DE2731377A1 - Kopplungsanordnung optischer fasern und verfahren zur herstellung - Google Patents
Kopplungsanordnung optischer fasern und verfahren zur herstellungInfo
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Description
Anmelderin: Corning Glase Works
Corning, N.Y., USA
Corning, N.Y., USA
Kopplungsanordnung optischer Pasern und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Kopplungsanordnung optischer Fasern, insbesondere Wellenleiterfasern zur Verbindung eines
optischen Weges mit mehreren optischen Wegen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die besonders für die Nachrichtentechnik wichtig gewordenen optischen Wellenleiter bestehen aus einem Kern und einem
Mantel mit dem niedrigeren Brechungsindex n2 als der des
Kerns n1. Nach der US-PS 3,659,915 bestehen Wellenleiter die
niedrige Verluste aufweisen aus einem Kern aus dotierter Schmelzkieselsäure und einem Schmelzkieselsäuremantel.
Bekannt sind auch Wellenleiter mit mehreren Mantelschichten, und Wellenleiter mit einem Brechungsindexgradient oder
-gefälle.
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j NACHeCREICHT
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Es ist in der Nachrichtentechnik häufig notwendig, das in einem einzelnen Wellenleiter fortgepflanzte Signal auf zwei
oder mehr Wellenleiter zu verteilen, oder umgekehrt die Signale mehrerer Wellenleiter zu vereinen, oder daß die Signale
der mehreren Wellenleiter gemischt und das Mischsignal in zwei oder mehr Wellenleiter eingegeben werden.
Es sind optische Koppler bekannt, welche wenigstens eine Faser mit mehreren Fasern verbinden, US-PS 5,455,625, 3,4-53,036,
3,870,396, 3,870,398, 3,901,581. Bei dieser Kopplung über ein durchsichtiges Medium entstehen erhebliche Frsnel'sche
Verluste.
Die Erfindung hat eine Kopplungsanordnung optischer Fasern zur Aufgabe, welche die Kopplungs- und Eingabeverluste ganz
erheblich herabsetzt.
Diese Aufgabe wird durch die Kopplungsanordnung der Erfindung
dadurch gelöst, daß zwei oder mehr optische Fasern mit zu ihren Endflächen hin abnehmendem Querschnitt an ihren Endbereichen
Seite an Seite aneinanderliegend verschmolzen sind, und wenigstens eine weitere Faser in ihren Endbereichen parallel zu den
Endbereichen der zwei oder mehr Fasern liegt und mit ihrer Endfläche an deren Endflächen angeschmolzen ist.
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Die Figur 1 zeigt die optische Kopplungsanordnung der Erfindung in schematischer Ansicht.
Die Figuren 2 und 3 zeigen gekoppelte Fasern im Längsschnitt in aufeinanderfolgenden Kopplungsschritten.
Die Figur 4 zeigt den Querschnitt entlang der Schnittlinie 4-4 der Figur 3.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausbildung der Kopplungsanordnung der Erfindung im Längsschnitt.
Die Figuren 6 und 7 zeigen schematisch-perspektivische Ansichten weiterer Ausbildungen der erfindungsgemäßen Kopplungsanordnung.
Die Kopplungsanordnung 10 veroindet die Faser 12 mit den Fasern 14 und 16, oder umgekehrt. Das Eingabesignal P. in der
Faser 12 wird in zwei Teile fP. und (i-f)P., aufgespalten,
welche die Lichtfortpflanzung in den Fasern 14 und 16 einleiten. Der hierbei auftretende Signalverlust wird als Eingabeverlust
bezeichnet. Die Summe der Signale der Fasern 14, 16 geteilt durch das Eingabesignal P^ ergibt den Teilverlust k, wenn die
Fasern so kurz sind, daß die Übertragungsverluste vernachlässigt
werden können. Der Eingabeverlust wird gewöhnlich in Dezibel angegeben, gemäß -10 1Og1gk. In optischen Nachrichtensystemen soll
der Eingabeverlust klein sein, der Wert k soll also möglichst eins betragen.
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In der Ausführungsform der Figuren 2-4 werden die Fasern 20, 22, Seite an Seite aneinandergelegt, sodaß die Endflächen
24, 26, im wesentlichen in einer Ebene liegen. Durch örtliche Erhitzung wird gerade soviel Wärmeenergie den Faserendteilen
zugeführt, daß die anliegenden Mantelschichten 28, 30 den verschmolzenen Abschnitt 32 bilden. Die Achse des Endteils der
Faser 34 liegt im wesentlichen parallel zu den Achsen der Endteile der Fasern 20, 22, wobei die Endfläche 36 an den Endflächen
24, 26 anliegt. Zur Einkopplung gleicher Energiemengen von der Faser 34 in die Fasern 20, 22 wird der Kern der Faser
so angeordnet, daß er im wesentlichen gleiche Flächen der Kerne der Fasern 20, 22 bedeckt. Durch Erhitzung der Stoßflächen
werden die Endflächen 36, 24, 26 miteinander verschmolzen. Sodann werden die Fasern 20, 22 in der Höhe des verschmolzenen
Mantels 32 und der Endflächen erhitzt, während die Fasern 20, 22 von der Faser 34 hinweggezogen und in ihren Endteilen gelängt
werden (siehe Figur 3).
