DE2630632A1

DE2630632A1 - Verfahren zur herstellung einer lichtleitenden glasfaser

Info

Publication number: DE2630632A1
Application number: DE19762630632
Authority: DE
Inventors: Takao Ito; Naoto Motegi; Yoichi Unno
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-07-07
Filing date: 1976-07-07
Publication date: 1977-01-13
Also published as: JPS527246A; DE2630632B2; US4067937A

Description

Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Glasfaser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Glasfaser bzw«, einer sog. Lichtleitfaser mit einer an ihrem Ende ausgebildeten optischen Linse.

Es ist bereits eine Lichtleitfaser dieser Art bekannt, die das einfallende Licht effektiv durch sie hindurchleitet und die hauptsächlich auf dem (informations-)Übertragungsgebiet Anwendung findet. Dabei ist es auch bekannt, das Ende einer Glasfaser thermisch anzuschmelzen, so daß an diesem Ende der Glasfaser eine optische Linse gebildet wird. Beim bisher angewandten Verfahren müssen Jedoch Erwärmungstemperatur und -zeit genauestens gesteuert werden. Zudem werden die Glasfasern aufgrund ihrer untereinander variierenden Eigenschaften mit mangelhaftem Ausbringen hergestellt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von lichtleitenden Glasfasern, bei dem ohne weiteres und mit gutem Ausbringen eine optische Linse am Ende der Glasfaser anformbar ist·

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ORIGINAL INSPECTED

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1A und 1B Teilseitenansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Anformen einer optischen Linse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig· 1A schematisch einen Schritt des Herstellungsverfahrens und Fig. 1B eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Linse veranschaulichen,

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm eines Vergleichs zwischen den Eigenschaften einer Glasfaser gemäß der Erfindung und denen einer Glasfaser nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 bis 5 abgewandelte Ausführungsformen der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasfasern·

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden optischen Glasfaser ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende eines Glasfaserkörpers in der Weise mit einem eine optische Linse bildenden, flüssigkeitsartigen Material in Berührung gebracht wird, daß dieses Material aufgrund seiner Oberflächenspannung in gekrümmter Konfiguration am Ende des Glasfaserkörpers haftet, und daß das anhaftende Material zur Ausbildung einer optischen Linse am Ende des Glasfaserkörpers ausgehärtet bzw. zum Erstarren gebracht wird.

Bei der beschriebenen Glasfaser kann es sich sowohl um eine Einzelglasfaser als auch um ein Glasfaserbündel handeln. Die Glasfaser kann einen kreisförmigen, einen elliptischen, einen rechteckigen, einen ringförmigen oder einen andersartigen Querschnitt besitzen, d.h. daß bezüglich der Querschnittsform

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keinerlei Einschränkungen bestehen. Das erwähnte, eine optische Linse bildende, flüssigkeitsartige Material bedeutet eine flüssigkeitsartige organische Verbindung, eine Glasschmelze o.dgl., die nach Bedarf zum Erstarren gebracht bzw. verfestigt werden kann und als optische Linse wirkt. Als organische Verbindung kann beispielsweise ein Epoxyharz vom Bisphenol-Typ, Kanada baisam und Acrylharz verwendet werden. Von diesen Materialien besitzt das Bisphenol-Epoxyharz eine ausgezeichnete Adhäsion an der Glasfaser, und die aus diesem Kunstharz gebildete Linse besitzt eine glatte Oberfläche, so daß sich ein ausgezeichnetes Erzeugnis ergibt.

Im folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit optischer Linse versehenen Glasfaser näher erläutert. Das Anformen einer optischen Linse am einen Ende eines zylindrischen Einzelglasfaserkörpers mit einem Außendurchmesser von 100 bis 200/um ist speziell anhand von Fig. 1A und 1B erläutert.

