DE2923851C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für Lichtleitkabel mit mindestens drei Kabelzweigen, von denen zwei Kabelzweige durch eine erste und eine zweite Lichtleitfaser gebildet sind, die an ihren Enden zwei erste Kegelstümpfe aufweisen, deren Achsen koplanar sind und die entlang einer gemeinsamen Mantellinie miteinander verbunden sind, und von denen ein dritter Kabelzweig durch eine dritte Lichtleitfaser gebildet ist.

Kupplungen für Lichtleitkabel mit vier Kabelzweigen, von denen ein erster und ein dritter Zweig aus einer ersten Lichtleitfaser und deren zweiter und vierter Zweig aus einer zweiten Lichtleitfaser gebildet sind, sind beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben:

Artikel von Takeshi OZEKI und B. S. KAWASAKI in der Fachzeitschrift "Applied Physics Letters, Band 28, No. 9, Mai 1976, Seiten 528/529", betitelt "Optical directional coupler using tapered sections in multimode fibers";
in einem Artikel von B. S. KAWASAKI und K. O. HILL in der Fachzeitschrift "Applied Optics", Band 16, No. 7, Juli 1977, betitelt "Low-loss accesss coupler for multimode optical fiber distribution networks"; und
in dem Artikel von K. O. HILL, B. S. KAWASAKI und D. C. JOHNSON in der Fachzeitschrift "Applied Physics Letters", Band 31, No. 11, Dezember 1977, betitelt "Efficient power combiner for multiplexing multiple sources to single-fiber optical system."

Bei diesen Kupplungen hat jeder von einer Lichtleitfaser gebildete Kabelzweig die Form eines Kegelstumpfes, dessen größere Grundfläche durch den Querschnitt eines Endes der Lichtleitfaser verlängert ist und dessen kleinere Grundfläche mit derjenigen des den anderen kombinierten Zweig der Lichtleitfaser bildenden Kegelstumpfes vereinigt ist. Die beiden Kegelstümpfe einer Lichtleitfaser sind einander gleich und werden durch Warmziehen der Lichtleitfaser zur Bildung eines Doppelkegelstumpfes erhalten. Gemäß ihrer Verwendung werden die beiden Doppelkegelstümpfe der ersten und zweiten Lichtleitfaser durch Verschmelzen miteinander vereinigt oder auf der Höhe ihrer kleinen Grundflächen voneinander getrennt und in einen passenden durchsichtigen Klebstoff getaucht.

Die Übertragung eines Lichtsignals vom ersten Kabelzweig beispielsweise auf den dritten und vierten Kabelzweig erfolgt direkt in der ersten Lichtleitfaser und indirekt über mindestens die durch die aneinanderliegenden Hüllen gebildete Zwischenfläche zwischen den Doppelkegelstümpfen der ersten und zweiten Lichtleitfaser. Für zwei gegebene Multimode-Lichtleitfasern vom gleichen Aufbau, die unterschiedliche Nenndurchmesser haben können, werden die Kupplungskoeffizienten und die Ausrichtungskoeffizienten zwischen den Kupplungszweigen durch die relativen Durchmesser und die Konizität der Doppelkegelstümpfe der beiden Lichtleitfasern bestimmt. Anders gesagt, die Kupplungskoeffizienten sind von dem Warmziehen der beiden Fasern abhängig, deren Charakteristiken im Hinblick auf die Erzielung vorgegebener Kupplungskoeffizienten nur ungefähr bestimmt werden können. Für Kupplungen mit vier Kupplungszweigen, die durch Recken und vorgegebene Verschmelzung von zwei Lichtleitfasern mit bestimmten optischen Größen und bestimmten Abmessungen erhalten werden, sind übrigens die Kupplungskoeffizienten annähernd die gleichen, was im gleichen Herstellungsverfahren das Erzeugen von Kupplungen mit unterschiedlichen Kupplungskoeffizienten nicht erlaubt. Nach dem Recken und dem Verschmelzen ist es nämlich nicht mehr möglich, von direkten und geklebten Lichtleitfasern ausgehend andere Werte für Kupplungskoeffizienten zu erhalten. Auch erlaubt der Aufbau solcher Kupplungen nicht eine in beide Richtungen wirksame Kupplung einer Lichtleitfaser einerseits mit zwei anderen Lichtleitfasern andererseits ohne einen beträchtlichen Einfügeverlust.

