger Anwendung realisiert werden.

Die Struktur des Verbinders nach der Erfindung beruht auf einer geometrischen Eigenschaft tangierender Kreise, die darin besteht, daß sechs Kreise gleichen Durchmessers, die sich paarweise tangieren, einen eingeschriebenen Kreis von gleichem Durchmesser haben.

Wenn diese Kreise die Querschnitte einer Lichtleitfaser bzw. von sechs die Lichtleitfaser umgebenden Drähten gleichen Durchmessers darstellen, kann die Zentrierung einer Lichtleitfaser mit großer Präzision dadurch erhalten werden, daß sie in ein Bündel von sechs Stäben oder Drähten eingesteckt wird, die wenigstens über einen Teil ihrer Länge miteinander fest verbunden sind.

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Nach der Erfindung ist ein Verbinder für die Verbindung von zwei Lichtleitern mit einer Einrichtung zum Zentrieren des freien Endes ;jedes Lichtleiters dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung durch ein Bündel von sechs zylindrischen Stäben oder Drähten gebildet ist, die aus elastischem Material bestehen und den gleichen Durchmesser wie die Lichtleiter haben, daß die Stäbe oder Drähte des Bündels tangential zueinander mit einem ringförmigen Träger verbunden sind, und daß eine Klemmeinrichtung vorgesehen ist, mit der das Bündel aus einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand gebracht werden kann.

"Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erläuterndes Diagramm, das sechs Kreise zeigt, die sich rings um einen eingeschriebenen Kreis tangieren,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des Verbinders nach der Erfindung für die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei blanken Lichtleitfasern,

Pig. 3 eine Abänderung der ersten Ausführungsform mit einer ELüssigkeitskammer,

3Tig. 4 eine andere Variante mit Klemmung durch wärmeschrumpfbar e Hülsen,

Pig. 5 einen Endstecker für eine Lichtleitfaser nach der Erfindung und

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform des Verbinders nach der Erfindung für die Herstellung einer Verbindung zwischen zv/ei Lichtleitfasern, die jeweils mit dem Stecker von Fig. 5 ausgestattet sind.

Pig 1 zeigt ein erläuterndes Diagramm mit sechs Kreisen A des gleichen Durchmessers, die sich rings um einen eingeschriebenen Kreis B tangieren.

Die Gesetze der Geometrie zeigen, daß bei solchen Kreisen nur ein eingeschriebener Kreis möglich ist, der den gleichen Durchmesser wie die äußeren Kreise hat. Wenn diese Kreise in Querschnittsansicht die äußeren Umrisse von sechs zylindrischen Stäben oder Drähten darstellen, stellt man fest, daß ein Draht gleichen Durchmessers, der in die Mitte der Anordnung von Fig. 1 eingeführt wird und dessen Außenumriß in Querschnittsansicht durch den eingeschriebenen Kreis dargestellt ist, in eindeutiger Weise in Bezug auf die Gesamtheit des Bündels der sechs umschriebenen Stäbe oder Drähte positioniert ist.

Wenn ein solches Bündel fest mit einem Träger verbunden wird, bietet es somit die Möglichkeit, mit großer Präzision die Lage der Achse des Mitteldrahtes festzulegen; es gewährleistet somit bei seiner Verwendung eine Zentrierfunktion.

Wenn andererseits die Stäbe oder Drähte des Bündels nur an einem ihrer Enden miteinander verbunden sind, während die anderen Enden freigelassen sind, nimmt das Bündel eine etwa hohlkegelförmige Struktur an, wobei der Scheitel des Kegels den verbundenen Enden entspricht, während die offene Basis von großem Durchmesser den freien Enden entspricht; dies erleichtert das Einbringen des Mitteldrahtes in das Bündel durch Einführung in den offenen Basisteil des Bündels,

Das Bündel gewährleistet dann eine zweite Punktion, nämlich die !Führung "beim Einführen.

Wenn schließlich eine zentripetale äußere Kraft auf die Stäbe oder Drähte des Bündels ausgeübt wird, bewirkt dies'ein Einklemmen des Mitteldrahtes, wodurch dieser fest

mit dem Träger verbunden wird; dies bietet die Möglichkeit, die Lage des Mitteldrahtes in der Längsrichtung mit großer Präzision zu bestimmen. Somit ergibt sich bei der Verwendung des Bündels eine dritte Punktion, nämlich die Klemmwirkung.

In der folgenden Beschreibung werden mehrere Ausführungsformen für die Ausübung der zentripetalen Klemmkraft beschrieben.

Die Piguren 2a und 2b zeigen eine erste Ausfuhrungsform eines "Verbinders für zwei Lichtleitfasern, bei dem zwei Bündel der zuvor beschriebenen Art angewendet werden.

Die Stäbe oder Drähte eines ersten Bündels, von dem in Pig. 2a der Klarheit wegen nur vier Stäbe oder Drähte 1, 2, 3, 4 dargestellt sind, sind durch Kleben, Löten oder Metallisieren bei 40 an einem Ring 5 befestigt.