Zur Herstellung verlustarmer Faserverbindungen sollen die Faserendflächen sauber und möglichst eben sein. Die Faserendflächen
können geschliffen und poliert werden, oder sie können in bekannter Weise (vgl. z.B. E.L. Chinnock u.a.
"Optical Fiber End Preparation for Low-Loss Tape Splices",
Bell System Technical Journal, Band 54, März 1975, S. 471 - 477, gebrochen werden. Zuvor werden etwaige Überzüge entfernt, Kunststoff
schichten z.B. durch Eintauchen in Azeton.
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Lie Erhitzung zur Verschmelzung der Endteile der Fasern 20, 22
und der Endflächen 36, 24, 26 kann beliebig erfolgen, z.U. auch mit einer elektrischen Entladung nach der US-PS 3,960,531, oder
mit einer Sauerstoff-Butanflamme. Durch derartige örtliche Wärmezufuhr
konnten sehr verlustarme Verbindungen hergestellt werden.
Durch Verwendung einer örtlich anlegbaren und regelbaren Wärmequelle
kann eine Bearbeitung wie beim Ausblasen von Laborglas durch einen Glasbläser erfolgen, wobei die Arbeitsstelle durch
ein Mikroskop beobachtet und mit einem Mikrometer verstellt werden kann. Die Schmelzstelle kann dabei verjüngt und entlang
den Fasern 20, 22 etwas gezogen werden. Eine sorgfältige Verjüngung verringert den Eingabeverlust noch unter den Ende - bis Ende
errechneten Verlust. Bei Verbindung einer Faser mit einem 85/um dicken Kern und einem 20/um dicken Mantel mit zwei entsprechend
dicken Fasern entstand ein Eingabeverlust von weniger als 5 dB, wobei etwa die Hälfte der Eingabeenergie in jeder
Faser fortgepflanzt wurde. Der errechnete Verlust war höher, nämlich 3,74 dB. Die Länge des verjüngten Teils, in welchem die
Fasern 20, 22 aneinandergeschmolzen sind betrug etwa das zehnfache
des ursprünglichen Faserdurchmessems. Wird dieses Verhältnis sehr viel kleiner als 10 : 1, so verursacht der plötzliche
Übergang zwischen der Faser 34 und den Fasern 20, 22 eine untragbare Steigerung der Eingabeverluste.
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Die Schnittlinie 4-4 verläuft in etwa durch die Mitte des verjüngten Faserbereichs der Pasern 20, 22. Die Figur 4 zeigt
die Annäherung der beiden Kernbereiche, getrennt und durch eine etwa 12/um dicke gemeinsame Restwand 32.
Der Eingabeverlust der Kopplung nach den Figuren 2-4 kann noch durch Wegätzen eines Teils des Mantels oder sogar des ganzen
Mantels in den Endteilen der Fasern 20, 22 weiter verringert werden, sodaß das Verhältnis der Kerndicke (Radius) zur Manteldicke in diesem Bereich größer als im übrigen Faserbereich ist,
vgl. z.B. US-PS 3,912,362. Der Kern der Faser 34 bedeckt dann einen größeren Teil der Kerne der Fasern 20, 22 als zuvor. Der
Endteil der Faser 34 braucht nicht geätzt zu werden, da keine geringeren Verluste durch eine solche Maßnahme zu erzielen sind.
Die Kopplungsanordnung der Figuren 4 und 4 kann auch durch Bildung
eines verjüngten Übergangsbereichs in den Fasern 20, 22 vor dem Verschmelzen der Endflächen hergestellt werden. Die Fasern
20, 22 werden in diesem Falle zunächst wie oben erläutert aneinandergeschmolzen.
Sodann wird eine Hilfsfaser oder ein Stab an den Endflächen befestigt und hiermit die Fasern unter Anlegung
von Wärmeenergie an die Endflächen gezogen. Der verlängerte einheitliche Faserkörper wird dann an der gewünschten Stelle im
verjüngten Bereich gebrochen. Die so erhaltene Endfläche wird an die Endfläche 36 geschmolzen. Gewünsentenfalls kann der verjüngte
Bereich noch erhitzt und gezogen werden, wenn ein längerer und schmalerer Obergangsbereich angestrebt wird.