Eine optische Kupplungsvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen ist auch in der DE-OS 27 31 377 enthalten. Es wird dort eine Kopplung mit zwei ebenfalls kegel­ stumpfartig auslaufenden Lichtleitfasern vorgestellt. Die Endflächen der beiden Kegelstümpfe sind jedoch mit der Endfläche einer dritten Lichtleitfaser fest verschmolzen, so daß hier eine Verstellung der Kupplungskoeffizienten nicht möglich ist. Die Kupplungskoeffizienten werden im wesentlichen vom Schmelzvorgang der Faserenden bestimmt.

Weitere optische Kopplungsvorrichtungen sind aus der DE-OS 26 01 819 und der DE-OS 25 46 861 bekannt.

Die DE-OS 26 01 819 enthält eine optische Kopplungsvorrichtung mit drei kegelstumpfartigen, aus Lichtleitkörpern gebildeten Armen, wobei diese Lichtleitkörper jedoch gesondert hergestellt werden und nicht aus Lichtleitfasern gebildet sind. Außerdem sind die drei Kabelzweige jener Erfindung fest miteinander verbunden, so daß auch hier eine Einstellbarkeit der Kupplungskoeffizienten nicht möglich ist.

Die in der DE-OS 25 46 861 vorgestellte Kopplungsvorrichtung ist nur für zwei gleiche, koaxial angeordnete Lichtleitfasern ausgelegt, wobei lediglich deren Abstand in Längsrichtung variierbar ist. Jener Erfindungsgegenstand stellt somit keine Lichtleitfaserweiche dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kupplungen mit drei oder vier Kabelzweigen zu schaffen, bei denen man die Lage der Kabelzweige der einen Seite gegenüber der Lage der Kabelzweige der anderen Seite regulieren kann, um gewünschte Kupplungskoeffizienten zu erhalten, die aus einer breiten Spanne von Werten gewählt sind, verbunden mit einem sehr geringen Einfügeverlust, typischer Weise kleiner als 1 dB.

Die Aufgabe wird mit einer Kupplung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches gelöst.

Im Gegensatz zu bekannten Kupplungen kann eine erfindungsgemäß ausgebildete Kupplung Kupplungszweige mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen, wodurch die Wahlmöglichkeiten der Kopplungscharakteristiken der Kupplung noch vergrößert wird.

Im Falle einer Kupplung mit vier Kupplungszweigen sind der dritte und der vierte Kupplungszweig gleichermaßen aus einer dritten und einer vierten Lichtleitfaser gebildet, die auf analoge Weise wie die erste und die zweite Lichtleitfaser gereckt und miteinander verbunden sind. Das zweite aus den Kegelstumpfenden der dritten und der vierten Lichtleitfaser gebildete sphärische Ende liegt dem ersten sphärischen Ende gegenüber. Gemäß den beiden Ausführungsformen erlaubt eine dreidimensionale mikrometrische Verstellung des ersten sphärischen Endes gegenüber dem geradlinigen Ende der dritten Lichtleitfaser oder dem zweiten sphärischen Ende eine Einstellung der Werte der Koeffizienten der Kopplung und der Ausrichtung.

Die Einfügeverluste an der Kopplungsstelle können durch die Einstellung der gegenseitigen Lage der benachbarten Enden der Lichtleitfasern auf ein Minimum gebracht werden, wobei das eine sphärische Ende die Rolle von Sammellinsen und optischen Verteilern spielt. Diese Einfügeverluste hängen auch von den relativen Durchmessern der kleinen Grundfläche der Kegelstümpfe ab. Bei der ersten Ausführungsform, die eine Kupplung mit drei Kupplungszweigen betrifft, sind diese Verluste verringert, da der Durchmesser des Endes der dritten Lichtleitfaser genau gleich der Summe der Durchmesser der kleinen Grundfläche der Kegelstümpfe der ersten und der zweiten Lichtleitfasern ist. Dies ist auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der Fall, das eine Kupplung mit vier Kupplungszweigen betrifft, weil die Summe der Durchmesser der kleinen Grundflächen der Kegelstümpfe der ersten und der zweiten Lichtleitfaser einerseits und der dritten und der vierten Lichtleitfaser andererseits genau gleich sind.

