DE2805667A1

DE2805667A1 - Verfahren zum verbinden einer optischen faser mit einem umhuellungsmaterial aus kunststoff

Info

Publication number: DE2805667A1
Application number: DE19782805667
Authority: DE
Inventors: Koichiro Matsuno
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-08-31
Also published as: JPS5921530B2; FR2380559A1; FR2380559B1; GB1570372A; US4196965A; JPS5399956A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

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H. KINKELDEY

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"2)- K. SCHUMANN

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P. H. JAKOB

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G. BE2OLD

DR HEH NAT- DIPL-CHEM.

8 MÜNCHEN 22

MAXlMiLlANSTRASSE 43

10. Feb. 1978 P 12 412

SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD.

No. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka, Japan

Verfahren zum Verbinden einer optischen Faser mit eines Umhüllungsmaterial aus Kunststoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer optischen Faser bzw. einer Lichtfaser mit einem UmhüT-lungsmaterial aus Kunststoff.

Es sind bereits mehrere unterschiedliche Aufbauformen für optische Fasern bzw. Lichtfasern vorgeschlagen worden. Gemäß einer Aufbauform ist eine mit einem Umhüllungsmaterial aus Kunststoff versehene Faser vorgesehen, die einen Querschnitt entsprechend Fig. 1 besitzt. In dieser Figur ist mit 1 ein Kern bzw. eine Seele und mit 2 ein Umhüllungsmaterial oder ein hüllenförmiger Abschnitt bezeichnet, der aus Harz bzw. Kunststoff besteht, der Fluor oder Silikon

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bzw. Silizium enthält. In Fig. 2 ist die Brechungsindexverteilung im Querschnitt der optischen Faser nach Fig. 1 gezeigt. Die Brechungsindices der Seele und des Hüllmaterials oder der Hülle 2 sind entsprechend mit n., und n^ bezeichnet. Hierbei ist eine Relation von n*> n~ verwirklicht, und es wird nahezu die gesamte optische Energie in der Faser durch die Seele 1 übertragen. Beim Verbinden derartiger optischer Fasern sind mehrere unterschiedliche Einflußgrößen zu beachten, die die optische Übertragungsleistung bzv/. den Wirkungsgrad bei der optischen Übertragung beeinträchtigen. Die Haupteinflußgröße wird von der radialen Versetzung bzw. Verschiebung der optischen Achsen der Fasern beim Verbinden derselben gebildet. Bisher wurden viele Verfahren zum Verbinden der optischen Fasern unter Einhaltung einer hohen optischen Übertragungsleistung bzw. eines guten Übertragungswirkungsgrades vorgsschlagen. ZTach diesen Verfahren dient die Außenumfangsfläche des Hüllmaterials 2 als Hauptteil oder Ausgangspunkt im Hinblick auf die Verwendung bzw. den Gebrauch der optischen Fasern. Wenn die Seele in dem Hülliaaterial 2 exzentrisch angeordnet ist, oder die Dicke des Hüllmaterials 2 ungleichmäßig ist, werden aus diesem Grunde die Seelen, wie in den Fig. 3 und k gezeigt, verschoben. Dies hat zur Folge, daß der optische Übertragungswirkungsgrad in der Nähe des Verbindungsabschnittes bzw. um den Verbindungsabschnitt beträchtlich vermindert wird.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Verbinden optischer Fasern anzugeben, durch welches der vorstehend genannte Nachteil überwunden werden kann. Weiterhin soll erfindungsgemäß der Arbeitsaufwand beim Verbinden der Pasern verringert und der Verbindungsvorgang der Fasern erleichtert werden.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt darin, ein Paar optische Fasern mit jeweils einer Seele und einem Kunststoff»

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hüllmaterial Ende an Ende aneinanderstoßend zu verbinden, indem die Enda"bschnitte der Kunststoffhüllmaterialien entfernt werden, um die Endabschnitte der Seelen der Fasern freizulegen. Die Endabschnitte der Seelen werden dann derart miteinander in Berührung gebracht, daß die optische Achse einer der optischen Fasern mit der optischen Achse der anderen optischen Faser zusammenfällt. Der Berührungsabschnitt der Fasern -wird verbunden, indem eine Erschmelzung durch Wärme erfolgt. Der Verbindungsabschnitt der Fasern wird von einer Schutzhülle überdeckt, die eine Kunststoffinnenschicht mit einem kleineren Brechungsindex als die Seele und eine metallische Außenschicht umfaßt, wobei ein Innendurchmesser im wesentlichen gleich einem Außendurchmesser der optischen Faser ist. Die Enden der Hülle werden dicht schließend an' den Außenflächen der optischen Fasern jeweils verbunden.

