DE3688371T2

DE3688371T2 - Optische faser-steckverbinder und verfahren zu dessen verwendung.

Info

Publication number: DE3688371T2
Application number: DE86906594T
Authority: DE
Inventors: James Aberson; George Deveau; Terry Mathis; Calvin Miller
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1986-10-10
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2006-10-11
Also published as: DE3688371D1; EP0246274B1; IT8622235A0; US4691986A; CA1286900C; EP0246274A1; WO1987003102A1; IT1214553B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Faser-Steckverbinder und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Optische Faser-Steckverbinder und Kabelmuffen (nachfolgend gemeinsam als Steckverbinder bezeichnet) sind ein wesentlicher Teil von im großen und ganzen allen optischen Faser-Kommunikationssystemen. Beispielsweise können Steckverbinder zur Verbindung von Faserabschnitten zur Bildung größerer Längen verwendet werden oder zur Verbindung von Fasern mit aktiven Vorrichtungen wie Strahlungsquellen, Detektoren, Verstärkern oder passiven Einrichtungen wie Schaltern oder Dämpfungsgliedern.
Die Aufgabe eines optischen Faser-Steckverbinders ist zweifach. Erstens muß er zwei optische Fasern mit minimalem Einsteckverlust kuppeln oder verbinden. Zweitens muß der Steckverbinder mechanische Stabilität und Schutz der Verbindung in der Arbeitsumgebung schaffen. Die Erzielung niedrigen Einfügungsverlustes bei der Kopplung zweier Fasern ist generell eine Funktion der Ausrichtung der Faserenden, der Breite des Spaltes zwischen den Enden und des optischen Oberflächenzustandes des Enden. Stabilität und Verbindungsschutz ist generell eine Funktion der Konstruktion des Steckverbinders, beispielsweise durch Kleinhaltung von unterschiedlichen Wärmeausdehnungseffekten.
Der Stand der Technik kennt viele Lösungen zur Erzielung der Faserausrichtung. Dazu zählen V-förmige Nuten, Einschluß in drei Stangen, nachgiebige Zylinderringe, Elastomerbuchsen, Edelsteinbuchsen, konische Nase/konische Buchse und Vorrichtungen mit Präzisionszylinderring/Präzisionsbuchse. Eine Erörterung einiger Steckverbinder nach dem Stand der Technik kann beispielsweise in R. Schultz, Proceedings of the Optical Fiber Conference, Los Angeles (September 1982), Seiten 165-170 gefunden werden.
Optische Faser-Steckverbinder nach dem Stand der Technik enthalten häufig ein oder mehrere präzisionsbearbeitete Teile und sind deshalb relativ kostspielig. Während dies für einige Anwendungen akzeptabel sein kann, beispielsweise in Fernleitungen, können in anderen Fällen die Kosten dieser vorbekannten Steckverbinder einen beträchtlichen Anteil der gesamten Installationskosten ausmachen. Deshalb existieren starke Anreize zur Konstruktion von optischen Faser-Steckverbindern, die keine teuren präzisions-bearbeiteten Teile erforderlich machen.
Eine weitere und sehr wichtige Betrachtung bei der Steckverbinder-Konstruktion ist die relative Leichtigkeit der Installation des Steckverbinders bei der Anwendung, da ein kompliziertes und langwieriges Einbauverfahren die Installationskosten eines optischen Fasernetzwerks mit vielen Verbindern signifikant beeinträchtigen kann. Es ist daher wünschenswert, daß der Einbau eines Steckverbinders nicht nur innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode ausführbar ist, sondern daß auch der Einbau keine speziellen Geschicklichkeiten und Manipulationen erforderlich macht, die nicht so leicht außerhalb der Fabrik ausführbar sind.
Im idealen Fall ist ein optischer Faser-Steckverbinder ein Ding mit geringen Kosten und ohne präzisions-hergestellte Teile, kann außerhalb der Fabrik leicht und schnell in einem Verfahren installiert werden, das nur die Teilnahme eines Installateurs erforderlich macht, das nicht die Anwendung von speziellen Ausrichte- oder Feststellungsausrüstungen erforderlich macht, an dem Verbindungen mit sehr geringen Verlusten erzielt werden, die unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen wie Temperaturänderungen sind und das robust und in einer Vielzahl von Umgebungen anwendbar ist. Nach unserer besten Kenntnis existiert kein Steckverbinder, der diese Wunschliste erfüllt.
Ein bekannter Steckverbinder ohne präzisionsbearbeitete Teile und mit vielen der oben aufgelisteten wünschenswerten Merkmale ist in der internationalen Anmeldung WO 85/01118, veröffentlicht 14. März 1985 (Mathis 2-13) offenbart. Dieser vorbekannte Steckverbinder verwendet zwei rohrförmige Stecker aus gezogenem Glas, wobei die Faser in die Bohrung des Steckers eingefügt ist, die Verbindung zwischen den beiden Faserenden durch Einfügung der Stecker in eine Ausrichtehülse in stumpf zusammenstoßender Weise hergestellt wird, und die Hülse die Außenflächen der beiden Stecker zueinander ausgerichtet hält. Diese Steckverbinder-Konstruktion beruht auf der Tatsache, daß die Stecker mit sehr engen Toleranzen durch Ziehen aus Glasvorformen hergestellt werden können.
Ein weiterer Steckverbinder, der sehr viele der oben aufgelisteten Eigenschaften aufweist, ist in US-A 4.545.644 beschrieben. Diese Anmeldung offenbart einen optische Faser-Steckverbinder mit zwei zylindrischen Steckern, in deren axiale Bohrungen die jeweiligen Faserenden eingefügt sind, wonach die Stecker dann in ein Gehäuse eingefügt werden. Das Gehäuse weist mehrere, typischerweise drei im Grunde zylindrische Ausrichtestangen auf und Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der Ausrichtestangen in Kontakt mit beiden Steckern. Ein einfaches Federclips ist ein Beispiel einer solchen Einrichtung. Mindestens einer der Ausrichtestangen trägt eine Abflachung, d. h. einen Bereich, der sich von einem der Enden der Stangen zur Mitte hin erstreckt, wo ein kleiner Betrag des Stangenmaterials entfernt worden ist, so daß eine kleine Versetzung geschaffen wird. Ein oder mehrere Ausrichtestangen mit Abflachungen können zur absichtlichen Einführung einer Exzentrizität in die Steckerausrichtung benutzt werden, wobei die Fähigkeit zur Beseitigung von Fehlausrichtungen zwischen den Faserkernen durch Drehen eines Steckers mit Bezug zum anderen erzielt wird. Die Fehlausrichtung zwischen den Faserkernen geht auf solche unvermeidbaren Exzentrizitäten wie die des Faserkerns mit Bezug auf die Faseroberfläche, der Faser mit Bezug auf die Bohrung des Steckers oder der Bohrung des Steckers mit Bezug auf die zylindrische Oberfläche des Steckers zurück.
Ein weiterer bekannter Steckverbinder (JP-A-59 88712 und Patent Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 204, Seite 301 (1641), 18 09 84) zeigt die Merkmale a, b, c des Anspruches 1. Der erste und der zweite Stecker weisen jeweils eine Hülse auf.
Gepaarte Hülsen sind aus spritzgegossenem Kunstharzvorformen hergestellt. Die Vorform weist einen kreisförmigen Zylinderkörper auf, der Bundausbildungen mit Abflachungen aufweist, um die ursprüngliche Drehlage der Stecker zu definieren, und eine innere Stufenbohrung. Die Vorform wird mittels einer Schneidsäge in die gepaarten Hülsen aufgetrennt, um aneinander angrenzende Flächen für die Stecker zu erzeugen. Die so erzeugten Hülsen weichen von einem rohrförmigen Teil darin ab, daß die äußeren und inneren Flächen Stufenflächen und keine zylindrischen Flächen darstellen. Weiterhin ist es schwierig, gerade kreiszylindrische Oberflächen von im wesentlichen konstantem Querschnitt durch das Spritzgießverfahren von Kunstharz zu erzielen.
Der Erfindung liegt das Problem der Schaffung eines Steckverbinders zugrunde, der keine präzisions-bearbeiteten Teile enthält, der durch einen Installateur ohne die Hilfe von weiterem Personal in dem zentralen Amt schnell und leicht installiert werden kann, und zwar ohne die Notwendigkeit für spezielles Werkzeug oder Ausrichte-Haltevorrichtungen und in vielen Fällen selbst ohne die Anwendung von lokalem Feststellungsgerät. Der Steckverbinder soll temperaturstabil und vielfältig einsetzbar sein. Ferner soll der Steckverbinder dauerhaft Verbindungen mit niedrigem Verlust erzielen und gegebenenfalls feinabgestimmt werden können, um Verbindungen niedrigen Verlustes in Einzelmodefasern in der Größenordnung von 0,1 dB oder weniger zu erzeugen.