Schließlich hängen diese Energieverluste auch vom Übergang zwischen der großen Grundfläche des Kegelstumpfes und dem Querschnitt jeder Lichtleitfaser ab. Vorteilhafterweise läßt sich diese letzte Abhängigkeit unterdrücken, wenn der halbe Spitzenwinkel des Kegelstumpfes einer jeden Lichtleitfaser gleich dem Komplement des kritischen Winkels der Zwischenfläche Kern/Mantel der Lichtleitfaser ist.

Je nach Anwendungsfall können die ersten und zweiten sphärischen Enden getrennt in Harz eingebettet oder fest verschmolzen zu einem einzigen sphärischen Ende, das die vier Zweige miteinander verbindet, erhalten werden.

Eine solche optische Kupplung läßt sich in einem Übertragungssystem für optische Signale vielfach anwenden, wobei man folgende Anwendungsarten unterscheidet:
Kupplung in Duplexverbindungen von Lichtleitfasern im Hinblick auf das Multiplexen von Lichtsignalen;
Verwirklichung von optischen Mehrfachfrequenz-Verbindungen;
dauernde Kontrolle einer optischen Übertragungstrecke;
Eingabe und Entnahme eines Informationssignals oder Testsignals auf eine oder von einer Leitung.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtleitkabelkupplung mit drei Kabelzweigen;

Fig. 2 eine Einzeldarstellung der Kopplung zwischen den drei Lichtleitfasern der in Fig. 1 dargestellten Kupplung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung der Kegelstümpfe und des sphärischen Endes eines Paares von Lichtleitfasern der gleichen Seite;

Fig. 4 stellt die äußeren Kegelstümpfe dieses Lichtleitfaserpaares nach dem Reckvorgang und dem Abbrechen dar;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Messen und Regeln durch mikrometrische Verstellung, um bestimmte Kupplungskoeffizienten zu erhalten;

Fig. 6 die Bahn eines Lichtstrahles bei Totalreflexion in einem Kegelstumpf;

Fig. 7 mehrere Reflexionen eines Lichtstrahles in einem Kegelstumpf;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Kupplung mit vier Kabelzweigen.

Fig. 1 zeigt eine Kupplung mit drei Lichtleitfasern F₁, F₂ und F₃ eines Übertragungssystems für optische Signale. Die über die Lichtleitfaser F₃ übertragene Lichtleistung P₃ ist in zwei Lichtleistungen P₁ und P₂ aufgeteilt, die von den Lichtleitfasern F₁ und F₂ entsprechend dem Koeffizienten α der Einsetzverluste und dem Kupplungskoeffizienten C₁₂, welche die Kupplung charakterisieren, aufgenommen werden:

Jedes Lichtleitkabel F₁, F₂ oder F₃ der Übertragungsstrecke hat angenommenermaßen einen Durchmesser, der von demjenigen der jeweils beiden anderen verschieden ist und ist mit einer Lichtleitfaser der Kupplung 1, 2 oder 3 von gleichem Durchmesser mit Hilfe der Verbindungsteile 4₁, 4₂ oder 4₃ Faser für Faser verbunden. Diese Verbindungsteile sind an sich bekannt und beispielsweise in der DE-OS 28 26 032 beschrieben.