V/eitere Einzelheiten, Herkniale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Axisführungsbe!spielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform von optischen Fasern;

Fig. 2 in einem Diagramm die Brechungsindexverteilung der optischen Faser nach Fig. 1;

Fig. 3 u. 4 Querschnittsansichten als Beispiele zum Verbinden optischer Fasern, bei denen als Basis die Außenflächen der jeweiligen optischen Fasern ausgerichtet sind;

Fig. 5 die erste Stufe des Verfahrens zum Verbinden optischer Fasern nach der Erfindung;

Fig. 6 . die zweite Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 7 die letzte Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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Nach Fig. 5 werden die Endabschnitte 4 der Hüllmaterialien 2 der beiden zu verbindenden Fasern 3 entfernt, um die Endabschnitte der Seele 1 freizulegen. Daraufhin werden die Endflächen des Endabschnittes der Seelen 1 senkrecht zu der optischen Achse ausgerichtet und gewünsentenxalls entsprechend poliert. Dann werden die beiden Fasern 3 auf ein Paar dreidimensionaler Druckabfangeinrichtungen 5 aufgelegt, wie dies in Fig. 6 entsprechend gezeigt ist. Beim nächsten Schritt werden die Seelen 1 der beiden Fasern 3 zentriert, indem die Druckabfange inr iDhtungen 5 adjustiert und gleichzeitig die Endflächen der Seelen 1 gegeneinander gestoßen werden, wobei sich die jeweiligen Endflächen gegenüberliegen. Um eine präzise Zentrierung der optischen Fasern 3 sicherzustellen, ist es von Vorteil, ein Mikroskop zu verwenden, oder man kann die Zentrierung auch mit Hilfe eines Laserstrahles ausführen,, der durch ä.i.3 Seelen 1 geht, i^ach de.n vorstehend erwähnten Ze:Tbrierung.3^T7orga:ij v/irä der aneinancierstoBe/ii = Abschnitt 6 der Seelen 1 durch eine Lichtbogenentladung erschmolzen, um die Endflächen der Seelen zu verbinden.

Der-Verbindungsabschnitt besitzt kein Hüllmaterial, d.h. der freiliegende Abschnitt der optischen Faser¹ ist mechanisch sehr wenig widerstandsfähig. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, diesen Abschnitt zu versteifen bzw. zu verstärken. Zur Versteifung des Verbindungsabschnitts kann beispielsweise ein Hüllmaterial mit demselben Brechungsindex -wie die Seele auf den Verbindungsabschnitt aufgebracht werden, dessen Dicke im wesentlichen gleich der Dicke des Hüllmaterials der optischen Faser ist, und dann wird der Abschnitt mit einer entsprechend geeigneten versteifenden Hülle überdeckt. Eine solche Versteifung ist wirksam, und der Brechungsindex der versteifenden Hülle kann beliebig sein. Ein solches Vorgehen ist jedoch zeitraubend und arbeitsintensiv, und die Verar— beitungsleistung ist dadurch sehr gering, daß notwendigerweise das Hüllmaterial vorgesehen sein muß. Nach dem erfindungs-

