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Stecker zum Verbinden von Glasfaser-Lichtleitungen
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Die vorliegende Erfindllng bezieht sich auf einen Stecker zum Verbinden
von Glasfaser-Lichtungen. Mit Hilfe eines derartigen Steckers werden Glasfaser-Lichtleitungen
optisch und mechanisch miteinander verbunden.
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Um zwei Glasfaser-l,-chtleitungen u verbinden, werden zunächst durch
kontrolliertes Brechen der Fasern oder durch Schleifen und Polieren der Faserenden
Endflächen präpariert, die möglichst eben und möglichst senkrecht z der Richtung
der Achse der Faser sind.
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Danach werden die Faserenden stumpf gegeneirander gesetzt, so daß
der Fall einer nicht unterbrochenen Faser möglichst gut angenähert wird. Die optischen
IJbertragungsverluste, die durch einen Spalt zwischen den Endflächen, durch Achsversatz
oder durch einen endlichen Winkel zwischen den beide Faserachsen verursacht werden,
sind theoretisch und experimentell an Fasern sowie an Fasermodellen untersucht worden.
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Bei der praktischen Verwirklichung des beschriebenen Kopplungsprintin
ergeben sich Schwierigkeiten wegen der geforderten Justiergen@tigkeit: damit die
Übertragungsverluste bei Monomode-Fasern in ver@retbarem Rahmen (bis 10°) bleiben,
muß der Spalt kürter als zur i<r Achsversatz kleiner als Bruchteile eines Mikrometers
und der Winkel zwischen den Faserachsen kleiner als etwa 2° bleiben. Bei Multimode-Fasern
sind die Anforderungen an die Justierung weniger scharf. Für 5 % Leistungsverlust
kann der Achsversatz bis zu 10µm und der Faserabstand bis zu 25µm betragen.
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Es gilt bereits eine Heihe von Verfahren und Vorrichtungen zur Verbindung
von Glasfaser-Lichtleitungen. Bei der Herstellung einer Verbindung sind zwei Vorgänge
zu unterscheiden: 1. Die Herstellung der optischen Verbindung durch Ausrichten der
Faserenden auf mir. malen Faserabstand, minimalen Achsversatz und minimalen Winkel
zwischen den Faserachsen, bzw. auf minimalen Übertragungsverlust, 2. die Herstellung
der mechanischen Verbindung durch Festlegen der Faserenden in der optimalen Lage.
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Die verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen unterscheiden sich bezüglich
der Ausrichtung und der Festlegung der Fasern. Zum Ausrichten der Faserenden werden
z.B. Mikromanipulatoren, exzentrisch gelagerte, drehbare und axial verschiebbare
Hülsen in Bohrungen, Paßstifte aus Glas fUr Fasern mit flüssigem Kern, Glaskapillaren,
hexagonale Führungen und kreis- oder V-förmige R-llen in verschiedenen Materialien
oder inter axialem Druck stehende Zylinder aus Elastomer verwendet. Zum Fixieren
in der günstigsten Lage werden die Faserenden verschmolzen, mit Klebstoff festgelegt
oder durch Schrauben oder Federkrfte festgehalten.
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Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen haben den Nachteil, daß
entweder die Ausrichtung schwierig ist oder daß die Verbindungsvorrichtungen voluminös
in Vergleich zu den Abmessungen der Glasfasern (typischer Außendurchmesser 100µm)
sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einrache,
wirtschaftliche und lösbare Verbindung zwischen zwei Olasfaser-Lichtleitungen zu
schaffen, die eine einfache Ausrichtung und ein schnelles Fixieren der Faserenden,
möglichst ohne Beobachtung des transmlttierten Signals ermöglicht und sich durch
eine geringe Abmessung und ein geringes Gewicht auszeichnet.
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Dabei soll weiterhin die Möglichkeit gegeben sein, die Verbindung
ohne Beschädigung der Faser lösen zu können und weiterhin soll der erfindungsgemäße
Stecker fUr Monomode- und Multimode-Fasern geeignet sein.
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Errindungsgemäß wird dies durch einen Stecker erreicht, der einen
rotationssymmetrischen gummielastischen Körper mit einem in axialer Richtung mittig
verlaufenden Hohlkanal zur Aufnahme der zu verbindenden Faserenden und einen in
Höhe der Faserverbindungsstelle auf den Körper in radialer Richtung einwirkendes
Druckteil aufweist. Die wesentliche Komponente des erfindungsgemäßen Steckers ist
der rotationssymmetrische, bzw. zylindrische Körper aus gummielastischem Material,
in den zur Herstellung der Verbindung die nach bekannten Verfahren präparierten
Fasermoden von beiden 9eiten eingefUhrt werden, bis sie etwa in der Mitte des Zylinders
aneinander stoßen. Darauf werden rotationssymmetrische radiale Kräfte in der Mitte
des Zylinders zum Angreifen gebracht, wodurch sich der Durchmesser des Kanals verringert
und die Achsen der Glasfasermäntel selbsttätig zur Deckung gebracht werden, sowie
die Glasfaserenden eingeklemmt werden. Die Achsen der zu verbindenden Faserkerne
fallen also praktisch zusammen, so daß für Multimode-Fasern nur sehr kleine Ubertragungsverluste
durch Achsversatz zu erwarten sind. Bei höchster Konzentrizität von Kern und Mantel
kann der erfindungsgemäße Stecker sogar bei Monomode-Fasern eingesetzt werden. Mit
dem erfindungsgemäßen Stecker können sogar Glasfasern mit unterschiedlichem Manteldurchmesser
wegen der rotationssymmetrischen Kontrakttondes Kanals zur Deckung gebracht werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann es zum Erzeugen der rotationssymmetrisch
angreifenden radialen Kräfte zweckmäßig sein, wenn
das Druckteil
aus einer im Körper angeordneten mit FlUssigkeit gerüllten Ringkammer besteht, in
die von außen eine Schraube dichtend eindrehbar ist. Durch Eindrehen der Schraube
kann die in der Ringkammer befindliche Flüsslgkeit unter Druck gesetzt und auf diese
Weise die gewUnschte Kraftverteilung erzeugt werden. Dabei bewirkt die DruckausUbung
durch die Flüsslgkeit eine außerordentlich gleichmäßige Kraftverteilung.