Die Kopplung der drei Lichtleitfasern 1, 2 und 3 der Kupplung wird durch eine gemeinsame Verbindung der benachbarten Enden dieser Lichtleitfasern bewirkt, wie dies in Fig. 1 schematisch durch das Kästchen 5 und in Fig. 2 im Detail dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt, wie die erste und zweite Lichtleitfaser 1 und 2 jeweils in einem Kegelstumpf 10 oder 20 enden, der durch ein gemeinsames sphärisches Ende 6₁₂ verlängert ist. Die Kegelstümpfe 10 und 20 können unterschiedliche Durchmesser haben, d. h., daß die Lichtleitfasern 1 und 2 oder F₁ und F₂ unterschiedliche Nenndurchmesser aufweisen können. Der Mantel oder die Hülle 11 und der Mantel 21 der Lichtleitfasern 1 und 2 haben im Bereich der festgelegten Kegelstümpfe eine gemeinsame Berührungslinie 7. Das erste sphärische Ende 6₁₂ ist an der Stelle 61 auf die gemeinsame Berührungslinie 7 zentriert und hat einen Durchmesser D, der größer ist als die Summe der Durchmesser der Kerne d₁, d₂ der kleinen Grundflächen der Kegelstümpfe 10 und 20. Das sphärische Ende 6₁₂ ist in seinem Hauptteil aus einem Kern mit der gleichen Zusammensetzung wie die Kerne der Lichtleitfasern 1 und 2 gebildet und ist von einem sehr dünnen Film des Materials umgeben, aus dem auch die Hüllen 11, 21 der Lichtleitfasern 1 und 2 bestehen. Dieser Mantel ist quasidurchlässig für die Übertragung der Lichtsignale.

Die dritte Lichtleitfaser 3, welche den dritten Kabelzweig der Kupplung bildet, hat einen Kern 32 und eine Hülle 31 mit der gleichen Struktur wie die erste und zweite Lichtleitfaser 1 und 2. Der Durchmesser des Kernes d₃ der Lichtleitfaser 3 ist immer kleiner als der Durchmesser D des sphärischen Endes 6₁₂. Die Achse des geraden Endes 30 der Lichtleitfaser 3, das in den Kupplungblock 5 eingesetzt ist, verläuft parallel zur gemeinsamen Berührungslinie 7, kann aber gegenüber dieser Berührungslinie 7 quer versetzt sein.

Die Kupplung weist einen Träger 50 für die vorstehend genannten Elemente auf, beispielsweise eine Glaslamelle, an welche die Verbindungsteile 4₁-4₃ angeklebt sind und auf der die Enden 10-30 der Lichtleitfasern 1 bis 3 und das sphärische Ende 6₁₂ nach der Einstellung ihrer Lage mit Hilfe eines Harzes befestigt sind, das durch eine rasche Polymerisation gekennzeichnet ist und auf die durch das Kästchen 5 in Fig. 1 dargestellte Oberfläche aufgebracht ist.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 8 zur Herstellung des sphärischen Endes 6₁₂, das beiden Kabelzweigen oder Lichtleitern 1 und 2 der Kupplung mit drei Kabelzweigen gemeinsam ist. Wie im folgenden noch ersichtlich wird, kann diese Vorrichtung auch zur Erzielung eines zweiten sphärischen Endes dienen, das zwei anderen Zweigen oder der dritten und vierten Lichtleitfaser einer Kupplung mit vier Zweigen gemeinsam ist.

