DE2812825C2 - Verbindungsvorrichtung für Lichtwellenleiter - Google Patents
Verbindungsvorrichtung für LichtwellenleiterInfo
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Description
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen (11) einen
Kern (20) aus lichtdurchlässigem Elastomer besitzt, der von einem Mantel (21) umgeben ist, der aus dem
gleichen Elastomer besteht, dem eine metallische Ladung vor der Polymerisation hinzugefügt worden
ist (F ig. ry
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen (11) einen
Kern (20) aus lichtdurchlässigem Elastomer besitzt, der von einem Mantel (21) umgeben ist, der aus dem
gleichen Elastomer besteht, wobei die Brechzahl viel kleiner ist als diejenige des Kerns (20), beispielsweise
durch Hinzufügen eines geeigneten Lösungsmittels vor der Polymerisation des Elastomers (F i g. 8).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (20) mit linsenförmigen
Enden (27, 28) versehen ist, die gegenüber den zu verbindenden Lichtwellenleitern (8, 8') zu liegen
kommen, derart, daß die Verformung des Pfropfens (U) eine Fokussierung des Lichtes in einem
numerisch kleineren öffnungswinkel erreicht als derjenige des empfangenden Lichtwellenleiters (8'),
wodurch die Übertragung begünstigt ist (F i g. 9).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen (11) einen
Kern (20) aus lichtdurchlässigem Elastomer mit einer Brechzahl nahe derjenigen der zu verbindenden
Lichtwellenleiter (8, 8') besitzt, der von konzentrischen Schichten (29, 30) umgeben ist, die aus dem
gleichen Elastomer gebildet sind, wobei die Brechzahl sich vom Kern (20) ausgehend von Schicht zu
Schicht verringert (F i g. 10).
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für Lichtwellenleiter mit zwei sich gegenüberstehenden,
gegeneinander anpreßbaren Kupplungsteilen, in deren Schäften die Lichtwellenleiter koaxial und unbeweglich
gehalten sind, wobei an der Verbindungsstelle der Lichtwellenleiter ein flexibles, transparentes Kontaktmaterial
vorgesehen ist, dessen Lichtbrechwert nahe dem der Lichtwellenleiter ist und das sich beim
Aneinanderpressen der beiden zu verbindenden Licht-
3 4
wellenleiter deformiert Ansatzes 3,3' sicherstellt, der zum Anschlag gegen eine
Eine derartige Verbindungsvorrichtung für Iichtwel- Schulter 7, T im Inneren der Teile 1, A' kommt Die
lenleiter zeigt die DE-OS 26 48 652. Gegenüber den Buchsen 2, 2' erhalten jeweils das Ende der beiden zu
bisher üblichen Vorrichtungen wird dabei der Vorteil verbindenden Lichtwellenleiter 8, 8', wobei die Lichterzielt,
daß die aufeinanderstoßenden Flächen der zu 5 wellenleiter 8,8' vor der Positionierung der Buchsen 2,
verbindenden Lichtwellenleiter nicht mehr sorgfältig 2* in den Teilen 1,1' über die Ansätze 3,3' eingeführt
plangeschliffen werden müssen. worden sind, bis sie die in jedem der Schafte 4, 4'
ste oder Lichtdämpfungen zur Folge haben. Durch das 10 sind und in Höhe der Enden der Schafte 4, 4'
konnte auch das genaue gegenseitige Ausrichten geglättet worden sind, derart, daß ihre entsprechenden
optischer Faserenden in der Größenordnung von Enden in der Ebene denjenigen der Schafte 4, 4'
0,1 mm oder weniger vermieden werden. Es hat sich entsprechen.