Ein flüssigkeitsartiges organisches Material, z.B« ein unter der Handelsbezeichnung Araldite (Ciba Limited) CY2j5O im Handel erhältliches Bisphenol-Epoxyharz wird unter Bildung einer Flüssigkeitslache oder -schicht 11 auf eine ebene Glasplatte 10 getropft. Anstelle der flachen Glasplatte 10 kann zwar auch ein Gefäß oder Behälter benutzt werden, doch ermöglicht die flache Glasplatte die einfache Fertigung mit hohem Ausbringen. Sodann wird ein Einzelglasfaserkörper 12 gemäß Fig« 1A praktisch senkrecht zur Flüssigkeitsschicht 11 auf der Glasplatte 10 aufgehängt und mit der Flüssigkeitsschicht 11 in Berührung gebracht. Der Glasfaserkörper 12, der von an sich bekannter Art sein kann, sollte vorzugsweise eine plane Stirnfläche besitzen, welche die Bildung einer ausgezeichneten optischen Linse ermöglicht. Falls der Glasfaserkörper eine unebene Stirnfläche besitzt, kann ihm durch Schneiden in waagerechter Richtung eine solche eben oder plan geschnittene Stirnfläche verliehen werden. Nach der Kontaktierung mit der Flüssigkeitsschicht 11 wird das eine Ende 12a

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des Faserkörpers 12 lotrecht hochgezogen. Hierbei haftet das Kunstharzmaterial 11 derart am Ende 12a des Faserkörpers 12 an, daß es aufgrund seiner eigenen Oberflächenspannung eine Krümmung annimmt. Wenn der Glasfaserkörper einen vollkommen kreisförmigen Querschnitt besitzt, erhält das anhaftende Kunstharz eine praktisch teilkugelige oder halbkugelige Form. Besitzt jedoch der Faserkörper an seinem Ende 12a eine andere Querschnittsform, so nimmt das Kunstharz je nach der betreffenden Form des Endes 12a eine von zahlreich möglichen anderen Formen an. Dies bedeutet, daß die Kunstharzablagerung eine vorbestimmte Form erhält, wenn das Ende bzw. die Stirnfläche des Glasfaserkörpers eine vorbestimmte Form besitzt_o Mit dem am Ende 12a haftenden Kunstharz läßt man den Faserkörper 12 während einer vorbestimmten Zeit im Ruhezustand, damit das anhaftende Kunstharz erstarren und am Ende 12a des Faserkörpers 12 eine optische Kunstharzlinse bilden kann, die im wesentlichen eine dem anhaftenden Kunstharztropfen ähnliche Form besitzt.

Fig. 1B veranschaulicht die an der Stirnfläche 12a des Glasfaserkörpers 12 gebildete optische Linse I5, Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das von einer lichtemittierenden Diode ausgestrahlte Licht über die optische Linse 13 in den Glasfaserkörper 12 eingeleitet, worauf das Verhältnis zwischen der in den Glasfaserkörper 12 eingegebenen Lichtleistung und dem die lichtemittierende Diode durchfließenden Strom gemessen wurde, wobei das Ergebnis dieser Messung in der Kennlinie a gemäß Fig. 2 angegeben ist. In Fig. 2 sind die Fasa?-Eingangsleistung auf der Ordinate und der Anregungsstrom der lichtemittierenden Diode auf der Abszisse aufgetragen. Fig. 2 veranschaulicht dabei auch den Fall, in welchem das Ende der Glasfaser auf bisher übliche Weise zur Bildung einer optischen Linse angeschmolzen wurde (Kurve b), sowie einen Fall, bei dem keine optische Linse am Ende eines Glasfaserkörpers (Kurve c) angeformt ist. Aus diesem Kennliniendiagramm von Fig. 2 geht hervor, daß bei einem Anregungsstrom von etwa 100 mA die Eingangsleistung, d.h. der Koppel-

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Wirkungsgrad (bei der Erfindung) etwa doppelt so groß ist wie beim Stand der Technik und bei einem Anregungsstrom von 200 mA erfindungsgemäß etwa das Dreifache der entsprechenden Leistung beim Stand der Technik beträgt.