Die beiden Lichtleitfasern 1 und 2 sind, insbesondere wenn sie den gleichen Durchmesser haben, aus einem gleichen Stück Lichtleitfaser 1′-2′ bestehend, das umgefaltet wird (wie in Fig. 3 mit gestrichelter Linie angedeutet ist), oder aus zwei gesonderten Stücken von Lichtleitfasern 1′ und 2′ von im allgemeinen unterschiedlichem Durchmesser aber analoger Struktur gebildet wird. Nach dem Einspannen in einen feststehenden Halter 80 werden die beiden Lichtleitfaserstücke 1′ und 2′ gegeneinander gerollt, um eine gute gegenseitige Anlage zu erhalten. Dann werden diese gegeneinander gerollten Stücke horizontal gespannt und in einen zweiten und verstellbaren Halter 81 eingespannt. Dieser Halter 81 ist auf einem Wagen 82 befestigt, der horizontal auf einer Schiene 83 verfahrbar ist und sich unter der Vorspannung einer Zugfeder 84 vom festen Halter 80 zu entfernen trachtet. Die Bewegung des Wagens 82 wird mit Hilfe eines Tisches zur horizontalen mikrometrischen Verstellung gesteuert, auf welchem die Schiene 83 sowie eine zweite, senkrecht dazu verlaufende Schiene 85 angeordnet sind.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein Mikrolötrohr 86 auf einem zweiten Wagen 87 angeordnet, der auf der Schiene 85 verschiebbar ist, und seine Flamme wird unter die beiden Stücke von Lichtleitfasern 1′ und 2′ gehalten, die zwischen den beiden Haltern 80 und 81 eingespannt sind. Nach Maßgabe des Warmziehens der Lichtleitfaserstücke 1′ und 2′, die durch die kombinierte Wirkung der Erwärmung durch das Mikrolötrohr 86 und den Zug der Feder 84 erreicht wird, werden die einerseits dem festen Halter 80 und andererseits im verstellbaren Halter 81 eingespannten Teile bis zum Bruch und ihrer Trennung verstreckt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, besteht dann jeder so getrennte Teil aus zwei fest zueinander stehenden Lichtleitfasern 1 und 2 und endet jeweils in einem Kegelstumpf, der mit dem Kegelstumpf der jeweiligen anderen Lichtleitfaser eine gemeinsame Verbindungslinie 7 und eine koplanare Achse aufweist.

Dann wird in einem dritten Verfahrensschritt das sphärische Ende durch Verschmelzen der gemeinsamen Enden der Kegelstümpfe der Lichtleitfasern 1 und 2 mit Hilfe des Mikroleitrohres 86 gebildet. Das Gebilde aus den beiden Lichtleitfasern 1 und 2 hat die bereits vorstehend in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Struktur.

Schließlich wird in einem vierten Verfahrensschritt eine Regulierung der Stellung der dritten Lichtleitfaser 3 gegenüber dem Gebilde aus den Lichtleitfasern 1 und 2 vorgenommen, um vorgegebene Charakteristiken der Kupplung mit drei Kabelzweigen zu erhalten. Hierzu werden - wie Fig. 5 zeigt - das Ende 30 der Lichtleitfaser 3 und das Gebilde aus den fest miteinander verbundenen Kegelstümpfen 10 und 20 der Lichtleitfasern 1 und 2 in einen beweglichen Halter 90 und in einen feststehenden Halter 91 so eingespannt, daß das Ende 30 dem sphärischen Ende 6₁₂ gegenübersteht, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die beiden Halter 90 und 91 sind auf einem Tisch angeordnet, der sich nach drei Richtungen mikrometrisch verstellen läßt. Die drei Richtungen stellen die kartesischen Koordinaten X, Y und Z dar, wobei Z parallel zur Achse der Lichtleitfaser 3 und der gemeinsamen Berührungslinie 7 verläuft. Das andere Ende der Lichtleitfaser 3 empfängt ein Lichtsignal der Leistung P₃ von einer Lichtquelle und über passende Bündelungselemente, die insgesamt durch den Block 92 dargestellt sind, während die über die Kupplung von den Lichtleitfasern 1 und 2 empfangenen Lichtleistungen P₁ und P₂ an den Enden ihrer geradlinigen Abschnitte mit Hilfe von Fotowattmetern 93 und 94 gemessen werden. Durch eine dreidimensionale Einstellung der Lage des Endes 30 der dritten Lichtleitfaser 3 gegenüber dem Zentrum 61 des sphärischen Endes 6₁₂ und gleichzeitiges Messen der Lichtleistungen P₁ und P₂ erhält man den Kupplungskoeffizienten C₁₂, wobei man gleichzeitig den günstigsten Koeffizienten α des Einsetzverlustes erreicht. Je nach Anwendungsfall wird entweder die eingestellte Montage festgehalten, um einen anderen Wert des Koeffizienten C₁₂ zu erhalten oder, wie bereits gesagt, werden das Ende 30 und die Kegelstümpfe 10 und 20 auf einer Glaslamelle 50 in ein passendes Harz eingetaucht.

