DE2750089A1

DE2750089A1 - Kupplungsstueck fuer das dauerhafte verbinden zweier lichtleiter und damit hergestellter lichtleiterspleiss

Info

Publication number: DE2750089A1
Application number: DE19772750089
Authority: DE
Inventors: Martin Chown; David George Dalgoutte
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-11-10
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1978-05-18
Also published as: FR2370991A1; SE7712477L; AU3032177A; ZA776384B; AU510176B2; ES463986A1; GB1556505A; JPS5361350A

Description

M.Chown 21-4

Kupplungsstück für das dauerhafte Verbinden zweier Lichtleiter und damit hergestellter Lichtleiterspleiß

Die Erfindung betrifft zunächst ein Kupplungsstück für das dauerhafte Verbinden zweier Lichtleiterenden.

Es ist ein Verfahren zum Herstellen einer dauerhaften Lichtleiterkuppluna bekannt (DT-OS 26 57 687), bei dem zwei blanke, d.h. von einer vorhandenen Hülle befreite Enden von Lichtleitern in die entgegengesetzten Enden einer Glashülse, welche eine lose, über den blanken Lichtleiter passende Bohrung besitzt, eingesetzt werden, danach zunächst das blanke Ende des einen Lichtleiters in das eine Ende der Glashülse eingeführt, diese etwa in der Mitte zwischen ihrem Ende und dem darin befindlichen Lichtleiterende örtlich erhitzt wird, so daß die Glashülse an dieser Stelle und deren Umgebung erweicht und auf den Lichtleiter aufschrumpft, anschließend nach dem Erkalten der Glashülse das blanke Ende des anderen Lichtleiters in das andere Ende der Glashülse eingeschoben und dort stumpf an das zuerst befestigte Lichtleiterende anstoßend durch einen Werkstoff, der gleichzeitig die Brechungsindices anpaßt, befestigt wird.

M.Chown 21-4

Genau betrachtet enthält dieses bekannte Verfahren einen schwierigen Arbeitsschritt, nämlich das gesteuerte Aufschrumpfen der Glashiilse auf das Ende eines Lichtleiters. Wenn dieser Arbeitsschritt auf der Strecke durchgeführt werden soll, dann verursacht dies Schwierigkeiten, u.a. deshalb weil ein besonderer Support benötigt wird und dies wegen der beengten und rauhen Gegebenheiten auf der Strecke unerwünscht ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die erwähnte bekannte Spleißtechnik insbesondere im Hinblick auf ihre bequeme Handhabung auf der Strecke zu verbessern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Kupplungsstück, das aus einem Glasröhrchen besteht, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der lichtleitenden Faser ist, wobei im mittleren Teil des Glasröhrchens ein Zwischenstück einer lichtleitenden Faser, das kürzer als das Glasröhrchen ist, mit dem gleichen Querschnitt wie die zu verbindenden lichtleitenden Fasern eingesetzt ist und der mittlere Bereich des Glasröhrchens entlang der gesamten Länge des Zwischenstücks auf dieses aufgeschrumpft ist.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 enthalten, welche nachstehend anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig.1 und Fig.2 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt

des Kupplungsstücks während der Herstellung,

M.Chown 21-4

Fig.3 das fertige Kupplungsstück teilweise im Längsschnitt

und Fig.4 einen Lichtleiterspleiß unter Verwendung des Kupplungsstücks.

Wie aus Fig.1 erkennbar, ist ein etwa 1 cm langes Glasröhrchen 10 vorgesehen, dessen Innendurchmesser gerade so groß ist, daß ein kurzes, das Zwischenstück 11 im Kupplungsstück bildende Stück einer lichtleitenden Faser hineinpaßt. Das Brechungsindexprofil des Zwischenstücks kann beispielsweise das gleiche wie das der miteinander zu verbindenden Lichtleiter sein. Das Zwischenstück ist beispielsweise 3 mm lang, 100 pm im Durchmesser und besteht aus einem Glas mit hohem Schmelzpunkt, wie Quarzglas. Das Glasröhrchen 10 besteht aus einem Mehrkomponentenglas mit niedrigerem Schmelzpunkt, das bei einer Temperatur erweicht, bei der das Zwischenstück noch nicht weich wird. Falls das Kupplungsstück dazu verwendet wird, um lichtleitende Fasern aus Quarzglas zu verbinden, besteht das Zwischenstück vorteilhafterweise aus dem gleichen Werkstoff wie die Fasern.