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Erfindungsgemäß kann es ebenfalls zweckmäßig sein, um die radialen
Kräfte zu erzeugen, wenn der Körper in Höhe der Faserverbindungsstelle konisch ausgestaltet
und dort von einem entsprechend ausgestalteten Konusring umgeben ist, der mit Hilfe
einer ihn einschließenden Schraubhülse in axialer Richtung verschiebbar ist.
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Dabei besteht die SchraubhUlse zweckmäßigerweise aus einer Uberwurfmutter,
die auf einen auf den Konusring axial wirkenden Druckkörper schraubbar ist. Bei
dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die radialen Kräfte durch den Konusring
erzeugt, indenldleser in axialer Richtung auf den konischen Körper geschoben wird.
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Erfindungsgemäß kann es weiterhin zweckmäßig sein, wenn die beiden
Enden des Hohlkanals trichterförmig aufgeweitet sind, wodurch das EinfUhren der
Faserenden in den Hohlkanal erleichtert wird.
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Der Hohlkanal in dem gummielastischen Körper läßt sich durch Bohren
herstellen oder auch dadurch, daß ein geeigneter Kunststoff um einen Draht mit passendem
Durchmesser gegossen wird und der Draht nach der Polymerisation aus dem Material
herausgezogen wird. Wird der Hohlkanal vor dem Einführen der Faserenden mit einer
TmmersionsflUssigkeit, deren Brechungsindex möglichst gut mit dem des verwendeten
Glases Ubereinstimmt, gefUllt, so lassen sich die Verluste durch Fresnel-Reflexion
verringern.
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Wie sich aus dem vorstehenden ergibt, ist der beschriebene Stecker
einfach und billig. Die ftlr die optische Kopplung erforderliche Ausrichtung der
Faserenden und das Fixieren der Faserenden erfolgen ohne weiteres gleichzeitig bei
Anwendung der radialen Kräfte.
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Durch Wegnahme der radialen Kräfte läßt sich die Verbindung wieder
trennen. Der Stecker ist anwendbar fUr Monomode- und Multimode-
Fasern
und erlaubt das Verbinden von Fasern unterschiedlichen Manteldurchmessers und von
Fasern unterschiedlichen Brechzahlprofils.
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Mit dem beschriebenen Stecker lassen sich Verbindungen schnell und
einfach herstellen und wieder lesen. Die Verbindung ist unempftndllch gegenüber
Erschütterungen und Schwingungen und zur Verringerung von Refelxionsverlusten können
Immersionsflüssigkeiten verwendet werden.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Eine Darstellung des errtrtdungsgemäßen
Steckers im Prinzip, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie II-TT in
Fig.l, Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckers, Fig.
4 eine weitere Ausfiihrungsmöglichkeit eines erfindungsgemässen Steckers.
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Fig. 1 und Fig. 2 zeigen im Prinzip, wie auf einen rotationssymmetrischen
gummielastischen Körper 1 mit einem durchgehenden Hohlkanal 2 zwei Glasfasern 3
mit ihren Enden aneinanderstoßend eingerührt sind. Dabei wirken von außen auf den
gummielastischen Körper 1 radiale rotationssymmetrische Kräfte K ein, die eine Verengung
des Hohlkanals 2 bewirken; so daß die gegeneinander in radialer Richtung versetzten
Glasfaserenden aufeinander ausgerichtet werden und gleichzeitig auch dadurch in
ihrer Lage fixiert sind.
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Fig. 3 zeigt wiederum den gummielastischen Kirper 1 mit dem Hohlkanal
2. Dabei weist der Körper 1 eine Ringkammer 4 auf, die mit einer Flüssigkeit 5 gefüllt
ist. In die Ringkammer 4 ist durch den elastischen Körper 1 eine Schraube 6 einschraubbar,
wodurch das Kammervolumen verkleinert und damit die Flüssigkeit 4 unter Druck gesetzt
wird. Der dadurch erzeugte Überdruck bewirkt wiederum eine radiale rotationssymmetrische
Krafteinwirkung auf den Hohlkanal 2. Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig,
daß die Schraube 6 gegenUber der Ringkammer abgedichtet ist, so daß die Flüssigkeit
nicht aus der Ringkammer austreten kann.
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Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Steckers besteht wiederum aus einem gummielastischen Körper 1. Dieser Körper 1 ist
jedoch im Bereich der Verbindungsstelle der einzufUhrenden Glasfasern konisch ausgebildet.
Auf den Körper 1 ist ein Konusring 7 geschoben, der in einer SchraubhUi.'e ° eingeschlossen
ist.Die SchraubhUlse 8 besteht aus einer Überwurfmutter , die auf einen Druckkörper
10 aufgeschraubt wird. Durch Aufschrauben der Überwurfmutter 9 wird der Druckkörper
10 in Richtung auf den Konusring gezogen und verschiebt diesen auf den konischen
Teil des Körpers 1. Dadurch wird der gummielastische Körper 1 zusammengedrllckt,
so daß radiale Kräfte erzeugt werden, die den Hohlkanal 2 einschnUren. Der Konusring
7 und die SchraubhUlse 8 bestehen zweckmäßigerweise aus Messing.