Bei der Einstellung der Lage des Endes 30 der Lichtleitfaser 3 gegenüber dem sphärischen Ende 6₁₂ ergeben die Verstellungen nach den Querrichtungen X und Y eine Einstellung der Aufteilung der Lichtleistung P₃ auf die beiden Lichtleitfasern 1 und 2, um Kupplungskoeffizienten C₁₂ zu erhalten, die zwischen 3 dB und 30 dB liegen, wobei die Einsetzverluste α kleiner als 1 Dezibel bleiben. Die Einstellung der Einfügeverluste α wird im wesentlichen durch die Axialverstellung der Lichtleitfaser 3 in Richtung Z und mit Hilfe des sphärischen Endes 6₁₂ erreicht, das die Rolle einer Sammellinse spielt.

Neben den Einstellungen der Lage im X, Y und Z-Koordinatensystem beeinflussen die Abmessungen der Kegelstümpfe 10 oder 20 sowohl der ersten als auch der zweiten Lichtleitfaser 1 oder 2 in bezug auf den geradlinigen Abschnitt der Lichtleitfaser ebenfalls den Koeffizienten der Einsetzverluste α. Das heißt, man muß die numerische Öffnung des Kegelstumpfes an diejenige der Lichtleitfaser anpassen, um die günstigsten Einsetzverluste zu erhalten.

In Fig. 6 ist ein halber Teillängsschnitt durch einen Kegelstumpf dargestellt, beispielsweise durch den Kegelstumpf 10 der Lichtleitfaser 1, der den halben Spitzenwinkel a hat. Es ist auch ein einfallender Lichtstrahl I _c eingezeichnet, der aus der Lichtleitfaser 3 über das sphärische Ende 6₁₂ übertragen wird und der in den Kegelstumpf 10 unter einem Winkel R _c einfällt. Dieser Winkel R _c ist in bezug auf die Achse 13 des Kegelstumpfes 10 gemessen und entspricht einer totalen Reflexion an der Innenfläche 14 der Hülle 11 und des Kernes 12. Der Einfallswinkel des Lichtstrahles I _c auf diese Zwischenfläche 14 ist gleich dem kritischen Winkel Φ _c der Lichtleitfaser 1, definiert durch die bekannte Beziehung:

sin Φ _c = n₁/n₂ ,

wobei n₁ und n₂ die Brechungsindices der Hülle 11 und des Kernes 12 sind. Wenn man mit R _F den Einfallswinkel des Lichtstrahles I _c bezeichnet, welcher der totalen Reflexion in einem geradlinigen Abschnitt der Lichtleitfaser 1 unterliegt, der gleich dem Komplement des kritischen Winkels Φ _c ist, sieht man aus Fig. 6, daß sich ergibt:

R _c = R _F + a .

Folglich vergrößert die numerische Öffnung des Kegelstumpfes 10, gleich n₂ sin R _c , die numerische Öffnung der Lichtleitfaser 1, die für einen geradlinigen Abschnitt, gleich n₂ sin R _F ist. Oder man paßt die numerische Öffnung n₂ sind R _c an diejenige der Lichtleitfaser an, damit keine Einsetzverluste an der Übergangsstelle vom Kegelstumpf in den folgenden geradlinigen Abschnitt der Lichtleitfaser entstehen.

Ein Lichtstrahl I mit einem Einfallswinkel kleiner als R _c oder der unter Totalreflexion in den Kegelstumpf 10 mit einem Winkel Φ < Φ _c eintritt, wie dies Fig. 7 zeigt, unterliegt einer Mehrfachreflexion an den Stellen M₁, M₂, M₃, . . . M _n auf symmetrischen Mantellinien der Zwischenfläche 14 mit Winkeln Φ₁ bis Φ _n wie:

Φ₁ = Φ
Φ₂ = Φ₁ + 2a = Φ + 2a
Φ₃ = Φ₂ + 2a = Φ + 4a
.
.
.
Φ _n = Φ + 2 (n-1) a

Die Zahl n von aufeinanderfolgenden Reflexionen im Kegelstumpf 10 ist begrenzt, weil der Lichtstrahl I sich einer Richtung nähert, die parallel einer Mantellinie des Kegelstumpfes verläuft. Die letzte Reflexion im Punkt M _n findet statt, wenn Φ _n < π/2 - 2a wird. Wenn solche Lichtstrahlen I ihren Gleichgewichtszustand erreicht haben, laufen sie folglich im geradlinigen Abschnitt der Lichtleitfaser unter einem Winkel gleich oder etwas kleiner als a. Daraus folgt, daß ein Kegelstumpf einer Lichtleitfaser einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung einen halben Spitzenwinkel hat von

a = R _F = π/2 - Φ _c ,

damit die Einsetzverluste zwischen den Kegelstümpfen und dem geradlinigen Teil der Lichtleitfaser einen optimalen Wert erhalten, und daß die Verwendung von zwei solchen Kegelstümpfen für die Lichtleitfasern 1 und 2 den Koeffizienten der Einsetzverluste α vermindert.

Bei einer zweiten Ausführungsform einer Kupplung für Lichtleitkabel weist die Kupplung vier Kabelzweige auf, die durch vier Lichtleitfasern 1, 2, 3′ und 4 gebildet werden und die es erlauben, über vier Verbindungsteile 4₁ bis 4₄ zwei Lichtleitfasern F₁ und F₂ einerseits und zwei andere Lichtleitfasern F₃ und F₄ andererseits miteinander zu kuppeln, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist. Die Kupplung wird aus einem ersten Lichtleitfaserpaar 1-2 und einem zweiten Lichtleitfaserpaar 3′-4 gebildet, die jeweils durch eine Verbindung durch Verschmelzen der Enden ihrer Lichtleitfasern zu einem ersten und zu einem zweiten sphärischen Ende 6₁₂ oder 6₃₄ erhalten werden, nachdem eine Reckung und Verschmelzung von zwei Abschnitten von Lichtleitfasern nach einem Herstellverfahren erfolgt ist, wie es in Verbindung mit den Fig. 2, 3 und 4 vorstehend beschrieben worden ist. Was vorher bezüglich der Einstellung der Lage des Endes 30 der Lichtleitfaser 3 gegenüber dem sphärischen Ende 6₁₂ und bezüglich der Optimierung der Einsetzverluste α gesagt worden ist (Regelung in Richtung Z und Einstellung von a = R _f ) gilt auch für die Einstellung der Lage des zweiten sphärischen Endes 6₃₄ der Lichtleitfasern 3 und 4 gegenüber dem ersten sphärischen Ende 6₁₂ der Lichtleitfasern 1 und 2 oder umgekehrt. Es gilt auch, was bezüglich der Optimierung der Einsetzverluste in den Lichtleitfasern 1 bis 4 zwischen den Kegelstümpfen und den geradlinigen Abschnitten gesagt worden ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erlaubt die mikrometrische Verstellung des ersten sphärischen Endes 6₁₂ gegenüber dem zweiten sphärischen Ende 6₃₄ nach drei Dimensionen die Einstellung der Koeffizienten der Kupplung und der Ausrichtung (c₃₁, c₃₂, c₄₁ und c₄₂) in den beiden Übertragungsrichtungen.

In Fig. 8 ist durch den Block 5′ wieder der Bereich angedeutet, in welchem Harz aufgebracht ist, in welches die sphärischen Enden 6₁₂ und 6₃₄ und die vier paarweise miteinander verbundenen Kegelstümpfe der Lichtleitfasern 1 bis 4 eingetaucht sind.