Da₈ Glasröhrchen 10 wird üblicherweise in der Weise hergestellt, daß ein Rohr mit größerem Durchmesser heruntergezogen wird und ein Stück dieses gezogenen Rohres ausgewählt wird, dessen Innendurchmesser eine entsprechende, auf das Zwischenstück passende Weite besitzt. Das Glasröhrchen hat bei einem Zwischenstück von 100 pm beispielsweise einen Außendurchmesser von etwa 400 um und einen Innendurchmesser von etwa 130 \im. Das Glasröhrchen kann mit einem Paar

0 3820/0858

M.Chown 21-4

Öffnungen 12 versehen sein. Diese können beispielsweise unter Verwendung eines CO₂ Lasers gebohrt worden sein und sind in einem Abstand voneinander angeordnet, welcher der Länge des Zwischenstücks entspricht. Eine andere wahlweise Maßnahme besteht darin, das Glasröhrchen mit leicht trompetenförmig aufgeweiteten Enden zu versehen, um das Einführen der lichtleitenden Fasern zu erleichtern. Man kann diese aufgeweiteten Enden mit der Spitze einer heißen Nadel herstellen.

Wenn ein Zwischenstück aus Quarzglas verwendet wird, kann das Glasröhrchen aus üblichem Borsilikatglas bestehen. Der Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas und einem solchen Glas kann zu einer gewissen Spannung an der Verbindungsstelle beider Gläser führen. Wenn diese Spannung, aus mechanischen oder optischen Gründen, unzulässig hoch ist, kann für das Glasröhrchen auch ein hoch quarzglashaltiges Glas (ca. 96 % SiO₂) verwendet werden. Zur Erniedrigung der Spannungen kann aber auch ein Bleiglas verwendet werden.

Das Zwischenstück wird etwa in der Mitte der axialen Länge des Glasröhrchens gebracht. Wenn das Glasröhrchen die Öffnungen 12 besitzt, dann soll das Zwischenstück genau zwischen diesen angeordnet sein. Dann wird das Glasröhrchen auf einem Paar Keramikhaltern 16 befestigt, die derart angeordnet sind, daß das Glasröhrchen durch die Mitte einer M-förmigen Widerstandsheizschleife 17 ragt. Die Heizschleife 17 ist ziemlich genau in der Mitte des Glasröhrchens angeordnet,

H :': ■:' h ? H / Π 8 5 8

M.Chown 21-4

und jeder Keramikhalter ist gleichfalls etwa in der Mitte zwischen Heizschleife und einem Glasröhrchenende angebracht, so daß sich eine stabile Lage ergibt. Die Weite des mittleren Teils der Heizschleife beträgt beispielsweise 1,5 mm und seine Tiefe zwischen 3 und 4 mm, so daß das Glasröhrchen tief genug eingesetzt werden kann, um eine gleichmäßige Heizwirkung über den Umfang des Glasröhrchens zu erzielen.

Die Widerstandsheizschleife 17 wird sodann an eine Stromquelle angeschlossen, um das Glasröhrchen zu erweichen und _{es zu} veranlassen, auf das Zwischenstück zu schrumpfen. Die Schrumpfung wird unter dem Mikroskop beobachtet; das Aussehen des Glasröhrchens ändert sich nämlich, wenn es mit der Oberfläche des Zwischenstückes in Berührung kommt. Die erste Berührung zwischen Glasröhrchen und Zwischenstück findet unterhalb der Heizschleife statt. Die Berührung schreitet von dort in beiden Richtungen fort. Die Geschwindigkeit mit der das vonstatten geht, hängt von der Erwärmung ab, die einfach auf eine Geschwindigkeit von ein bis zwei Millimeter pro Minute eingestellt werden kann. Es ist dann eine einfache Sache, die Erwärmung und damit die Ausdehnung der Berührungszone zu beenden, wenn diese Ausdehnung eine bestimmte Stelle erreicht hat. Die Erwärmung wird dann unterbrochen, wenn sich die Berührungszone bis fast an das Ende des Zwischenstücks (vgl. Fig.3) ausgedehnt hat. Damit wird nur eine geringe Fehlerwahrscheinlichkeit erreicht» so daß keine Gefahr besteht, daß das Glasröhrchen außerhalb der Enden des Zwischenstücks auf einen kleineren Innendurchmesser als den Durchmesser des Zwischenstücks schrumpft, so daß die zu verbindenden Fasern nicht mehr weit genug in das

