DE3638861A1

DE3638861A1 - Method for producing a permanent connection for optical waveguides

Info

Publication number: DE3638861A1
Application number: DE19863638861
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Oestreich; Ernst Mayr; Reinhold Hahn; Josef Dr Faustmann; Renate Draeger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-05-19

Abstract

In order to produce a permanent connection between two optical waveguides (LWF1, LWF2) the latter are initially connected to one another at their point of abutment (ST) by means of a fusion process. Subsequently, the optical waveguides (LWF1, LWF2) are heated up on both sides of the point of abutment (ST) and subjected to tempering, as a result of which mechanical stresses and/or fractures resulting from the fusion process are eliminated or removed. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer un lösbaren Verbindung zwischen zwei Lichtleitfasern, die an ihrer Stoßstelle durch einen Schweißvorgang miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for producing an un detachable connection between two optical fibers attached to their Butt joint connected by a welding process will.

Es ist bekannt, Lichtleitfasern an ihrer Stoßstelle durch eine Schweißverbindung unlösbar miteinander zu verbinden. Untersu chungen haben ergeben, daß aufgrund der Wärmeverteilung im Be reich der Schweißstelle im Schweißzentrum sich Spannungen auf bauen können. Es besteht die Gefahr, daß in der Umgebung der Schweißstelle an der Oberfläche der Fasern infolge von Zugspan nungen Mikrorisse entstehen können, die unter Einwirkung von Feuchte die Belastbarkeit der Fasern mindern.It is known to pass through an optical fiber at its joint To permanently connect the welded joint. Exam Chungen have shown that due to the heat distribution in the Be tensions arise at the welding point in the welding center can build. There is a risk that in the vicinity of the Sweat on the surface of the fibers due to tension microcracks can occur, which under the influence of Moisture reduce the resilience of the fibers.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spleißstelle derart zu präparieren, daß infolge des Schweißvor ganges in der Nähe der Schweißstelle verbleibende Spannungen sowie etwaige Mikrorisse möglichst weitgehend beseitigt werden.The present invention is based on the object To prepare the splice in such a way that as a result of the welding process tensions remaining near the weld and any microcracks are eliminated as far as possible.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Lichtleitfasern beiderseits der Stoßstelle nach dem Schweißvorgang erwärmt und einer Temperung unterzogen werden.This task is carried out in a method of the type mentioned at the beginning Art solved in that the optical fibers on both sides of the Joint after the welding process is heated and tempered be subjected.

Durch die nachfolgende Temperung der Spleißstelle kommt es zu einem Ausgleich etwaiger innerer Spannungen im Bereich der Schweißstelle, so daß die Belastbarkeit in diesem kritischen Bereich verbessert ist. The subsequent tempering of the splice point leads to a balance of any internal tensions in the area of Weld, so the resilience in this critical Area is improved.

Weiterhin lassen sich die etwa vorhandenen Mikrorisse beim Tem pervorgang ganz oder teilweise schließen, wenn nur die Tempera tur hoch genug gemacht wird, so daß auch deren schädlicher Einfluß möglichst weitgehend beseitigt werden kann. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Temperatur bei der Temperung so hoch gewählt wird, daß das Material der Lichtleitfasern mindestens seinen Erweichungspunkt erreicht und somit etwaige Mikrorisse vollständig verschmolzen werden.Furthermore, the micro cracks that may be present at the tem Completely or partially close the process if only the tempera is made high enough so that its harmful too Influence can be eliminated as far as possible. Here is it is expedient if the temperature during the tempering is so high is chosen that the material of the optical fibers at least reaches its softening point and thus any microcracks be completely merged.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen wiedergegeben.Other developments of the invention are in the subclaims reproduced.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention and its developments are as follows explained in more detail with reference to drawings. It shows

Fig. 1 in Seitenansicht eine Spleißstelle mit einem zur Temperung dienenden Ofen, der mit Heizflammen be trieben wird, Fig. 1 in side view of a splice with a serving for heat treatment furnace with heating flames be exaggerated, is

Fig. 2 und 3 in perspektivischer Darstellung und im Querschnitt eine zur Temperung dienende Glimment ladungsanordnung,Charging assembly Figs. 2 and 3 in a perspective view and in cross-section serving to anneal Glimment,

Fig. 4 im Querschnitt den Aufbau eines elektrisch be heizten Ofens und Fig. 4 in cross section the structure of an electrically heated oven and

Fig. 5 und 6 Möglichkeiten für den zusätzlichen Schutz der Spleißstelle nach außen. FIGS. 5 and 6 ways for the additional protection of the splice to the outside.