Definitionen

Ein "Stecker" in dieser Anmeldung ist ein rohrförmiges Teil, typischerweise ein gerader kreisförmiger hohler Zylinder, der zur Aufnahme des Endteils der optischen Faser in seiner Bohrung < die im wesentlichen konzentrisch zur äußeren Zylinderfläche des Steckers ist) geeignet ist. Die "Endfläche" des Steckers ist die ebene Oberfläche, die in einem zusammengebauten Steckverbinder dem gepaarten Stecker gegenübersteht. Stecker werden in einem Verfahren hergestellt, das die Abschnittsbildung von zu verarbeitendem Rohr umfaßt. Ein Stück des zu verarbeitenden Rohrs, welches (durch Abschnittsbildung und möglicherweise durch weitere Bearbeitungen wie Glätten einer Kante, Markierung usw.) in einen Stecker umgewandelt wird, wird als ein "Abschnitt" bezeichnet. Es versteht sich, daß der erste und der zweite Stecker immer von einem ersten bzw. zweiten Abschnitt hergestellt worden sind.
Ein erster und ein zweiter Stecker sind "einander benachbart", wenn der erste und der zweite Abschnitt des zu verarbeitenden Rohrs einander angrenzende Abschnitte des zu bearbeitenden Rohrs waren.
Die "angrenzende" Fläche eines ersten benachbarten Steckers ist die Oberfläche, welche erhalten wird, wenn ein erster und ein zweiter einander benachbarter Abschnitt voneinander getrennt werden, wobei der erste (und ein zweiter) angrenzender Stecker erzeugt wird.
Mit "Drehstellung" zwischen den angrenzenden ersten und zweiten Steckern (die so ausgerichtet sind, daß deren Längsachsen im wesentlichen zusammen fallen und daß ihre angrenzenden Flächen sich gegenüber stehen) wird die Stellung der Stecker zueinander im Hinblick auf Drehung um ihre gemeinsame Achse verstanden. Die Erfindung ist in Ansprüchen 1 und 15 definiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch ein Stück des zu verarbeitenden Rohres mit mehreren Abschnitten;
Fig. 2 zeigt schematisch einige Teile des Steckverbinders gemäß Erfindung;
Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausrichteinrichtung mit drei Stangen, die bei der Durchführung der Erfindung nützlich ist;
Fig. 4 zeigt ein Stück mit zwei Abschnitten des zu bearbeitenden Rohres vor der Auftrennung;
Fig. 5A und B zeigen geschlitzte Ausrichtehülsen mit gleichförmiger bzw. nicht-gleichförmiger Wanddicke,
Fig. 6 zeigt eine nachgiebige kontinuierliche Ausrichtehülse und
Fig. 7A und B zeigen ein Wellrohr mit sechs Ausbuchtungen als Ausrichtehülse bzw. ein kleeblattförmiges Ausrichterohr.