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gemäßen Verfahren entfällt diese Notwendigkeit, daß ein Hüllmaterial vorgesehen sein nuß, indem man das Material der Hülle entsprechend wählt. Dies bedeutet, daß der Verbindungsabschnitt der Seele durch eine versteifende Hülle verstärkt · wird, die einen kleineren Brechungsindex als die Seele 1 hat, so daß der über die optische Faser übertragene Laserstrahl nicht nach außen austreten kann. Wenn die versteifende Hülle nicht aus einem Material mit entsprechend geeignetem Brechungsindex besteht, vermindert sich die Übertragungsleistung bzw. der Übertragungswirkungsgrad der optischen Faser.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Versteifung des Verbindungsabschnitts nach der Erfindung ist in Fig. 7 gezeigt. Eine Versteifungsschicht 7 ist um das Hüllenmaterial 2 der _t optischen Fasern, v;ie üblich, vorgesehen. Der Verbindungsabschnitt der Seele 1 ist nit einer Schutzhülle 8 überdeckt, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich einem Außendurchmesser der Versteifungsschicht 7 ist. Die Schutzhülle ist an ihren Enden auf der Versteifungsschicht 7 durch Aufschrumpfen von warm schrumpfenden Rohren 10 dicht schliessend und fest verbunden. Natürlich werden die Rohre 10 und die Hülle 8 über die optischen Fasern gestreift, bevor man die Arbeiten zum Verbinden der optischen Fasern ausführt. Die Hülle 8 umfaßt eine Innenschicht 11 und eine Außenschicht 12. Die Innenschicht 11 besteht aus einem Harz bzw. einem Kunststoff mit Fluor und besitzt einen kleineren Brechungsindex als die Seele 1. Die Außenschicht 12 besteht aus Metall. Bei der Verwendung der Hülle 8 wird der Übertragungswirkungsgrad der Faser auf keinen Fall verschlechtert, da der Verbindungsabschnitt 4 der Seele 1 in der Luft liegt, die einen Brechungsindex von 1 besitzt, und da die Länge des Abschnittes 4 im Vergleich zu der Gesaratlänge der optischen Faser vernachlässigbar ist. Selbst wenn die Seele 1 in Berührung mit der Fläche der Innenschicht 11 der Hülle 8 beim Bie-

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gen der optischen Faser kommt, wird auch dann auf keinen.Fall der Übertragungswirkungsgrad verschlechtert, da die Innenschicht 11 aus einem Fluor enthaltenden Kunststoff besteht, da er einen kleineren Brechungsindex als die Seele 1 hat. Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit ist der versteifte Verbindungsabschnitt nach der Erfindung gegen Zugkräfte, Biegekräfte usw. beträchtlich mehr widerstandsfähig, da die Außenschicht 12 aus Metall besteht und die Enden der Hülle 8 durch schrumpfbare Rohre 10 fest mit den Versteifungselementen 7 verbunden sind.

Nach Fig. 7 kann die Innenschicht 11 aus einem Harz bzw. Kunststoff bestehen, der Silizium enthält. Alternativ kann die Hülle 8 auch mit einem einschichtigen Aufbau ausgebildet sein.

Die Verbindung zwischen der Hülle 3 und. der Versteifungeschicht 7 kann auch unter Verwendung eines Klebemittels anstelle thermisch schrumpfbarer Rohre hergestellt werden. Ein Raum 13, der sich zwischen der Hülle 8 und dem Verbindungsabschnitt der Fasern bildet, kann mit einem Harz bzw. Kunststoff aufgefüllt werden, der einen kleineren Brechungsindex als die Seele 1 besitzt.

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PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

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K. SCHUMANN DR RfA NAT-DIPL-PHYS

P. H. JAKOB D!Pl_-ING

G. BEZOLD DR RER NÄT- DIPL-CHEiA

8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43

P 12 412

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Verbinden zweier optischer Fasern, die jeweils eine Seele und eine Kunststoffschicht besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß:

a) die Abschnitte der Schichten des Kunststoffüllmaterials von den Enden der zu verbindenden Fasern entfernt werden, um den Endabschnitt der Seelen der Fasern freizulegen,

b) die Enden der freiliegenden Seelen derart miteinander in Berührung gebracht werden, daß die optischen Achsen der Fasern ausgerichtet sind,

c) der Berührungsabschnitt der Seelen durch Erschmelzen

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mit Wärme verbunden wird und

■d) die freiliegenden Abschnitte der Seelen mit einer Hülle bedeckt werden, die einen kleineren Brechungsindex als die Seele und einen Innendurchmesser auf v/eist, der im wesentlichen gleich dem Außen durchmesser der Faser ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einen Harz bzw. Kunststoff besteht, der Fluor enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülle einen Schichtaufbau aufweist, der eine Innen- und eine Außenschicht unifaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet , daß die Innenschicht der Hülle aus einem Silizium enthaltenden Harz besteht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle mit einem Rohr fest mit der Faser verbunden wird, das warmschrumpfend ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Hülle und dem Verbindungsabschnitt der Fasern begrenzte Raum mit einem Harz bzw. Kunststoff aufgefüllt wird, der einen kleineren Brechungsindex als die Seele besitzt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht der Hülle aus einem Metall besteht.
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