aber herausgestellt, daß auch hierbei gewisse Lichtver- 15 Die Buchse 2 ist derart befestigt daß deren Schaft 4
luste an den Grenzschichten auftreten, und zwar aus dem Teil 1 herausragt und zum Schaft 4' der Buchse
einerseits an den beiden Grenzschichten zwischen den 2' gerichtet ist, die in die Mittelbohrung einer Hülse 9
csits vor allem an den aufeinander gepreßten Beruh- Ein innerer ringförmiger Raum der Hülse 9, die in der
rungsflächen des Kontaktmaterials selbst 20 Mittelbohrung der letzteren mündet, bildet eine
eine Verbindungsvorrichtung zu schaffen, die bei durchsetzt ist, dessen Brechzahl nahe der der Lichtwel-
einfachem Aufbau und problemloser Montage eine lenleiter 8, 8' ist wobei der Pfropfen 11 über seine
möglichst verlustarme Übertragung, auch polarisierten 25 Enden in der Mittelbohrung der Hülse 9 aufgenommen
spmch gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprü- miteinander gekoppelt sind (vgL F i g. 2), wird der Schaft
ehe betreffen zweckmäßige weitere Ausbildungen bzw. 4 zum gleitenden Eindringen in die Bohrung der Hülse 9
tung. der sich in der Aufnahme 10 verformen kann, der so als
um mindestens 30% vermindert werden. Sie eignet sich 4' stellt über die miteinander gekoppelte Anordnung
sowohl für Leiter aus einer einzigen Faser aus Glas, 35 eine Lichtübertragung in einer Umgebung sicher, die
dung mehrartiger oder mehrfaseriger Leiter aus einer wobei die Berührungen mit dem Pfropfen 11 unabhän-
bestimmten Anzahl von zu einem Bündel vereinigten gig vom relativen Spiel der Schafte 4 in Längsrichtung
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es den Pfropfen 11 wie in die Lichtwellenleiter 8, 8'
zeigt Einschnürungen einzuführen, die Ausgangspunkt von
dung vor und nach Herstellen der Verbindung, Die in F i g. 3 dargestellte Verbindung unterscheidet
spiel der erfindungsgemäßen Verbindung nach Errich- den Pfropfen 11, der bei diesem zweiten Ausführungs-
tung der Verbindung, beispiel ein Monoblock-Pfropfen ist, der aus zwei
vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen über zwei kegelstumpfförmige Abschnitte 14, 14' mit
vor bzw. nachdem die Abzweigung eines Teils des das im Ruhezustand zylindrisch oder leicht gewölbt
übertragenen Lichtes durchgeführt worden ist, oder ausgebaucht ausgebildet ist Der Pfropfen 11 ist
verschiedenen Figuren gleich bezeichnet sind. 55 Rohrs ausgebildet ist, über dessen Ende 15 das in eine
angenähert werden können, beispielsweise durch Inneres vorspringt zwischen den Endabschnitten 12,12'
zum Versperren oder Verriegeln des einen der Teile 1, Die Aufnahme 10, in die sich der Pfropfen 11 durch
1' gegen den anderen ausübt seinen Mittelabschnitt 13 verformen kann, der nun eine
2', die durch einen Ansatz 3, 3' und einen Schaft 4, 4' gebildet, der zwischen der Hülse 9 und den beiden
gebildet ist Jede Buchse 2,2' ist im entsprechenden Teil 65 Endabschnitten 12,12' begrenzt ist
1, Γ mittels eines elastischen Glieds 5, 5'gehalten, das Bei einem dritten in Fig.4 dargestellten Ausfüh-
gleichzeitig die axiale und radiale Positionierung des rungsbeispiel besteht der Monoblock-Pfropfen 11 aus
■ unterschiedlichen Durchmessers, wobei der Abschnitt 18 kleineren Durchmessers gleitend in der Mittelbohrung
der Hülse 9 aufgenommen ist, und wobei der Abschnitt 18, 19 größeren Durchmesser in einer
Gegenbohrung der Hülse 9 angeordnet ist, die die Aufnahme 10 bildet, in die sich der Pfropfen 11 über
seinen Abschnitt 18, 19 verformt, der eine gewölbte oder ausgebauchte Form einnimmt, wenn der Pfropfen
11 gegen den Schaft 4' anliegt, auf dem das Ende 15 der Hülse 9 aufgebördelt ist, durch das Stoßen des Schafts 4,
der zum Eindringen in die Mittelbohrung der Hülse 9 durch Wirkung der axialen Verriegelungseinrichtung
der Teile 1, Γ gegeneinander geführt ist.