Die Erfindung

Der erfindungsgemäße Steckverbinder weist zwei benachbarte Stecker wie zuvor definiert auf, die durch ein Verfahren hergestellt worden sind, das die Aufteilung eines Stückes von zu verarbeitendem Rohr in eine Mehrzahl von Segmenten oder Abschnitten umfaßt. Jedes Segment entspricht einem Stecker. In die Bohrung jedes Steckers ist eine entmantelte Faser einzufügen und darin zu halten, typischerweise durch einen Kleber. Die Stecker werden dann in Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der äußeren zylindrischen Oberflächen der Stecker in Ausrichtung zueinander zusammengesetzt, und zwar mit den Enden aneinanderliegend und die angrenzenden Flächen sich gegenüberstehend. Es ist ein Merkmal (oder Merkmale) vorgesehen, welches die Identifikation der angrenzenden Flächen ermöglicht und ein Merkmal (oder Merkmale), welches die Identifikation der Drehstellung der Stecker ermöglicht, so daß die Stecker in ihrer Stellung wie vor der Auftrennung zusammengesetzt werden können. Für die vorliegende Erfindung ist die Erkenntnis grundlegend, daß die unvermeidbare Exzentrizität zwischen der Steckerbohrung und der Zylinderoberfläche des Steckers im wesentlichen keine Auswirkung auf die Faserausrichtung hat, wenn die beiden Stecker im wesentlichen den gleichen Betrag an Exzentrizität der Bohrung relativ zu der Zylinderoberfläche aufweisen und wenn die Stecker so ausgerichtet werden, daß die Exzentrizitäten in die gleiche Richtung weisen. Diese Situation kann mit angrenzenden Steckern erzielt werden, wenn die Stecker so angeordnet werden, daß die zuvor benachbarten Flächen die Endflächen sind und wenn diese in ihrer Drehrichtung so ausgerichtet werden, daß die Stecker im wesentlichen die gleiche Winkellage einnehmen, wie diese zwischen zwei benachbarten Segmenten vor ihrer Auftrennung bestand.
In einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen die Stecker mit einer Mehrzahl, typischerweise drei, zylindrischen Ausrichtestangen in Berührung, die in Kontakt mit den Steckern durch geeignete Einrichtungen, z. B. einen Federclip, gehalten werden. In dieser Ausführungsform ähnelt die Geometrie des Steckverbinders daher dem Steckverbinder nach dem Stand der Technik gemäß US-A 4.545.644. Es wird jedoch bemerkt, daß in der vorliegenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckers Abflachungen nicht benötigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Stecker in Ausfluchtung eine Hülse, die beide Stecker umgibt und diese berührt. In dieser Ausführungsform ähnelt die Geometrie des erfindungsgemäßen Steckverbinders daher der Geometrie des vorbekannten Steckverbinders nach der internationalen Anmeldung WO 85/01118.
Fig. 1 zeigt ein Teil 10 eines zu verarbeitenden Rohres mit einer Bohrung 11. Eine Vielzahl von Abschnitten (mit n-1, n, n+1, . . .) sind mittels Umfangslinien angedeutet. Es versteht sich, daß diese Linien typischerweise nicht auf dem tatsächlich zu verarbeitendem Rohr vorhanden sind. Die Numerierung der Abschnitte, wie beispielsweise in Fig. 1 ersichtlich, ist ein Mittel zur Identifizierung benachbarter oder angrenzender Stecker. Viele andere Wege zur Erzielung dieses Ergebnisses (z. B. Farbcodierung zur Trennung von Paaren von angrenzenden Steckern) sind für Fachleute offensichtlich und alle diese Einrichtungen werden als innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung betrachtet.
Während der Herstellung der Stecker werden Teile 40 (Fig. 4) des zu verarbeitenden Rohres erzeugt, die aus zwei Segmenten bestehen. Einrichtungen zur späteren Trennung der Segmente in die rohrförmigen Teile 13, 14 sind ebenfalls vorhanden. Fig. 4 zeigt ein solches Segmentpaar 40 mit der hindurchgehenden axialen Bohrung 11 und mit einer in Umfangsrichtung laufenden Kerbe 41, welche das Brechen des Segmentpaares ermöglicht, so daß zwei rohrförmige Teile 13, 14 der korrekten Länge erhalten werden. Es ist für Fachleute offensichtlich, daß die angedeutete Technik der Trennung des Segmentpaares 40 in zwei Hälften dann höchst effektiv ist, wenn das Steckermaterial relativ spröde ist, z. B. aus Glas oder Keramik besteht. In jedem Fall wird sichergestellt, daß der Steckverbinder ein Satz von angrenzenden Steckern aufweist, wobei die Stecker so ausgerichtet sind, daß die angrenzenden Flächen in der Paarungsposition stehen.