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Sie Packverluste, d.i. der vom Kern der anderen Faser bedeckte
Mantelbereich des Faserpaares kann durch Wegschleifen einer Seite des Faserpaares gemäß Figur 3 verringert werden. In dieser
Ausgestaltung wird ein Teil des Kern und Mantels von den Endteilen der Fasern 44 und 46 entfernt. An den Endflächen dieser
beiden Fasern verbleibt nur die Hälfte jeder Faser, die Endteile der Kerne 3Of 34 und Mantel 48, 32 bilden eine einheitliche kreisrunde
Endfläche. Die Fasern 44, 46 werden unter einem Winkel geschliffen, sodaß in einem Abstand von etwa 1 cm von den Endflächen
der volle Mantel verbleibt.
Zur Verringerung von Oberflächenverunreinigungen und/oder Rauheiten,
welche in dem durch die gestrichelte Linie angedeuteten Verschmelzungsbereich Blasen erzeugen können, sollten die Fasern vor
dem Verschmelzen geschliffen, geätzt und gereinigt werden. Im übrigen wird die Verbindung wie im Zusammenhang mit den Figuren
2-4 beschrieben hergestellt. Nach dem Zusammenschmelzen der Endteile der Fasern 44, 46 wird die Endfläche 60 mit der gemeinsamen
Endfläche der Fasern 44, 46 verschmolzen.
Die Figuren 6 und 7 zeigen weitere Ausbildungen, in denen die Endteile mehrerer Fasern verjüngt und zu einer gemeinsamen Endfläche
verschmolzen sind. In der Ausbildung der Figur 6 liegt die Endfläche der einzelnen Faser 70 an der durch die verjüngten Teile
der Fasern 72, 74, 76 gebildeten gemeinsamen Endfläche. In der Figur 7 bilden die verjüngten und zusammengeschmolzenen Endteile
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der Fasern 80 und 82 eine gemeinsame kreisrunde Endfläche, während die verjüngten und zusammengeschmolzenen Endteile
der Fasern 84, 86, 88 eine gemeinsame zweite Endfläche bilden, die durch Anschmelzen mit der Endfläche der Fasern 80, 82 verbunden
werden kann. Entsprechend können ähnliche Ausgestaltungen mit einer verschiedenen Anzahl von Fasern und verschiedenen
Koppiungsverhältnissen hergestellt werden.
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Leerseite
Claims (7)
1. Kopplungsanordnung optischer Fasern mit einem durchsichtigen
Kern, der von einem durchsichtigen Mantel mit niedrigerem
Brechungsindex als der des Mantels umgeben ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei oder mehr optische Fasern mit zu ihren Endflächen hin abnehmendem Querschnitt an ihren Endbereichen
Seite an Seite aneinanderliegend verschmolzen sind, und wenigstens
eine weitere Faser in ihrem Endbereich parallel zu den Endbereichen der zwei oder mehr Fasern liegt und mit ihrer
Endfläche an deren Endflächen angeschmolzen ist.
2. Kopplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kern- : Manteldickenverhältnis in den Endbereichen der zwei
oder mehr Fasern in den Endbereichen größer als in den übrigen Faserbereichen ist.
3. Kopplungsanordnung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Endteile der zwei oder mehr Fasern einen von Mantelmaterial ganz umschlossenen Kern aufweisen und die
zusammengeschmolzenen zwei oder mehr Fasern eine gemeinsame Wand aus Mantelmaterial haben, deren Dicke kleiner als die
Dicke des Mantels im übrigen Faserbereich ist.
4·. Kopplungsanordnung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennaeichnet,
daß die Endteile der zwei oder mehr Fasern in wenigstens einem Teil des zusammengeschmolzenen Faserbereichs
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ORIGINAL INSPECTED
frei von Mantelmaterial sind und die Kerne der zwei oder mehr Fasern einen gemeinsamen von Mantelmaterial umgebenen Kern
bilden.
5. Kopplungsanordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere(n) Faser(n) aus mehreren, in ihren Endbereichen
Seite an Seite angeschmolzenen Fasern besteht bzw. bestehen, deren Endflächen an die Endflächen der zwei oder mehr
Fasern angeschmolzen sind.
6. Verfahren zur Herstellung der Kopplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile der zwei
oder mehr Fasern Seite an Seite liegend aneinandergeschmolzen sind, die Endflächen der zwei oder mehr Fasern an die Endfläche(n)
der weiteren Faser(n) angeschmolzen werden, die verschmolzenen Endteile der zwei oder mehr Fasern erhitzt,
verlängert und verjüngt werden, bis ihr Querschnitt in ihren Endbereichen sich dem Querschnitt der weiteren Faser(n)
nähert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verschmelzen der Endteile wenigstens ein Teil des Mantels
in diesem Bereich entfernt wird.
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