In Fig. 1 sind zwei beschichtete Lichtwellenleiteradern LW 1 und LW 2 dargestellt, bei denen im Spleißbereich die Beschich tung (coating) entfernt ist, so daß dort die blanken Lichtleit fasern LWF 1 und LWF 2 vorliegen. Im Bereich der Stoßstelle ist (in hier nicht näher dargestellter Weise) bereits ein Ver schweißen der Lichtwellenleiterfaserenden vorgenommen worden, wobei durch diesen Schweißvorgang möglicherweise Spannungen im Schweißzentrum, in der Umgebung Zugspannungen und ggf. Mikro risse entstehen können. Diese Erscheinungen haben ihre Ursache vermutlich u. a. darin, daß durch eine zu rasche Wärmeabfuhr im Faserkern in axialer Richtung eine ungleichmäßige Abkühlung auftritt, welche zu mechanischen Spannungen führt.In Fig. 1, two coated fiber optic wires LW 1 and LW 2 are shown, in which the coating is removed in the splicing area, so that the bare optical fibers LWF 1 and LWF 2 are present there. In the area of the joint (in a manner not shown here) a welding of the fiber optic fiber ends has already been carried out, with this welding process possibly causing stresses in the welding center, tensile stresses in the area and possibly micro cracks. These phenomena are probably due, among other things, to the fact that excessive heat dissipation in the fiber core leads to uneven cooling in the axial direction, which leads to mechanical stresses.

Um die störenden Einwirkungen dieser durch den Schweißvorgang bedingten Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Spleißstelle zu beseitigen, wird nach dem Schweißvorgang eine Temperung durchgeführt. Hierzu ist im vorliegenden Beispiel ein Ofen OF vorgesehen, der zweckmäßig aus zwei Halbschalen OF 1 und OF 2 besteht, welche den Spleißbereich möglichst dicht abdecken, d. h. auf den beschichteten Lichtwellenleitern LW 1 und LW 2 auf liegen. Es ist auch möglich, wenn entsprechend große Längen der Lichtleitfasern LWF 1 und LWF 2 freigelegt sind, eine Durch trittstelle nur für die blanken Fasern beim Ofen OF vorzusehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Beschichtung (coating) bei den Lichtwellenleitern LW 1 und LW 2, die für die Temperung notwendigen hohen Temperaturen nicht ohne Schädigung überstehen sollte.In order to eliminate the disruptive effects of this deterioration in the mechanical properties of the splice due to the welding process, an annealing is carried out after the welding process. For this purpose, in the present example an oven OF is provided, which expediently consists of two half-shells OF 1 and OF 2 , which cover the splicing area as densely as possible, ie lie on the coated optical fibers LW 1 and LW 2 . It is also possible, if correspondingly large lengths of the optical fibers LWF 1 and LWF 2 are exposed, to provide a passage point only for the bare fibers in the oven OF . This applies in particular if the coating on the optical waveguides LW 1 and LW 2 should not survive the high temperatures required for the tempering without damage.

Für die Temperung selbst ist im vorliegenden Beispiel im Inne ren des Ofens OF eine geeignete Heizeinrichtung, z. B. ein Brennerrohr BR vorgesehen, das entsprechende Öffnungen auf weist, an denen sich Flammen FL 1-FLn bilden. Um eine gleich mäßige Behandlung der Lichtleitfasern LWF 1 und LWF 2 zu gewähr leisten ist es zweckmäßig, rings um diese Lichtleitfasern ver teilt mehrere derartige Brennerrohre (hier nicht dargestellt) vorzusehen.For the tempering itself in the present example in the interior of the furnace OF a suitable heating device, for. B. a burner tube BR is provided, which has corresponding openings on which flames FL 1 - FLn form. In order to ensure uniform treatment of the optical fibers LWF 1 and LWF 2 , it is expedient to provide several such burner tubes (not shown here) around these optical fibers.

Die Flamme bzw. die Atmosphäre im Inneren des Ofens OF sollte so gewählt werden, daß die Abgase möglichst wasserarm sind. So können beispielsweise CO-Flammen oder Acetylen-Flammen verwen det werden.The flame or the atmosphere inside the OF should be selected so that the exhaust gases are as low in water as possible. For example, CO flames or acetylene flames can be used.