Fig. 1 zeigt auch Markierungen (A und B), durch welche die angrenzenden Steckerflächen 17, 18 (Fig. 2) später identifiziert werden können. Wiederum sind viele andere Wege zur Erzielung dieses Zwecks bekannt und alle diese Mittel (einschließlich von Farbcodierung, Numerierung, Einfügung eines Endes des Steckers in einen Halter usw.) werden als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet. Fig. 1 zeigt auch beispielhafte Einrichtungen zur Identifizierung der Winkelstellung von angrenzenden Steckern, nämlich eine kontinuierliche Linie 15, die parallel zur Achse des zu verarbeitenden Rohres 10 verläuft. Wiederum versteht es sich, daß die angezeigte Linie nur beispielhaft ist und daß beliebige andere Einrichtungen zur Identifizierung der Winkellage zwischen angrenzenden Steckern in Betracht gezogen werden. Beispielsweise braucht die Linie 15 sich nicht über die Länge von mehreren Segmenten erstrecken. Statt dessen kann die Winkellage zwischen benachbarten Paaren von Segmenten mittels einer kurzen Linie identifiziert werden, welche die Grenze zwischen den Abschnitten kreuzt. Eine derartige Linie dient auch zur Identifizierung der benachbarten Enden von angrenzenden Steckern. Aus dieser Diskussion ist ersichtlich, daß der gewünschte Zweck in einer Vielzahl von Wegen erzielbar ist, die alle innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend betrachtet werden.
Obzwar in der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Stecker aus gezogenem Glas sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und die Stecker können aus jedem geeigneten Material bestehen, einschließlich aus Keramik, Kunststoff und Metall oder können aus Glasteilen bestehen, die durch andere Verfahren als Ziehen in die Form gebracht wurden.
Die Auswahl des Steckermaterials und das Herstellungsverfahren hängen im wesentlichen von ökonomischen und Systembetrachtungen ab. Die letzteren können beispielsweise den zulässigen Verlust pro Steckverbinder und/oder den Temperaturbereich des Systembetriebs umfassen.
Obzwar bei Steckverbindern gemäß der Erfindung die Auswirkung einer hauptsächlichen unvermeidbaren Exzentrizität dadurch beseitigt wird, daß die Stecker hinsichtlich ihrer Drehstellung vor der Auftrennung wieder hergestellt werden, bleiben andere, wenn typischerweise auch kleinere unvermeidbare Exzentrizitäten bestehen. Zu diesen zählt die Exzentrizität des Faserkerns mit Bezug auf die Faseroberfläche und die Exzentrizität der Faser innerhalb der Bohrung des Steckers. Die letztere kann dadurch klein gehalten werden, daß die Bohrung so klein wie möglich gemacht wird. Beispielsweise ist festgestellt worden, daß für eine kommerziell erhältliche optische Faser für Einzelmode eines nominellen Durchmessers von 125 um eine Bohrungsgröße von 126-128 um vorteilhaft verwendet werden kann. Im allgemeinen nehmen wir zur Zeit an, daß der Bohrungsdurchmesser vorzugsweise den Faserdurchmesser um mehr als ungefähr 5 um nicht überschreiten sollte, vorzugsweise um nicht mehr als 3 um. Der Bohrungsdurchmesser muß natürlich größer sein als der Faserdurchmesser.
In vielen Fällen wird die Faser in der Bohrung durch Klebstoff gehalten. Während der Installation eines Steckverbinders füllt daher häufig eine relativ viskose Flüssigkeit den Raum zwischen der Faser und der Bohrungswand. Eine derartige Flüssigkeit scheint einen Zentrierungseffekt auf die Faser auszuüben und ist so oft behilflich, die Exzentrizität der Faser in der Bohrung herabzusetzen.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Steckverbinder gemäß der Erfindung in einem Zwischenstadium der Montage. Ein Stecker 12 ist in ein Gehäuse 20 eingefügt (typischerweise ein gegossenes Kunststoffteil), so daß ein Teil des Steckers einschließlich des mit "B" bezeichneten Endes aus dem Gehäuse vorsteht. Der Stecker wird in dem Gehäuse durch eine beliebige geeignete Einrichtung gehalten, einschließlich von Klebstoff oder mittels Paßsitz. Das Gehäuse weist eine axiale Bohrung mit einem Durchmesser auf, der etwas größer als der Außendurchmesser der beschichteten Faser 21 ist. Die Beschichtung ist von einem Endteil der beschichteten Faser 21 entfernt und der entmantelte Faserteil wird durch die Bohrung des Gehäuses und die Bohrung des Steckers 12 gefädelt, wobei die Faser typischerweise in die Anordnung so eingeführt wird, daß das beschichtete Faserteil sich in die Bohrung des Gehäuses erstreckt, wobei die Beschichtung vorzugsweise den Stecker berührt. Die Faser wird dann in der Anordnung durch irgendein geeignetes Mittel gehalten, typischerweise mittels Klebstoff, der vorzugsweise ein in UV-Licht aushärtbarer Klebstoff ist. Die von der Steckerendfläche 17 vorstehende Faser wird geritzt und durch bekannte Mittel gebrochen und die Faser als auch die Steckerendfläche 17 werden poliert, ebenfalls durch bekannte Einrichtungen. Die zweite Anordnung wird wie beschrieben vorbereitet, wobei Sorge darauf verwendet wird, sicherzustellen, daß die Stecker einander angrenzende Stecker sind. Dies ist in Fig. 2 durch die Beschriftungen auf den Steckern angedeutet, der linke Stecker ist mit n-1 und der rechte Stecker mit n bezeichnet. In ähnlicher Weise wird Sorge dafür getroffen, daß während der Vorbereitung von zwei Anordnungen die Endflächen 17, 18 jedes Steckers die sogenannte angrenzende Fläche darstellen. Dies ist ebenfalls in Fig. 2 mittels Markierungen auf dem Stecker angedeutet. Insbesondere sind beide vorstehenden Steckerenden mit "B" bezeichnet. Unter der Annahme, daß die Stecker nach Fig. 2 von dem Teil 40 des zu verarbeitenden Rohres 10 in Fig. 4 stammen, ist ersichtlich, daß die Stecker nach Fig. 2 die erforderliche Beziehung einnehmen. Es sind auch Längslinien 15 gezeigt, welche die Drehausrichtung der Stecker ermöglichen.