Die Erfindung betrifft auch Verbindungen mit Elastomer-Pfropfen 11, der sich in einem Ausdehnungs- is
raum verformen kann, um eine Mehrmoden-Übertragung sicherzustellen und um gegebenenfalls das
Ausführen oder Auskoppeln von Moden zu ermöglichen. Bei der Entwicklung von Mehrmoden-Lichtwellenleitern
geringen Verlustes hat es sich als interessant gezeigt, Lichtwellenleiter herzustellen, die die Abzweigung
oder Abführung bzw. Auskopplung eines Teils des in einem Lichtwellenleiter geführten Lichtes zu einem
anderen Lichtwellenleiter oder zu einem Fotodetektor ermöglichen. Bekanntlich erfüllen die Ausbreitungskonstanten
β der von einem Mehrmoden-Lichtwellenleiter geführten Moden, wobei der Lichtwellenleiter durch
einen Kern mit Brechzahl nt gebildet ist, der von einem
Mantel mit Brechzahl πι umhüllt ist, die doppelte
Ungleichung
(2π/λ)Λ2
< β El (2π/λ)π,
wobei λ die Ausbreitungswellenlänge des betrachtenden Modus im Vakuum ist, und alle Moden, für die gilt ,.
β < (2π/λ)π2
werden abgegeben oder gehen verloren mit der Folge, daß in den beiden Fällen ein bedeutender Teil der
Energie, die sie transportieren, den Mantel durchsetzen kann, um zu einem umgebenden Empfänger zu gelangen
mit höherer Brechzahl. Es wurde auch schon gezeigt, daß eine periodische Verformung der Achse des
Lichtwellenleiters eine Leistungsübertragung zwischen geführten Moden erreicht, die Ausbreitungskonstanten
β und ß' so besitzen, daß
β - β' - ± 2n/d,
mit d = Wellenlänge der mechanischen Verformung
(vgl. Jeunhomme, Pocholle, in »Applied Physics Letters«; Bd, 29; Nr, 8 vom 15, Oktober 19761
Die erfindungsgemäße Verbindung nach den F i g. 5 und 6 wendet diese Prinzipien an, um eine Kopplung
zwischen geführten Moden und den abgegebenen Moden zu erreichen. Zu diesem Zweck besteht der
Pfropfen 11 aus einem Kern 20 mit Brechzahl nt nahe
derjenigen des sendenden Lichtwellenleiters 8 und empfangenden Lichtwellenleiters 8', die von den
Schäften 4,4' getragen sind, wobei der Kern von einem
Oberzug oder einem Mantel 21 mit Brechzahl /J2
umgeben ist, und die Brechzahl kleiner als die Brechzahl iii ist Der Pfropfen 11 ist an seinem zylindrischen Teil 22
in der Mittelbohrung der Hülse 9 aufgenommen und befindet sich stets über diesen Teil 22 mit dem es
empfangenden Lichtwellenleiter 8' in Berührung.
Der andere Teil 23 des Pfropfens 11 durchsetzt die
Aufnahme 10 im Inneren der Hülse 9 und ist derart gestaltet, daß die Außenerzeugende des Mantels 21 eine
bestimmte Anzahl von Rillen oder eine wendeiförmige Rille aufweist, während der Kern 20 im Ruhezustand
oder unter dem leichten Druck, der durch den Schaft 4 ausgeübt wird, im wesentlichen nicht verformt ist, wenn
eine Übertragung ohne Abzweigung oder Auskopplung zwischen den Lichtwellenleitern 8 und 8' erwünscht ist,
wie das durch die den Verlauf des Lichtes wiedergebende Pfeile in F i g. 5 dargestellt ist
Wenn ein Teil des den Pfropfen U durchsetzenden Lichts zu einem zusätzlichen oder Hilfs-Lichtwellenempfänger
24 abgezweigt oder ausgekoppelt werden soll, der entweder ein Fotodetektor oder ein anderer
Lichtwellenleiter sein kann, nahe dem zylindrischen Teil 22 des Pfropfens U, genügt es während der Zeit,
während der diese Abzweigung oder Auskopplung erforderlich ist, auf den Teil 23 des Pfropfens U einen
stetigen Druck auszuüben, der durch eine Axialverschiebung des Schafts 4 gegen den Schaft 4' erhalten wird,
wodurch eine sinusförmige Verformung mit einer Wellenlänge d des Kerns 20 des Pfropfens 11
hervorgerufen wird und damit folglich die Abführung bestimmter Moden, die von dem zusätzlichen Empfänger
24 empfangen werden (vgl. F i g. 6).