Da es zweckmäßig ist, die Temperatur während des Tempervorgangs so hoch zu wählen, daß sogar Mikrorisse beseitigt werden können und nicht nur die Druck- und Zugspannungen aufgehoben werden, sollte die Temperatur innerhalb des Ofens OF so hoch getrieben werden, daß es zu einer Erweichung der Gläser der Lichtleitfa sern LWF 1 und LWF 2 kommt. Im einzelnen sind dabei für die Beseitigungen von mechanischen Spannungen etwa Temperaturen zwischen 800°C bis 1200°C, vorzugsweise 900°C bis 1000°C zweck mäßig. Für die Beseitigung von Rissen sind 1000°C bis 1500°C, vorzugsweise 1100°C bis 1300°C am günstigsten.Since it is expedient to select the temperature during the tempering process so high that even microcracks can be eliminated and not only the compressive and tensile stresses are relieved, the temperature inside the oven OF should be raised so high that it softens the Glasses of the optical fibers LWF 1 and LWF 2 are coming. In particular, temperatures between 800 ° C to 1200 ° C, preferably 900 ° C to 1000 ° C are appropriate for eliminating mechanical stresses. For the removal of cracks, 1000 ° C to 1500 ° C, preferably 1100 ° C to 1300 ° C are the most favorable.

Es genügt, wenn es zu einem Erweichen der Oberfläche der Lichtleitfasern LWF 1 und LWF 2 kommt, um die Mikrorisse zu beseitigen. Ein unerwünschter Durchhang der Lichtleitfasern LWF 1 und LWF 2 infolge der starken Erwärmung wird vermieden, wenn die dargestellte Tempereinrichtung mit vertikal verlaufen den Lichtleitfasern LWF 1 und LWF 2 arbeitet oder mit möglichst kurzem Erwärmungsbereich arbeitet.It is sufficient if there is a softening of the surface of the optical fibers LWF 1 and LWF 2 in order to eliminate the microcracks. An undesirable sag of the optical fibers LWF 1 and LWF 2 due to the strong heating is avoided if the tempering device shown works with the optical fibers LWF 1 and LWF 2 running vertically or if the heating area is as short as possible.

Das Material des Ofens OF besteht zweckmäßigerweise aus Kera mik, insbesondere Zircon und die Dauer des Tempervorgangs wird zweckmäßig zu einigen Sekunden bis Minuten gewählt.The material of the oven OF is suitably made of ceramic, in particular zircon and the duration of the annealing process is suitably chosen from a few seconds to minutes.

Eine besonders vorteilhafte Methode der Temperung besteht, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt, in zwei beiderseits der verbun denen Fasern LWF 1 und LWF 2 ablaufenden Glimmentladungen GL 1 und GL 2 zwischen seitlich versetzt angeordneten Elektroden EL 11 und EL 12 sowie EL 21 und EL 22 beiderseits der Spleißstelle ST. Diese Glimmentladungen werden mit geringen Strömen, aber so lange im Gang gehalten, bis ein weitgehender oder völliger Ausgleich er zielt wird. Der Abstand A (ca. 2 mm) der Elektroden EL 11 bis EL 22 von der Lichtleitfaser LWF ist so groß zu wählen, daß die gewünschten Temperaturen gerade erreicht werden.A particularly advantageous method of heat treatment consists, as in Fig. 2 and Fig. 3, two on either side of verbun which fibers LWF 1 and LWF 2 running glow discharges GL 1 and GL 2 offset between laterally arranged electrodes EL 11 and EL 12, and EL 21 and EL 22 on both sides of the splice point ST . These glow discharges are kept going with low currents, but until an extensive or complete compensation is aimed at. The distance A (approx. 2 mm) of the electrodes EL 11 to EL 22 from the optical fiber LWF should be chosen so large that the desired temperatures have just been reached.

In Fig. 4 ist im Querschnitt ein aus 2 Schalenhälften OF 11 und OF 21 bestehender Temperofen dargestellt, der im Inneren jeweils in jeder Hälfte mindestens eine Heizwendel HW 11 und HW 21 auf weist, deren Anschlüsse nach außen geführt sind. In Fig. 4 in cross-section a 2 OF shell halves 11 and 21 OF existing annealing furnace is shown, the inside respectively in each half, at least one heating coil 11 and HW HW 21 has whose terminals are led to the outside.