Die Faserverbindung wird durch Einfügung der beiden Stecker in geeignete Ausrichteinrichtungen, beispielsweise eine geschlitzte zylindrische Hülse 33 (Fig. 5A), in eine kontinuierliche Hülse 35 (Fig. 6) oder in eine Ausrichteinrichtung vervollständigt, die eine Mehrzahl von zylindrischen Ausrichtkörpern (typischerweise Stangen 30 (Fig. 3), jedoch nicht unter Ausschluß von rohrförmigen Körpern) aufweisen, und indem die Drehausrichtung der Stecker durchgeführt wird, um diese das Verhältnis vor der Trennung wieder einnehmen zu lassen. Ausrichteinrichtungen mit vielen Stangen sind zur Zeit die bevorzugten Mittel für Einzelmodefasern und sind in Fig. 3 dargestellt. Drei zylindrische Ausrichtstangen 30 werden innerhalb einer flexiblen Klammer 31 gehalten, so daß die Stangen die Stecker 12 und 12' berühren, nachdem diese in die Ausrichtreinrichtung eingefügt worden sind. Wegen der Wärmestabilität ist es häufig wünschenswert, daß die Ausrichtstangen im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Stecker aufweisen. Natürlich ist dies der Fall, wenn die Ausrichtestangen und die Stecker aus dem gleichen Material bestehen, z. B. aus Glas, dies wird zur Zeit bevorzugt.
Steckverbinder gemäß der Erfindung umfassen typischerweise auch Einrichtungen zur Aufrechterhaltung eines konstanten axialen Verhältnisses zwischen den Faserenden nach Einfügung der Stecker in die Ausrichteinrichtung. Viele Mittel zur Erzielung dieses Zweckes sind dem Fachmann bekannt. Manches einfache jedoch effektives Mittel ist beispielsweise in Fig. 3 und 4 der WO 85/01118 dargestellt, nämlich eine Federklammer 31. Es versteht sich, daß die Steckerendflächen 17, 18 in Kontaktbeziehung zueinander stehen können oder daß ein an den Brechungsindex angepaßtes Material zwischen diesen vorgesehen sein kann. Unter einem an den Brechungsindex angepaßtem Material versteht man ein Material, welches unerwünschte Reflexionen an den Faserendflächen infolge Fehlanpassung des Brechungsindex verringert.
Fig. 4 zeigt auch beispielhafte Einrichtungen zur Identifizierung der Winkelstellung zwischen angrenzenden Steckern, nämlich die schmale Nut 15. Die Nut, welche parallel zur Achse der Abschnitte verläuft und durch bekannte Einrichtungen erzeugt wird, macht es möglich, die Stecker ohne erforderliche visuelle Beobachtung in ihrer Rotationsstellung auszurichten. In einem Steckverbinder, bei dem Ausrichtestangen der in Fig. 3 gezeigten Art verwendet werden, ist es beispielsweise möglich, die winkelmäßige Ausrichtung dadurch zu erzielen, daß der erste Stecker so positioniert wird, daß eine der Ausrichtestangen den ersten Stecker entlang der Nut 15 berührt, und indem der zweite Stecker so lange gedreht wird, bis die gleiche Ausrichtestange den zweiten Stecker entlang seiner Nut berührt. Das Erreichen dieser zweiten Steckerstellung wird häufig durch ein Klicken signalisiert, welches von dem Installateur gefühlt werden kann. Ferner bieten beide Stecker in der ausgerichteten Stellung einigen Widerstand gegenüber Drehung, wodurch ein gewisser Schutz gegen zufällige Fehlausrichtung gegeben ist.
Es versteht sich, daß die Anwendung der Ausrichtenut nicht auf ein ungeteiltes Segmentpaar beschränkt ist. Wenn die Stecker aus Glas hergestellt werden, das von einer rohrförmigen Vorform gezogen wird, dann ist es vorteilhaft, die Vorform zu nuten (z. B. durch Schleifen). Es versteht sich auch, daß viele Arten der Identifizierung der ursprünglichen Winkelbeziehung zwischen angrenzenden Steckern möglich sind und alle werden als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend betrachtet. Beispielsweise kann eine Längslinie auf der Oberfläche des zu verarbeitenden Rohres durch Einritzen erzeugt werden, oder mittels Farbe oder Tinte gefärbtem Material (einschließlich von Farbtinte) kann eine längliche Nut eingebettet werden, oder das Aussehen eines länglichen Streifens der Rohroberfläche kann geändert werden, beispielsweise durch Ionenaustausch.