Die lichtdurchlässigen Elastomer-Pfropfen können verschieden ausgebildet sein, wobei die Fig.7 bis 10
vier bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Grenzflächen-Pfropfens zeigen, der hier zur Vereinfachung
zylindrisch dargestellt ist F i g. 7 zeigt einen Pfropfen 11 mit einem Kern 20 aus einem lichtdurchlässigen
Elastomer, der von einem Mantel 21 umgeben ist dessen Grundwerkstoff das gleiche Elastomer ist wobei vor
der Polymerisation eine Metalladung, beispielsweise Silber oder Aluminium, hinzugefügt worden ist
Der Mantel 21 verhält sich daher wie ein Außenspiegel des Kerns 20 und stellt die Übertragung des Lichtes
im Kern 20 ohne Verlust nach außen sicher.
Fi g. 8 zeigt einen Pfropfen 11, der zur Übertragung
des Lichts das Prinzip des »Brechzahlsprungs« verwendet Der Kern 20 besteht aus einem lichtdurchlässigen
Elastomer einer Brechzahl nahe derjenigen der Lichtwellenleiter 8 und 8' und ist von einem Mantel 21
umgeben, der aus dem gleichen Anfangswerkstoff besteht, dessen Brechzahl durch Zufügung eines
geeigneten Lösungsmittels vor der Polymerisation des Elastomers viel geringer gemacht worden ist Dieses
Lösungsmittel kann beispielsweise Zyklohexan sein. Die Übertragung von Licht wird im Pfropfen 11 durch eine
Aufeinanderfolge von Totalreflexionen an der Zwischenfläche zwischen dem Kern 20 und dem Mantel 21
sichergestellt
F i g. 9 zeigt einen Pfropfen 11» der das gleiche Prinzip
des Brechzahlsprungs verwendet und bei dem die Verformung beim Zusammenkoppeln verwendet wird,
um ihm eine geeignete optische Form zu geben, um das
licht unter einem numerisch viel kleineren öffnungswinkel zu fokussieren, als der des Aufnahmekonus des
empfangenden Lichtwellenleiters. Zu diesem Zweck ist der Kern 20 mit linsenförmigen Enden 27,28 versehen,
die den Lichtwellenleitern 8 und 8' gegenüberliegend angeordnet werden. Dieser Pfropfen 11 ermöglicht eine
Ankopplung mit viel größerem radialen Spiel weshalb die mechanischen Toleranzen in dieser Richtung erhöht
werden können.
Fi g. 10 zeigt einen Pfropfen 11, der zur Übertragung
des Lichtes das sogenannte Brechzahlgradienten-Prinzip verwendet Er enthält einen Kern 20 aus
lichtdurchlässigem Elastomer einer Brechzahl nahe
derjenigen der Lichtwellenleiter 8, 8' und ist von konzentrischen Schichten 29,30 umgeben, die aus dem
gleichen Werkstoff bestehen, wobei deren Brechzahl vom Kern 20 aus mit jeder Schicht abnimmt Die
Schichten 29, 30 sind durch Rohre gebildet, deren Brechzahlen durch zunehmende Einzufügungen von
Lösungsmittel verringert worden sind. Das Licht wird durch aufeinanderfolgende Winkeländerungen übertragen,
wodurch dem Fortschreiten der Lichtstrahlen eine Sinusform gegeben wird.
zahlen aufweisenden Elastomere müssen, wenn sie im Inneren des gleichen Pfropfens angeordnet oder
zusammengefügt sind, die gleiche oder eine sehr ähnliche Festigkeit haben, damit Verformungen sehr
gleichförmig verteilt werden, wenn der Pfropfen 11 zusammengedrückt wird.