Kupplungsstuck eingeschoben werden könnten. Die Erwärmung

■·· ο -ι ο / η ι η 8 s 8

M.Chown 21-4

kann entweder so vorgenommen werden, daß sie von der Mitte des Zwischenstücks ausgehend fortschreitet. In diesem Fall kann die Heizschleife stationär sein. Die Erwärmung kann aber auch so vorgenommen werden, daß sie nahe an einem Ende beginnt. In diesem Fall wird, sobald eine Berührung bis zu diesem Ende stattgefunden hat, die Heizschleife zum anderen Ende des Zwischenstücks hin verschoben, um die Berührungszone in diese Richtung auszudehnen.

Wenn die aus Glasröhrchen und Zwischenstück bestehende Einheit abgekühlt ist, ist das Kupplungsstück zur Weiterverwendung fertig. Seine Welterverwendung ist in Fig.4 verdeutlicht. Bei der dort gezeigten Ausführungsform sind die beiden lichtleitenden Fasern 40, 41, die mit einem Kupplungsstück zusammengespleißt werden sollen, mit einer Kunststoffhülle von beispielsweise 1 mm Dicke überzogen. Diese Kunststoffhülle wird von den Lichtleiterenden auf einer solchen Länge abgestreift, die etwas größer ist als die Tiefe der Sackbohrung des Kupplungsstücks, in das die blanken Faserenden eingesetzt werden sollen.

Die Fasern werden mittels eines unter ultra-violettem Licht aushärtenden transparenten Harzes 44 in dem Kupplungsstück befestigt, beispeilsweise 357 Optical U.V. Adhesive von Loctite U.K. Ltd. oder Vitralit DAC von Elosol Ltd., Zürich. Das Harz erfüllt zwei Aufgaben, nämlich dient es einmal dazu, die Fasern in dem Glasröhrchen in der richtigen Lage zu fixieren und außerdem dient es als brechungsindexanpassendes Mittel, das alle Hohlräume zwischen den Enden

M.Chown 21-4

der Fasern und den Enden des Zwischenstücks ausfüllt. Die Enden beider Fasern werden an das Zwischenstück herangeschoben und dann wird das Ganze mit ultraviolettem Licht bestrahlt» wodurch das Harz aushärtet und der Spleiß vollendet wird.

Das Harz kann vor dem Zusammenstecken von Fasern und Kupplungsstück auf die Fasern oder in die Hohlräume des Kupplungsstücks gebracht werden. Es kann aber auch infolge Kapillarwirkung veranlaßt werden, nach dem Zusammenstecken in die Hohlräume des Kupplungsstücks einzudringen. Der Zweck der ggf. vorhandenen öffnungen 12 besteht darin, das Entweichen von eventuell zwischen den aneinander stoßenden Enden von Fasern und Zwischenstück vorhandenen Luftblasen zu erleichtern. Diese öffnungen sind nicht unbedingt not wendig, weil es meist möglich ist, solche Luftblasen zur Seite zu schieben, wenn man auf die Fasern eine schwache oszillierende Bewegung in axialer Richtung ausübt.