Obzwar Ausrichteinrichtungen der in Fig. 3 gezeigten Art zur Zeit bevorzugt werden (mindestens für Steckverbinder von Singlemode-Fasern) können andere Ausrichteinrichtungen bei dem erfindungsgemäßen Steckverbinder angewendet werden. Fig. 5 und 6 zeigen beispielsweise Ausrichtehülsen 33-36, nämlich geschlitzte Hülsen in Fig. 5A bzw. 5B mit gleichförmiger (33) bzw. ungleichförmiger (34) Wanddicke, sowie eine kontinuierliche Hülse in Fig. 6 mit einem nachgiebigen Mantel (36).
Es wurde festgestellt, daß ungeschlitzte Hülsen 37, 38 mit nachgiebigem Mantel (Fig. 7A, 7B) der neuen Konstruktion vorteilhaft mit vielen Faser-Steckverbindern der Art "Stecker und Hülse" verwendet werden können, einschließlich dem erfindungsgemäßen Steckverbinder. Die neuartigen Hülsen sind in Längsrichtung gewellte rohrförmige Teile, die so ausgebildet sind, daß sie mit dem Stecker entlang von Linien, die parallel zu der Steckerachse verlaufen, in Kontakt stehen.
Solche Hülsen werden als Wellrohrhülsen bezeichnet und eine Wellrohrhülse mit drei Kontaktlinien zu dem Stecker wird als Kleeblatthülse 38 bezeichnet. Die letztere ist die zur Zeit bevorzugte Ausführungsform der neuartigen Hülse. Beispiele von zwei Wellrohrhülsen 37, 38 sind in Fig. 7A und 7B gezeigt, wobei die erstere sechs Kontaktlinien mit den Steckern aufweist und die letztere eine Kleeblatthülse ist.
Wellrohrhülsen werden vorteilhaft aus metallischem Rohr hergestellt, beispielsweise aus Beryllium-Kupferrohr, das durch eine geeignet gestaltete Matrize oder Matrizen gezogen worden ist. Die Hülsen eignen sich somit zur Massenproduktion und können demgemäß sehr ökonomisch gefertigt werden. Noch wichtiger haben Wellrohrhülsen die funktionalen Vorteile, die typischerweise in einer gegebenen Hülse des Standes der Technik nicht sämtlich angetroffen werden. Insbesondere sind solche Hülsen selbstzentrierend, wegen der Symmetrie der an den Steckern anliegenden Kräfte. Ferner sind solche Hülsen relativ nachgiebig mit Bezug auf radiale Deformationen und können deshalb einen Bereich von Steckergrößen aufnehmen als auch Paare von Steckern, die nicht genau den gleichen Durchmesser besitzen. Schließlich macht die Hülse nicht die Anwendung von äußeren Klemmkräften erforderlich, wie dies beispielsweise die vorbekannte Hülse in US-A 4.4353.620 erforderlich macht.
Wie leicht für den Fachmann verständlich, können Hülsen vom Wellrohrtyp in Simplex-, Duplex- und selbst höheren Faserzahl-Steckverbindern als auch in Steckverbindern zur Kopplung einer Faser an einen optischen Sender, Verstärker, Empfänger oder ein anderes Bauteil eines faseroptischen Kommunikationssystems verwendet werden.
Der Einbau eines Steckverbinders gemäß der Erfindung umfaßt typischerweise das Abstreifen der Beschichtung von den Enden der beiden verbindenden Fasern, die Einfügung der Faserenden in die Steckeranordnungen der in Fig. 2 gezeigten Art, das Ritzen und Brechen der von der Faserendfläche vorstehenden Faser und das Polieren des Faserendes. Diesem folgt die Einfügung der Stecker in die geeigneten Ausrichteinrichtungen nach, d. h. die Einrichtung der in Fig. 3 gezeigten Art, wobei möglicherweise ein geeignetes Brechungsindex-Anpassungsmaterial zwischen die Faserenden gebracht wird, Ausrichten der Drehstellung der beiden Stecker, so daß die beiden Stecker in ihrer Drehstellung vor Trennung zu liegen kommen, und Vorsehen von Einrichtungen zur Aufrechterhaltung der relativen axialen Stellung zwischen den Steckerendflächen. Dieses Verfahren führt typischerweise zu Verbindungen mit niedrigem Verlust. Wenn beispielsweise kommerziell erhältliche Einzelmodefasern (Kerndurchmesser ungefähr 8,5 um, Faserdurchmesser ungefähr 125 um) mit den erfindungsgemäßen Steckverbindern verbunden werden, welche gezogene Glasstecker (2,5 mm Durchmesser, 12,5 mm lang, Bohrungsdurchmesser 126-128 um) und Ausrichteinrichtungen mit drei Stangen der nach Fig. 3 gezeigten Art aufwiesen, wurden andauernd Verbindungen mit einem mittleren Verlust von 0,3 dB oder weniger erzeugt. Es wird darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene Verfahren nicht die Anwendung eines Instruments benötigt, beispielsweise um den Verlustfaktor der Verbindung zu messen.
Das obige Verfahren ist in vielen Umständen befriedigend. Wenn jedoch eine Verbindung mit noch niedrigerem Verlust gewünscht wird, dann können die verbleibenden Exzentrizitäten der Verbindung typischerweise ausgelöscht oder reduziert werden, indem ein Stecker gegenüber dem anderen leicht gedreht wird. Um die Stellung des minimalen Verlustes aufzufinden, sind geeignete Messungen durchzuführen (z. B. Bestimmung des Minimums in der verlorenen optischen Leistung mittels einer örtlichen Messung, oder Bestimmung des Maximums der übertragenen Leistung mittels einer Messung an entferntem Ort), wobei einiges der Einfachheit des Verfahrens verloren geht und eine gewisse Verringerung des Verlustes gewonnen wird.