Beispielsweise können die für die Herstellung derartiger Pfropfen verwendeten Elastomere Silikonelastomere
sein, deren Biegsamkeit und Lichtdurchlässigkeit bekannt ist, und deren Brechzahl zwischen 1,45 und
1,5 liegt
Claims (6)
1. Verbindungsvorrichtung für Lichtwellenleiter
mit zwei sich gegenüberstehenden, gegeneinander anpreßbaren Kupplungsteilen, in deren Schiften die
Lichtwellenleiter koaxial und unbeweglich gehalten sind, wobei an der Verbindungsstelle der Lichtwellenleiter
ein flexibles, transparentes Kontaktmaterial vorgesehen ist, dessen Lichtbrechwert nahe dem der
Lichtwellenleiter ist und das sich beim Aneinanderpressen der beiden zu verbindenden Lichtwellenleiter
deformiert, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Kontaktmaterial in seiner Ausgangsstellung
die Gestalt eines einstöckigen Pfropfens (11) hat, der in einer Hülse (9), die zentral
zwischen den beiden Kupplungsteilen (2,3,4 bzw. T,
3', 4') Hegt, derart aufgenommen ist, dab er sich in
der Hülse (Q) deformieren kann, wenn bei Herstellung
der Verbindung die beiden Buchsen (2, 2") mit ihren Schäften (4, 4'), deren Enden mit den Enden
der Lichtwellenleiter (8,8') plan sind, zusammengepreßt
werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) in einem der Kupplungsteile
(1>Γ) derart aufgenommen ist, daß der Pfropfen
(11) ständig in Berührung mit dem Schaft (4') der Buchse (2') ist, die von dem Kupplungsteil (V)
gehalten ist, und daß der Schaft (4) der anderen Buchse (2) gleitend in die Hülse (9) bewegbar ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen (11) an seinen
Enden in der Mittelbohrung der Hülse (9) gehalten ist, die eine innere Ringausnehmung aufweist, die
von dem Mittelteil des Pfropfens (11) durchsetzt ist und die die Aufnahme (10) bildet, in die sich der
Pfropfen (11) verformen kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (9) an einem ihrer Enden an dem Schaft (4') der Buchse (2') aufgebördelt ist, die
von dem Kupplungsteil (1') getragen ist, in dem sie aufgenommen ist, und daß der Pfropfen (11) zwei
zylindrische Endabschnitte (12, 12') aufweist, die gleitend in der Hülse (9) aufgenommen sind und mit
einem zylindrischen Mittelabschnitt (13) geringeren Durchmessers durch zwei kegelstumpfförmige Abschnitte
(14,14') vereinigt sind, wobei der Mittelabschnitt (13) in der Hülse (9) durch einen ringförmigen
Anschlag (17) gehalten ist, der in das Innere der Hülse (9) vorspringt (F i g. 3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- so zeichnet, daß die Hülse (9) an einem ihrer Enden auf
dem Schaft (4') der Buchse (2') aufgebördelt ist, die von dem Kupplungsteil (1') getragen ist, und daß der
Pfropfen (11) aus zwei zylindrischen Abschnitten (18,
19) unterschiedlichen Durchmessers besteht, wobei der Abschnitt (18) kleineren Durchmessers gleitend
in der Mittelbohrung der Hülse (9) aufgenommen ist, und wobei der Abschnitt (19) größeren Durchmessers
in Berührung mit dem Schaft (4') der Buchse (2') ist, an dem die Hülse (9) aufgebördelt ist, und die
Hülse (9) eine Aufnahme (10) bildet, in die sich der Pfropfen (11) verformen kann (F i g. 4).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Übertragung von
mehreren Moden mit der Möglichkeit der Abkopplung einzelner Moden zwischen einem sendenden
Lichtwellenleiter und einem empfangenden Lichtwellenleiter der Pfropfen (11) aus einem Kern (20)
gebildet ist, der von einem Mantel (21) umgeben ist und in der Mittelbohrung der Hülse (9) aufgenommen
ist, die einen zylindrischen Teil (22) aufweist, in dem der empfangende Lichtwellenleiter (8') mit
seinem Schaft (4Q unbeweglich gehalten ist, wobei der Pfropfen (11) innerhalb dieses zylindrischen Teils
(22) einem zusätzlichen Lichtwellenempfänger (24) benachbart ist, während der andere Teil des
Pfropfens (11), dessen Mantelfläche eine bestimmte
Anzahl von Querrillen oder eine wendeiförmige Rille besitzt, in einer inneren Aufnahme (10) der
Hülse (9) angeordnet ist, in der sich der Pfropfen (11)
verformen kann, derart, daß unter einem Kontaktdruck
des Schafts der Buchse, die den sendenden Lichtwellenleiter (8) aufnimmt, der größer als
derjenige ist, der die Übertragung des Lichts zwischen den beiden Lichtwellenleitern (8, 8')
sicherstellt, der Pfropfen (11) in Höhe des Kerns (20)
einer sinusförmigen Verformung unterliegt, die eine Abkopplung von Moden durch Abzweigen eines
Teils des Lichts zum zusätzlichen Lichtwellenempfänger (24) ermöglicht (F i g. 5,6).
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