Erfindungsgemäß kann also eine mit optischer Linse ausgestattete Glasfaser dadurch geformt werden, daß das Ende der Glasfaser mit einem auf konstanter Viskosität gehaltenen, eine optische Linse bildenden, flüssigkeitsartigen Material in Berührung gebracht und mit dem am Ende des.Glasfaserkörpers anhaftenden flüssigkeitsartigen Material lotrecht hochgezogen wird, worauf man den Glasfaserkörper zum Erstarrenlassen dieses Materials eine vorbestimmte Zeitspanne lang im Ruhezustand beläßt. Wenn diese Verfahrensschritte kontinuierlich durchgeführt werden, lassen sich ausgezeichnete Glasfasern gleichmäßiger Güte mit hohem Ausbringen herstellen.

Obgleich das Ende des Glasfaserkörpers beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel lotrecht mit demjflüssigkeitsartigen Material in Berührung gebracht und von ihm zurückgezogen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Ende des Faserkörpers auch unter einem Neigungswinkel mit diesem Material in Berührung gebracht und in diesem Neigungszustand wieder hochgezogen werden. In diesem Fall erhält die Ablagerung keine teilkugelige Konfiguration, sondern vielmehr eine vom Neigungswinkel des Glasfaserkörpers abhängende verzerrte Krümmung. Eine solche verzerrte oder verformte optische Linse kann in besonderen Fällen erforderlich sein. Wenn das Ende des Glasfaserkörpers 12 lotrecht in das flüssigkeitsartige Material eingetaucht wird, haftet letzteres auch an der Außenumfangsfläche des Endabschnitts des Faserkörpers an, so daß eine optische Linse der Art gemäß Fig« J5 erhalten wird.

Fig. 4 veranschaulicht eine am Ende eines Glasfaserbündels 14 aus mehreren Glasfaserkörpern 12 angeformte optische Linse 13,

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und Pig, 5 zeigt eine an einem Glasfaserkörper 12 mit rechteckigem Querschnitt angeformte optische Linse I3. Im letzteren Fall stellt die optische Linse, mit Ausnahme des rechteckigen Querschnitts, einen Teil einer ovalen Konfiguration dar.

Wenn erfindungsgemäß ein eine optische Linse bildendes, flüssigkeitsartiges Material mit einem kleineren Brechungsindex gegenüber dem einfallenden Licht als dem des Glasfaserkörpers sowie mit einem größeren Brechungsindex als dem der Umgebungsatmosphäre gewählt wird, kann eine Glasfaser mit ausgezeichneter Durchlässigkeit erhalten werden.

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Claims

Patentansprüche

I^ Verfahren zur Herstellung einer lichtleitenden Glasfaser, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende eines Glasfaserkörpers in der Weise mit einem eine optische Linse bildenden, flüssigkeitsartigen Material in Berührung gebracht wird, daß dieses Material aufgrund seiner Oberflächenspannung in gekrümmter Konfiguration am Ende des Glasfaserkörpers haftet, und daß das anhaftende Material zur Ausbildung einer optischen Linse am Ende des Glasfaserkörpers ausgehärtet bzw. zum Erstarren gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine optische Linse bildende, flüssigkeitsartige Material eine flüssigkeitsartige organische Verbindung ist.
j5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Anhaften zu bringende flüssigkeitsartige Material in Form eines Films oder einer Schicht auf eine flache Platte aufgebracht wird.
4_e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasfaserkörper ein Einzelglasfaserkörper verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasfaserkörper ein Glasfaserbündel verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasfaserkörper mit einer Stirnfläche mit kreisförmigem Querschnitt verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glasfaserkörper mit einer Stirnfläche mit rechteckigem Querschnitt verwendet wird«.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Glasfaserkörpers lotrecht mit dem flüssigkeitsartigen Material in Berührung gebracht und lotrecht von diesem Material abgehoben wird_e
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssigkeitsartiges Material mit einem kleineren Brechungsindex als dem des Glasfaserkorpers verwendet wird.

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