Beispiel 1

Zu verarbeitendes rohrförmiges Borsilikatglas (Außendurchmesser 2,5 mm, Innendurchmesser 128 um) wurde durch Ziehen einer längsgenuteten Vorform (Außendurchmesser 3,8 cm) erzeugt. Das Rohr wurde in 2,5 cm lange Abschnitte aufgeteilt, jeder Abschnitt in Umfangsrichtung geritzt, so daß zwei benachbarte und angrenzende Abschnitte gleicher Länge definiert wurden und das jeweilige Ende jedes Abschnittes wurde in ein gegossenes Kunststoffgehäuse der in Fig. 2 gezeigten Art eingefügt.
Zwei Stücke von kommerziell erhältlicher optischer Faser für Singlemode (125 um Außendurchmesser, 8,5 um Kerndurchmesser, zweilagige Polymerbeschichtung) wurden zu Verbindungen vorbereitet, indem die Beschichtung von einem ungefähr 2,5 cm (1 Zoll) langen Endstück jeder Faser entfernt wurde. Nachdem einer der Abschnitte des Rohres entlang der Ritzung manuell gebrochen wurde, wurde eine geringe Menge von im ultravioletten Licht aushärtbarem Kleber in die Bohrung des Gehäuses eingespritzt, welches an eines der so gebildeten zwei angrenzenden Stecker angefügt wurde, eine Faser wurde dann in die Bohrung des Gehäuses eingefügt und nach vorne gedrängt, bis das abgestreifte Faserteil von der Steckerendfläche vorstand und die Beschichtung den Stecker berührte. Die zweite Faser wurde ähnlich vorbereitet und beide Stecker wurden dann aktinischer Bestrahlung ausgesetzt, was zu der Festlegung durch den Klebstoff der Faser in den jeweiligen Steckern führt. Nach Ritzen, Brechen und Polieren der Faser durch bekannte Einrichtungen wurde eine kleine Menge Silikon zur Brechungsindexanpassung auf die Endfläche des einen Steckers gebracht und die Stecker wurden in die Ausrichteinrichtung mit drei Stangen der in Fig. 3 gezeigten Art eingefügt. Die Stangen waren Borsilikatglas (2,0 mm Außendurchmesser, 100 mm lang), die Federklammer war aus Berylliumkupfer. Nach Einfügung wurden beide Stecker gedreht, bis ein und dieselbe Ausrichtestange in die Nut in beiden Steckern einrastete. In dieser Stellung waren die einander angrenzenden Stecker im wesentlichen in einer Stellung wie vor der Trennung mit Bezug aufeinander. Nach Anwendung einer Federklammer der in Fig. 3 gezeigten Art nach WO 85/01118, wurde der Steckverbinderverlust bestimmt und zu ungefähr 0,3 dB bei 1,3 um gemessen.

Beispiel 2

Zwei Stücke einer optischen Vielmode-Faser wurden mittels eines Steckverbinders miteinander verbunden, wie er im wesentlichen in Fig. 4 nach WO 85/01118 gezeigt ist, jedoch mit einer Kleeblatthülse der in Fig. 7B gezeigten Art, welche die Hülse 30 ersetzt. Die Kleeblatthülse war aus Phosphorbronze hergestellt, hatte einen Innendurchmesser von ungefähr 2,47 mm (0,0970-0,0975 Zoll) und eine Länge von ungefähr 10 mm. Der Verlust war ungefähr 0,6 dB bei 1,3 um.

Claims

1. Optischer Faser-Steckverbinder mit folgenden Merkmalen:

a) ein erster und ein zweiter Stecker (12, 12') sind jeweils von benachbarten Abschnitten von zu verarbeitendem, kreisförmig zylindrischem Rohr abgeleitet und weisen jeweils eine konzentrische Bohrung (11) auf, die sich entlang der Steckerachse zwischen ihren beiden Endflächen erstrecken;

ferner sind ein erstes und ein zweites Endteil von optischen Fasern (21) jeweils in die betreffende Bohrung (11) einzufügen und darin zu befestigen;

b) eine erste Ausrichteinrichtung (30, 31; 33-38) zur Aufrechterhaltung einer äußeren Zylinderoberfläche des ersten Steckers (12) im wesentlichen konzentrisch zu einer äußeren zylindrischen Oberfläche des zweiten Steckers (12'), wobei die Anschlußendfläche des ersten Steckers der Anschlußendfläche des zweiten Steckers gegenüberliegt;

c) eine zweite Einrichtung zur Aufrechterhaltung des ersten Steckers in im wesentlichen fester axialer Beziehung zu dem zweiten Stecker;

d) ein Merkmal (15) oder Merkmale auf bzw. in der äußeren Oberfläche des ursprünglich zu verarbeitenden Rohres, welches die ursprüngliche Drehstellung zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Abschnitt (13, 14) vor ihrer Trennung identifiziert und die Wiederherstellung der ursprünglichen Stellung ermöglicht;

e) ein Merkmal (B) oder Merkmale, welche die Identifikation der Anschlußendflächen (17, 18) jedes Steckerpaares (12, 12') erlaubt und die Wiederherstellung der ursprünglichen Stellung der Abschnitte ermöglicht;

f) das zu verarbeitende Rohr weist ursprünglich einen konstanten äußeren Durchmesser mit einer Bohrung von konstantem innerem Durchmesser auf;

g) die erste Ausrichteinrichtung (30, 31; 33-38) ist federnd ausgebildet oder weist federnde Teile auf, die zum Fassen der äußeren zylindrischen Oberflächen der ersten und zweiten Stecker (12, 12') ausgebildet sind.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verarbeitende Rohr (10) gezogenes Glasrohr ist.

3. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Faser (21) einen Durchmesser d und die Bohrung des ersten und des zweiten rohrförmigen Abschnitts (13, 14) jeweils einen Durchmesser im Bereich von um bis d + 5 um aufweist.

4. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinrichtung eine Mehrzahl von zylindrischen Körpern (30) sowie ferner eine Federeinrichtung (31) aufweist, um die zylindrischen Körper (30) in Berührung mit sowohl dem ersten als auch dem zweiten Stecker (12, 12') zu halten.

5. Steckverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Körper (30) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der im wesentlichen gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Stecker (12, 12') ist.

6. Steckverbinder nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Körper (30) Glasstangen sind.

7. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinrichtung eine federnde Ausrichthülse (33-38) umfaßt, welche beide äußeren zylindrischen Oberflächen des ersten und des zweiten Steckers (12, 12') berührt.

8. Steckverbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichthülse ein gewelltes Rohr (37, 38) ist, das zur Berührung der äußeren Oberflächen des Steckers entlang einer Mehrzahl von Linien ausgebildet ist, die im wesentlichen parallel zur Achse der Stecker verlaufen.

9. Steckverbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichthülse aus gewelltem Rohr zur Berührung der äußeren Oberflächen des Steckers entlang dreier Linien ausgebildet ist, die im wesentlichen im regelmäßigen Abstand um die äußeren Zylinderoberflächen der Stecker angeordnet sind.

10. Steckverbinder nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichthülse (38) aus gewelltem Rohr eine durch eine Matrize gezogene Metallhülse ist.

11. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stecker (12, 12') in einem Gehäuse (20, 20') gehalten wird und daß das Gehäuse eine axiale Bohrung aufweist, die zur Aufnahme eines Teils einer beschichteten optischen Faser (21) dient.

12. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das Merkmal d) des Anspruchs 1 eine Längsnut (15) in der äußeren Zylinderoberfläche des zu bearbeitenden Rohres aufweist.

13. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußendflächen (17, 18) der Stecker (12, 12') ein zu deren Brechungsindex passendes Material vorhanden ist.

14. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußendflächen (17, 18) einander berühren.

15. Verfahren der Verbindung einer ersten optischen Faser mit einer zweiten optischen Faser mit den Enden aneinander zur Bildung eines Steckverbinders gemäß Anspruch 1 mit folgenden Schritten:

ein Stück von zu verarbeitendem Rohr (10) mit einer koaxialen Bohrung wird in eine Mehrzahl (n-1, n, n+1, n+2) von Abschnitten segmentiert, wobei das zu verarbeitende Rohr ein Merkmal oder Merkmale auf oder in der äußeren Oberfläche aufweist, welche die nachfolgende Identifikation der ursprünglichen Drehlage von zwei ursprünglich angrenzenden Abschnitten ermöglicht;

es werden Paare (40) angrenzender Abschnitte ausgewählt, und diese Paare werden voneinander getrennt, um erste und zweite rohrförmige Abschnitte (13, 14) zu erhalten, welche angrenzende Endflächen (17, 18) und nicht angrenzende Endflächen sowie eine axiale Bohrung (11) aufweisen;

ein Endteil einer ersten optischen Faser (21) wird in die Bohrung (11) des ersten rohrförmigen Abschnitts (13) von dem nicht angrenzenden Ende eingefügt, und ein Endteil einer zweiten optischen Faser wird in die Bohrung (11) des zweiten rohrförmigen Abschnitts (14) von dessen nicht angrenzendem Ende eingefügt wobei das Endteil jeder Faser (21) sich mindestens bis zu der angrenzenden Endfläche (17, 18) des jeweiligen rohrförmigen Abschnitts (13, 14) erstreckt;

jede Faser (21) wird mit Bezug auf den jeweiligen rohrförmigen Abschnitt (13, 14) fixiert;

das Ende jeder Faser (21) wird im wesentlichen eben zu der abgrenzenden Endfläche (17, 18) des jeweiligen rohrförmigen Abschnitts (13, 14) gemacht, um einen ersten und einen zweiten Stecker (12, 12') zu erhalten;

die angrenzenden Enden der ersten und zweiten Stecker (12, 12') werden in eine erste nachgiebige Einrichtung (30, 31; 33-38) eingefügt, um die äußere zylindrische Oberfläche des ersten Steckers (12) im wesentlichen konzentrisch zu der äußeren zylindrischen Oberfläche des zweiten Steckers (12') zu halten;

der erste und der zweite Stecker (12, 12') werden im wesentlichen in die Drehstellung gebracht, welche der ursprünglichen Drehstellung der Paare (40) einander angrenzender Abschnitte entspricht, wobei die angrenzende Endfläche (17) des ersten Steckers der angrenzenden Endfläche (18) des zweiten Steckers gegenüberliegt;

eine zweite Einrichtung wird zur Aufrechterhaltung des ersten Steckers (12) in im wesentlichen festgelegter axialer Stellung mit Bezug auf den zweiten Stecker (12') vorgesehen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den weiteren folgenden Schritt:

der erste Stecker (12) wird relativ zu dem zweiten Stecker (12') gedreht, und der optische Übertragungsverlust infolge des Steckverbinders wird nachfolgend überwacht, bis im wesentlichen die ursprüngliche Drehstellung der Abschnittspaare (40) erhalten wird, von denen die Stecker (12, 12') abgeleitet sind.