Zwischen diesen etwa ringförmig verlaufenden Heizwendeln ist eine Lichtleitfaser, z. B. LWF 11 vorgesehen, die durch die Erhitzung der Heizwendeln HW 11 und HW 21 in der vorher beschrie benen Weise dem Temperaturvorgang unterworfen wird.Between these approximately annular heating coils there is an optical fiber, e.g. B. LWF 11 is provided, which is subjected to the temperature process by heating the heating coils HW 11 and HW 21 in the manner previously described.

Nach erfolgter Temperung wird wieder eine Schutzschicht auf die blanken Lichtleitfasern LWF 1 und LWF 2 aufgebracht, wofür, wie in Fig. 5 gezeigt, z. B. eine Schutzschicht SH aus Einbrennlack wie Polyesterimid oder Keramikglasuren verwendet werden kann, die beispielsweise mit Infrarotlicht ausgehärtet wird. Auch ist ein Schutz durch Aufdampfen von Metallschichten, beispielsweise unter Vakuum oder durch Aufschmelzen von Metall z. B. in Form von Antimon-Legierungen (niedriger Schmelzpunkt) möglich. In diesem Zusammenhang kann es zweckmäßig sein mittels Schmelzkle ber SC 1 und SC 2 die Enden der so geschützten Spleißstelle ST zusätzlich zu schützen. Außen wird zweckmäßig ein Überzug NC aus dem Material der Faserbeschichtung (coating) angebracht. Weiterhin kann die Spleißstelle durch ein mit Kleber gefülltes weiches Metallröhrchen überbrückt werden, das entsprechend aufgedrückt wird. Hierbei wird das Röhrchen vor dem Spleißen aufgeschoben und der fertige Spleiß mit Kleber bestrichen und das Röhrchen über die Klebeschicht geschoben.After tempering, a protective layer is again applied to the bare optical fibers LWF 1 and LWF 2 , for which, as shown in FIG . B. a protective layer SH made of stoving lacquer such as polyesterimide or ceramic glazes can be used, which is cured for example with infrared light. Protection is also provided by vapor deposition of metal layers, for example under vacuum or by melting metal. B. in the form of antimony alloys (low melting point) possible. In this context, it may be useful to additionally protect the ends of the splice point ST protected in this way by means of hot-melt adhesive SC 1 and SC 2 . A coating NC made of the material of the fiber coating (coating) is expediently applied on the outside. Furthermore, the splice can be bridged by a soft metal tube filled with adhesive, which is pressed open accordingly. Here the tube is pushed on before splicing and the finished splice is coated with adhesive and the tube is pushed over the adhesive layer.

In Fig. 6 ist die Spleißstelle ST beiderseits mit einer einzi gen Schutzhülle SHT (in der Stärke der Faserbeschichtung) versehen, welche aus Metall, härtbarem Lack oder Klebematerial besteht.In Fig. 6, the splice ST is provided on both sides with a single protective sheath SHT (in the thickness of the fiber coating), which consists of metal, curable paint or adhesive material.

Claims

1. A process for producing an inseparable connection between two optical fibers (LWF 1 , LWF 2 ), which are connected at their joint (ST) by a welding process, characterized in that the optical fibers (LWF 1 , LWF 2 ) on both sides of the After the welding process, the joint (ST) is heated and subjected to a tempering.

2. The method according to claim 1, characterized, that the tempering is carried out in a low-water atmosphere becomes.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tempering is carried out in a furnace (OF) , in particular a ceramic furnace, which tightly encloses the splice point on all sides.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that tempering with a low-water flame, in particular a CO flame or an acetylene flame.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the tempering is carried out by means of an electrical heating device (HW 11 , HW 21 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized, that the annealing is carried out by a glow discharge.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after the tempering a coating, coating or embedding of the optical fibers (LWF 1 , LWF 2 ) in a protective material (SH, SHT) is carried out.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature during the tempering is chosen so high that the material of the optical fibers (LWF 1 , LWF 2 ) at least reaches its softening point and is softened.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the tempering over a period of a few seconds until about a minute is done.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that for the removal of mechanical stresses during temperatures between 800 ° C and 1200 ° C preferably 900 ° C to 1000 ° C can be selected.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that for the removal of cracks during tempering Temperatures from 1000 ° C to 1500 ° C, preferably 1100 ° C to 1300 ° C can be selected.