Claims (9)

1. Kupplung für Lichtleitkabel mit mindestens drei Kabelzweigen, von denen zwei Kabelzweig durch eine erste und eine zweite Lichtleitfaser gebildet sind, die an ihren Enden zwei erste Kegelstümpfe aufweisen, deren Achsen koplanar sind und die entlang einer gemeinsamen Mantellinie miteinander verbunden sind, und von denen ein dritter Kabelzweig durch eine dritte Lichtleitfaser gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellbarkeit der Kupplungskoeffizienten zwischen den zwei Kabelzweigen (1, 2) und dem dritten Kabelzweig (3) ein erstes gemeinsames sphärisches Ende (6₁₂) an den beiden ersten Kegelstümpfen (10, 20) ausgebildet ist, wobei der Durchmesser (D) des sphärischen Endes größer ist als die Summe der Kerndurchmesser (d₁, d₂) an den Kegelstumpfenden, dessen Mittelpunkt auf der gemeinsamen Mantellinie (7) liegt, und daß das Ende der dritten Lichtleitfaser (3) in einem Abstand gegenüber dem sphärischen Ende (6₁₂) angeordnet ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen durch eine vierte Lichtleitfaser (4) gebildeten vierten Kabelzweig aufweist, daß die Enden der dritten und vierten Lichtleitfaser (3, 4) die Form von zwei zweiten Kegelstümpfen mit koplanaren Achsen haben und in einem zweiten gemeinsamen sphärischen Ende (6₃₄) enden, das auf ihre gemeinsame Mantellinie zentriert ist und einen Durchmesser aufweist, der größer ist als die Summe der Kerndurchmesser ihrer äußeren kleinen Grundflächen, und daß das erste und das zweite sphärische Ende (6₁₂, 6₃₄) einander in einem Abstand gegenüberstehen.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d₃) am Ende der dritten Lichtleitfaser (3) genau gleich der Summe der Durchmesser (d₁, d₂) der kleinen Grundflächen der beiden Kegelstümmpfe (10, 20) der ersten und zweiten Lichtleitfasern (1, 2) ist.

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Durchmesser der kleinen Grundflächen der Kegelstümpfe einerseits der ersten und zweiten Lichtleitfaser (1, 2) und andererseits der dritten und vierten Lichtleitfaser (3, 4) genau gleich ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten sphärischen Enden (6₁₂, 6₃₄) für die kleinen Grundflächen der vier Kegelstümpfe der Lichtleitfasern (1, 2, 3, 4) ein gemeinsames sphärisches Ende bilden.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Spitzenwinkel (a) des Kegelstumpfes jeder Lichtleitfaser gleich dem Komplementärwert des kritischen Winkels (Φ _c ) der Lichtleitfaser ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: nach dem Einspannen von ersten und zweiten Lichtleitfaserabschnitten (1′, 2′) zwischen einem festen Punkt (80) und einem unter Vorspannkraft verschiebbar angeordneten Punkt (81) erfolgt Warmziehen des ersten und zweiten Abschnittes (1′, 2′) bis zum Abreißen, um mindestens erste und zweite Lichtleitfasern (1, 2) mit Kegelstümpfen (10, 20) entlang einer gemeinsamen Berührungslinie (7) zu bilden;
Verschmelzen der gemeinsamen kegelstumpfförmigen Enden (10, 20) zu dem ersten sphärischen Ende (6₁₂) und gleichzeitig Bildung der Kegelstümpfe der ersten und zweiten Lichtleitfasern (1, 2);
Regulierung der Einfügeverluste und der Kopplung durch mikrometrische dreidimensionale Relativverstellung des ersten sphärischen Endes (6₁₂) gegenüber dem Ende (30) von mindestens der dritten Lichtleitfaser (3).

8. Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung einer Kupplung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die analoge Durchführung der in Anspruch 7 bezüglich der ersten und zweiten Lichtleitfasern aufgeführten Verfahrensschritte an der dritten und vierten Lichtleitfaser zur Erzielung eines zweiten sphärischen Endes (6₃₄), dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung durch mikrometrische Verstellung des ersten sphärischen Endes (6₁₂) gegenüber dem zweiten sphärischen Ende (6₃₄) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Reguliervorgang die benachbarten Enden der Lichtleitfasern auf einem Träger (50) durch Einbetten in ein Harz (5, 5′) fixiert werden, und daß die Fixierung der anderen Enden der Lichtleitfasern durch Einspannen in Anschlußteile (4₁-4₄) und Ankleben derselben an den Träger (50) erfolgt.