In gleicher Weise sind die sechs Stäbe oder Drähte eines zweiten Bündels, von dem nur die Stäbe oder Drähte 1', 2·, 3¹, 4¹ dargestellt sind, an einem Ring 5¹ befestigt.

Die beiden Ringe 5 und 5¹ sind durch eine ringförmige Lötverbindung 50 miteinander verbunden.

Die Stäbe oder Drähte können aus allen Materialien (Metallen, Kunststoffen) hergestellt werden, die optimale mechanische

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Oberflächeneigenschaften (Härte, Elastizität) zur Ausübung eines Drucks auf G-las ohne Gefahr einer Beschädigung aufweisen; vorzugsweise können Phosphorbronze, die mit einer Schicht aus Weichmetall, wie Zinn, überzogen ist, oder auch Nylon verwendet werden.

Den Drähten ist eine Krümmung erteilt worden, so daß die ganze Anordnung in der offenen Stellung des Yerbinders nach Art eines Doppelkegels oder Trichters aufgeweitet ist. Zwei bewegliche Ringe 6 und 7 umgeben das Drahtbündel; diese Ringe sind in Fig. 2a in Berührung mit den mittleren Ringen 5 und 5^! dargestellt. Die aufgeweitete Form der beiden Bündel ermöglicht dann das leichte geführte Einbringen der beiden zu verbindenden Lichtleitfasern 8 und 9.

Fig. 2b zeigt den Verbinder in geschlossenem Zustand nach der Herstellung der Verbindung.

Die beweglichen Ringe 6 und 7 sind auseinanderbewegt worden und bewirken ein Zusammendrücken der Drähte der beiden Bündel, das auf die Lichtleitfasern übertragen v/ird und diese festlegt, wodurch im Schnitt die Querschnittsansicht von Fig. 1 erhalten wird. Die Klemmlänge kann im typischen Fall in der Größenordnung des Hundertfachen des Durchmessers der Lichtleitfasern liegen. Zur Verbesserung der Klemmwirkung kann nach irgendeiner in der Technik bekannten Maßnahme auf einem Teil jedes Drahtes ein Wulst gebildet werden, damit der Durchmesser des Drahtes in angemessenen Grenzen vergößert wird. Die Präzision hinsichtlich der Koinzidenz der Achsen der beiden zu verbindenden Lichtleitfasern hängt von der Präzision ab, mit der die Drähte ■ des Bündels kalibriert sind; diese Präzision ist bei der bekannten Fertigungstechnik sehr hoch.

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Bei der praktischen Ausführung können die "beiden Ringe 5 und 5¹ durch einen einzigen gemeinsamen Ring gebildet sein; ebenso können die Fasern der beiden Bündel dann durch einstückige Fasern gebildet sein, die in ihrem Mittelteil befestigt sind.

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte besondere Ausführungsform des Verbinders von Fig. 2, die eine gute optische Übertragung auf der Höhe der Verbindungsstelle gewährleistet, ohne daß eine materielle Berührung zwischen den einander zugewandten Endflächen der Lichtleitfasern oder eine präzise Oberflächenbearbeitung über den ganzen Querschnitt der Lichtleitfasern notwendig ist.

Zu diesem Zweck ist in dem Verbindungsbereich der Fasern eine Kammer ausgebildet, in die eine gewisse Menge einer Flüssigkeit 10 eingebracht ist, die den gleichen Brechungsindex wie der Kern der Lichtleitfasern hat und durch Kapillarwirkung in der Kammer gehalten wird. Die Kammer kann vorzugsweise durch eine Querschnittsverringerung 11 jedes Stabs oder Drahts des Bündels gebildet sein, und die Flüssigkeit kann beispielsweise Hexachlorbutadien oder Tetrachloräthylen sein.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Verbinders von Fig. 2, bei welcher die Funktion der beiden beweglichen Kleramenringe 6 und 7 von zwei Kunststoffhülsen 16 und 17 übernommen wird, die aus einem in der Technik bekannten wärmeschrumpfbaren Kunststoff hergestellt sind.

Diese Hülsen weisen ursprünglich einen Innendurchmesser auf, der größer als der Durchmesser des offenen Bündels ist, so daß sie in einer ersten Phase der Herstellung der Verbindung leicht angebracht werden können. Die Hülsen

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werden dann erwärmt, beispielsweise dadurch, daß ein Warmluftötrom auf die Hülsen gerichtet wird, so daß diese schrumpfen und das Bündel aus Drähten auf die Lichtleitfasern klemmen, wodurch der. in Pig. 4 dargestellte Endzustand erhalten wird. Die Verbindung ist dann endgültig.

Pig. 5 zeigt gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verbinders einen beweglichen Stecker, der sich insbesondere für die unmittelbare Herstellung einer Verbindung zwischen zwei solchen Steckern eignet.

Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich äie Stäbe oder Drähte des Bündels, wie die dargestellten Stäbe oder Drähte 1 und 4_} bezüglich der Lichtleitfaser 8 nur auf einer einzigen Seite des Trägers, der die Form eines Ringes 47 hat, an dem die Stäbe oder Drähte durch eine Metallisierungsschicht 40 befestigt sind. Der Ring 47 hat eine Anschlußfläche 33, an der die Endflächen 32 der Stäbe oder Drähte und die Endfläche 31 der Lichtleitfaser S zutage treten; der Gesamtheit dieser Flächen ist vorzugsweise eine präzise Oberflächenbearbeitung erteilt worden, beispielsweise durch Polieren. Der Ring 47 ist fest mit einem rohrförmigen Teil 35 mit zylindrischer Umfangswand verbunden, das in einem vorspringenden Greifring 45 endet.

Der bewegliche Ring 46 bewirkt das Pestklemmen der Stäbe oder Drähte 1, 4 usw. auf der Lichtleitfaser 8; er ist mit einem rohrförmigen Teil 36 verbunden, das in einem vorspringenden Greifring 56 endet. Ein auf die Stäbe oder Drähte aufgebrachter Wulst 34 gewährleistet eine verbesserte Klemmwirkung.

Pig. 6 zeigt einen Verbinder für das Zusammenfügen von zwei beweglichen' Steckern der in Pig. 5 dargestellten Art.

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Bei diesem Verbinder werden zwei derartige Stecker angewendet, die der Klarheit wegen nur zum Teil dargestellt sind, wobei die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Pig. 5 bezeichnen.

Zu dem Verbinder gehört ein Befestigungsring 16, der an der Außenseite mit einem Greifzylinder 20 ausgestattet ist und an dessen innerem Teil sechs Drähte ader Stäbe 48 in ihrem Mittelteil befestigt sind, so daß auf jeder Seite des Ringes 18 ein Bündel entsteht, das von gleicher Art wie die bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsformen angewendeten Bündel ist. Die Stäbe oder Drähte jedes Bündels liegen auf dem zylindrischen Teil 35 und 35' der beiden bewegliehen Stecker auf, und damit die Zentrierung der beiden Stecker unter den gleichen Bedingungen gewährleistet ist, wie sie anhand von Pig. 1 erläutert worden sind, haben diese Stäbe oder Drähte den gleichen Durchmesser wie dieser zylindrische Teil. Zwei bewegliche Ring 23 und 23' bewirken das Pestklemmen der Bündel auf den Steckern, wodurch diese festgelegt werden.

Die Verschiebung der Klemmringe ist durch bewegliche Anschläge 21, 21' und feststehende Anschläge 22 bzw. 22' begrenzt und wird durch vorstehende gerändelte Greifringe und 19' erleichtert.

Die Porm der Plächen der Ringe 47 und 47' eignet sich besonders gut für ein präzises Polieren der einander zugewandten Plächen, doch ist es auch möglich, zwischen diese Plächen eine Plüssigkeitsschicht einzubringen, die den gleichen Brechungsindex wie der Kern der Lichtleitfasern hat.

Die Verwendung von Bündeln "mit sechs Stäben oder Drähten für das Zentrieren der beweglichen Stecker ergibt somit die gleiche Präzision wie das Zentrieren der Lichtleitfasern selbst durch Bündel aus sechs Drähten oder Stäben.

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Claims

Patentansprüche

1. Verbinder für die Verbindung von zwei Lichtleitern mit einer Einrichtung zum Zentrieren des freien Endes jedes Lichtleiters, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung durch ein Bündel von sechs zylindrischen Stäben oder Drähten gebildet ist, die aus elastischem Material bestehen und den gleichen Durchmesser wie die Lichtleiter haben, daß die Stäbe oder Drähte des Bündels tangential zueinander mit einem ringförmigen Träger verbunden sind, und daß eine Klemmeinrichtung vorgesehen ist, mit der das Bündel aus einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand gebracht werden kann.

2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe oder Drähte des Bündels im geöffneten Zustand divergieren und im geschlossenen Zustand im wesentlichen parallel zueinander sind.

3. Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zentriereinrichtungen für jeweils einen der beiden Lichtleiter zusammengebaut sind.

4. Verbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Träger der beiden Bündel zu einem gemeinsamen Träger zusammengefaßt sind, mit dem die Stäbe oder Drähte jedes der beiden Bündel verbunden sind.

5. Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sechs Stäbe oder Drähte des einen Bündels aus einem Stück mit den sechs Stäben oder Drähten des anderen Bündels bestehen.

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6. Verbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 'zwei zusätzliche Bündel vorgesehen sind, die jeweils sechs zylindrische Stäbe oder Drähte haben, die den gleichen Durchmesser wie jeder ringförmige Träger haben, aus elastischem Material gebildet sind und an einem ihrer Enden tangential zueinander an einem einsigen Träger vereinigt sind.

7. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung durch eine zur Bündelachse koaxiale, axial bewe gliche Hülse gebildet ist.

8. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung durch eine konzentrische Hülse aus wärmeschrumpfbarem Material gebildet ist.

9. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe oder Drähte auf der Höhe des ringförmigen Trägers eine Rille aufweisen, in der eine Plüssigkeitsmenge untergebracht v/erden kann, deren Brechungsindex von gleicher Größenordnung wie derjenige des Kerns des Lichtleiters ist.

10. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe oder Drähte über einen am freien Ende liegenden Teil ihrer Länge einen Wulst aufweisen.

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