Der fertige Spleiß besitzt noch mechanische Schwachstellen dort, wo die abgemantelten Fasern aus dem Kupplungsstück austreten. Dieser Bereich soll daher zusätzlich geschützt werden; eine bevorzugte Methode, diesen Schutz herbeizuführen, besteht darin, ein hohlzylindrisches Verstärkungselement 45 über eine Faser zu streifen, bevor der Spleiß hergestellt wird. Das Verstärkungselement wird so weit auf die Faser geschoben, daß es die Herstellung des Spleißes nicht behindert; ist der Spleiß jedoch vollendet, dann wird es wieder so weit zurückgeschoben, bis es den Spleiß von

■j ft ? P / Γ. H 5 8

M.Chown 21-4

der Kunststoffhülle der einen bis zur Kunststoffhülle der anderen Faser überdeckt. Das Verstärkungselement kann ein Stück Schrumpfschlauch aus Kunststoff sein, der unter Wärmeeinwirkung aufgeschrumpft wird. Es kann aber auch ein steifes Rohr, wie ein Stück Injektionsnadel sein, das an beiden Seiten mittels eines schnellhärtenden Klebers 46, wie einem Zyanacrylat, befestigt wird.

Bei den meisten Spleißen werden die beiden miteinander zu verbindenden Fasern nicht nur die gleichen Querschnittsabmessungen, sondern auch das gleiche Brechungsindexprofil besitzen. In einigen Anwendungsfällen wird dies aber nicht der Fall sein. So kann beispielsweise ein Paar der Kupplungsstücke dazu verwendet werden, um zwischen zwei Längen von Fasern mit gleichem Brechungsindexprofil ein FaserstUck einzusetzen, das ein anderes Brechungsindexprofil besitzt und als Modenfilter dient. Die Anwendung eines solchen Modenfilters ist in dem Aufsatz:"Mode Mixing With Reduced Losses in Parabolic-Index Fibres" von D.Marcuse, veröffentlicht in The Bell System Technical Journal Vol.55, Nr.6, Seiten 777-802 (Juli-August 1976), beschrieben. Statt des Einsetzens eines Stückes einer lichtleitenden Faser mittels zwei Kupplungsstücken kann man ein bestimmtes Maß an Modenfilterung auch durch die Verwendung eines Kupplungsstücks erreichen, nämlich dadurch, daß in dem Kupplungsstück das eingesetzte Zwischenstück ein entsprechendes Brechungsindexprofil besitzt.

809820/0858

Claims

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GmbH > 7 S Γ) [J 8 Freiburg M.Chown-aCDalgoutte 21-4 Ansprüche

1. Kupplungsstück für das dauerhafte Verbinden zweier Lichtleiterenden, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Glasröhrchen besteht, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der lichtleitenden Faser ist, daß im mittleren Teil des Glasröhrchens ein Zwischenstück einer lichtleitenden Faser, das kürzer als das Glasröhrchen ist, mit dem gleichen Querschnitt wie die zu verbindenden lichtleitenden Fasern eingesetzt ist und der mittlere Bereich des Glasröhrchens entlang der gesamten Länge des Zwischenstücks auf dieses aufgeschrumpft ist.

2. KupplungsstUck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Glasröhrchens unmittelbar an den Enden des Zwischenstücks je eine Öffnung angebracht ist.

3. Kupplungsstück nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasröhrchen einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Zwischenstück besitzt.

4. Lichtleiterspleiß unter Verwendung des Kupplungsstücks nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedes offene Ende des Kupplungsstücks das Ende einer lichtleitenden Faser derart eingeführt ist, daß sie stumpf an die Enden des Zwischenstücks anstoßen und die Faserenden mittels eines Harzes in dieser Lage fixiert sind.

^nö/Sch fc -ί s _ft ? η / η 8 s β

M.Chown 21-4

5. Lichtleiterspleiß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein den Brechungsindex anpassender Stoff ist.

6. Lichtleiterspleiß nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück das gleiche Brechungsindexprofil wie die beiden lichtleitenden Fasern besitzt.

7. Lichtleiterspleiß nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück ein anderes Brechungsindexprofil wie die beiden lichtleitenden Fasern besitzt.

8. Lichtleiterspleiß nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden lichtleitenden Fasern verschiedene Brechungsindexprofile besitzen.

;() /P8 58